2019高中化学第1部分第二单元第1课时原电池的工作原理和化学电源讲义（含解析）苏教版课件.docx

原电池的工作原理和化学电源1什么是原电池？提示：将化学能转变为电能的装置。2铜锌原电池的正极、负极材料是什么？写出相应电极反应方程式。提示：负极材料Zn：Zn2e=Zn2，正极材料Cu：2H2e=H23原电池原理有哪些应用？提示：制备化学电源、判断金属活动性顺序等。4氧化还原反应均可设计成原电池吗？提示：能自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。新知探究探究1铜锌原电池的工作原理(1)用温度计测量锌粉与CuSO4溶液反应的温度变化，说明该反应为放热反应，该反应在物质变化的同时，实现化学能转化为热能，反应可表示为Zn(s)Cu2(aq)=Zn2(aq)Cu(s)H216.81 kJmol1。(2)铜锌原电池的工作原理：装置电极ZnCu反应现象逐渐溶解铜片上有红色物质析出电极名称负极正极得失电子失电子得电子电子流向电子流出电子流入反应类型氧化反应还原反应电极反应式Zn2e=Zn2Cu22e=Cu总电池反应式ZnCuSO4=ZnSO4Cu探究2原电池的构成条件探究3盐桥的成分及作用 必记结论1原电池电极名称判断方法(1)判断方法：负极正极(2)注意事项：在原电池中，不一定是较活泼的金属一定作负极，而要看谁能与电解质溶液反应。如MgAlH2SO4溶液，Mg作负极；MgAlNaOH溶液，Al作负极；FeCu浓HNO3，Fe钝化，而Cu作负极。2原电池工作原理图解 成功体验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判断下列描述的正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)在原电池构成的闭合回路中，电子从原电池的正极通过导线流向负极。()(2)原电池的正极一定是化学性质较不活泼的金属。()(3)原电池工作时，正极上发生的是氧化反应。()(4)由Cu、Zn作电极与CuSO4溶液构成的原电池中，Cu是负极。()答案：(1)(2)(3)(4)新知探究探究1一次电池的特点只能放电，不能充电，消耗到一定程度就不能再使用。探究2确定常见一次电池的电极材料，并书写相关的反应式普通锌锰干电池碱性锌锰干电池银锌钮扣电池负极材料锌筒ZnZn正极材料石墨棒MnO2Ag2O电解质氯化铵KOHKOH负极反应Zn2e= Zn2Zn2e2OH= Zn(OH)2Zn2OH2e=ZnOH2O正极反应2NH2MnO22e=2NH3Mn2O3H2O2MnO22H2O2e=MnOOH2OHAg2OH2O2e=2Ag2OH总反应Zn2NH4Cl2MnO2=ZnCl22NH3Mn2O3H2O2MnO2Zn2H2O=2MnOOHZn(OH)2ZnAg2O=ZnO2Ag探究3典型二次电池铅蓄电池(1)特点：既可以放电，又可以充电。(2)常见二次电池(铅蓄电池)：探究4燃料电池有何特点？以KOH溶液为电解质溶液，写出氢氧燃料电池(结构见教材P16图116)的电极反应式和电池反应。特点：连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能，能量利用率高，污染小。电极反应(碱性环境)：负极：H22e2OH=2H2O；正极：O22eH2O=2OH；总电池反应：H2O2=H2O。必记结论1化学电源电极反应式与电池反应的书写方法2化学电源电极反应式与电池反应的书写类型(1)根据装置书写电极反应式：先分析题目给定的图示装置，确定化学电源的正、负极上的反应物质。电极反应式的书写。a负极：活泼金属或H2失去电子生成阳离子；若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应式。如铅蓄电池，负极：PbSO2e=PbSO4。b正极：阳离子得到电子生成单质或O2得到电子，若反应物是O2，则有以下规律：电解质是碱性或中性：O22H2O4e=4OH电解质是酸性：O24H4e=2H2Oc正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。(2)根据电池反应(总反应)书写电极反应式：题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(分析有关元素的化合价变化情况)，可选择一个简单变化情况写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式即可(加、减法)。加、减法书写电极反应式归纳：电池总反应：还原剂氧化剂介质=氧化产物还原产物其他；负极：还原剂介质ne=氧化产物(还原剂失去电子，发生氧化反应)；正极：氧化剂介质ne=还原产物(氧化剂得到电子，发生还原反应)。成功体验3(好题共享选自鲁科版教材P31T1)写出下列原电池装置中的电极反应和电池反应。原电池装置电极反应电池反应负极_正极_负极_正极_续表原电池装置电极反应电池反应负极_正极_解析：Fe比Ag活泼，为原电池的负极，电极反应为：Fe2e=Fe2；Ag为原电池正极，三个装置中，正极上得到电子的离子分别为Cu2、Ag、H。答案：电极反应电池反应Fe2e=Fe2FeCu2=Fe2CuCu22e=CuFe2e=Fe2Fe2Ag=Fe22Ag2Ag2e=2AgFe2e=Fe2Fe2H=Fe2H22H2e=H24在碱性锌锰干电池中，已知氢氧化钾为电解质，发生的电池总反应为Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2下列该电池的电极反应正确的是()A负极反应为Zn2e=Zn2B负极反应为Zn2H2O2e=Zn(OH)22HC正极反应为2MnO22H2e=2MnOOHD正极反应为2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH解析：选D原电池中，负极发生氧化反应：Zn失电子，正极发生还原反应：MnO2得电子，此题关键是要注意介质的作用：在KOH的碱性环境中不可能有大量H参与反应(C项错)，也不可能有大量的H存在(B项错)，与OH反应的Zn2也不可能存在(A项错)，正确的负极反应式为Zn2OH2e=Zn(OH)2，正确的正极反应见D项。