原電池化學(xué)電源省公開課金獎(jiǎng)全國(guó)賽課一等獎(jiǎng)微課獲獎(jiǎng)?wù)n件

第一節(jié)原電池化學(xué)電源

1/54………三年26考高考指數(shù):★★★★★1.了解原電池工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。2.了解常見化學(xué)電源種類及其工作原理。2/54一、原電池1.概念：把_______轉(zhuǎn)化為_____裝置。2.組成條件(1)有兩個(gè)___________電極(常見為金屬或石墨)。(2)將電極插入___________中。(3)兩電極間組成閉合回路?；瘜W(xué)能電能活潑性不一樣電解質(zhì)溶液3/543．工作原理如圖是Cu﹣Zn原電池，請(qǐng)?zhí)羁眨?/54(1)電極負(fù)極為___，正極為___。(2)電極反應(yīng)負(fù)極：______________，正極：______________。(3)電子方向和電流方向電子從_____流出經(jīng)外電路流入_____；電流從_____流出經(jīng)外電路流入_____。ZnCuZn-2e-====Zn2+Cu2++2e-====Cu負(fù)極正極正極負(fù)極5/54(4)離子遷移方向電解質(zhì)溶液中，陰離子向_____遷移，陽(yáng)離子向_____遷移。(5)兩種裝置比較裝置Ⅰ中還原劑Zn與氧化劑Cu2+直接接觸，易造成能量損耗；裝置Ⅱ能防止能量損耗；裝置Ⅱ中鹽橋作用是提供離子遷移通路，導(dǎo)電。負(fù)極正極6/54二、化學(xué)電源種類及其工作原理1.一次電池(堿性鋅錳干電池)堿性鋅錳干電池工作原理如圖：負(fù)極（Zn），電極反應(yīng)式：______________________正極（MnO2），電極反應(yīng)式：_____________________________總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O====Zn(OH)2+2MnOOHZn+2OH--2e-====Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-====2MnOOH+2OH-7/542.二次電池(以鉛蓄電池為例)8/54(1)放電時(shí)反應(yīng)①負(fù)極反應(yīng)：_______________________________②正極反應(yīng)：________________________________________________③總反應(yīng)：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)====2PbSO4(s)+2H2O(l)(2)充電時(shí)反應(yīng)①陰極反應(yīng)：______________________________②陽(yáng)極反應(yīng)：__________________________________________________③總反應(yīng)：2PbSO4(s)+2H2O(l)====Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)Pb(s)+SO42-(aq)-2e-====PbSO4(s)PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-====PbSO4(s)+2H2O(l)PbSO4(s)+2e-====Pb(s)+SO42-(aq)PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-====PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)9/543.燃料電池氫氧燃料電池是當(dāng)前最成熟燃料電池，可分為酸性和堿性兩種。酸性堿性負(fù)極反應(yīng)式________________________________正極反應(yīng)式___________________________________電池總反應(yīng)2H2+O2====2H2O2H2-4e-====4H+2H2+4OH--4e-====4H2OO2+4H++4e-====2H2OO2+2H2O+4e-====4OH-10/541.不是全部化學(xué)反應(yīng)都能夠設(shè)計(jì)成原電池。()【分析】正確。只有氧化還原反應(yīng)才能夠設(shè)計(jì)成原電池。2.原電池兩電極中，較活潑電極一定為負(fù)極。()【分析】錯(cuò)誤。不一定，如鋁、鎂和NaOH溶液組成原電池，鋁作原電池負(fù)極，鎂作原電池正極?！獭?1/543.燃料電池反應(yīng)條件是燃燒。()【分析】錯(cuò)誤。燃料電池利用是可燃物燃燒這一氧化還原反應(yīng)，但絕不是燃燒。4.可充電電池中電極反應(yīng)是可逆反應(yīng)。()【分析】錯(cuò)誤。可充電電池充電與放電不是在相同條件下發(fā)生，故它不是可逆反應(yīng)?！痢?2/54

