原电池的工作原理 上课

第一节原电池的工作原理专题1化学反应与能量变化第二单元化学能与电能的转化[设疑]请根据你的经验猜想Zn与CuSO4溶液的反应是吸热反应还是放热反应？并设计实验方案加以证明。活动与探究一向盛有30ml1.0mol/LCuSO4溶液的小烧杯中,加入适量锌粉，用温度计测量溶液的温度，观察温度计的变化。现象:温度迅速上升，有红色物质析出结论:Zn(s)+Cu2+(aq)＝Zn2+(aq)+Cu(s)△H=-216.81kJ/mol化学能热能创设情景除了可以将该反应放出的能量转化为热能之外，还能否通过该反应将化学能转化为其他能量？通过什么装置？一、原电池1、概念：2、原电池的形成条件：把化学能转化为电能的装置。知识回顾判断下列装置能否构成原电池，思考原电池的构成条件。[练习]CuC①②③④×√√×2、形成原电池的一般条件前提条件：有自发的氧化还原反应（1）有两个电极一般是活泼性不同的两个电极(不同的金属或金属和非金属导体）（2）两个电极必须插入电解质溶液中（3）两极相连形成闭合回路（用导线连接或电极直接接触）【练习】练习册p17-1p19-2【小组讨论】根据Zn+Cu2+=Zn2++Cu设计一个铜、锌原电池。指出所选用的电解质溶液，写出该原电池的两电极反应式、总反应式。画出原电池的构造图。负极（锌电极）：氧化反应Zn-2e-=Zn2+正极（铜电极）：还原反应Cu2++2e-=Cu电池总反应：Zn+Cu2+=Cu+Zn2+ZnCuCuSO4CuZn×××练习：结合原电池的构成条件，判断下列装置能否构成原电池。CuSO4ZnSO4⑤活动与探究二如教材P13图1-8所示，向盛有30ml1.0mol/LCuSO4溶液和30ml1.0mol/L的ZnSO4溶液分别插入铜片和锌片，连接导线和电流计，观察现象。将盐桥插入两只烧杯内的电解质溶液，观察现象。现象:电流计指针发生偏转锌片质量减少铜片上附着红色固体，质量增加结论:化学能电能Zn-2e-=Zn2+Zn+Cu2+＝Zn2++Cu2e-Cu2++2e-=Cu（以铜锌原电池为例）3、原电池的工作原理负极：电子流出的一极（锌片：Zn-2e-=Zn2+）氧化反应正极：电子流入的一极（铜片：Cu2++2e-=Cu）还原反应电池反应式：Cu2++Zn=Cu+Zn2+（1）电极反应：3、原电池的工作原理（2）电路：外电路内电路电子流向：负极→正极电流方向：与电子流向相反阴离子流向负极阳离子流向正极盐桥：在U型管中装满用饱和KCl溶液的琼脂。思考：1、盐桥的作用是什么？（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。（2）平衡电荷（保证其连接的两个半电池中的电解质溶液呈电中性）2、此电池的优点？能产生持续、稳定的电流，提高原电池电流效率。二、原电池的设计例：利用Fe+Cu2+=Fe2++Cu设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。设计原电池的思路：1、前提：是氧化还原反应2、把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应负极（氧化反应）：Fe-2e-=Fe2+正极（还原反应）：Cu2＋＋2e-=Cu3、以两极反应为原理，确定材料及电解质溶液负极材料：Fe正极材料：Cu或石墨或铂或比Cu不活泼的其他金属电解质溶液：CuSO4溶液4、画出示意图Fe+Cu2+=Fe2++Cu二、原电池的设计例：利用Fe+Cu2+=Fe2++Cu设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。负极：Fe–2e-=Fe2+正极：Cu2++2e-=CuCuFeCuSO4FeSO4FeCuCuSO4练习：利用2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。设计原电池的思路：1、前提：是氧化还原反应2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl22、把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应负极（氧化反应）：Cu-2e-=Cu2+正极（还原反应）：2Fe3＋＋2e-=2Fe2+3、以两级反应为原理，确定材料及电解质溶液负极材料：Cu正极材料：石墨或铂或比Cu不活泼的其他金属电解质溶液：FeCl3溶液4、画出示意图2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+练习：利用2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。正极：2Fe3＋＋2e-=2Fe2+负极：Cu-2e-=Cu2+CuCCuSO4FeCl3CCuFeCl3小结原电池工作原理根据氧化还原反应设计原电池电解质溶液阳离子氧化反应←负极正极→还原反应电子沿导线传递，产生电流阴离子℮-(-)：Zn–2e-=Zn2+(+)：2H++2e-=H2↑电池反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑ZnCuH2SO4ZnSO4盐桥—+3、把右图设计成有盐桥的原电池装置，并写出电极反应式及电池反应方程式ZnCuH2SO4三、原电池的正负极的判断方法微观判断（根据电子流动方向）电子流出的极电子流入的极——负极——正极较活泼的电极材料较不活泼的电极材料质量增加的电极工作后质量减少的电极——负极——正极——正极——负极工作后，有气泡冒出的电极为正极发生氧化反应的极发生还原反应的极宏观判断：①根据电极材料②根据原电池电极发生的反应③根据电极增重还是减重④根据电极有气泡冒出：——负极——正极4.