关键语句小结1原电池构成“三条件”：活泼性不同的两电极，浸入电解质溶液中，形成闭合回路。2原电池正、负极判断的“五招”：(1)负极：活泼性较强的金属；流出电子；发生氧化反应；阴离子流向的极；电极不断溶解(质量减少)的极。(2)正极：活泼性较弱的金属或非金属；流入电子；发生还原反应；阳离子流向的极；电极增重或有气体产生的极。3银锌钮扣电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质溶液是KOH溶液；碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液。4铅蓄电池是最常见的二次电池，正极是PbO2，负极是Pb，电解质溶液是H2SO4溶液。5氢氧燃料电池“两类型”：(1)酸性电解质时：负极反应式：2H24e=4H。正极反应式：O24H4e=2H2O。(2)碱性电解质时：负极反应式：2H24OH4e=4H2O。正极反应式：2H2OO24e=4OH。例1(2015江苏高考)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是()A反应CH4H2O3H2CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol 电子B电极A上H2参与的电极反应为：H22OH2e=2H2OC电池工作时，CO向电极B移动D电极B上发生的电极反应为：O22CO24e=2CO解析：选DA项，1 mol CH4CO，化合价由4价2上升6价，1 mol CH4参加反应共转移6 mol电子，错误；B项，熔融盐中没有OH，所以OH不能参与电极反应，其电极反应式应为：COH22CO4e=3CO2H2O，错误；C项，根据原电池工作原理，电极A是负极，电极B是正极，阴离子向负极移动，错误；D项，根据电池原理，O2、CO2共同参加反应，其电极反应式：O22CO24e=2CO，正确。(1)原电池原理中的“负极氧化正还原，电子流向负到正”，是各类化学电池的重要特性，据此可分析化学电池工作原理。(2)电池反应是将自发进行的氧化还原反应拆分在两极进行，故正、负极得、失电子数相等，据此可进行有关计算。1图中是镁次氯酸钠电池，电池总反应为MgClOH2O=ClMg(OH)2，下列说法正确的是()A进料口A是次氯酸钠溶液，出料口B主要成分是氯化钠B惰性电极附近溶液的pH减小C镁电极表面发生氧化反应：Mg2e2H2O=Mg(OH)24HDNa向镁电极方向移动，Mg(OH)2沉淀在两电极之间产生解析：选AA项，镁次氯酸钠电池中，次氯酸钠在正极得电子生成氯化钠从出料口B排出；B项，惰性电极反应为ClO2eH2O=Cl2OH，溶液pH增大；C项，次氯酸钠溶液呈碱性，不会生成H；D项，Na向正极(惰性电极)移动。1.加快氧化还原反应的速率例如：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。2比较金属活动性强弱例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入到稀硫酸中，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ab。3应用原电池原理设计原电池以FeCu2=Fe2Cu为例：例2一个原电池的总反应方程式为ZnCu2=Zn2Cu，该原电池可能为()选项ABCD正极CuAlZnFe续表负极ZnZnCuZn电解质溶液H2SO4CuSO4ZnCl2CuCl2解析：选D由总反应式可知，Zn被氧化，失去电子，Zn应为负极；Cu2被还原，得电子，即电解质溶液应含Cu2，由此排除选项A、C，而且正极金属应比Zn活动性弱，可排除B选项。2(好题共享选自人教版教材P73T6)根据下式所表示的氧化还原反应设计一个原电池：Zn(s)Fe2(aq)=Zn2(aq)Fe(s)(1)装置可采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置简图；(2)注明原电池的正极和负极；(3)注明外电路中电子的流向；(4)写出两个电极上的电极反应。答案：此原电池的装置简图如图所示：负极：Zn2e=Zn2(氧化反应)；正极：Fe22e=Fe(还原反应)。课堂双基落实1下列四位同学的说法正确的是()解析：选A在原电池中，较活泼的金属作负极，失去电子发生氧化反应，电子从负极流出经导线流向正极，内电路中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故只有A项正确。2下列关于化学电源的叙述错误的是()A干电池根据电池内的电解质分为酸性电池和碱性电池B干电池中碳棒为正极C铅蓄电池是可充电电池D铅蓄电池中的PbO2为负极解析：选D铅蓄电池工作时PbO2PbSO4，铅元素化合价由4价降为2价，被还原，故PbO2为正极。3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()在外电路中，电流由铜电极流向银电极正极反应为：Age=Ag实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同ABC D解析：选CCu为负极，电子由Cu电极流向Ag电极；取出盐桥，电池不能形成闭合回路，不能继续工作。4如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由题图可知，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的强，X极应发生氧化反应，Y极应发生还原反应。所以A、B、D错误；C正确。 5.利用反