高三化学原电池化学电源一轮复习教案.doc

第二节 原电池化学电源
课题
原电池

教师

教学目的
知识与技能：
1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。
2．了解常见的化学电源的种类及其工作原理。
过程与方法：
通过动手操作锻炼实验能力；通过对实验现象的分析锻炼分析、抽象、概括、判断等思维能力。
情感态度与价值观：
1.立足于学生适应现代化生活和未来发展的需要，着眼提高学生的科学素养。
2.进一步领悟和掌握化学的基本原理与方法，形成科学的世界观。
重点
电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式
难点
电池的工作原理
教学方法
讲练结合
学情分析

技术运用
投影、小篇子
教学反思

教师活动
学生活动
教师备注
知识点一 原电池的工作原理
一、【知识梳理】
1．概念和反应本质
原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。
2．构成条件
(1)有两个活泼性不同的电极(常见的为金属或石墨)。
(2)将电极插入电解质溶液中。
(3)两电极间构成闭合回路。
3．工作原理
如图是Cu­Zn原电池，请填空：

(1)电极：负极为Zn，正极为Cu。
(2)电极反应：
负极：Zn－2e－===Zn2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu。
(3)原电池中的三个方向：
①电子方向：电子从负极流出经外电路流入正极；
②电流方向：电流从正极流出经外电路流入负极；
③离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。
二、【深度思考、认知无盲区】
1．盐桥的作用
盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液，其作用是平衡两个烧杯中的阴、阳离子而导电，电路接通后，K＋移向正极，Cl－移向负极。
2．原电池正、负极的判断
原电池的正极、负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。
(1)判断的一般原则：
①根据电极材料：活泼金属为负极，不活泼金属(或非金属)为正极。
②根据电极反应：发生氧化反应的为负极，发生还原反应的为正极。
③根据电子流向：电子流出(失去)的为负极，电子流入(得到)的为正极。
④根据离子的移动方向：阴离子移向的为负极，阳离子移向的为正极
⑤根据电极现象：质量不断减小(溶解)的为负极，质量增加的为正极。
(2)判断电极的注意事项：
判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如①在强碱性溶液中Al比Mg更易失去电子，Al作负极，Mg作正极；②Fe、Al在浓硝酸中钝化后，比Cu等金属更难失去电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。

三、【随堂基础落实】
1.如图所示的装置中，在产生电流时，以下说法不正确的是(　　)

A．Fe是负极，C是正极
B．负极反应式为：Fe－3e－===Fe3＋
C．内电路中阴离子移向FeCl2溶液
D．电流由石墨电极流向Fe电极
解析：选B　在负极Fe失去电子生成Fe2＋而不是Fe3＋。
2．某原电池的电池反应为：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，与此电池反应不符的原电池是(　　)
A．铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池
B．石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池
C．铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池
D．铜片、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池
解析：选C　铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池中锌片为负极，铁片为正极，原电池反应为Zn＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Zn2＋。
化学电源
一、【知识梳理】
1．一次电池——碱性锌锰干电池

负极材料：Zn
电极反应：Zn＋2OH－－
2e－===Zn(OH)2
正极材料：碳棒
电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－

总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
2．二次电池(以铅蓄电池为例)

(1)放电时的反应：
①负极：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)。
②正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)。
③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
(2)充电时的反应：
①阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)。
②阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)。
③总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。
3．燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。

酸性
碱性
负极
反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极
反应式
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池
总反应式
2H2＋O2===2H2O

