2022-2023学年人教版必修二 6.1.3 化学电池 学案

第六章化学反应与能量第一节化学反应与能量变化第3课时化学电池【学习目标】1.会设计简单的原电池。2.知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电源的特点。3.掌握构成电池的要素，了解不同电极材料对电池性能的影响。4.能正确书写简单化学电源的电极反应式。【学习重点】1.知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电源的特点。2.能正确书写简单化学电源的电极反应式。【学习难点】1.能正确书写简单化学电源的电极反应式。2.知道原电池原理的应用。【学习过程】复习回顾：一、设计原电池1.原电池：把化学能转化成电能的装置叫做原电池。2.构成条件负极与电解质溶液能自发的发生氧化还原反应(前提)两个活泼性不同的电极电解质溶液形成闭合回路3.正极：电子流入的一极(得电子)，发生还原反应负极：电子流出的一极(失电子)，发生氧化反应4.导线：电子由负极移向正极溶液中：阴离子移向负极，阳离子移向正极。5.实质：使氧化反应和还原反应在两个不同的区域发生，通过电子的定向移动形成电池，化学能转化为电能。一、设计原电池1.设计方法(1)定：确定一个能够。(2)拆：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应。(负极电极反应)；(正极电极反应)。(3)找：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。(4)画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。2.实例以Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu为例电极反应式材料选择装置负极：正极：负极：正极：等(活泼性比Fe差的金属或导电的石墨棒均可)电解质溶液：溶液【判断正误】(1)理论上任何氧化还原反应都可设计成原电池()(2)原电池中负极上发生氧化反应()(3)原电池中正极材料一定发生还原反应()(4)原电池中正极材料必须与电解质溶液的某种离子反应()【例1】1.理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。选择适宜的材料和试剂，请利用反应“Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋”设计一个原电池。回答下列问题：(1)选用________为负极，选择依据是______________________________________________。(2)正极材料可选用________，选择依据是____________________________。(3)________溶液作电解质溶液。(4)写出电极反应式正极：________________，负极：________________。(5)该原电池中电子从________极流出，电解质溶液中的阳离子(Fe3＋)移向________极。二、认识化学电源1.一次电池(1)特点：电池放电后充电(内部的氧化还原反应逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。(2)锌锰干电池的构造如图所示。电池①普通锌锰电池工作原理负极锌被氧化，逐渐消耗Zn-2e-＝Zn2+正极_________被还原2MnO2＋2NH4+＋2e-＝Mn2O3＋2NH3＋H2O电解质氯化铵糊总反应2MnO2＋2NH4+＋Zn＝Mn2O3＋2NH3＋H2O＋Zn2+特点放电后_____充电便于携带，价格低电池②碱性锌锰电池工作原理负极锌被氧化，逐渐消耗电解质氢氧化钾正极_________被还原特点放电后充电便于携带，价格低干电池的特点：①活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后，不能再使用②电解质溶液为胶状，不流动2.二次电池(充电电池)电池铅蓄电池工作原理负极_____放电时，铅极被消耗Pb＋SO42--2e-＝PbSO4电解质硫酸正极_______________被还原PbO2＋4H＋＋SO42-＋2e-＝PbSO4＋2H2O总反应Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O特点①放电后可再充电使活性物质获得再生②可以多次充电，重复使用常见的二次电池：铅酸蓄电池、锂电池、镍氢电池3.燃料电池(1)特点：①反应物储存在电池外部；②能量转换效率高、清洁、安全；③供电量易于调节。(2)燃料电池常用的燃料有：、、乙醇等；常用氧化剂：氧气。固体燃料电池介质电池反应：2H2+Ｏ２=2H2O负极2H2-4e-+2O2-=2H2O正极O2+4e-=2O2-负极2H2-4e-=4H+正极O2+4H++4e-=2H2O燃料电池的电极反应式和总反应式的书写步骤：(1)写出燃烧反应，根据电解液改写燃料电池总反应；(2)写出正极的电极反应式(一般较简单)；(3)由燃料电池总反应减去正极的电极反应式得负极的电极反应式。正极反应一般为

