鲁科版 (2019)选择性必修1第2节 化学能转化为电能——电池学案及答案

这是一份鲁科版 (2019)选择性必修1第2节 化学能转化为电能——电池学案及答案，共16页。学案主要包含了铜锌原电池的实验探究，原电池的工作原理等内容，欢迎下载使用。
课时1 原电池的工作原理课标解读课标要求素养要求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.能利用相关信息分析化学电源的工作原理;3.能分析、解释原电池的工作原理,能设计简单的原电池。1.变化观念与平衡思想:能利用原电池的组成条件和原理分析不同电池间的异同。2.证据推理与模型认知:能根据铜锌原电池的实验现象,总结出现象形成的原因,从而归纳出原电池工作原理,建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。自主学习·必备知识 知识点一 铜锌原电池的实验探究 1.装置2.实验现象装置检流计指针电极表面变化情况Ⅰ发生①     偏转    锌片质量②      减小   ,铜片质量③      增大    Ⅱ发生④          偏转    锌片质量⑤     减小       ,铜片质量⑥      增大    3.实验分析电极名称负极正极电极材料⑦      锌     片⑧      铜       片电极反应反应类型氧化反应还原反应电子流向由⑨      锌       片沿导线流向⑩      铜       片离子迁移方向阴离子向负极迁移;阳离子向正极迁移电池反应方程式想一想  公元1799年,科学家伏打以含食盐水的湿抹布,夹在银和锌的圆形板中间,堆积成圆柱状,制造出最早的电池——伏打电池。将不同的金属片插入电解质水溶液形成的电池,通称伏打电池。你能确定伏打电池的负极并写出其电极反应吗？答案：锌比银活泼,所以锌作负极,电极反应为 。判一判1.氧化还原反应一定都能设计成原电池 ( ×   )2.铜、锌与稀硫酸形成原电池,铜为正极,锌为负极,形成原电池过程中电子由负极经过电解质溶液流向正极(   ×   )3.盐桥电池中的盐桥相当于原电池的内电路(    √  )知识点二 原电池的工作原理1.原电池的构成条件①    化学能           ②     电能          ③    活动性不同           ④     电解质溶液          ⑤      闭合电路         ⑥    氧化还原反应         2.工作原理电子流向⑦   负极 正极         离子移动方向⑧     阳         离子移向正极⑨       阴       离子移向负极电极反应正极⑩    还原          反应负极⑪     氧化         反应想一想1  因为生石灰和水反应放热,所以有同学认为可以利用这个反应设计成原电池,你认为正确吗？答案：不正确。此反应不是氧化还原反应。想一想2  2020年2月,宁德时代宣布将向特斯拉供应锂离子动力电池产品。消息一出,宁德时代的市值直冲3000亿元。磷酸铁锂锂离子电池的总反应是 。请问在负极上发生反应的物质是什么？答案：负极反应物化合价升高,所以反应的物质是 。互动探究·关键能力探究点一 原电池的工作原理及电极判断情境探究1.某实验小组同学根据原电池的形成原理设计了甲、乙两个原电池： 电极材料电极材料电解质溶液甲铁铜稀硫酸乙铜银硝酸银问题1：甲电池该电池的正极材料为  ,电极反应式为  ;该电池的负极材料为  ,电极反应式为  ;总反应方程式为  。问题2：乙电池该电池的正极材料为  ,电极反应式为  ;该电池的负极材料为  ,电极反应式为  ;总反应方程式为  。答案：问题1：提示  铜  ;    ; 铁  ;   ; 问题2：提示  银  ;    ; 铜 ;   ; 探究归纳1.原电池工作原理2.原电池正、负极的判断探究应用例  锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,下列有关叙述正确的是(     )A.铜电极上发生氧化反应B.电池工作一段时间后,甲池的 减小C.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答案： 解析：A项,由锌的活动性大于铜,可知铜电极为正极,在正极上 得电子发生还原反应生成Cu,错误;B项,由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,故甲池的 不变,错误;C项,在乙池中正极发生反应： ,同时甲池中的 通过阳离子交换膜进入乙池中,由于 的相对原子质量大于Cu,故乙池溶液的总质量增加,正确;D项,阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,放电过程中 通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡,阴离子不能通过交换膜,错误。解题感悟“异常”原电池原理的深度分析（1）铝铜浓硝酸电池初期,活泼金属铝作负极被氧化,铝表面很快形成致密氧化物薄膜使铝钝化,从而阻止反应继续进行,之后,钝化铝作正极,铜被浓硝酸氧化,作负极,电极反应：铜： ；钝化铝： 。（2）镁铝烧碱溶液电池镁不溶于烧碱溶液,铝单质可溶于烧碱溶液,铝作负极,镁作正极,电极反应：铝： ；镁： 。迁移应用1.某小组为研究电化学原理,设计了如图所示装置。下列叙述不正确的是(     )A. 和 不连接时,铁片上会有金属铜析出B. 和 用导线连接时,铜片上发生的反应为C.无论 和 是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色D. 