【精品】高中化学鲁科版选修4教学案：第1章 第3节 第1课时 原电池的工作原理、化学电源 Word版含解析.doc

精品化学教学资料第3节化学能转化为电能——电池第1课时 原电池的工作原理、化学电源[课标要求]1．了解原电池的工作原理及其构成条件，了解常见的化学电源及其工作原理2．掌握电极反应和电池反应方程式的书写3．依据原电池的原理判断金属的活泼性强弱及设计原电池1．原电池负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应2．原电池负极流出电子，正极流入电子电解质溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极3．原电池的构成条件：①两个活动性不同的电极；②有电解质溶液；③形成闭合回路4．正极材料活泼性＜负极材料活泼性，正极通常具备特定的现象：有气体生成、电极质量增加或不变等；负极通常不断溶解，质量减小5．利用原电池原理可以加快某些氧化还原反应的速率6．化学电源分为一次电池、可充电电池(二次电池)和燃料电池设计实验将锌与CuSO4溶液的反应所释放的能量转化为电能，填写实验记录1)实验装置(2)实验现象电流计指针电极表面变化情况Ⅰ发生偏转锌片质量减少，铜片质量增加Ⅱ发生偏转锌片质量减少，铜片质量增加(3)实验分析Zn极Cu极电子流向由Zn极流向Cu极电子得失Zn失电子溶液中Cu2＋得电子电极名称负极正极能量转化化学能转化为电能(4)电极反应及电池反应负极：Zn－2e－===Zn2＋，正极：Cu2＋＋2e－=== Cu，电池反应：Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu。

锌铜原电池装置如下：[问题思考]1．锌铜原电池中正、负极材料是什么？写出正、负极反应式提示：Zn作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；Cu作正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu2．原电池装置中，盐桥中离子移动的方向是什么？提示：盐桥中的Cl－移向负极(ZnSO4溶液)，K＋移向正极(CuSO4溶液)3．原电池装置中，盐桥的作用是什么？提示：①形成闭合回路；②保持溶液中电荷守恒，使电池反应能持续发生1．原电池工作原理(1)原理图示(2)电极名称与反应类型正极→还原反应；负极→氧化反应3)电子流向：负极→正极4)电流方向：正极→负极5)离子流向：阳离子→正极；阴离子→负极2．组成原电池的条件(1)活动性不同的两块电极材料(金属和金属或金属和非金属)2)电极均与电解质溶液接触3)形成闭合电路3．原电池正负极的判断方法(1)一般方法(2)特殊情况电极的正负除与金属的活动性有关外，还与电解质溶液有关活泼金属一般作负极，但不是活泼金属一定作负极，如Mg－Al－H2SO4溶液构成的原电池中，Mg为负极，而在Mg－Al－NaOH溶液构成的原电池中，Al为负极，因为Al可与NaOH溶液反应，而Mg不与NaOH溶液反应。

4．原电池中电极反应式和总反应式的书写1．下列装置中，能构成原电池的是(　　)解析：选D　酒精为非电解质，A错误；选项B中未使用盐桥，没有形成闭合回路；C项中两个电极材料相同，不能形成原电池依据原电池的构成条件可知D正确2．如下图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是(　　)A．外电路的电流方向为：X→外电路→YB．若两电极分别为Zn和碳棒，则X为碳棒，Y为ZnC．若两电极都是金属，则它们的活动性为X>YD．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应解析：选C　由图可知电子的流动方向是X→外电路→Y，则电流的方向就为Y→外电路→X；X为原电池的负极，Y为正极，X的活动性比Y强；X极应发生氧化反应，Y极应发生还原反应3．如图所示装置可构成原电池试回答下列问题：(1)电解质溶液为浓硝酸时，灯泡________(填“亮”或“不亮”，填“亮”做a，填“不亮”做b)a．若灯泡亮，则Mg电极上发生的反应为__________________________________b．若灯泡不亮，则理由为_____________________________________________。

2)电解质溶液为NaOH溶液时，灯泡________(填“亮”或“不亮”，填“亮”做a，填“不亮”做b)a．若灯泡亮，则Mg电极上发生的反应为______________________；Al电极上发生的反应为________________________________________________________________________b．若灯泡不亮，则理由为______________________________________________________________________________________________________________________解析：灯泡是否亮取决于该装置中是否有电流通过，即该装置是否能构成原电池，若能构成原电池，则灯泡亮；否则，灯泡不亮Mg－Al－浓硝酸构成的原电池中，Mg与浓硝酸反应，Al遇浓硝酸发生钝化，所以Mg电极为负极；但Mg－Al－NaOH溶液构成的原电池中，Al与NaOH反应，Mg与NaOH不反应，所以Al电极为负极答案：(1)亮　Mg－2e－===Mg2＋(2)亮　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－　2Al＋8OH－－6e－===2[Al(OH)4]－1．电池分类及特点电池一次电池可充电电池(二次电池)燃料电池特点只能放电，不能充电可反复充电和放电，充电时是一个电解池；放电时是一个原电池能量利用率高，可连续使用，污染轻2.一次电池——锌锰干电池(1)酸性电池负极(锌)反应：Zn－2e－===Zn2＋；正极(石墨)反应：2NH＋2e－===2NH3＋H2。