①酸性介质：O2+4H++4e-=2H2O②碱性介质：O2+2H2O+4e-=4OH-【例2】CH4燃料电池(碱性介质)1.燃烧总化学反应：CH4+2O2→CO2+2H2O2.燃料电池总反应：3.正极：4.负极：【例3】CH4燃料电池(酸性介质)1.燃料电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O①2.正极反应：O2+4H++4e-=2H2O②3.负极反应：①-②×2，得：【例4】4.铅酸蓄电池常用作汽车电瓶，其构造如图所示，工作时该电池总的方程式为：Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O按要求回答下列问题：(1)负极材料是________，正极材料是________，电解质溶液是________。(2)工作时，电解质溶液中的H＋移向________极。(3)工作时，电解质溶液中硫酸的浓度________(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)当铅酸蓄电池向外电路提供2mole-时，理论上负极板的质量增加________g。【当堂检测】1.下列电池工作时，O2在正极得电子的是()ABCD锌锰电池铅蓄电池氢氧燃料电池镍镉电池2.某兴趣小组设计的简易原电池装置如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是()A．锌片作正极B．碳棒上有气泡产生C．可将电能转化为化学能D．电子由碳棒经导线流向锌片3.银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2O＋Zn＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2，下列说法中不正确的是()A．原电池放电时，负极上发生反应的物质是ZnB．负极发生的反应是Zn＋2OH--2e-=Zn(OH)2C．工作时，负极区溶液中c(OH-)减小D．溶液中OH-向正极移动，K＋、H＋向负极移动4.某华人科学家和他的团队研发出“纸电池”(如图)。这种一面镀锌、一面镀二氧化锰的超薄电池在使用印刷与压层技术后，变成一张可任意裁剪大小的“电纸”，厚度仅为0.5毫米，可以任意弯曲和裁剪。纸内的离子“流过”水和氧化锌组成电解液，电池总反应式为Zn＋2MnO2＋H2O=ZnO＋2MnO(OH)。下列说法正确的是()A．该电池的正极材料为锌B．该电池反应中二氧化锰发生氧化反应C．电池的正极反应式为MnO2＋H2O＋e-=MnO(OH)＋OH-D．当有0.1mol锌溶解时，流经电解液的电子数为1.204×10235.(1)如图为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向，可知氧气从______口通入(填“a”或“b”)，X极为电池的________(填“正”或“负”)极。(2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质，两极上发生的电极反应分别为A极：2H2＋2O2--4e-=2H2OB极：O2＋4e-=2O2-则A极是电池的________极；电子从该极________(填“流入”或“流出”)。(3)若将(1)中燃料电池改为甲烷—空气燃料电池，该电池工作时，负极反应式为____________，电池总反应式为_________________________________________________________________。参考答案一、1.自发进行的氧化还原反应还原剂-ne-=氧化产物氧化剂＋ne-=还原产物2.电极反应式材料选择装置负极：Fe-2e-=Fe2＋正极：Cu2＋＋2e-=Cu负极：Fe正极：Cu或C等(活泼性比Fe差的金属或导电的石墨棒均可)电解质溶液：CuSO4溶液【判断正误】(1)错(2)对(3)错(4)错【例1】答案(1)铁固体铁单质能导电，可被电解质溶液中的Fe3＋氧化为Fe2＋(2)铜(或石墨)铜(或石墨)的还原性比铁弱，且为能导电的固体(3)FeCl3[或Fe2(SO4)3](4)2Fe3＋＋2e-===2Fe2＋Fe-2e-===Fe2＋(5)铁(或负)铜或石墨(或正)二、1.①锌筒石墨棒二氧化锰不能②锌粉碳棒二氧化锰不能2.Pb极PbO2极PbO23.【例2】CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O2O2+4H2O+8e-=8OH