高中化学 人教版选修4 第四章第一节 原电池 教学设计、教案、学案
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第一节 原电池
1．以锌铜原电池为例，了解原电池的工作原理。 2.学会判断原电池的正、负极，并能正确书写电极反应式和总反应方程式。 3.认识化学能与电能的相互转化，并能设计简单的原电池。
原电池的基础知识
1．原电池
(1)概念：将化学能转化为电能的装置。
(2)实质：利用能自发进行的氧化还原反应，把化学能转化为电能。
(3)形成条件
①两个活泼性不同的电极；②电解质溶液或熔融电解质；③形成闭合回路；④能自发进行的氧化还原反应。
2．工作原理(以锌铜原电池为例)
装置
示意图
现象 锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，电流表指针发生偏转
电极 Zn电极 Cu电极
电极名称 负极 正极
得失电子 失电子 得电子
电子流向 流出 流入
反应类型 氧化反应 还原反应
电极反应式 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 总反应式
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
3.盐桥及其作用
(1)成分：含有琼胶的KCl饱和溶液。
(2)离子移动方向：Cl－移向负极区，K＋移向正极区。
(3)作用
①通过离子在盐桥中的定向移动，使两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导。
②将两个半电池完全隔开，使副反应减至最低程度，可以获得单纯的电极反应，有利于最大程度地将化学能转化为电能。
1．正误判断：正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例。
语句描述 正误 阐释错因或列举反例
(1)在原电池构成的闭合回路中，电子从原电池的正极通过导线流向负极
(2)原电池的正极一定是化学性质较不活泼的金属
(3)原电池工作时，正极上发生氧化反应，负极上发生还原反应
(4)只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池
(5)反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋能以原电池的形式来实现
答案：(1)× 电子从原电池的负极通过导线流向正极
(2)× 不一定，如Mg、Al和NaOH溶液构成原电池时，Al为负极，Mg为正极；导电非金属也可做正极
(3)× 原电池工作时，正极上发生还原反应，负极上发生氧化反应
(4)√
(5)√
2．锌片和铁片紧贴在一起，放置于稀硫酸溶液中，能否形成原电池？
答案：能。锌片、铁片两个活泼性不同的金属做电极，稀硫酸做电解质溶液，紧贴在一起即能形成闭合回路，符合原电池形成的条件。
训练一 原电池的构成
1.(2019·聊城高二期末)如图装置中Cu和稀硫酸的作用分别是( )
A．电极材料 电子导体
B．电极反应物 离子导体
C．电极材料 离子导体
D．电极反应物 电子导体
解析：选C。装置中Cu为电极材料，H＋在Cu极上发生反应；电子不进入溶液，稀硫酸是离子导体。
2．(2019·唐山高二测试)下列装置中，能构成原电池的是(
)
解析：选D。A项中酒精为非电解质，不能构成原电池，A错误；B项中未使用盐桥，没有形成闭合回路，B错误；C项中两个电极材料相同，不能构成原电池，C错误；D项中符合构成原电池的条件，D正确。
训练二 原电池的工作原理
3.如图中两电极上发生的电极反应为
a极：Cu2＋＋2e－===Cu；
b极：Fe－2e－===Fe2＋。
下列说法中不正确的是( )
A．该装置为原电池
B．a极上发生还原反应
C．电子由b极流向a极
D．该过程中能量的转换一定是化学能全部转化为电能
解析：选D。该装置为原电池；a极发生还原反应，b极发生氧化反应；电子由负极(b)流出经导线流向正极(a)；该过程中能量由化学能转换为电能、热能等，不可能全部转化为电能。
4．如图为一原电池装置，下列叙述中正确的是(
)
A．铜离子在铜片表面被还原
B．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液
C．电流从锌片经导线流向铜片
D．铜是正极，铜片上有气泡产生
解析：选A。该原电池中，较活泼的金属锌做负极，发生氧化反应，较不活泼的铜做正极，发生还原反应；电子由负极(锌)流出经导线流向正极(铜)，电流的方向与之相反；负极和正极的电极反应分别为Zn－2e－===Zn2＋和Cu2＋＋2e－===Cu；盐桥中的阳离子向正极区(硫酸铜溶液)迁移，故A正确，B、C、D错误。
原电池正、负极的判断方法
原电池原理的应用
1．加快氧化还原反应速率
原理 原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子移动时相互的干扰减小，使反应速率增大
实例 实验室制H2时，粗锌与稀硫酸反应比纯锌快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，也能加快反应速率
2.比较金属的活动性强弱
原理
一般原电池中，活泼金属做负极，发生氧化反应，较不活泼金属做正极，发生还原反应
实例 两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到金属a溶解，金属b上有气泡产生，根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性a＞b
3.用于金属的防护
原理 使被保护的金属做原电池的正极而得到保护
实例 要保护一个铁闸，可用导线将其与一锌块相连，使锌做原电池的负极，铁闸做正极
4.设计原电池
(1)理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。