2)碱性电池负极(锌)反应：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；正极(石墨)反应：MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－；电池反应：Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn(OH)23．可充电电池——二次电池(1)铅蓄电池装置放电负极反应：Pb＋SO－2e－===PbSO4正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O充电阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO 阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO总反应Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O(2)二次电池工作原理①二次电池放电时是原电池，而充电时是电解池；二次电池的充放电过程相反②当蓄电池充电时就是通以直流电，蓄电池的正极与外接直流电源的正极相连，作阳极；蓄电池的负极与外接直流电源的负极相连，作阴极可简单记忆：负接负，正接正③充电时发生的电极反应和电池反应是放电时发生的反应的逆过程1．下列说法中，不正确的是(　　)A．化学电池是将化学能转变成电能的装置B．化学电池的种类包括一次电池、二次电池和燃料电池等C．化学电池供能稳定可靠，可以制成各种形状和大小，使用方便，易于维护D．废旧电池可以随意丢弃解析：选D　废旧电池中含有重金属和酸、碱等有害物质，随意丢弃，对生态环境和人体健康危害很大，所以废旧电池应回收处理。

2．日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2做电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应可简化为Zn－2e－===Zn2＋，2NH＋2e－===2NH3＋H2(NH3与Zn2＋络合)根据以上叙述判断下列结论不正确的是(　　)A．Zn为正极，碳为负极B．Zn为负极，碳为正极C．工作时电流由碳极经外电路流向Zn极D．长时间连续使用时内装糊状物可能流出，从而腐蚀用电器解析：选A　由电极反应可知，发生氧化反应的为电源的负极，电子由锌极流出通过外电路流向碳棒，电流方向和电子移动方向相反3．下列关于铅蓄电池的说法正确的是(　　)A．放电时，正极发生的反应是Pb＋SO－2e－===PbSO4B．放电时，该电池的负极材料是铅板C．充电时，电池中硫酸的浓度不断变小D．充电时，阳极发生的反应是PbSO4＋2e－===Pb＋SO解析：选B　A项中电池放电时正极应发生还原反应，电极反应为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O；C项中电池充电时硫酸的浓度应不断增大；D项中电池充电时阳极应发生氧化反应1．结构图示2．工作原理通入可燃物(H2)的一极为电池的负极，通入O2的一极为电池的正极。

1)酸性氢氧燃料电池(电解质为H2SO4)负极反应：2H2－4e－===4H＋，正极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，电池反应：2H2＋O2===2H2O2)碱性氢氧燃料电池(电解质为KOH)负极反应：2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，电池反应：2H2＋O2===2H2O3．电池特点(1)能量转换率高，污染小2)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断进行反应，连续不断地提供电能[特别提醒]　(1)燃料电池的两个电极与其他电池不同，电极材料本身不参与电极反应2)酸性介质中的燃料电池(氧化剂为O2)的正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O；碱性介质中的燃料电池(氧化剂为O2)的正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－1．用稀H2SO4作电解质溶液时，甲烷燃料电池的正、负极反应式如何书写？并写出总反应式提示：总反应式是甲烷燃烧的化学方程式CH4＋2O2===CO2＋2H2O，其中正极反应式为2O2＋8H＋＋8e－===4H2O，负极反应式为CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋2．用KOH作电解质溶液时，甲烷燃料电池的总反应式与“1”中相同吗？试分别写出两极的电极反应式。

提示：不相同；因为CO2与KOH溶液反应生成K2CO3，故总反应式为CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O，其中正极反应式为2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O有机燃料电池电极反应式书写方法电池的负极一定是可燃物，有机燃料中各元素的化合价变化遵循一般化合价规则，燃料失电子发生氧化反应，电池的正极多为氧气或空气得电子，发生还原反应，特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别可根据电荷守恒来配平电极反应式如乙醇碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法第一步：确定生成物乙醇燃烧生成CO2和H2O，其中CO2与KOH溶液反应生成K2CO3和H2O，故生成物为CO和H2O第二步：确定价态的变化及转移电子数乙醇(C2H6O)中碳元素的化合价为－2，CO中碳元素的化合价为＋4，故1 mol乙醇完全反应失去2×[4－(－2)]＝12 mol电子第三步：列出表达式第四步：确定电极反应式中各物质的系数由碳原子守恒确定CO的系数为2，由电荷守恒确定OH－的系数为16注：失去12个电子，相当于带12个单位正电荷)再由氢原子守恒确定H2O的系数为11，故负极反应式为C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O。

1．下图为氢氧燃料电池原理示意图，下列。