人教版高中化学选择性必修1第四章化学反应电能第一节第1课时原电池的工作原理课件（53页ppt）

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第1课时　原电池的工作原理
　
第四章　第一节　原电池
1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
2.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。
课程标准
任务一　原电池的工作原理
实验探究
教材中的实验现象和必修二所学实验现象如下表：
回答下列问题：
电池名称 单液电池 双液电池(盐桥电池)
实验装置
实验现象 电流表 指针偏转
电极变化 锌片逐渐溶解，铜片质量增加
电流变化 一段时间后，电流逐渐衰减 产生的电流持续、稳定
1.锌铜原电池工作时，电子在导线中的运动方向是怎样的？阴离子和阳离子在电解质溶液中的运动方向是怎样的？
提示：电子由锌片移向铜片，阴离子在电解质溶液中由铜片移向锌片，而阳离子正好相反。
2.锌铜原电池可以看做两个半电池组成，试分别写出两个电极上的反应及总反应的离子方程式。
提示：Zn片：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)
Cu片：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)
总反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。
3.什么是盐桥？盐桥有什么作用？
提示：装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子可在其中自由移动。
①构成闭合回路，形成原电池；②避免电极与电解质溶液直接反应，有利于最大限度地将化学能转化为电能；③盐桥中的阴、阳离子定向迁移，使电解质溶液保持电中性，反应持续进行，能长时间稳定放电。
4.单液电池、双液电池(盐桥电池)两原电池中哪个工作效率高？
提示：双液电池(盐桥电池)工作效率高，单液电池中锌片和硫酸电解质溶液直接接触，少量锌会与硫酸直接反应，降低工作效率。
新知构建
1.原电池的构成条件
(1)定义：能把_____转化为______的装置。
(2)构成条件
化学　
电能
活泼性不同
电解质
闭合
2.原电池工作原理示意图
应用评价
1.判断正误，错误的说明其原因。
(1)原电池中，负极金属材料失电子，发生氧化反应。
答案：正确。
(2)双液原电池中，盐桥中阳离子向负极移动，阴离子向正极移动。
答案：错误，双液原电池中，盐桥中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
(3)锌铜原电池中，电子由锌电极经导线流向铜电极，再经电解质溶液流回锌电极。
答案：错误，电子是不能在电解质溶液里传导的。
(4)原电池工作时，电流方向由电源的负极流向正极。
答案：错误，原电池工作时，电流方向由电源的正极流向负极。
2.如图是某同学设计的一个简易的原电池装置，回答下列问题。
(1)若a为镁、b为CuCl2，则正极材料为___，负极上的电极反应式为__________________。
Al　
Mg－2e－===Mg2＋
镁、铝均能与CuCl2溶液反应，但镁比铝活泼，故镁失去电子做负极。
(2)若a为镁、b为NaOH，则Mg极上发生______反应(填“氧化”或“还
原”)，负极上的电极反应式为__________________________________。
还原
Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－
铝能与NaOH溶液反应而镁不能，铝做负极失去电子变成[Al(OH)4]－，电极反应式为Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－。
(3)若a为铜、b为浓硝酸，则电流的方向为_______，正极上的电极反应式为_____________________________。
铝→铜
2H＋＋NO＋e－===H2O＋NO2↑
常温下铝在浓硝酸中发生钝化，故铜失去电子做负极，正极上是NO
得到电子生成NO2。
(4)上述事实表明，确定原电池中电极的类型时，不仅要考虑电极材料本身的性质，还要考虑____________________。
电解质溶液的性质
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任务二　原电池原理的应用
1.将金属a、b用导线相连插入稀硫酸中，发现b上产生气泡，则a与b相比较，谁更活泼？
提示：a比b活泼。
2.实验室用稀硫酸与锌粒反应制取H2时常加入少量铜片，其目的是什么？
提示：形成锌铜原电池，加快制取氢气的反应速率。
3.已知2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，如何设计成原电池装置？
提示：根据氧化还原反应分析，Cu被氧化，为原电池的负极，则正极可为惰性电极或不如Cu活泼的金属，电解质溶液一定含Fe3＋。
