1.2.1化學能與電能的轉(zhuǎn)化（原電池的工作原理）（同步課件）-第二輯：蘇教版2019選擇性必修1高二化學課件+練習 特供省重點 2021-2022學年高中化學蘇教版（2019）選擇性必修一課件+練習

第二節(jié)

化學能與電能的轉(zhuǎn)化

課時1

原電池的工作原理

第一章

化學反應(yīng)與能量變化授課人：學習目標1．通過以鋅銅原電池為例，從宏觀和微觀的角度，分析理解原電池的工作原理，能正確判斷原電池的正極和負極，會書寫其電極反應(yīng)式，培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析的化學核心素養(yǎng)。2．通過進一步理解化學能與電能的相互轉(zhuǎn)化，認識從簡單原電池發(fā)展到帶有鹽橋原電池的過程變化，并能理解帶有鹽橋原電池的實用性，培養(yǎng)變化觀念與平衡思想的化學核心素養(yǎng)。課程導(dǎo)入原電池的發(fā)明史原電池ZnZn2+H+H+Cue-e-e-e-

H2H+H+

H2

稀硫酸正極還原反應(yīng)2H＋＋2e-===H2↑總反應(yīng)：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑負極氧化反應(yīng)Zn-2e-===Zn2＋

化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置一、原電池的工作原理3、形成閉合回路4、氧化還原反應(yīng)能自發(fā)進行2、兩電極插入電解質(zhì)溶液中1、兩種活潑性不同的金屬(或另一種為非金屬導(dǎo)體)構(gòu)成電極原電池一、原電池的工作原理負極氧化反應(yīng)正極還原反應(yīng)+-e-外電路電子遷移：負→正內(nèi)電路離子遷移：陽離子：移向正極陰離子：移向負極角度1電極反應(yīng)角度2粒子遷移原電池原理示意圖一、原電池的工作原理Zn(s)＋Cu2＋(aq)=Zn2＋(aq)＋Cu(s)

化學能

鋅和硫酸銅溶液的反應(yīng)能不能設(shè)計成原電池?思考一、原電池的工作原理ΔH=－216.81kJ·mol－1熱能Zn+

Cu2+==

Cu

+Zn2+電極反應(yīng)：負極：Zn-2e-==Zn2+

正極：Cu2++2e-==

Cu總反應(yīng)：Zn2+Cu2+鋅片逐漸溶解，銅片上紅色固體質(zhì)量增加，溶液顏色變淺，電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。實驗現(xiàn)象：一、原電池的工作原理單液電池觀察并記錄實驗現(xiàn)象，其中哪些與預(yù)測一致，哪些與預(yù)測不同？相同：銅片表面附著紅色固體，電流表指針偏轉(zhuǎn)。不同：鋅片表面附著紅色固體電流逐漸衰減一、原電池的工作原理兩個溶液間缺少離子導(dǎo)體，無法形成閉合回路。為什么沒有電流？一、原電池的工作原理思考鹽橋中通常裝有含KCl飽和溶液的瓊膠，K+和Cl-可在其中自由移動。一、原電池的工作原理鹽橋鹽橋的作用③避免電極與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)，相比單液原電池有利于最大程度地將化學能轉(zhuǎn)化為電能。①形成閉合回路。②平衡兩側(cè)溶液的電荷，使溶液保持電中性。雙液電池的工作原理CuSO4溶液ZnCue-Zn2+Cu2+Cl-K+ZnSO4溶液e-一、原電池的工作原理電子不下水離子不上岸一、原電池的工作原理思考如何判斷原電池中的正、負極？多數(shù)情況下一、原電池的工作原理例1有關(guān)下圖裝置的說法中正確的是(

)A．電流從銅經(jīng)過導(dǎo)線流向石墨B．鹽橋中的K＋移向石墨電極C．乙池中電極反應(yīng)式為NO＋4H＋＋e－===NO2↑＋2H2OD．當銅棒質(zhì)量減少6.4g時，甲池溶液質(zhì)量增加6.4gB典例解析電極反應(yīng)式遵循質(zhì)量守恒、得失電子守恒及電荷守恒，遵循離子方程式的書寫規(guī)則，兩電極反應(yīng)式相加得電池總化學(或離子)方程式。一般電極反應(yīng)式的書寫方法1、書寫電極反應(yīng)式的原則二、原電池電極反應(yīng)式書寫2、一般電極反應(yīng)式的書寫方法(1)定電極，標得失。電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液中應(yīng)能穩(wěn)定存在，如堿性介質(zhì)中生成的H＋應(yīng)讓其結(jié)合OH－生成水。電極反應(yīng)式要依據(jù)電荷守恒和質(zhì)量守恒、得失電子守恒等加以配平。(2)看環(huán)境，配守恒。按照負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，判斷出電極反應(yīng)產(chǎn)物，找出得失電子的數(shù)量。電極反應(yīng)式要依據(jù)電荷守恒和質(zhì)量守恒、得失電子守恒等加以配平。復(fù)雜電極反應(yīng)式＝總反應(yīng)式－簡單的電極反應(yīng)式。(3)兩式加，驗總式。二、原電池電極反應(yīng)式書寫將兩電極反應(yīng)式相加(注意兩極得失電子數(shù)相等)可得電池總反應(yīng)式。3.書寫電極反應(yīng)式的基本類型(1)類型一題目給定原電池的裝置圖，未給總反應(yīng)式遵循氧化還原反應(yīng)離子方程式的配平原則，寫出電極反應(yīng)式。結(jié)合電解質(zhì)判斷出還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物。首先找出原電池的正、負極，即分別找出氧化劑和還原劑。1234二、原電池電極反應(yīng)式書寫例2(1)甲裝置中正極為________，電極反應(yīng)式為__________________，負極為__________，電極反應(yīng)式為________________。(2)乙裝置中正極為_____，電極反應(yīng)式為__________________，負極為______，電極反應(yīng)式為________________________。Al2H＋＋2e－===H2↑MgMg－2e－===Mg2＋

