人教版高中化学选择性必修1第四章化学反应与电能第一节原电池第1课时原电池的工作原理课件(共60张PPT)

(共60张PPT)
第四章　化学反应与电能
第一节　原电池
第1课时　原电池的工作原理
【学习目标】　1.认识化学能转化为电能的实际意义及其重要应用。2.能分析原电池 的工作原理，能设计简单的原电池。3.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分 析化学电源的工作原理。
一、原电池的工作原理
1. 实验探究含盐桥的锌铜原电池的工作原理
（1）实验现象：锌片 ，铜片上 ，电流表的指针发 生 。
（2）实验结论：两种装置均能构成原电池，两种电池均产生电流，将化学能转化成 电能。
逐渐溶解　
有红色物质生成　
偏转　
（3）分析上述原电池的工作原理
负极 正极
电极
材料
电极反应
反应类型 反应 反应
电池总反应
电子流向 由 极通过导线流向 极
离子移向 阳离子移向 极，阴离子移向 极
锌片
铜片
氧化　
还原　
锌　
铜　
正　
负　
②对比图Ⅰ与图Ⅱ两种装置，能更有效地将化学能转化为电能的是 ，其原因 是 。
Cl－　
K＋　
形成闭合电路，平衡
电荷，产生稳定电流　
图Ⅱ　
图Ⅰ中负极直接与CuSO4溶液接触导致部分化学能转化为热能　
（4）根据以上实验探究回答下列问题：
2. 原电池的构成条件
（1）原电池定义：能把化学能转化为 的装置。
（2）构成条件
电能　
【特别提醒】
（1）构成原电池的两个电极的电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非 金属，例如石墨。两个电极可能参与反应，也可能不参与反应。
（2）两个活动性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原 电池，必须有一个能够自发进行的氧化还原反应。
（3）在判断原电池正、负极时，既要考虑金属活动性的强弱，也要考虑电解质溶液 的性质。如Mg－Al－HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是Mg－Al－NaOH溶 液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。
3. 工作原理（以锌铜原电池为例）
【判断】
√
×
×
×
√
×
√
A. 铜电极上发生氧化反应
C. 原电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D. 阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液 中电荷平衡
C
2. 有如图所示的三个装置，回答相关问题：
（1）图①中，Mg作 极。
正极反应式： ，
总反应的离子方程式： 。
负　
正　
2[Al（OH）4]－
正　
3. 如图是某同学设计的原电池装置：
还原反应　
原电池的正极　
形成闭合回路、平衡电荷
（答案合理即可）
题后归纳
　　1. 原电池的工作原理简图
　　2.原电池中正、负极的判断方法
二、原电池工作原理的应用
1. 增大化学反应速率
（1）原理：在形成的原电池中，氧化反应和还原反应分别在两个电极上发生， 溶液中的离子运动时相互干扰减小，电解质溶液中离子运动的更快，使化学反 应速率增大。
（2）举例：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成 Cu，从而形成微小Cu－Zn－稀H2SO4原电池，增大产生H2的速率。
2. 比较金属的活动性强弱
原理：一般来说，负极金属的活动性强于正极金属的。根据现象判断出原电池的正、 负极，金属的活动性：负极强于正极。
3. 设计原电池
（1）理论上， 反应可以设计成原电池。构成原电池的基本条件 也是设计原电池的基本依据。
自发的氧化还原　
【判断】
×
×
×
×
1. 有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
实验
装置
部分实
验现象 a极质量减小；
b极质量增加 b极有气体产生；
c极无变化 d极溶解；
c极有气体产生 电流从a极流 向d极
A. a＞b＞c＞d B. b＞c＞d＞a C. d＞a＞b＞c D. a＞b＞d＞c
C
解析：第一个装置中，a极质量减小，可知a极是负极，金属活动性a＞b；第二个装置 中，依据还原性规律知，金属活动性b＞c；第三个装置中，d极溶解，则金属活动性d ＞c；第四个装置中，电流从a→d，则电子从d→a，故金属活动性d＞a。综上分析知 四种金属的活动性顺序为d＞a＞b＞c。
2. 选择合适的图像填空：
（1）将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的 CuSO4溶液，产生H2的体积V（L）与时间t（min）的关系是 。
解析：加入CuSO4溶液，Zn可置换出Cu，形成Cu－Zn－稀H2SO4原电池，增大反应速 率。（1）a中Zn先与加入的CuSO4反应，Zn减少，生成的H2的体积减小，但a的反应 速率大于b的反应速率，所以A图符合题意。
A　
（2）将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶 液，产生H2的体积V（L）与时间t（min）的关系是 。
