1.2.1化学能与电能的转化（原电池的工作原理）（含答案）2023-2024学年高二化学同步精品课堂（苏教版2019选择性必修1）

1.2.1 化学能与电能的转化 （原电池的工作原理） 基础知识清单 一、原电池工作原理 1．原电池的构成条件 (1)定义：能把化学能转化为电能的装置。 (2)构成条件： 2．实验探究： （1）锌和硫酸铜溶液反应中的能量转化 向一只烧杯中加入 1.0 mol L－1 CuSO4溶液约 30 mL，再加入适量锌粉，现象是 Zn 逐渐溶解，溶液颜色变 浅，有红色物质生成，用温度计测量溶液的温度，温度升高，能量变化的主要形式是化学能转化为热能。 （2）铜锌原电池的构造与工作原理 电池名称 单液电池 双液电池(盐桥电池) 实验装置 电流表 指针偏转 实验 电极变化 锌片逐渐溶解，铜片质量增加 现象 电流变化 一段时间后，电流逐渐衰减 产生的电流持续、稳定 锌片的 Zn 失去电子形成 Zn2＋进入溶液，质量减轻； 微观探析 电子通过导线传递到铜片上形成电流，电流表指针偏转； 溶液中的 Cu2＋在铜片获得电子变成 Cu 沉积在铜片上，质量增加 Zn 片：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应) 符号 电极反应式 Cu 片：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应) 表征 电池总反应 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 能量转换 化学能转化为电能 ①盐桥成分：含有 KCl 饱和溶液的琼脂。作用：使两个半电池形成闭合回路； ②平衡两侧溶液的电荷，使溶液保持电中性；离子移动方向：Cl－移向 ZnSO4 溶 盐桥 液(负极区)，K＋移向 CuSO4溶液(正极区)。 ③避免电极与电解质溶液直接反应，相比单液原电池有利于最大程度地将化学能 转化为电能 3.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例) 溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，电子只能在导线中流动而不能在溶液中流动，离子只 能在溶液中移动而不能在导线中移动，原电池的内电路和外电路分别通过离子的移动和电子的流动而形 成闭合回路，可形象地描述为“电子不下水，离子不上岸”。 　4.一般是负极金属的活动性(还原性)强于正极金属，原电池中正、负极的判断方法如下： 二、原电池原理的应用 1．比较金属活动性强弱 对于酸性电解质，一般是负极金属的活动性较强，正极金属的活动性较弱。 例如：有两种金属 a 和 b，用导线连接后插入稀硫酸中， 观察到 a 极溶解，b 极上有气泡产生。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。 2．加快氧化还原反应的速率 构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。 例如：在锌与稀硫酸反应时加入少量 CuSO4溶液能使产生 H2的速率加快。 3．设计原电池 (1)理论上，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。 (2)外电路：还原性较强的物质在负极上失去电子，氧化性较强的物质在正极上得到电子。 (3)内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作定向移动。 Ⅰ.原电池装置的设计思路是“两极一液一连线” 第一步：将电池总反应拆成两个半反应，即原电池的负极反应和正极反应。 第二步：确定负极材料、正极材料和电解质溶液。 第三步：画出装置图，并注明电极材料和电解质溶液，以 Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu 反应为例，如图。 Ⅱ.设计原电池时电解质溶液和电极材料的选择 (1)电解质溶液一般要能够与负极材料发生反应。若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则电解质溶液 应作正极电解液。 (2)电池的电极材料必须能导电。 ①活动性不同的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极。 ②金属和非金属。如锌作负极，石墨棒作正极。 ③金属和化合物。如铅蓄电池，铅块作负极，PbO2作正极。 ④惰性电极。如氢氧燃料电池中，两电极均可用 Pt。 三、电极反应式的书写 1．电极反应式书写要求 电极反应式符合离子方程式书写要求，用“===”表示，注意分子、离子形式及电子、电荷、元素守恒。 2.一般电极反应式的书写方法 (1)定电极，标得失。 按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出 ... ...