原電池組成及電極反應(yīng)式書寫1.原電池組成原電池組成電極兩極為導(dǎo)體且存在活潑性差異(燃料電池電極普通為惰性電極)溶液兩極插入電解質(zhì)溶液中回路形成閉合回路或兩極直接接觸本質(zhì)有沒有氧化還原反應(yīng)發(fā)生13/542.正、負(fù)極判斷電極材料活潑金屬

氧化反應(yīng)

電子流出

不停溶解質(zhì)量減小電極反應(yīng)電子流向電極現(xiàn)象較不活潑金屬或非金屬還原反應(yīng)

電子流入

負(fù)極正極電極增重或質(zhì)量不變14/543.電極反應(yīng)式書寫(1)普通電極反應(yīng)式書寫列物質(zhì)標(biāo)得失負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)正極發(fā)生還原反應(yīng)參加反應(yīng)微粒和得失電子數(shù)看環(huán)境配守恒在電解質(zhì)溶液環(huán)境中要生成穩(wěn)定電極產(chǎn)物，即H+、OH-、H2O等是否參加反應(yīng)恪守電荷守恒、質(zhì)量守恒、電子守恒兩式加驗(yàn)總式兩電極反應(yīng)式相加，與總反應(yīng)式對(duì)照驗(yàn)證15/54(2)復(fù)雜電極反應(yīng)式書寫如CH4酸性燃料電池中，電極反應(yīng)式為：CH4+2O2====CO2+2H2O……總反應(yīng)式2O2+8H++8e-====4H2O……正極反應(yīng)式CH4+2H2O-8e-====CO2+8H+……負(fù)極反應(yīng)式復(fù)雜電極反應(yīng)式=總反應(yīng)式-較簡(jiǎn)單一極電極反應(yīng)式16/54【高考警示鐘】(1)負(fù)極本身不一定都參加反應(yīng)，如燃料電池中，作為負(fù)極材料本身并不參加反應(yīng)。(2)不注意電解質(zhì)溶液成份，輕易誤寫電極反應(yīng)式，如Al負(fù)極，在酸性溶液中生成Al3+，在堿性溶液中生成AlO2-。(3)電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，但電子不能經(jīng)過電解液，是經(jīng)過陰陽(yáng)離子移動(dòng)形成閉合回路。(4)用總電極反應(yīng)減去一極電極反應(yīng)時(shí)，須在兩式電子轉(zhuǎn)移數(shù)相等前提下進(jìn)行。17/54【拓展延伸】原電池正負(fù)極其它判斷方法(1)依據(jù)原電池中電解質(zhì)溶液內(nèi)離子定向移動(dòng)判斷。在原電池電解質(zhì)溶液中，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。(2)依據(jù)電池總反應(yīng)判斷。反應(yīng)中還原劑是負(fù)極活性物質(zhì)，對(duì)應(yīng)電極為負(fù)極；氧化劑則是正極上得電子活性物質(zhì)，對(duì)應(yīng)電極為正極。18/54【典例1】生物燃料電池(BFC)是以有機(jī)物為燃料，直接或間接利用酶作為催化劑一類特殊燃料電池，其能量轉(zhuǎn)化效率高，是一個(gè)真正意義上綠色電池，其工作原理如圖所表示。19/54已知C1極電極反應(yīng)式為：C2H5OH+3H2O－12e－====2CO2+12H+。以下相關(guān)說法不正確是()A．C1極為電池負(fù)極，C2極為電池正極B．電子由C2極經(jīng)外電路導(dǎo)線流向C1極C．C2極電極反應(yīng)式為O2+4H++4e－====2H2OD．