(1)化学电源的电极反应式一般较为复杂。正、负极反应的加和是总反应方程式，总反应方程式减某一极反应方程式可得另一极反应方程式。
(2)可充电电池充电时，电池的正极接外接电源的正极，电池的负极接外接电源的负极。
(3)可充电电池的放电反应和充电反应不互为可逆反应。
(4)书写燃料电池的电极反应式时，一定要注意溶液的酸碱性。
三、【随堂基础落实】
3．下列有关电池的叙述不正确的是(　　)
A．手机上用的锂离子电池属于二次电池
B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D．锌锰干电池中，锌电极是负极
解析：选B　锂离子电池可以充电，再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流由铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B项错误；电池的实质即是化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2＋，作负极，D项正确。
4．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：
3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题：
(1)高铁电池的负极材料是________。
(2)放电时，正极发生________(填“氧化”或“还原”)
反应；已知负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，则正极反应为________________________________________________________________________。
(3)放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
解析：电池的负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应。由高铁电池放电时总反应方程式可知，负极材料应为作还原剂的Zn。由电池的总反应方程式－负极反应式＝正极反应式可知，正极反应式为FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－，正极生成了OH－，碱性增强。
答案：(1)Zn
(2)还原　FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－
(3)正
第二课时
考点一　原电池电极反应式的书写
一、【学前提问】
1．从氧化还原反应的角度分析，原电池负极上的材料常作________剂，正极上的材料常作________剂，二者________数目相等。
答案：还原　氧化　得失电子
2．若电解质溶液呈酸性，电极反应中能否生成OH－？若电解质溶液呈碱性，电极反应中能否生成H＋、CO2?
答案：不能　不能
3．锂离子电池的总反应为Li＋LiMn2O4Li2Mn2O4，你能写出该电池的正极反应吗？
答案：LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4
4．你能写出碱性条件下甲烷燃料电池的电极反应式吗？
答案：负极：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O　正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－

二、【师生共同总结】
书写原电池的电极反应式时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质溶液的环境确定电极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。
1．电极反应式书写的一般方法
(1)拆分法：
①写出原电池的总反应。
如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。
②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，并注明正、负极，并依据质量守恒、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应：
正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负极：Cu－2e－===Cu2＋。
(2)加减法：
①写出总反应。如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。
②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。如Li－e－===Li＋(负极)。
③利用总反应与上述的一极反应相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正极)。
2．燃料电池电极反应式的书写
第一步：写出电池总反应式。
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。
如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O　①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O　②
①式＋②式得燃料电池总反应式为
CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
第二步：写出电池的正极反应式：
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，电解质溶液不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：
a．酸性电解质溶液环境下电极反应式：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
b．碱性电解质溶液环境下电极反应式：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
c．固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：
O2＋4e－===2O2－。
d．熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电极反应式：
O2＋2CO2＋4e－===2CO。
第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式：
电池的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。
[例1]　(1)肼­空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的反应式为________________________。
(2) 高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4，其反应的离子方程式为________________________________________________________________________；
与MnO2­Zn电池类似，K2FeO4­Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应为________________________________________，该电池总反应的离子方程式为________________________________________。
(3)铝电池性能优越，Al­AgO电池可用作水下动力电源，其原理如下图所示。该电池反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

[解析]　(1)“肼­空气燃料电池是一种碱性电池”中O2在正极反应，故负极是肼发生反应：N2H4 －4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O。
(2)FeCl3和KClO在强碱性条件下反应，实质是KClO氧化Fe(OH)3，ClO－ 的还原产物应该是Cl－；K2FeO4­Zn组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，＋6价FeO 应被还原为＋3价Fe(OH)3，其电极反应式为FeO ＋ 3e－＋4H2O===Fe(OH)3 ＋ 5OH－；总反应的离子方程式也不难写出，关键是抓住Fe和Zn的存在形式分别是Fe(OH)3 和Zn(OH)2。
(3)Al作负极，AgO/Ag作正极，NaOH和NaAlO2溶液是电解质溶液，所以生成物是NaAlO2、Ag、H2O。
[答案]　(1)N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O
(2)2Fe(OH)3 ＋ 3ClO－＋4OH－===2FeO＋5H2O＋3Cl－
FeO＋ 3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－
2FeO＋8H2O＋3Zn===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－
(3)2Al＋3AgO＋2NaOH===2NaAlO2＋3Ag＋H2O
三
1．根据下图判断，下列说法正确的是(　　)