问题探究
新知构建
1.加快某些氧化还原反应的速率
构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。例如：实验室制取氢气时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应速率快或向溶液中滴入几滴硫酸铜溶液，产生氢气的速率加快。
2.比较金属活动性强弱
3.设计原电池
原电池装置的设计思路是“两极一液一连线”。
以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu反应为例，原电池装置设计思路如下：
第一步：将电池总反应拆成两个半反应，分别作原电池的负极和正极的反应。电极反应式分别为
负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu。
第二步：确定负极材料、正极材料和电解质溶液。
负极材料：失电子的物质(还原剂)作负极材料，即Fe。
正极材料：比负极材料金属活动性弱的金属或非金属导体作正极材料，如Cu、Ag或C等。
电解质溶液：含有氧化剂的物质作电解质，即CuSO4溶液，如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属阳离子。
第三步：画出装置图，并注明电极材料和电解质溶液，如图。
应用评价
1.判断正误，错误的说明其原因。
(1)只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池。
答案：错误，只要是氧化还原反应都可以。
(2)将Mg和Al用导线连接放入NaOH溶液中，Al不断溶解，说明活泼性：Mg＜Al。
答案：错误，这个实验是利用的铝的特殊性质，实际上活泼性：Mg>Al。
(3)足量的Zn与稀H2SO4反应时，滴入CuSO4溶液可以加快反应速率，因为 增大。
答案：错误，速率加快的原因是锌把CuSO4溶液中的Cu2＋置换为Cu，从而构成了原电池，加快了反应速率。
(4)增大电解质溶液的浓度，能加快原电池的反应速率。
答案：错误，要看电解质溶液是否参加反应。
2.依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3饱和溶液的琼脂的U形管)。
请回答下列问题：
(1)电极X的材料是____；电解质Y是________(填化学式)。
(2)银电极为电池的___极，其电极反应式为________________。
(3)盐桥中的________移向_________溶液。
Cu
AgNO3　
正
Ag＋＋e－===Ag
Cu(NO3)2
根据反应原理：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)可知，X应为铜电极，而Y应为硝酸银溶液。由于反应中铜元素的化合价升高，而银元素的化合价降低，则银电极为正极，铜电极为负极。
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随堂演练
1.100mL6mol/LH2SO4跟过量的锌粉反应，在一定温度下，为了减缓反应速率，但又不影响生成氢气的总量。可向反应物中加入适量的
A.碳酸钠(固体) B.水
C.硫酸铜溶液 D.硝酸钾(固体)
√
碳酸钠(固体)与硫酸反应生成二氧化碳和水，消耗氢离子，放出的氢气量减小，故A不选；硫酸中加水，氢离子物质的量不变，放出氢气的量不变，氢离子浓度降低，放出氢气的速率减慢，故B选；加入硫酸铜溶液，锌置换出铜，构成原电池，锌与硫酸反应速率加快，故C不选；硝酸钾提供了 ，在酸性条件下有强氧化性，和锌反应不产生氢气，故D不选。
该装置为有盐桥的原电池，在原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应，铜比银活泼，铜是负极，银是正极，据此分析解答。铜电极是负极，故A错误；铜电极是负极，发生的反应为Cu－2e－===Cu2＋，故B正确；铜是负极，银是正极，外电路中的电子是从铜电极流向银电极，故C错误；原电池中，阴离子移向负极，则盐桥中的阴离子会进入硫酸铜溶液，故D错误。
√
2.下列关于如图装置(该盐桥为含KNO3的琼脂)的说法正确的是
A.银电极是负极
B.铜电极上发生的反应为Cu－2e－===Cu2＋
C.外电路中的电子是从银电极流向铜电极
D.盐桥中K＋移向CuSO4溶液
√
3.M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入稀硫酸溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是
A.P>M>N>E B.E>N>M>P
C.P>N>M>E D.E>P>M>N
①M＋N2＋===N＋M2＋，M是还原剂、N是还原产物，所以M的还原性大于N；②M、P用导线连接放入稀硫酸中，M表面有大量气泡逸出，说明M是正极，则还原性P大于M；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋，说明N是负极，N的还原性大于E，则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是P>M>N>E；答案选A。