該生物燃料電池總反應(yīng)式為：C2H5OH+3O2====2CO2+3H2O20/54【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：(1)燃料電池中通入燃料一極一定為負(fù)極；(2)正極產(chǎn)生OH-要與溶液中H+反應(yīng)。【解析】選B。燃料電池中，通入燃料一極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，通入氧氣一極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，A、C項(xiàng)正確；電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，B項(xiàng)錯(cuò)誤。21/54【技巧點(diǎn)撥】燃料電池電極判斷及電極反應(yīng)式書寫(1)作為燃料電池，充入氧氣一極一定是正極，另外一極為負(fù)極。(2)書寫正負(fù)電極反應(yīng)時(shí)，要先寫簡(jiǎn)單一極，如燃料電池，普通先寫正極反應(yīng)。當(dāng)介質(zhì)為堿性時(shí)，電極反應(yīng)式為2H2O+O2+4e-====4OH-，當(dāng)介質(zhì)為酸性溶液時(shí)，電極反應(yīng)式為4H++O2+4e-====2H2O，然后用總反應(yīng)減去該電極反應(yīng)，即可得出另一極反應(yīng)(前提是兩式電子轉(zhuǎn)移數(shù)相等)。22/54【變式訓(xùn)練】(·海南高考改編)依據(jù)如圖，以下判斷中正確是()23/54A．Fe極作負(fù)極B．燒杯b中發(fā)生氧化反應(yīng)C．燒杯a中發(fā)生反應(yīng)為2H++2e－====H2↑D．燒杯b中發(fā)生反應(yīng)為2Cl－－2e－====Cl2↑【解析】選B。Zn比Fe活潑，所以Zn作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：Zn－2e－====Zn2+，故A、D錯(cuò)誤；Fe作正極，氧氣在該電極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2H2O+O2+4e－====4OH－，C錯(cuò)。24/54【變式備選】MCFC型燃料電池可同時(shí)供給電和水蒸氣，其工作溫度為600～700℃，所用燃料為H2，電解質(zhì)為熔融K2CO3。該電池總反應(yīng)式為：2H2+O2====2H2O，負(fù)極反應(yīng)為：H2+CO32--2e-====H2O+CO2。則以下推斷中，正確是()A．正極反應(yīng)為4OH--4e-====2H2O+O2↑B．當(dāng)電池生成1mol水時(shí)，轉(zhuǎn)移4mol電子C．放電時(shí)CO32-向負(fù)極移動(dòng)D．通H2一極為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)25/54【解析】選C。A項(xiàng)，正極反應(yīng)應(yīng)有O2參加，故A錯(cuò)誤；B項(xiàng)，依據(jù)總電極反應(yīng)式可知，當(dāng)生成1mol水時(shí)，轉(zhuǎn)移2mol電子，B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，因負(fù)極上氫氣失電子，從而負(fù)極帶上了正電荷，故放電時(shí)CO32-向負(fù)極移動(dòng)，C正確；D項(xiàng)，通H2一極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，D錯(cuò)誤。26/54

