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

课时1 原电池的工作原理

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

3.实验分析

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

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：

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：

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。