4.回答下列问题。
请你将反应Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2设计成原电池，并回答下列问题：
(1)该电池的正极材料可以是___，也可选用_______________等代替。
Ag
石墨(C)或Pt
由Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2可知，Cu失电子发生氧化反应作负极、不如Cu活泼的金属或导电的非金属作正极，FeCl3溶液为电解质溶液，则该电池的正极材料可以是Ag，也可选用石墨(C)或Pt。
(2)画出你所设计的双液原电池的装置图，并标注出电极材料和电解质溶液。
由Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2可知，Cu作负极，C棒作正极，电解质溶液为FeCl3溶液和CuSO4溶液，用盐桥相连接成闭合回路，双液
原电池的装置图为 。
答案：
(3)写出电极反应式：负极__________________，正极__________________。
Cu－2e－===Cu2＋　
Fe3＋＋e－===Fe2＋　
由 可知，该原电池中，负极的电极反应式为Cu－
2e－ ===Cu2＋，正极的电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋。
(4)该电池负极材料质量减少3.2g，则电路中通过的电子的数目为_________________。
该电池负极材料质量减少3.2g，则反应的Cu的物质的量为n(Cu)＝
＝0.05mol，由负极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋可知，电路中通
过的电子的数目为0.05×2×NA＝0.1NA或0.05×2×6.02×1023＝
6.02×1022。
0.1NA或6.02×1022
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课时测评
√
题点一　原电池的构成及工作原理
1.下列装置或过程能实现化学能转化为电能的是
A B C D
风力发电 水果电池 燃料燃烧 手机充电
风力发电，是将风能转化为电能，故A错误；水果电池，是将化学能转化为电能的原电池，故B正确；燃料燃烧，是将化学能转化为热能，故C错误；手机充电，是将电能转化为化学能，故D错误。
√
2.仅用提供的下列各组物质能组成原电池的
选项 A B C D
电极材料 Al、Ag C、C Cu、Cu Cu、Fe
电解质溶液 稀H2SO4 稀H2SO4 稀HNO3 酒精
铝为电池的负极，失电子产生硫酸铝，银为正极，能形成原电池，A符合题意；两个C电极均不与稀H2SO4发生氧化还原反应，不能形成原电池，B不符合题意；两个Cu电极均会与稀HNO3发生氧化还原反应，电子不发生定向移动，不能形成原电池，C不符合题意；酒精不是电解质，不能形成原电池，D不符合题意。
√
3.如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向烧杯中央滴入M的浓溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变化)
A.当M为CuSO4、杠杆为导体时，A端低，B端高
B.当M为AgNO3、杠杆为导体时，A端高，B端低
C.当M为盐酸、杠杆为导体时，A端高，B端低
D.当M为CuSO4、杠杆为绝缘体时，A端低、B端高
杠杆为导体时，该装置形成原电池，Fe为负极、Cu为正极，A、B、C三个选项中Fe均会溶解，质量减轻，所以B端高；杠杆为绝缘体时，不形成原电池，D选项中只在铁球上发生反应：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，铁球质量增加，B端低。
√
4.火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时有关说法正确的是
A.负极上发生还原反应 B.CO2在正极上得电子
C.阳离子由正极移向负极 D.将电能转化为化学能
根据题干信息可知，放电时总反应为4Na＋3CO2===2Na2CO3＋C。放电时负极上的Na失去电子发生氧化反应生成Na＋，故A错误；放电时正极上的CO2得到电子生成C，故B正确；放电时阳离子移向正极，故C错误；放电时该装置为原电池，将化学能转化为电能，故D错误。
√
题点二　原电池电极的判断和电极反应式的书写
5.如图所示的原电池工作时，右池中Y2O 转化为Y3＋，下列叙述正确的是
A.左池中阴离子数目增加
B.每消耗 ，转移3mol电子
C.正极的电极反应为2Y3＋＋7H2O－6e－=== ＋14H＋
D.左池中石墨电极上发生的电极反应为X4＋＋2e－===X2＋
已知右池中 转化为Y3＋，则右池发生还原反应，右池中的石墨作正极，左池中的石墨作负极，发生氧化反应。左池中石墨电极上发生的电极反应为X2＋－2e－===X4＋，正电荷数增加，要保持溶液呈电中性，盐桥中的阴离子移向左池，则左池中阴离子数目增加，A项正确、D项错误；正极的电极反应为 ＋14H＋＋6e－===2Y3＋＋7H2O，每消耗1mol ，转移6mol电子，B、C项错误。