原電池工作原理應(yīng)用1．比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱原電池中，普通活動(dòng)性強(qiáng)金屬作負(fù)極，而活動(dòng)性弱金屬(或非金屬)作正極。如有兩種金屬A和B，用導(dǎo)線將A和B連接后，插入到稀硫酸中，一段時(shí)間后，若觀察到A極溶解，而B極上有氣體放出，則說明A作負(fù)極，B作正極，則能夠斷定金屬活動(dòng)性A＞B。27/542．加緊化學(xué)反應(yīng)速率因?yàn)樾纬闪嗽姵?，造成反?yīng)速率加緊。如Zn與稀硫酸反應(yīng)制氫氣時(shí)，可向溶液中滴加少許CuSO4溶液，形成Cu﹣Zn原電池，加緊反應(yīng)進(jìn)行。3．用于金屬防護(hù)使需要保護(hù)金屬制品作原電池正極而受到保護(hù)。比如要保護(hù)一個(gè)鐵質(zhì)輸水管道或鋼鐵橋梁，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池負(fù)極。28/544.設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源設(shè)計(jì)原電池要緊緊圍繞組成原電池三個(gè)條件。(1)首先將已知氧化還原反應(yīng)拆分為兩個(gè)半反應(yīng)。(2)依據(jù)原電池電極反應(yīng)特點(diǎn)，結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)找出正負(fù)極材料(負(fù)極就是失電子物質(zhì)，正極用比負(fù)極活潑性差金屬即可，也能夠用石墨)及電解質(zhì)溶液。①電極材料選擇在原電池中，選擇活潑性較強(qiáng)金屬作為負(fù)極；活潑性較弱金屬或非金屬作為正極，而且原電池電極必須導(dǎo)電。普通來說，負(fù)極應(yīng)該跟電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)。29/54②電解質(zhì)溶液選擇電解質(zhì)溶液普通要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，或者電解質(zhì)溶液中溶解其它物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)(如溶解于溶液中空氣)。但假如兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋)，則左右兩個(gè)容器中電解質(zhì)溶液選擇與電極材料相同陽(yáng)離子。如在Cu-Zn-硫酸組成原電池中，負(fù)極Zn浸泡在含有Zn2+電解質(zhì)溶液中，而正極Cu浸泡在含有Cu2+電解質(zhì)溶液中。30/54(3)按要求畫出原電池裝置圖。如依據(jù)2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+設(shè)計(jì)原電池：負(fù)極：Cu-2e-====Cu2+正極：2Fe3++2e-====2Fe2+31/54【高考警示鐘】(1)能設(shè)計(jì)成原電池反應(yīng)一定是放熱氧化還原反應(yīng)，吸熱反應(yīng)不可能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。(2)利用原電池原理可加緊制氫氣速率，但可能影響生成氫氣量。需注意生成氫氣總量是取決于金屬量還是取決于酸量。(3)設(shè)計(jì)原電池時(shí)，負(fù)極材料確定之后，正極材料選擇范圍較廣，只要合理都能夠。32/54【典例2】某?；瘜W(xué)研究性學(xué)習(xí)小組欲設(shè)計(jì)試驗(yàn)驗(yàn)證Fe、Cu金屬活動(dòng)性，他們提出了以下兩種方案。請(qǐng)你幫助他們完成相關(guān)試驗(yàn)項(xiàng)目：方案I：有些人提出將大小相等鐵片和銅片，分別同時(shí)放入稀硫酸(或稀鹽酸)中，觀察產(chǎn)生氣泡快慢，據(jù)此確定它們活動(dòng)性。該原理離子方程式為_____________________。33/54方案Ⅱ：有些人利用Fe、Cu作電極設(shè)計(jì)成原電池，以確定它們活動(dòng)性。試在下面方框內(nèi)畫出原電池裝置圖，標(biāo)出原電池電極材料和電解質(zhì)溶液，并寫出電極反應(yīng)式。正極：_______________________________________；負(fù)極：_______________________________________。