《原电池》第一课时教学设计

《原电池》第一课时教学设计

【实验探究2】（2）结合教材P71页实验4-1，结合下图所示装置，按表中实验步骤完成实验，填写下表内容：

【问题探究1】（1）实验（1）中能量的转化及原理分别是什么？

【交流1】①该装置为原电池，是将化学能转变为电能的装置。

【交流2】②锌片作负极，发生有何反应：Zn－2e－===Zn2＋，铜片作正极，发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu，电池总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。

【问题探究2】（2）利用实验（1）装置形成的原电池为何随着实验的进行，电流表指针偏转的角度逐渐减小，电流慢慢减弱？

【讨论交流】实验（1）装置形成的原电池锌片为负极，失去电子变成锌离子使锌片周围溶液带正电，铜片为正极，铜离子在铜片上得到电子析出，导致铜片附近硫酸根离子逐渐增多而带负电。当反应进行到一定时间后，负极的正电荷增多而导致电子（负电荷）难以流出，正极负电荷增多也会导致电子流入困难。从而电池电流减弱。

【问题探究3】（3）盐桥作用是什么？取出装置中的盐桥，电流表的指针为何不会发生偏转？

【交流1】①盐桥中的物质一般是浸泡过KCl溶液的琼脂，含有K+与Cl-，在原电池的两个半电池中起到桥梁的作用，负极金属锌失电子形成锌离子进入溶液，阳离子数增加，盐桥中的阴离子Cl-移向负极进入溶液，使负极区硫酸锌溶液保持电中性，盐桥中的阳离子K+就移向正极进入溶液，使正极区硫酸铜溶液保持电中性，保证电子长时间在外电路作定向移动，形成稳定的电流。

【交流2】②如果要使电流表指针发生偏转，则该装置中必须形成闭合回路。若取出盐桥，很显然该装置未构成闭合回路（断路，电流表指针不会发生偏转。

【问题探究4】（4）可以用金属代替盐桥吗？

【交流】不可以，在电路接通的情况下，这个盐桥只是整个回路的一部分，随时要保持电中性，琼胶作为盐桥因其中含有两种离子，可以与溶液中的离子交换，从而达到传导电流的目的，而且琼胶本身可以容纳离子在其中运动；若用金属代替盐桥，电子流向一极后不能直接从另一极得到补充，必然结果就是向另一极释放金属阳离子或者溶液中的金属阳离子在电子流出的那一极得电子析出金属，从而降低了整个电池的电势。所以，只有自由电子是不够的，应该有一个离子的通道即“盐桥”。

【问题探究5】（5）实验（2）中装置为双液原电池，若将装置中的ZnSO4溶液和CuSO4溶液交换，为什么电流表指针不发生偏转？并请指出双液原电池具有哪些特点？

【交流1】①此时负及锌失去的电子直接转移给溶液中的铜离子，就不会通过外电路形成电流，所以电流表指针不发生偏转。

【交流2】②双液原电池中两个半电池完全隔开，Cu2＋无法移向锌片，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。

【问题探究6】（6）根据带电离子的导电特点，请思考电子、阴阳离子的移动方向有何特点和规律？

【交流1】①电子：不能下水。只能在导线（外电路）中定向移动。由负极发生氧化反应失去的电子经外电路移向正极（电流方向相反），移向正极后被溶液中的阳离得到，发生还原反应。

【交流2】②阴离子和阳离子：只能在溶液或盐桥中定向移动（内电路）。负及金属锌失去电子变为Zn2＋向盐桥移动，盐桥中的Cl－移向负极区(ZnSO4溶液)与Zn2+中和；硫酸铜溶液中：Cu2＋向铜极移动，得到电子形成铜单质附着在Cu电极上，盐桥中K＋移向正极区(CuSO4溶液)，中和硫酸根。

【问题探究7】(7)联系已有化学能与电能的转化知识，思考原电池构成的条件是什么？并回答下列图示装置能形成原电池的有哪些？

【交流】原电池构成的条件是具有活动性不同的两个电极，二者直接或间接地连在一起，插入电解质溶液中，且能自发地发生氧化还原反应。上述装置图中能形成原电池的是AD。

【应用探究】以氧化还原反应：Cu(s)＋2AgNO3(aq) = Cu(NO3)2(aq) + 2Ag(s)为例，设计一个原电池装置要采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置简图。并思考进行原电池的设计，要注意哪些问题？