√
6.原电池的电极反应式不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法错误的是
A.由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
B.由金属Al、Cu和稀硫酸组成的原电池，负极反应式为Al－3e－===Al3＋
C.由Al、Mg、NaOH溶液组成的原电池，负极反应式为Al＋4OH－－3e－===[Al(OH)4]－
D.由金属Al、Cu和浓硝酸组成的原电池，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
铁比铜活泼，则铁作负极，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故A错误；铝比铜活泼，铝作负极，负极反应式为Al－3e－===Al3＋，故B正确；虽然镁比铝活泼，但镁不与氢氧化钠溶液反应，因此铝作负极，负极反应式为Al＋4OH－－3e－===[Al(OH)4]－，故C正确；Al遇浓硝酸钝化，则铜作负极，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，故D正确。
√
题点三　原电池工作原理的应用
7.用过量铁片与稀盐酸反应，为减慢其反应速率而生成氢气量不变，下列措施中可行的有几项
①以铁屑代替铁片　②用过量铜片代替铁片　③在稀盐酸中加入少量CuSO4溶液　④在稀盐酸中加入CH3COONa固体　⑤在稀盐酸中加入等体积等物质的量浓度的NaCl溶液　⑥在稀盐酸中加入硝酸钾溶液　⑦在稀盐酸中加入Na2CO3固体
A.1 B.2
C.3 D.4
用铁屑代替铁片，增大反应物之间的接触面积，化学反应速率加快，产生氢气量不变，①不可行；铜和盐酸不反应，②不可行；铁与硫酸铜反应生成铜，铁片过量，可形成微小的铁铜原电池，加快产生氢气速率，且产生氢气量不变，③不可行；醋酸钠与盐酸反应生成氯化钠和醋酸，醋酸是弱酸，使得反应速率减慢，产生氢气量不变，④可行；在稀盐酸中加入等体积等物质的量浓度的NaCl溶液会使盐酸浓度变小，使得反应速率减慢，产生氢气量不变，⑤可行；在稀盐酸中加入硝酸钾溶液引入硝酸根离子，等价于铁和硝酸反应，不能生成氢气，⑥不可行；碳酸钠消耗盐酸，使得产生氢气量减少，⑦不可行；综上分析，不可行的为①②③⑥⑦，可行的为④⑤；答案选B。
√
8.某水处理剂由纳米铁粉附着在多孔炭粉的表面复合而成，利用原电池原理处理弱酸性废水中的NO时，其表面发生如图所示反应。下列说法正确的是
A.电池工作时，H＋向负极移动
B.正极附近溶液的酸性增强
C.负极的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
D.与单独使用纳米铁粉相比，该水处理剂能加快NO的去除速率
纳米铁粉作负极，Fe－2e－===Fe2＋，硝酸根离子在正极上得电子还原成铵根离子： ＋10H＋＋8e－=== ＋3H2O，正极附近酸性减弱，电池工作时，H＋向正极移动，故A、B、C错误；利用原电池原理，加快反应速率，与单独使用纳米铁粉相比，该水处理剂能加快 的去除速率，故D正确；故选D。
9.反应Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，请回答下列问题。
(1)若要使该反应的反应速率加快，下列措施可行的是____(填字母)。
A.将铁粉改为铁片
B.加入少量醋酸钠固体
C.滴加少量CuSO4
D.将稀硫酸改为98%的浓硫酸
C
将铁粉改为铁片则减小铁与硫酸的接触面积，故反应速率减慢，A不符合题意；加入少量醋酸钠固体，则有反应CH3COO－＋H＋
H3COOH，将导致溶液中H＋浓度减小，故反应速率减慢，B不符合题意；滴加少量CuSO4，由于反应Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，置换出的铜附在铁上可形成微小的原电池，故反应速率加快，C符合题意；常温下铁在浓硫酸中钝化，在铁表面形成致密的氧化物保护膜，阻止反应继续进行，故将稀硫酸改为98%的浓硫酸，将使反应速率减慢，D不符合题意；故答案为C；
(2)若将上述反应设计成原电池，石墨棒为原电池某一极材料，则石墨棒为____极(填“正”或“负”)。石墨棒上产生的现象为______________，
该极上发生的电极反应为___________________，原电池工作时溶液中的
移向____极(填“正”或“负”)，若反应产生3.36L气体(已换算成标况下)，则理论上消耗铁的质量是____g。
正
有气泡产生
2H＋＋2e－===H2↑
负
8.4
若将上述反应设计成原电池，则铁电极上发生的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，发生氧化反应，作负极，则石墨棒为原电池的正极，发生的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，石墨棒上产生的现象为有大量的无色气泡产生，原电池工作时阳离子移向正极，阴离子移向负极，故溶液中的 移向负极，根据总反应方程式可知，若反应产生3.36L气体(已换算成标况下)，则理论上消耗铁的质量是 ×56g·mol－1＝8.4g；