Mg6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－Al2Al－6e－＋8OH－===2AlO2－＋4H2O典例解析(2)類型二題目給出原電池的總反應(yīng)式若有一個電極反應(yīng)式較難寫出，可先寫出較易寫出的電極反應(yīng)式，然后再用總反應(yīng)式減去該電極反應(yīng)式即得到另一電極反應(yīng)式。當氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物由多種元素組成時，還應(yīng)考慮電解質(zhì)是否參與了反應(yīng)。分析原電池總反應(yīng)式中各元素的化合價變化情況，找出氧化劑及其對應(yīng)的還原產(chǎn)物，氧化劑發(fā)生的反應(yīng)即為正極反應(yīng)；找出還原劑及其對應(yīng)的氧化產(chǎn)物，還原劑發(fā)生的反應(yīng)即為負極反應(yīng)。123二、原電池電極反應(yīng)式書寫例3根據(jù)下列原電池的總反應(yīng)式，寫出其電極反應(yīng)式。(1)利用反應(yīng)2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制備硫酸銅，若將該反應(yīng)設(shè)計為原電池，其負極反應(yīng)式是__________________________，正極反應(yīng)式是_______________________。(2)某原電池總反應(yīng)為2FeO42－＋3H2===Fe2O3＋4OH－＋H2O，在該原電池中：負極反應(yīng)式是______________________________；正極反應(yīng)式是__________________________________。2FeO42－＋5H2O＋6e－===Fe2O3＋10OH－2Cu－4e－===2Cu2＋O2＋4e－＋4H＋===2H2O3H2－6e－＋6OH－===6H2O典例解析三、原電池原理的應(yīng)用1．比較金屬活動性強弱對于酸性電解質(zhì)，一般是負極金屬的活動性較強，正極金屬的活動性較弱。例4把a、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時，a為負極；c、d相連時，電流由d到c；a、c相連時，c極上產(chǎn)生大量氣泡；b、d相連時，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動性順序由強到弱的為()A．a(chǎn)>b>c>dB．a(chǎn)>c>d>bC．c>a>b>dD．b>d>c>aB三、原電池原理的應(yīng)用2．加快氧化還原反應(yīng)的速率構(gòu)成原電池的反應(yīng)速率比直接接觸的反應(yīng)速率快。例5等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b中分別加入過量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSO4溶液，下列各圖表示的是產(chǎn)生H2的體積V與時間t的關(guān)系(其他條件相同)，其中正確的是(

)

A

B C

DA三、原電池原理的應(yīng)用3．設(shè)計原電池1理論上，任何自發(fā)的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池。2外電路：還原性較強的物質(zhì)在負極上失去電子，氧化性較強的物質(zhì)在正極上得到電子。3內(nèi)電路：將兩電極浸入電解質(zhì)溶液中，陰、陽離子作定向移動。3．設(shè)計原電池三、原電池原理的應(yīng)用兩極一液一連線設(shè)計思路將電池總反應(yīng)拆成兩個半反應(yīng)，即原電池的負極反應(yīng)和正極反應(yīng)。畫出裝置圖，并注明電極材料和電解質(zhì)溶液確定負極材料、正極材料和電解質(zhì)溶液。3．設(shè)計原電池三、原電池原理的應(yīng)用設(shè)計原電池時電解質(zhì)溶液和電極材料的選擇電池的電極材料必須能導(dǎo)電。①活動性不同的兩種金屬。如鋅銅原電池，鋅作負極，銅作正極。②金屬和非金屬。如鋅作負極，石墨棒作正極。③金屬和化合物。如鉛蓄電池，鉛塊作負極，PbO2作正極。④惰性電極。如氫氧燃料電池中，兩電極均可用Pt。電解質(zhì)溶液一般要能夠與負極材料發(fā)生反應(yīng)。若是兩個半反應(yīng)分別在兩個燒杯中進行，則電解質(zhì)溶液應(yīng)作正極電解液。例6請用FeCl3溶液、CuCl2溶液、鹽橋、銅片、石墨棒設(shè)計原電池實現(xiàn)電池反應(yīng)：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2(負極)：Cu－2e－===Cu2＋(正極)：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋三、原電池原理的應(yīng)用課堂小結(jié)原電池的工作原理原電池原理的應(yīng)用不良反應(yīng)構(gòu)成鹽橋作用正負極判斷比較金屬活動性強弱加快氧化還原反應(yīng)的速率設(shè)計原電池原電池電極反應(yīng)式書寫原則常見方法1、下列電極反應(yīng)式書寫正確的是(

)A．鋁、銅與濃硝酸組成的原電池，負極的電極反應(yīng)式為Al－3e－===Al3＋B．銅、鋅在稀硫酸中構(gòu)成原電池，正極的電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑C．以銅為電極將2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋設(shè)計成原電池，正極的電極反應(yīng)式為Cu－2e－===Cu2＋D．以鋁、鐵為電極，在氫氧化鈉溶液中構(gòu)成原電池，負極的電極反應(yīng)式為Al－3e－===Al3＋B課堂練習D2、某固