34/54方案Ⅲ：結(jié)合你所學(xué)知識(shí)，幫助他們?cè)僭O(shè)計(jì)一個(gè)驗(yàn)證Fe、Cu活動(dòng)性簡(jiǎn)單試驗(yàn)方案(與方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)_________________________________________________，用離子方程式表示其反應(yīng)原理：_____________________。35/54【解析】方案Ⅰ：鐵能夠和稀硫酸(或稀鹽酸)反應(yīng)生成H2，而Cu在金屬活動(dòng)性次序表中位于H后面，不能置換出酸中氫。方案Ⅱ：利用原電池原理證實(shí)金屬活動(dòng)性Fe＞Cu，能夠把鐵片作為原電池負(fù)極，銅片作為原電池正極，稀硫酸作電解質(zhì)溶液，按要求組成閉合回路，畫出裝置圖，并寫出對(duì)應(yīng)電極反應(yīng)式。也能夠設(shè)計(jì)鹽橋組成原電池。方案Ⅲ：能夠利用金屬與鹽溶液置換反應(yīng)驗(yàn)證金屬活潑性。把鐵片插入CuSO4溶液中觀察現(xiàn)象。36/54答案：方案Ⅰ：Fe＋2H+====Fe2+＋H2↑方案Ⅱ：正極：2H+＋2e-====H2↑或Cu2+＋2e-====Cu負(fù)極：Fe－2e-====Fe2+37/54方案Ⅲ：把一個(gè)光潔鐵片插入到CuSO4溶液中，觀察現(xiàn)象Fe＋Cu2+====Fe2+＋Cu38/54【互動(dòng)探究】在以上題目中，是經(jīng)過設(shè)計(jì)原電池，利用原電池工作原理，驗(yàn)證了鐵金屬活動(dòng)性強(qiáng)于銅。不過，是否鐵與銅分別作電極組成原電池中，鐵一定作為原電池負(fù)極呢？提醒：不一定，用鐵、銅和濃硝酸組成原電池中，因鐵在常溫下和濃硝酸發(fā)生鈍化，故它不再繼續(xù)發(fā)生氧化反應(yīng)，而銅則輕易和濃硝酸發(fā)生氧化反應(yīng)，表現(xiàn)為失電子，故銅成為了原電池負(fù)極，鐵成為了原電池正極。39/541.以下圖示裝置屬于原電池是()40/54【解析】選B。原電池形成條件之一就是存在活動(dòng)性不一樣兩種金屬或金屬、非金屬，故A錯(cuò)誤；另一條件是存在電解質(zhì)溶液或兩電極直接接觸，故C錯(cuò)誤；再者就是組成閉合回路，D項(xiàng)，沒有組成閉合回路，D錯(cuò)誤。41/542.X、Y、Z、W4塊金屬分別用導(dǎo)線兩兩相連浸入稀硫酸中組成原電池。X、Y相連時(shí)，X為負(fù)極；Z、W相連時(shí)，電流方向是W→Z；X、Z相連時(shí)，Z極上產(chǎn)生大量氣泡；W、Y相連時(shí)，W極發(fā)生氧化反應(yīng)。據(jù)此判斷4種金屬活動(dòng)性次序是()A.X＞Z＞W(wǎng)＞YB.Z＞X＞Y＞W(wǎng)C.X＞Y＞Z＞W(wǎng)D.Y＞W(wǎng)＞Z＞X42/54【解析】選A。由“X、Y相連時(shí)，X為負(fù)極；Z、W相連時(shí)，電流方向是W→Z”得出金屬活動(dòng)性次序?yàn)閄＞Y，Z＞W(wǎng)；再由“X、Z相連時(shí)，Z極上產(chǎn)生大量氣泡；W、Y相連時(shí)，W極發(fā)生氧化反應(yīng)”得出金屬活動(dòng)性次序?yàn)閄＞Z，W＞Y。43/543.年8月美國(guó)海軍海底戰(zhàn)事中心與麻省理工大學(xué)共同研制成功了用于潛航器鎂-過氧化氫燃料電池系統(tǒng)。電池總反應(yīng)是：Mg+H2O2+2H＋====Mg2＋+2H2O，其工作原理如圖所表示：以下說法中錯(cuò)誤是()44/54A．電池負(fù)極反應(yīng)為：Mg-2e－====Mg2＋B．電池工作時(shí)，H＋向負(fù)極移動(dòng)C．電池工作一段時(shí)間后，溶液pH增大D．H2O2還原產(chǎn)物為H2O45/54【解析】選B。電池工作時(shí)，H＋應(yīng)向正極移動(dòng)，B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，由電極總反應(yīng)式Mg+H2O2+2H＋====Mg2＋+2H2O可知，H+被消耗，故pH變大，C正確。46/544.某可充電鋰離子電池以LiMn2O4為正極，嵌入鋰碳材料為負(fù)極，含Li＋導(dǎo)電固體為電解質(zhì)。放電時(shí)電池反應(yīng)為：Li＋LiMn2O4====Li2Mn2O4。以下說法正確是()A．放電時(shí)，LiMn2O4發(fā)生氧化反應(yīng)B．放電時(shí)，正極反應(yīng)為：Li＋＋LiMn2O4＋e－====Li2Mn2O4C．充電時(shí)，LiMn2