(2)设计示例
设计思路 示例
以自发进行的氧化还原反应为基础 2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2
把氧化还原反应分为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应 氧化反应(负极)：Cu－2e－===Cu2＋
还原反应(正极)：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
以两极反应为原理，确定电极材料及电解质溶液 负极材料：Cu
正极材料：石墨或铂
电解质溶液：FeCl3溶液
画出示意图
1．在设计原电池装置时，由自发的氧化还原反应方程式，如何确定原电池的正、负极？以反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋为例说明。
答案：根据氧化还原反应原理先确定负极。例如：题给反应中Fe发生失电子的氧化反应，确定Fe为负极；正极应为活泼性弱于Fe的金属材料或能导电的非金属材料(如石墨)。
2．(1)依据反应Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋，设计原电池。
①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)。
②________为负极，电极反应为______________________________________。
________为正极，电极反应为_________________________________________。
(2)在锌粒和氯化铁溶液的反应中，撒入一些碳粒，反应速率________(填“加快”“不变”或“减慢”)。
解析：(1)分析元素化合价的变化可知，Zn为负极，比Zn活泼性弱的金属或非金属(石墨等)做正极，选择与电极反应有关的溶液做电解质溶液，盐桥连接两个半电池。(2)形成原电池时可加快反应速率。
答案：(1)①如图(其他合理答案也可)
②Zn Zn－2e－===Zn2＋ Pt(需与①对应) 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ (2)加快
训练一 利用原电池原理比较金属活动性、加快反应速率
1．X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出；X、Y和稀硫酸组成原电池时，Y为电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为( )
A．X＞Y＞Z B．X＞Z＞Y
C．Y＞X＞Z D．Y＞Z＞X
解析：选C。活泼性强的金属能置换出活泼性弱的金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，即活泼性X>Z；在以稀硫酸为电解质溶液的原电池中，负极的活泼性大于正极，X和Y组成原电池时，Y为电池的负极，即活泼性Y>X，故C正确。
2．100 mL浓度为2 mol/L的盐酸与过量的锌片反应时，为加快反应速率，又不影响生成H2的总量，可采用的方法是( )
A．加入适量6 mol/L的盐酸
B．加入几滴CuCl2溶液
C．加入适量蒸馏水
D．加入适量NaCl溶液
解析：选B。Zn置换出CuCl2中的Cu，Cu、Zn、稀盐酸构成原电池，加快了反应速率，同时也不影响产生H2的量。
训练二 设计原电池 3．一个原电池总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该电池电极材料及电解质溶液可能是( )
选项 正极 负极 电解质溶液
A Zn Cu CuCl2
B Cu Zn H2SO4
C Cu Zn CuSO4
D Mg Zn CuSO4
解析：选C。原电池总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，可得出其负极反应为Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)，正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)。因此负极材料只能是Zn，正极材料为活泼性比Zn弱的Cu(或Fe、C、Pt等)，电解质溶液应为可溶性铜盐。
4．已知电极材料：铁、铜、石墨、锌；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、稀硫酸。按要求回答下列问题：
(1)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，能否构成原电池？________。若能，请写出电极反应式：负极为____________，正极为____________。(若不能，后两空不填)
(2)设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池，要求画出装置图(需标明电极材料、电解质溶液及电池的正、负极)。
解析：(1)因为Fe2(SO4)3能与Cu发生反应Fe2(SO4)3＋Cu===2FeSO4＋CuSO4，因此根据给出的条件可以设计成原电池，其负极为Cu，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，正极为石墨，电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。
(2)因为总反应式为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，所以负极为Fe，正极可为Cu或石墨，电解质溶液为稀硫酸，据此即可画出装置图。
答案：(1)能 Cu－2e－===Cu2＋ 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(2)
学习小结