【投影交流1】①结合双液原电池原理设计如图所示：

【交流2】②从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。

【交流3】③电解质溶液：一般能与负极反应，或者溶解在溶液中的物质(如O2)与负极反应。

【交流4】④电极材料：一般较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或非金属导体作正极。

【归纳1】（1）原电池的工作原理是什么？

【交流】原电池原理是将氧化反应和还原反应分开进行，还原剂在负极上失去电子发生氧化反应，电子通过导线流向正极，氧化剂在正极上得到电子发生还原反应。

【归纳2】（2）原电池电极及电极反应有哪些特点？

【交流1】①负极为电子流出极，相对活泼，通常是活动性较强的金属或某些还原剂，电极被氧化，发生氧化反应。

【交流2】②正极为电子流入极，相对不活泼，通常是活动性较差的金属或非金属导体，一般是电解质溶液中的氧化性强的离子被还原或电极上附着物本身被还原，发生还原反应。

【归纳3】（3）请画出原电池的工作原理简图，标出电子、电流、离子的移动方向，并指出有何特点和规律？

【投影】

【交流1】①电子移动方向：从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液。

【交流2】②若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。

【交流3】③若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。

【典例1】下列装置不能形成原电池的是( )

A． B． C． D．

【答案】C

【解析】A．具有活性不同的正负极材料，有电解质溶液，有闭合回路，有能自发进行的氧化还原反应，故可形成原电池，A正确；B．具有活性不同的正负极材料，有电解质溶液，有闭合回路，有能自发进行的氧化还原反应，故可形成原电池，B正确；C．具有活性不同的正负极材料，有闭合回路，但没有电解质溶液和能自发进行的氧化还原反应，故不可形成原电池，C错误；D．具有活性不同的正负极材料，有电解质溶液，有闭合回路，有能自发进行的氧化还原反应，故可形成原电池，D正确；

【典例2】有关电化学知识的描述正确的是( )

A．CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能

B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液

C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成

D．从理论上讲，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池

【答案】 D

【解析】 CaO＋H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应；KCl和AgNO3反应生成AgCl沉淀易阻止原电池反应的发生；作电极的不一定是金属，如石墨棒也可作电极。

【典例3】控制合适的条件，将可逆反应2Fe3+＋2I-

2Fe2+＋I2设计成如图所示的原电池，下列判断不正确的是（ ）

A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应

B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3+被还原

C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态

D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极

【答案】D

【解析】A．乙中I-失去电子放电，化合价升高，发生氧化反应，A正确；B．由总反应方程式知，甲中石墨电极上Fe3+被还原成Fe2+，B正确；C．当电流计为零时，说明反应达到平衡，C正确；D．甲中加入Fe2+，导致平衡逆向移动，则Fe2+失去电子生成Fe3+，作为负极，则乙中石墨电极为正极，D错误；故答案为：D。

【交流1】①写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。

【交流2】②若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：

负极：Cu－2e－===Cu2＋，正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋

【交流3投影】③

【应用探究2】（2）根据问题探究（1）思考总结设计原电池装置要注意哪些问题？

【强调】设计原电池要注意“两极一液一连线”。

【交流1】①根据电池总反应式写出电极反应式。

【交流2】②电极材料的选择：电池的电极必须导电。一般电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料，所以正极和负极不能用同一种材料，两个电极可以是活泼性不同的两种金属或一种金属和一种非金属。

【交流3】③电解质溶液的选择：电解质溶液是为正极提供放电的物质，一般能够与负极发生反应。

【交流4】④形成闭合回路。

【典例1】有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B为正极， 将C、D分别投入等浓度盐酸中，C比D反应剧烈。将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化。 如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是 ( )

A．DCAB B．DABC

C．DBAC D．ABCD

【答案】D

【解析】有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B为正极，则活泼性A＞B，将C、D分别投入等浓度盐酸中，C比D反应剧烈，则活泼性C＞D。将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化，说明活泼性B＞Cu。如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出，则活泼性C＞Cu。因此它们的活动性由强到弱的顺序是A＞B＞C＞D，故D符合题意。综上所述，答案为D。

【典例2】原电池的正负极不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，则下列说法正确的是（ ）

A．Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，刚开始时负极的电极反应式为

B．Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池，负极的电极反应式为Al-3e-+4OH-==AlO2-+2H2O

C．由Fe、Cu、浓硝酸组成的原电池，刚开始时负极的电极反应式为Fe-3e-==Fe3+

D．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，负极的电极反应式为Cu-2e-==Cu2+

【答案】B

【解析】A. Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，刚开始时，铝被钝化，铜作负极，铝作正极，负极的电极反应式为Cu-2e-==Cu2+，错误；B.由Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池，Al作负极，Mg作正极，负极的电极反应式为Al-3e-+4OH-==AlO2-+2H2O，正确；C.由Fe、cu、浓硝酸组成的原电池，刚开始时，Fe被钝化，Fe作正极，Cu作负极，负极的电极反应式为Cu-2e-==Cu2+，错误；D.该原电池中，Fe易失去电子而作负极，Cu作正极，其负极的电极反应式为Fe-3e-==Fe3+，错误；故选B。