和 用导线连接后,电流由铁电极经导线流向铜电极答案： 解析： 和 不连接时, 和 直接发生氧化还原反应,铁片上会有金属铜析出,A项正确;若a和 用导线连接,则构成原电池,此时铁为负极,铜为正极,电极反应式分别为 项正确;根据选项A、B可知,C项正确;在原电池中,电流应由正极流出,经导线流向负极,D项不正确。2. 分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是(     )A.①②中 作负极,③④中 作负极B.②中 作负极,电极反应式为C.③中 作负极,电极反应式为D.④中 作正极,电极反应式为答案：解析：②中 不与 溶液反应,而 能和 溶液反应失去电子,故Al作负极, 作正极。探究点二 原电池原理的应用知识深化1.加快化学反应速率构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。如实验室制 时,粗锌比纯锌与稀硫酸反应快,或向溶液中滴入几滴 溶液,反应加快。2.比较金属的活动性强弱3.设计原电池（1）理论上,自发的氧化还原反应,可以设计成原电池。（2）外电路（3）内电路：电解质溶液中,阴、阳离子发生定向移动。4.设计原电池的思路（以 与 反应为例）（1）明确两极反应（2）选择电极材料$\left\{\begin{array}{l l}\text {负极材料一般为负极失电子物质,如\mathrm{Cu}}\\ \text {正极材料一般为导电性材料且较不活泼,如\mathrm{C}、\mathrm{Ag}}\mathrm{}\end{array}\right.$（3）选择电解质溶液（4）画装置图（注明电极材料和溶液成分）题组过关1.有 、 、 、 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 极质量减小; 极质量增加 极有气体产生; 极无变化实验装置部分实验现象 极溶解; 极有气体产生电流从 极流向 极由此可判断这四种金属的活动性顺序是(     )A. B.C. D.答案： 解析：根据原电池中负极一般比正极活泼进行判断。由第一个装置 极质量减小,可知 极是负极,金属活动性： ;对于第二个装置,依据还原性规律知,金属活动性： ,第三个装置的金属活动性： ;第四个装置电流从 流向 ,则电子从 流向a,故金属活动性： 。2. 设计原电池: ,在方框中画出能形成稳定电流的半电池形式的装置图（标出电极材料、电解质溶液）。负极：  ,电极反应：  ;正极：  ,电极反应：  。答案：;   ;    ;   ; 解析： 分析元素化合价的变化可知, 为负极,比 不活泼的金属或导电的非金属（石墨等）作正极,选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液。3. 铁及铁的化合物应用广泛,如 可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。（1）写出 溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：  。（2）若将（1）中的反应设计成原电池,请在方框内画出原电池的装置图,标出正、负极,并写出电极反应式。正极反应式：  ;负极反应式：  。答案： （1）（2）;   ; 解析：首先分析 与 反应中的氧化剂、还原剂,然后依据原电池原理设计成原电池。依据反应： 失电子,应为原电池的负极,正极材料选用比铜不活泼的铂丝或导电的非金属（如石墨棒）,电解质溶液选用 溶液。评价检测·素养提升课堂检测 1.（2021辽宁锦州高二月考）在如图所示的柠檬水果电池中,外电路上的电流从电极 流向电极 。若 为铁,则 可能是(     )A.锌B.石墨C.银D.铜答案：  解析：原电池中,电流从正极沿导线流向负极,由外电路上的电流从电极 流向电极 可知, 作正极, 作负极。原电池中易失电子发生氧化反应的金属作负极,若 为铁,则 的活泼性比铁强,选项中只有锌比铁活泼。2.下列装置不能构成原电池的是(     )A. B. C. D.答案：  解析：根据原电池形成条件解答。酒精不是电解质溶液,不导电。3.如图,两电极上发生的电极反应如下,则下列说法中不正确的是(     ) 极： 极：A.该装置为原电池B. 极上发生还原反应C.电子由 极流向 极D.该过程中能量的转化一定是化学能全部转化为电能答案：  解析：题给装置有一部分化学能转化为热能。4. 已知某原电池的电极反应是 据此设计原电池,并回答问题。（1）若原电池装置为图1：①电极材料 是  , 是  （写名称）。② 电极观察到的现象是  。（2）若原电池装置为图2：①电极材料 可以是  （填字母,下同）。 . 铁 . 铜 . 石墨②电解质溶液 是  。 . 溶液 .  溶液   .  溶液答案：（1）铜  ; 铁; 有红色物质析出（2）   ; 解析：（1）根据原电池原理进行解答。题图1中一般相应的盐溶液对应相应的金属单质,所以 分别是铜和铁,铜作正极,铜离子得电子变为铜单质。（2）题图2是原电池装置,则铁作负极,铜或石墨作正极,电解质溶液是可溶性的铜盐溶液。素养视角1.相同电极材料、不同电解质溶液电池反应的比较：（1）甲、乙两原电池中 电极分别为  极、  极,出现的现象分别是  、  。（2）甲、乙两池中 电极上发生的电极反应分别是  、  。答案：（1）正  ; 负  ; 有气泡冒出  ; 逐渐溶解（2）   ; 解析： 甲池硫酸溶液作电解质溶液, 较活泼作负极, 作正极,电极反应为氢离子得电子变为氢气, 表面产生气泡;乙池氢氧化钠溶液作电解质溶液, 作负极, 失电子变为四羟基合铝酸根离子,逐渐溶解。解题关键  解答本题首先要根据两极材料及电解质溶液判断原电池的正、负极,然后书写电极反应式。