（新课标）高中化学 第一章 第3节 第1课时 原电池的工作原理 化学电源导学案 鲁科版选修4.doc

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 【课前学案导学】 精准定位教学目标展示（教案）学习目标导航（学案）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.掌握构成原电池的条件。3.了解常见化学电源的种类、工作原理和用途。 。自主梳理基础知识导航（教案、学案共有）一、原电池1.原电池是_的装置。2.原电池的构成条件：（1）两个活泼性不同的电极;（2）_；（3）_;(4)_。3.电极负极：电子_的一极，发生_反应的一极，电流_的一极；正极：电子_的一极，发生_反应的一极，电流_的一极4.原电池的工作原理（以铜锌原电池为例，电解质是稀硫酸）负极：材料zn，发生氧化反应，电极反应为：_正极：材料cu，发生还原反应，电极反应为：_电池的总反应为：_二、化学电源1作为化学电源的电池有_电池、_电池、_电池。其中可能造成环境污染的是_电池；可反复充放电的是_电池。2氢氧燃料电池(1)电解质是h2so4溶液负极：_正极：_(2)电解质是koh溶液负极： _；正极： _(3)电池的总反应：_自主梳理参考答案一、1、化学能 电能 2、（2）两电极必须浸在电解质溶液中；（3）形成闭合回路；（4）能自发地进行氧化还原反应。3、流出 氧化 流入 流入 还原 流出4、zn2ezn 2h+2eh2 zn+2h+=zn2+h2二、1、一次、二次、燃料 一次 二次2、(1)负极：2h2 4e- + 4oh-= 4h2o 正极：o2+ 4h+4e- = 2h2o (2)负极： 2h2 4e- + 4oh- = 4h2o；正极： o2 + 2h2o + 4e- = 4oh-(3) 2h2+ o2= 2h2o一次电池；可反复充放电的是二次电池。 【课堂探究导学】 合作探究-名师保驾护航探究一：原电池正负极的判断根据构成原电池的电池材料判断：活泼金属做负极；根据电子流向或电流方向确定：电子流出的一极或电流流入的一极为负极根据氧化还原反应确立：发生氧化反应（还原剂）的一般为负极。特别提醒原电池的电极类型不仅跟电极材料有关，还与电解质溶液的性质有关。如镁铝电极在稀硫酸中构成原电池，镁为负极，铝为正极；而镁铝电极在氢氧化钠溶液中构成原电池，铝为负极，镁为正极。探究二：原电池的设计从理论上讲，任何一个自发进行的氧化还原反应，都可以设计成原电池。基本依据：构成原电池的基本条件，也是进行原电池设计的基本依据：（1）活泼程度不同的电极；（2）电解质溶液；（3）闭合回路。探究三：电解质溶液及电极材料的选择（1）电解质溶液的选择电解质是使负极放电的物质。因此电解质溶液一般要能够与负极腐蚀反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质与负极腐蚀反应。但是如果两个半反应分别在两个容器中进行，（中间连接盐桥），则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子的盐溶液。如在铜锌硫酸盐构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有zn2+的电解质溶液中，而正极金属铜浸泡在含有cu2+的电解质溶液中。（2）电极材料的选择在原电池中，选择还原性强的金属做负极，易导电且比负极活动性弱的物质作正极，并且原电池的电极必须能导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料。正极和负极之间产生的电势差是电子（阴、阳离子）移动的动力。特别提醒设计燃料电池，其电极和电解质溶液的选择和一般电池不同：（1）燃料电池的电极反应物为外界不断通入的燃料和氧化剂，电极本身不参与反应，故其电极可使用相同的惰性电极；（2）燃料电池的电解液未必能与电极反应物直接反应，但一般为酸或碱，如氢氧燃料电池。典例剖析-名师释疑助航【例1】由铜、锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的ph怎样变化（ ）a.不变 b.先变小后变大 c.逐渐变大 d.逐渐变小答案d解析根据原电池工作的总反应：zn + 2h+ = zn2+ + h2,只要原电池不断工作，该反应就不断发生，溶液中的c(h+)逐渐减小，溶液中的ph将不断增大。因此答答案d【变式训练1】“阿波罗号飞船”所用的氢氧燃料电池的电极应为：负极：2h24oh4e4h2o 正极 o22h2o4e4oh 该电池工作时,下列叙述正确的是 （ ）a氢气发生还原反应 b每转移4摩电子,电池内增加4摩水c负极附近溶液的ph值降低 d正极附近c(h+)增大【例2】在原电池和电解质的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是（ ）a. 原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应b. 原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应c. 原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应d. 原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应答案b、c解析据原电池、电解池的基本知识，原电池的正极发生还原反应，负极发生氧化反应；电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。 