1、高中同步新课标化学 第1课时 原电池的工作原理和化学电源高中同步新课标化学 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。【温故知新区】高中同步新课标化学 原电池的工作原理 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，说明该反应为反应，该反应在物质变化的同时，实现转化为，反应可
2、表示为。放热化学能热能Zn(s)Cu2(aq)=Zn2(aq)Cu(s)H216.81 kJmol1【课堂互动地区】高中同步新课标化学(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物质析出电极名称极极得失电子电子电子红色负失正得高中同步新课标化学 电子流向电子_电子_反应类型反应反应电极反应式_总电池反应式_Zn2e=Zn2Cu22e=CuZnCuSO4=ZnSO4Cu流出流入氧化还原高中同步新课标化学 探究 2 原电池的构成条件 探究 3 盐桥的成分及作用高中同步新课标化学 必记结论1原电池电极名称判断方法(1)判断方法：高中同步新课标化学(2)注意事项：在原电池中，不
3、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高中同步新课标化学 成功体验1下列装置中，能构成原电池的是()高中同步新课标化学 解析：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。答案：D高中同步新课标化学 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。()(
4、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)高中同步新课标化学 化学电源 新知探究探究 1 一次电池的特点只能，不能，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_正极材料_电解质_放电充电锌筒石墨棒氯化铵ZnMnO2KOHZnAg2OKOH高中同步新课标化学 普通锌锰干电池碱性锌锰干电池银锌钮扣电池负极反应Zn 2OH 2e=ZnOH2O正极
5、反应2NH4 2MnO22e=2NH3Mn2O3H2O2MnO22H2O2e=MnOOH2OH总反应Zn 2NH4Cl 2MnO2=ZnCl22NH3Mn2O3H2O2MnO2Zn2H2O=2MnOOHZn(OH)2Zn2e=Zn2 Zn2e2OH=Zn(OH)2Ag2OH2O2e=2Ag2OHZnAg2O=ZnO2Ag高中同步新课标化学 探究 3 典型二次电池铅蓄电池(1)特点：既可以，又可以。(2)常见二次电池(铅蓄电池)：放电充电高中同步新课标化学 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
6、续地将燃料和氧化剂的直接转化成，能量利用率高，小。电极反应(碱性环境)：负极：；正极：；总电池反应：。化学能电能污染H22e2OH=2H2O12O22eH2O=2OHH212O2=H2O高中同步新课标化学 必记结论1化学电源电极反应式与电池反应的书写方法判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H应让其结合OH生成水。电极反应式要根据电荷守恒、质量守恒、电子守恒等加以配平。两电极反应式相加高中同步新课标化学 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
7、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：PbSO24 2e=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。高中同步新课标化学(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
8、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)。高中同步新课标化学 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负极正极高中同步新课标化学 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C
9、u2、Ag、H。答案：电极反应电池反应Fe2e=Fe2FeCu2=Fe2CuCu22e=CuFe2e=Fe2Fe2Ag=Fe22Ag2Ag2e=2AgFe2e=Fe2Fe2H=Fe2H22H2e=H2高中同步新课标化学 4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高中同步新课标化学 解析：原电池中，负极发生氧化反应
10、：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。答案：D 高中同步新课标化学 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
11、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。【关键语句小结】高中同步新课标化学 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。高中同步新课标化学 例 1 (2015江苏高考)一种熔融碳酸盐
12、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 CH4H2O=催化剂3H2CO，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，CO23 向电极 B 移动D电极 B 上发生的电极反应为：O22CO24e=2CO23考查利用原电池原理分析新型化学电源的能力【热点命题区】高中同步新课标化学 解析 A 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：COH22C
13、O23 4e=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=2CO23，正确。答案 D高中同步新课标化学(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。高中同步新课标化学 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()高中同步新课标化学
14、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：A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。答案：A 高中同步新课标化学 考查原电池原理的应用 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
15、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。高中同步新课标化学 3应用原电池原理设计原电池以FeCu2=Fe2Cu为例：将总电池反应式分解为氧化反应和还原反应，分别作为负极反应和正极反应。负极反应：Fe2e=Fe2，正极反应：Cu22e=Cu。一般负极必须能够与电解质溶液反应，正极为比负极活泼性差的金属或能导电的非金属。该例子中负极为Fe，正极是石墨或铜等。高中同步新课标化学 该例子中选可溶性铜盐，如CuCl2溶液或CuSO4溶液作电解质溶液。高中同步新课标化学 例2 一个原电池的总反应方程式为ZnC
16、u2=Zn2Cu，该原电池可能为()选项ABCD正极CuAlZnFe负极ZnZnCuZn电解质溶液H2SO4CuSO4ZnCl2CuCl2解析 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。答案 D高中同步新课标化学 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
17、电极反应。高中同步新课标化学 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)。高中同步新课标化学 课堂双基落实1下列四位同学的说法正确的是()【训练提能区】高中同步新课标化学 解析：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。答案：A 高中同步新课标化学 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：铅蓄电池工作时PbO2P
18、bSO4，铅元素化合价由4价降为2价，被还原，故PbO2为正极。答案：D 高中同步新课标化学 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A BCD解析：Cu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。答案：C 高中同步新课标化学 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
19、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：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。答案：C 高中同步新课标化学 5.利用反应 Zn2FeCl3=ZnCl22FeCl2 设计一个原电池。在下图方格内画出实验装置图，并指出正极材料为_，电极反应式为_；负极材料为_，电极反应式为_。解析：将 Zn2FeCl3=ZnCl22FeCl2 拆分为：Zn2e=Zn2(氧化反应)，2Fe32e=2Fe2(还原反应)。结合原电池的电极反应特点分析可知，该电池的负极应用锌，正极用活泼性比锌弱的金属或导电的非金属，为保证 Fe3在正极得电子，电解质溶液为 FeCl3等易溶的铁盐溶液。高中同步新课标化学 答案：Pt(或C)2Fe32e=2Fe2 ZnZn2e=Zn2