利用原电池原理设计化学电池,制造电源2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；1.进行金属活动性强弱比较；3.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。四、原电池的主要应用：五、原电池电极反应式的书写1、负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。（判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况）2、电极产物在电解质环境中应能稳定存在，如：碱性介质中生成的H+应该让其结合OH-生成水。电极反应时要遵守电荷守恒和质量守恒、电子得失守恒等加以配平。3、将两极电极反应式相加即得原电池的总反应式4、复杂电极反应式=总反应式–较简单一极的电极反应式1.如图装置，电流表G发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的哪一组（）A、A是锌，B是铜，C为稀H2SO4B、A是铜，B是锌，C为稀硫酸C、A是铁，B是银，C为AgNO3溶液D、A是Ag，B是铁，C为AgNO3溶液GCABD问题解决负极：2Al+8OH－—6e-=2AlO2－+4H2O正极：6H2O+6e-=3H2↑+6OH－总：2Al+2OH－+2H2O=2AlO2－+3H2↑稀硫酸负极：Mg—2e-=Mg2+正极：2H++2e-=H2↑总：Mg+2H+=Mg2++H2↑不同的介质不同的电极反应负极：Fe—2e-=Fe2+正极：2H++2e-=H2↑总：Fe+2H+=Fe2++H2↑稀硫酸FeCu稀硫酸FeCuNaCl溶液负极：2Fe—4e-=2Fe2+正极：2H2O+O2+4e-=4OH-总：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2↓不同的介质不同的电极反应负极：Cu—2e-=Cu2+正极：4H++2NO3－+2e-=2NO2+2H2O总：Cu+4H++2NO3－=2NO2+Cu2++2H2O稀H2SO4负极：2Al—6e-=2Al3+正极：6H++6e-=3H2↑总：2Al+6H+=2Al3++3H2↑练习：1、下列关于下图所示原电池的说法正确的是A铝片为正极B正极上有H2产生CAl是电池的负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀析出D当转移0.04mole-时，产生0.01molO2CuB、C练习2.X、Y、Z、W四种金属片进入稀盐酸中,用导线连接,可以组成原电池,实验结果如下图所示:则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为________________ZYXW(1)比较金属活动性强弱。例1：下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2气放出；B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；（C）原电池原理应用：(2)比较反应速率例2：下列制氢气的反应速率最快的是粗锌和1mol/L盐酸；B.A.纯锌和1mol/L硫酸；纯锌和18mol/L硫酸；C.粗锌和1mol/L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。D.（D）原电池原理应用：(3)比较金属腐蚀的快慢例3：下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是(5)(2)(1)(3)(4)原电池原理应用：(4)判断溶液pH值变化例5：在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4溶液的浓度为0.125mol/L,若工作一段时间后，从装置中共收集到0.168L气体，则流过导线的电子为——mol,溶液的pH值变_______(填“变大”、“变小”、“不变”)？（溶液体积变化忽略不计）变大0.015原电池原理应用：(5)原电池原理的综合应用例6：市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。“热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。1)“热敷袋”是利用放出热量。2)炭粉的主要作用是。3)加入氯化钠的主要作用是。4)木屑的作用是。铁被氧化与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化氯化钠溶于水、形成电解质溶液使用“热敷袋”时受热均匀原电池原理应用：