解析：加入CuSO4溶液，Zn可置换出Cu，形成Cu－Zn－稀H2SO4原电池，增大反应速 率。（2）由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多，a的反应速率大于b的，所以B图符 合题意。
B　
（3）将（1）中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像 是 。
C　
3. 设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋的强。
（1）写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式： 。
（2）若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：
①负极 ；
②正极 。
（3）在表中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
①不含盐桥 ②含盐桥
题后归纳
设计原电池时电解质溶液和电极材料的选择
（1）电解质溶液一般要能够与负极材料发生反应。但若是两个半反应分别在两 个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子。
（2）电池的电极材料必须能导电。
①活动性不同的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极。
②金属和非金属。如锌作负极，石墨棒作正极。
③金属和化合物。如铅酸蓄电池，铅块作负极，PbO2作正极。
④惰性电极。如氢氧燃料电池中，正负电极均可用Pt。
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课时作业（二十六）　原电池的工作原理
[对点训练]
题组一　原电池的工作原理
①构成原电池的正极和负极必须是两种金属　②原电池是化学能转变为电能的装置　 ③在原电池中，电子流入的一极是正极，该电极上发生还原反应　④在原电池中，电 流从负极经导线流向正极　⑤在原电池中，电解质溶液或熔融电解质中的阳离子向负 极移动
A. ①②⑤ B. ②③
C. ④⑤ D. ③⑤
B
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解析：构成原电池的某一极电极材料也可以是能导电的非金属材料，如石墨，①错 误；原电池是把化学能转化为电能的装置，②正确；在原电池中，电子从负极流出， 流入正极，正极上得电子发生还原反应，③正确；在原电池中，电流从正极经导线流 向负极，④错误；在原电池中，电解质溶液或熔融电解质中的阳离子向正极移动，
⑤错误；故选B。
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A. 甲烧杯的溶液中发生还原反应
C. 外电路的电流方向是从b到a
C
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B
A. Zn电极的电势低于Cu电极的
D. 消耗相同质量的金属Zn，装置②产生的电能比装置①的更多
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A. 通入氧气的电极为负极
B. 电池工作时，溶液中Na＋由负极移向正极
D. 当参加反应的O2为0.01 mol时，流经电解液的电子为 0.04 mol
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A. P＞M＞N＞E B. E＞N＞M＞P
C. P＞N＞M＞E D. E＞P＞M＞N
解析：由①知，金属活动性：M＞N；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面 有大量气泡逸出，即H＋在M极上得电子生成H2，说明M作原电池的正极，故金属活 动性：P＞M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N＞E。综合可知， 金属的还原性由强到弱的顺序是P＞M＞N＞E，A正确。
A
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①加入少量NaHSO4固体　②加H2O　③加CH3COONa固体　④滴入几滴CuSO4溶液　 ⑤加NaCl固体　⑥适当降温　⑦加KNO3溶液　⑧改用100 mL 0.01 mol/L盐酸
A. ②⑤⑧ B. ②③⑥
C. ④⑤⑦ D. ①④⑦
B
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解析：①加入少量NaHSO4固体，氢离子的浓度和物质的量都增大，反应速率增 大，生成氢气的量增加，不符合题意；②加H2O，溶液中氢离子的浓度减小，反 应速率减小，生成氢气的量不变，符合题意；③加CH3COONa固体，醋酸钠与 盐酸反应生成CH3COOH和氯化钠，溶液中氢离子的浓度减小，反应速率减小， 但是生成氢气的量不变，符合题意；④滴入几滴CuSO4溶液，Fe与硫酸铜溶液反 应生成的Cu与Fe构成原电池，反应速率增大，但是由于Fe足量生成氢气的量不 变，不符合题意；⑤加NaCl固体，溶液中氢离子的浓度不变，反应速率不变， 生成氢气的量不变，不符合题意；⑥适当降温，反应速率减小，生成氢气的量 不变，符合题意；⑦加KNO3溶液，酸性条件下硝酸根离子与Fe反应生成一氧化 氮，不能生成氢气，不符合题意；⑧改用100 mL 0.01 mol/L盐酸，溶液中氢离 子浓度减小，体积不变，氢离子的物质的量减小，反应速率减小，生成氢气量 减小，不符合题意；综上所述，符合题意的为②③⑥，故选B。
