《2017－2018学年高中化学 第1章 化学反应与能量转化 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、化学电源教学案 鲁科版选修4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017－2018学年高中化学 第1章 化学反应与能量转化 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、化学电源教学案 鲁科版选修4（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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：两个活动性不同的电极；有电解质溶液；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
2、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发生偏转锌片质量减少，铜片质量增加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：Zn2e=Zn2，正极：Cu22e= Cu，电池反应：ZnCuSO4=ZnSO4Cu。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
3、为Zn2e=Zn2；Cu作正极，电极反应式为Cu22e=Cu。2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：形成闭合回路；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
4、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MgAlH2SO4溶液构成的原电池中，Mg为负极，而在MgAlNaOH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
5、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XYDX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“
6、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。MgAl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MgAlNaOH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Mg2e=Mg2(2)亮6H2O6e=3H26OH2Al8OH6e=2Al(OH)41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
7、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：Zn2e=Zn2；正极(石墨)反应：2NH2e=2NH3H2。(2)碱性电池负极(锌)反应：Zn2OH2e=ZnOH2O；正极(石墨)反应：MnO22H2O2e=Mn(OH)22OH；电池反应：ZnMnO2H2O=ZnOMn(OH)2。3可充电电池二次电池(1)铅蓄电池装置放电负极反应：PbSO2e=PbSO4正极反应：PbO24HSO2e=PbSO42H2O充电阴极反应：PbSO42e=PbSO 阳极反应：PbSO42H2O2e=P
8、bO24HSO总反应PbPbO22H2SO42PbSO42H2O(2)二次电池工作原理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。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。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、
9、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Zn2e=Zn2，2NH2e=2NH3H2(NH3与Zn2络合)。根据以上叙述判断下列结论不正确的是()AZn为正极，碳为负极BZn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(
10、)A放电时，正极发生的反应是PbSO2e=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PbSO42e=PbSO解析：选BA项中电池放电时正极应发生还原反应，电极反应为PbO24HSO2e=PbSO42H2O；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：2H24e=4H，正极反应：O24H4e=2H2O，电池反应：2H2O2=2H2O。(2)碱性氢氧燃料电池(电解质为KO
11、H)负极反应：2H24OH4e=4H2O，正极反应：2H2OO24e=4OH，电池反应：2H2O2=2H2O。3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O24H4e=2H2O；碱性介质中的燃料电池(氧化剂为O2)的正极反应式为O22H2O4e=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CH42O2
12、=CO22H2O，其中正极反应式为2O28H8e=4H2O，负极反应式为CH48e2H2O=CO28H。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CH42O22OH=CO3H2O，其中正极反应式为2O24H2O8e=8OH，负极反应式为CH410OH8e=CO7H2O。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
13、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24(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C2H5OH16OH12e=2CO11H2O。1下图为氢氧燃料电池原理示意图，下列叙述不正确的是