【典例3】已知氧化性：Au3＋＞Ag＋＞Cu2＋＞Pb2＋＞Cr3＋＞Zn2＋＞Ti2＋。现有如图所示的电化学装置，下列叙述中正确的是

A．若X为Ti，则Y极的电极反应式可能是Zn－2e－＝Zn2＋

B．若X为Cr，则Y可以选Zn或Ti

C．若Y为Cu，则X极的电极反应式可能是Cr－3e－＝Cr3＋

D．若Y为Pb，则Xn＋(aq)中阴离子数会减少

【答案】C

【解析】根据装置图可知，X电极是负极，失去电子发生氧化反应。Y电极是正极，正极得到电子，发生还原反应，据此可以判断；A.若X为Ti，由于Y电极是正极，得到电子发生还原反应，因此A不正确；B.若X为Cr，则Y电极的金属性要弱于Ti的金属性，Zn或Ti的金属性强于Cr的金属性，则Y不能选Zn或Ti，可以选择铜或Pb等，B不正确；C.若Y为Cu，由于X是负极，则X电极的金属性要强于Cu，所以可以选择Cr，因此负极电极反应式可能是Cr－3e－＝Cr3＋，C正确；D.若Y为Pb，由于X电极是负极，失去电子，发生氧化反应，因此Xn＋(aq)中阴离子数会增加，D不正确；答案选C。

【问题解决】格林太太牙痛原因及解决办法是什么？

【交流】化学家察看了格林太太的口腔，发现了问题出在牙齿的材料上，他通过试验证明，假牙组成了“微电池”——原电池，这是化学家所知道的。在这个思路的支配下，他提出了自己的建议，医生给格林太太换掉了金牙，从此，牙病一去不复返了。

【答案】C

【解析】电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，说明M、N与池中液体构成了原电池。N棒变细，作负极，M棒变粗，说明溶液中的金属阳离子在M极上得到电子，生成金属单质，M变粗，M做原电池的正极。A.如果是锌、铜、稀硫酸构成原电池，则电池总反应式为Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑，Zn作负极， M极变细， 故A错误；B.如果是铁、铜、稀盐酸构成原电池，电池总反应式为Fe＋2H＋= Fe2+＋H2 ↑，则铁是负极，铜棒M 是不会变粗的，故B错误；C.如果是银、锌、硝酸银溶液构成原电池，电池总反应式为 Zn＋2Ag＋=Zn2＋＋2Ag，则锌是负极，N棒变细，析出的银附在银上，M棒变粗，故C正确；D.如果是锌、铁、硝酸铁溶液构成原电池，电池总反应式为Zn+ 2Fe3+=2 Fe2++ Zn2＋，Zn作负极， M极变细，故D错误；答案选C。

3．下列关于实验现象的描述不正确的是( )

A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡

B．用锌片作负极，铜片作正极，在CuSO4溶液中，铜片质量增加

C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁

D．Al和Cu分别作为两电极，用导线连接插入浓硝酸中，铜溶解，溶液变成蓝色

【答案】 C

【解析】 铜片和铁片紧靠并浸入稀H2SO4中，铜片上的H＋获得由铁片传递过来的电子，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，所以可观察到铜片表面出现气泡，选项A正确；锌片作负极，铜片作正极，发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，生成的Cu在铜片上析出使其质量增加，选项B正确；铜片插入FeCl3溶液中，发生的反应是Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，没有单质铁的析出，选项C不正确；由于Al与浓硝酸常温下发生钝化，所以Cu为负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，选项D正确。

4．某小组设计如图装置（盐桥中盛有浸泡了KNO3溶液的琼脂）研究电化学原理。下列叙述正确的是( )

A．银片为负极，发生的反应为Ag＋＋e－=Ag

B．电子由Mg电极经盐桥流向Ag电极

C．用稀硫酸代替AgNO3溶液，不可形成原电池

D．进行实验时，桥盐中的K＋移向AgNO3溶液

【答案】D

【解析】A. 银片为正极，发生的反应为Ag＋＋e－=Ag，A不正确；B. 盐桥是离子通道，电子由Mg电极流出，沿着导线流向Ag电极，B不正确；C. 用稀硫酸代替AgNO3溶液，正极上生成氢气，可形成原电池，C不正确；D. 进行实验时，琼脂中K＋移向正极区，D正确；答案选D。