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C. 盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子
D. 乙中有1 mol电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出
C
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[综合强化]
B. 放电过程中，Li＋向正极移动
C. 每转移0.2 mol电子，理论上生成20.7 g Pb
D. 常温时，在正、负极间接上电流表或检流计，指针偏转
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A. b电极为正极
B. 电子由a极经外电路流向b极
D. a电极1 mol O2完全反应时，向负极迁移的质子
数为4NA（设NA为阿伏加德罗常数的值）
C
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解析：如图所示，根据物质转化可知，a极上氧气得电子依次被还原为H2O2、H2O，a 极为正极；b极上水失电子依次被氧化为H2O2、O2，b极为负极，A项错误；放电时电 子由负极经外电路流向正极，即由b极经外电路流向a极，B项错误；水失去电子分两 步反应，H2O2是中间产物，C项正确；a极上O2反应的还原产物可能是H2O2、H2O， 所以1 mol O2完全反应时，向正极迁移的质子数应大于等于2 NA、小于等于4 NA，D项 错误。
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A. Ag2O作负极，发生氧化反应
B. 电池工作时，Na＋向Cu电极移动
C. 电子从Cu电极经导线流向Ag2O/Ag电极再经过溶液回到Cu电极
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11. 如图为铜锌原电池的装置示意图，其中盐桥内装有琼脂—饱和KCl溶液。请回答 下列问题。
（1）Zn电极为电池的 （填“正极”或“负极”）。
解析：（1）题图装置是原电池，Zn失去电子作负极。
负极　
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（2）写出电极反应式：
（3）盐桥中向CuSO4溶液中迁移的离子是 。
解析：（3）原电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，盐桥中向 CuSO4溶液中迁移的离子应是阳离子，则是K＋。
K＋　
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（4）若保持原电池的总反应不变，下列替换不可行的是 （填字母）。
A. 用石墨替换Cu电极
B. 用NaCl溶液替换ZnSO4溶液
C. 用稀硫酸替换CuSO4溶液
C　
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设计思路
负极 负极材料
负极反应物
正极 正极材料
正极反应物
电子导体
离子导体
石墨　
KI溶液　
石墨　
FeCl3溶液　
导线
盐桥
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在方框内画出简单的装置示意图，并标明使用的材料和试剂。
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12. （2025·张家口高二阶段练习）某兴趣小组同学应用电化学原理进行了一系列实验 探究活动。
（1）为研究碘的化合物氧化性强弱设计如图实验，①②实验左侧烧杯中溶液颜色都 变蓝，①中电子的移动方向由 电极经导线流向 电极，石墨Ⅱ上发 生反应的电极方程式为 ，若两装置导线中转移 电子数相同，则产生I2的质量之比为 。
石墨Ⅰ　
Fe2O3　
5∶1　
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（2）为探究金属铬可能具有的化学性质进行了如图所示的实验，图1装置中铜电极上 产生大量的无色气泡，图2装置中铜电极上无气体产生，而铬电极上产生大量的有色 气体。根据图1现象可推测还原性Cr比Cu （填“强”或“弱”），图2现象可 推测Cr能在稀硝酸中 。
强　
钝化　
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解析：（2）图1装置中铜电极上产生大量的无色气泡说明铬为原电池的负极，铬失去 电子发生氧化反应生成铬离子，铜为正极，氢离子在正极上得到电子发生还原反应生 成氢气；图2装置中铜电极上无气体产生，而铬电极上产生大量的有色气体说明铬在 稀硝酸中钝化，致密的钝化膜阻碍反应继续进行，所以铬电极是原电池的正极，在酸 性条件下，硝酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成一氧化氮和水，铜电极为负 极，铜失去电子发生氧化反应生成铜离子。
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