g a b稀h2so4【变式训练2】在如图所示的装置中，a的金属性比氢要强，b为碳棒，关于此装置的各种叙述不正确的是（ ）a.碳棒上有气体放出，ph变大b .a是正极，b是负极c.导线中有电子流动，电子从a极到b极d.a极上发生了氧化反应【例3】航天技术中使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。氢氧燃料电池酸式和碱式两种，它们放电时的电池总反应方程式都可表示为2h2 + o2 = 2h2o,酸式氢氧燃料电池的电解质是酸，其负极反应可表示为：2h2 4e- = 4h+,则其正极反应表示为_；碱式氢氧燃料电池的电解质是碱，其正极反应表示为o2 +2h2o+4e- = 4oh-,则其负极反应可表示为_。答案o2 + 4h+ + 4e- = 2h2o2h2 + 4oh- - 4e- = 4h2o解析原电池正极发生还原反应：o2 +2h2o+4e- = 4oh-，在酸性溶液中，4oh- + 4h+ =4h2o,故正极反应式为:o2 + 4h+ + 4e- = 2h2o;原电池负极发生还原反应：2h2 4e- = 4h+,在碱性溶液中，4oh- + 4h+ =4h2o,所以负极反应式为：2h2 + 4oh- - 4e- = 4h2o.【变式训练3】 一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳.该电池负极发生的反应是 ()a.ch3oh(g)o2(g)2e=h2o(l)co2(g)2h(aq)b.o2(g)4h(aq)4e=2h2o(l)c.ch3oh(g)h2o(l)6e=co2(g)6h(aq)d.o2(g)2h2o(l)4e=4oh 变式训练解析及答案【变式训练1】答案：c解析：氢气发生氧化反应，每转移4摩电子,电池内增加2摩水，正极附近c(h+)减小。【变式训练2】答案：b 解析：显然，电极a、b与电解质溶液稀h2so4组成原电池。因活泼性ab（碳棒），所以a为电池的负极，b为正极。电极反应式：a（负极）：a an+ +ne- (氧化反应)b(正极)：nh+ + ne- n/2h2（还原反应），由于正极h+放电消耗,溶液中c(h+)减小, ph变大,在外电路中,电子由a流出经电流计流向b极。【变式训练3】答案：c解析：该原电池的负极反应物为甲醇，负极反应式中不能出现氧化剂，而a、b、d项中电极反应物中均出现氧化剂氧气，所以a、b、d不正确。备选例题1. 某原电池总反应离子方程式为2fe3+fe=3fe2+，能实现该反应的原电池是（ ）a正极为cu，负极为fe，电解质溶液为fecl3溶液b正极为cu，负极为fe，电解质溶液为fe(no3)2溶液c正极为fe，负极为cu，电解质溶液为fe(so4)3溶液d正极为ag，负极为zn，电解质溶液为cuso4溶液答案：a 解析：该题考查原电池原理的应用，原电池的设计必须牢固掌握原电池原理。根据总反应，fe被氧化，必须为负极，fe3+被还原，必须在正极上反应，但fe3+并不是电极材料，电极材料必须失电子能力弱于fe、cu、ag、石墨皆可，电解质溶液应当含有大量的铁离子，才能保证按题中总反应发生，a选项符合题意，b选项不符合原电池形成条件，c选项电极不合理，d选项cuso4溶液违背总反应。2以铁片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过 电子时，下列说法正确的是( )a铁片溶解1 mol，铜片上析出1 mol b两极上溶解和析出的物质的质量相等c铁片溶解28 g，通过导线的电子是2 mold铁片溶解1 mol，铜消耗1 mol答案：a解析：铁片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，铁片作负极，电极反应为fe-2e-=fe2+，铜片作正极，电极反应为2h+2e-=h2。根据得失电子守恒，a正确。装置现象二价金属a不断溶解c的质量增加a上有气体产生3由a、b、c、d四种金属按下表中装置进行实验。根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应式是_。(2)装置乙中正极的电极反应式是_。(3)装置丙中溶液的ph_(填“变大”、“变小”或“不变”)。(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是_。答案：(1)a2ea2(2)cu22ecu(3)变大(4)dabc解析：甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中a不断溶解，则a为负极、b为正极，活泼性ab；乙中c极增重，即析出cu，则b为负极，活泼性bc；丙中a上有气体即h2产生，则a为正极，活泼性da，随着h的消耗，ph变大。常用教学素材世界第一艘燃料电池潜艇u-312003年4月7日，德国基尔港升起了一颗世界级的明星。它是一艘奇特的潜艇，名字叫u31。国际主要媒体都往它这儿聚焦，庆贺世界第一艘燃料电池潜艇下水及首次试航。全德国的人都为u31自豪，因为它闯开了常规潜艇的一条发展新路，成为世界潜艇发展史上的一个新里程碑；到2004年春服役后，它就是“世界范围内最先进的常规动力潜艇”。 传统的柴-电动力潜艇在水下潜航23天，就会耗尽电池能量，必须浮上水面给蓄电池充电。显然，这增加了潜艇暴露的危险性。而u31就没有这种烦恼，因为它在水下就能自行充电，取得了“不依赖空气”的技术突破。突破出在动力舱。它采用性能优越的混合动力系统，即燃料电池动力系统和柴-电动力系统混合使用。但奇迹主要出在燃料电池动力系统。这个系统由9组聚四氟乙烯燃料电池、1