5．用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂－KNO3的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( )

①在外电路中，电流由铜电极流向银电极 ②正极反应为Ag＋＋e－===Ag ③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 ④将铜片直接浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同

A．①② B．②③

C．②④ D．③④

【答案】 C

【解析】 铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线、盐桥构成一个原电池，Cu作负极，Ag作正极，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋(负极)，2Ag＋＋2e－===2Ag(正极)，盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用，电子是由负极流向正极，电流的方向和电子的流向相反。因此①③错误，②④正确。

【课后提升】1．分析如图所示的四个原电池装置，下列结论正确的是( )

A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极

B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑

C．③中Fe作负极

D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

【答案】 B

【解析】 电解质溶液不同，导致两极反应发生改变。当稀硫酸是电解质溶液时，Mg作负极(活动性Mg＞Al)；当NaOH溶液是电解质溶液时，Al作负极(Mg不与NaOH溶液反应)；③中Cu作负极，反应式为Cu－2e－===Cu2＋，Fe作正极，因为常温下，Fe遇浓硝酸发生钝化；④中Cu作正极，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。

2．下列关于实验现象的描述不正确的是( )

A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡

B．用锌片作负极，铜片作正极，在CuSO4溶液中，铜片质量增加

C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁

D．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快

【答案】C

【解析】A． 把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，形成铜、铁、稀硫酸原电池，正极是金属铜，该电极上溶液中的氢离子得到电子产生氢气，A项正确；B．用锌片作负极，铜片作正极，在CuSO4溶液中，铜片上有金属铜单质析出，质量增加，B项正确；C． 把铜片插入三氯化铁溶液中，铜和氯化铁反应生成氯化铜和氯化亚铁，铜的金属活动性不及铁，铜不能置换出铁，C项错误；D． 把锌片放入盛盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，锌置换出铜，所以形成了铜、锌、稀盐酸原电池，原电池反应可以加速反应速率，D项正确；答案选C。

3．如图所示，烧杯内盛有浓硝酸，在烧杯内放入用导线连接的铁、铅两个电极，已知原电池停止工作时，Fe、Pb均有剩余。下列说法正确的是（ ）

A．Fe比Pb活泼，故Fe始终作负极

B．Fe在浓硝酸中钝化，故始终不溶解

C．原电池停止工作时，溶液中有

D．利用浓硝酸作电解质溶液不符合“绿色化学”的思想

【答案】D

【解析】A．反应开始时，浓硝酸使铁发生钝化，铅失电子作负极，A错误；B．随着反应的进行，硝酸的浓度逐渐降低，而稀硝酸能溶解铁，铁的活泼性比铅强，所以铁作负极，B错误；C．原电池停止工作时铁有剩余，故溶液中不可能存在Fe3+，C错误；D．利用浓硝酸作电解质溶液，正极的电极反应式为

，有污染性气体二氧化氮生成，不符合“绿色化学”的思想，D正确；答案选D。

4．利用生活中常见的材料可以进行很多科学实验，甚至制作出一些有实际应用价值的装置来，下图就是一个用废旧材料制作的可用于驱动玩具的电池的示意图。当电池工作时，有关说法正确的是( )

A．铝罐将逐渐被腐蚀

B．碳粒和碳棒上发生的反应为O2＋2H2O－4e－=4OH－

C．碳棒应与玩具电机的负极相连

D．该电池工作一段时间后碳棒和碳粒的质量会减轻

【答案】A

【解析】A．该装置构成原电池，铝易失电子作负极，负极上铝失电子生成铝离子，所以铝罐逐渐被腐蚀，故A正确；B．碳棒作正极，正极上空气中的氧气得电子生成氢氧根离子，电极反应式为O2+2H2O+4e-═4OH-，故B错误；C．碳棒作正极，应该与玩具电机的正极相连形成闭合回路，故C错误；D．正极上是氧气得电子，炭粒和碳棒不参加反应，所以其质量不变，故D错误；故选A。

6．由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。

根据实验现象回答下列问题：

(1)装置甲中负极的电极反应式是_______________________________。

(2)装置乙中正极的电极反应式是_______________________________。

(3)装置丙中溶液的pH________(填“变大”、“变小”或“不变”)。

(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是_______________________。

【答案】 (1)A－2e－===A2＋ (2)Cu2＋＋2e－===Cu

(3)变大 (4)D＞A＞B＞C

【解析】 甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活动性A＞B；乙中C极增重，即析出Cu，则B为负极，活动性B＞C；丙中A上有气泡即H2产生，则A为正极，活动性D＞A，随着H＋的消耗，pH变大。

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