(3)实验后同学们经过充分讨论，认为符合某些要求的化学反应都可以设计成原电池。下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是__(填字母)。
A.AgNO3＋HCl===AgCl↓＋HNO3
B.NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
C.C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)
D.Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
在所选反应中选择其中某个反应设计成原电池，该电池负极反应为__________________________。
D
Pb－2e－＋ ===PbSO4
由于原电池中是电子的定向移动形成电流的，故理论上任何一个自发进行的氧化还原反应均可以设计成原电池，据此分析解题。AgNO3＋HCl===AgCl↓＋HNO3反应中各元素的化合价没有发生变化，不是氧化还原反应，A不符合题意；NaOH＋HCl===NaCl＋H2O反应中各元素的化合价没有发生变化，不是氧化还原反应，B不符合题意；C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)反应中虽然C和H元素的化合价发生了变化，但是该反应不能自发进行，故不能设计成原电池，C不符合题意；Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O反应中Pb的化合价发生改变，且能够自发进行，可以设计成原电池，D符合题意；Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O反应中Pb转化PbSO4，化合价升高，发生氧化反应，故该电池负极反应为Pb－2e－＋
===PbSO4。
10.某探究活动小组想利用原电池反应检测
金属的活动性顺序，有甲、乙两位同学均使
用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入
6mol·L－1稀硫酸中，乙同学将电极放入
6mol·L－1NaOH溶液中，如图所示。
(1)写出甲池中发生的有关电极反应式：
负极：____________________，正极：____________________。
Mg－2e－===Mg2＋
2H＋＋2e－===H2↑
甲池中电池的总反应方程式为Mg＋H2SO4===MgSO4＋H2↑，Mg作负极，电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，Al作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
(2)乙池中负极为____，正极发生_____反应，总反应的离子方程式为_________________________________________。
铝片　
还原
2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
乙池中电池的总反应方程式为2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，所以负极为Al，正极为Mg，正极上发生还原反应。
(3)如果甲与乙两位同学均认为“构成原电池的电极材料若是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出_____
(填元素符号，下同)活动性更强，而乙会判断出_____活动性更强。
Mg　
Al
甲池中Mg为负极，Al为正极；乙池中Al为负极，Mg为正极。若根据负极材料金属比正极活泼，则甲判断出Mg的活动性强，乙判断出Al的活动性强。
(4)由此实验，可得到的结论是________(填字母)。
A.利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的电解质
B.镁的金属性不一定比铝的金属性强
C.该实验说明金属活动性顺序表已过时，已没有实用价值
D.该实验说明化学研究对象复杂，反应条件多变，应具体问题具体分析
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AD
(5)上述实验也反过来证明了“利用金属活动性顺序直接判断原电池中正、负极”的做法________(填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，则请你提出另一个判断原电池正、负极可行的实验方案：__________________
________________________________________。
不可靠
在两电极之间连上一
个电流表测电流方向，判断原电池的正负极