A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋
B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动
D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大
解析：选D　装置Ⅰ中，由于Zn比Fe活泼，所以Zn作原电池的负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。由于正极有OH－生成，因此溶液的pH增大。装置Ⅱ中，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。正极由于不断消耗H＋，所以溶液的pH逐渐增大。据此可知A、B皆错，D正确。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，所以C错误。
2．(2010·浙江高考)Li－Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe，有关该电池的下列说法中，正确的是(　　)
A．Li－Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为＋1价
B．该电池的电池反应式为：2Li＋FeS===Li2S＋Fe
C．负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋
D．充电时，阴极发生的电极反应式为：Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS
解析：选B　由正极的电极反应式知，在负极上Li失去电子被氧化，所以Li－Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为0价，故A项错误；负极的电极反应式为：2Li－2e－===2Li＋，故C项错误；该电池的电池反应式为正、负电极的电极反应式之和：2Li＋FeS===Li2S＋Fe，故B项正确；由于充电时阴极发生还原反应，所以阴极的电极反应式为：2Li＋＋2e－===2Li，故D项错误。

第三课时
考点二 原电池原理的应用
一、【学前提问】
1．实验室用Zn与稀H2SO4反应制备H2时，用粗锌反应速率快，还是用纯锌反应速率快？为什么？
答案：粗锌快，因Zn、杂质和电解质溶液能形成原电池
2．X、Y两种金属用导线连接置于稀H2SO4中，发现X极溶解，Y极上有气泡产生，则X、Y的活动性谁强？
答案：X金属的活动性强
3．为了保护海水中的钢铁闸门，需要连接某种金属，你认为该金属的活动性应比铁的活动性强还是弱？
答案：比铁的活动性强
4．你能依据原电池原理将反应Fe＋2FeCl3===3FeCl2设计成一个原电池吗？
答案：见如图

二、【师生共同总结】
顺利解答原电池应用问题的关键就是理清原电池的工作原理，原电池的应用是多方面的，现破解如下：
1．比较金属的活动性强弱
原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或非金属)作正极。
如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A极溶解，而B极上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，则可以判断金属活动性A>B。
2．加快化学反应速率
由于形成了原电池，导致反应速率加快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu­Zn原电池，加快反应进行。
3．用于金属的防护
使需要被保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。
4．设计制作化学电源
设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件。
(1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。
(2)根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料(负极就是失电子的物质，正极用比负极活动性差的金属即可，也可以用石墨)及电解质溶液。

(3)按要求画出原电池装置图。
如根据2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋设计原电池：
负极：Cu－2e－===Cu2＋
正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
[例2]　(2012·全国卷高考)①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是(　　)
A．①③②④　　　　　　 　B．①③④②
C．③④②① D．③①②④
[解析]　①②相连时，外电路电流从②流向①，说明①为负极；①③相连时，①为负极；②④相连时，②上有气泡，说明④为负极；③④相连时，③的质量减少，说明③为负极。综上所述可知，这四种金属活动性由大到小的顺序为①③④②，选项B正确。
[答案]　B
三、【演练冲关】
3．下列说法正确的是(　　)
A．构成原电池正极和负极的材料必须是金属
B．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原
C．实验室欲快速制取氢气，可利用粗锌与稀H2SO4反应
D．原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能
解析：选C　构成原电池的材料可以是非金属，如碳棒；电子流出的一极为负极，发生氧化反应；粗锌可与稀H2SO4构成原电池加速反应的进行；原电池反应后，电极产物仍会具有一定的能量，故原电池不能把物质中的能量全部转化为电能。
4．某原电池总反应为：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是
(　　)

A
B
C
D
电极材料
Cu、Zn
Cu、C
Fe、Zn
Cu、Ag
电解液
FeCl3
Fe(NO3)2
CuSO4
Fe2(SO4)3

解析：选D　由题意知，Cu为负极材料，由正极材料的金属活性必须小于Cu，其中B、D项符合该条件；由Fe3＋得电子生成Fe2＋知，电解质溶液中必须含有Fe3＋，同时符合上述两条件的只有D项。

回忆，积极参与，聆听，做笔记，记忆

思考、辨析、解答

积极作答、练习巩固

回忆，积极参与，聆听，做笔记，记忆

思考、辨析、解答

积极作答、练习巩固

思考、辨析、解答

积极思考、共同总结

答题

思考、辨析、解答

积极思考、共同总结

答题