原电池工作原理

1 / 14原电池工作原理原电池工作原理1原电池工作原理口诀：原电池分两极(正、负)；负极氧化正(极)还原；电子由负(极)流向正(极)；阳(离子)向正(极)阴(离子)向负(极)。2钢铁电化学腐蚀的正负极反应：正极：O24e2H2O=4OH；负极：Fe2e=Fe2。3氢氧燃料电池(KOH 作电解质)的电极反应：负极：2H24e4OH=4H2O；正极：O24e2H2O=4OH。化学电源1原理及优点化学电源依据2常见化学电源(1)一次电池：Zn2NH4Cl2MnO2=Zn(NH3)2Cl22MnO(OH)，负极： ；正极： ，电解质溶液：NH4Cl 等。(2)二次电池：放电银锌纽扣电池：ZnAg2OH2O 充电 Zn(OH)2 / 1422Ag，负极： ；正极：；电解质溶液：KOH。铅蓄电池：放电PbPbO22H2SO4 充电 2PbSO42H2O，负极： ；正极：；电解质溶液(3)燃料电池：氢氧燃料电池：2H2O2=2H2O负极：失电子；正极：得电子；电解质溶液：氢氧化钾或稀硫酸。甲醇空气燃料电池：2CH3OHO24OH=2CO236H2O 负极： 失电子；正极： 得电子；电解质溶液：KOH。原电池应用(1)加快化学反应速率：分析：构成原电池，加快了电子转移，加快了化学反应速率。实例：实验室用 Zn 和稀 H2SO4(或稀 HCl)反应制H2，常用粗锌，它产生 H2 的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀 H2SO4 的溶液形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生 H2 的速率加快。3 / 14(2)比较金属的活动性强弱：分析：原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。实例：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，由原电池原理可知，金属活动性 AB。(3)金属材料的防护：分析：将被保护金属设计成原电池的正极。实例：轮船在海里航行时，为了保护轮船不被腐蚀，可以在轮船上焊上一些活泼性比铁更强的金属，如Zn，这样构成的原电池 Zn 为负极，而 Fe 为正极，从而防止了铁的腐蚀。(4)制作化学电源设计原电池：分析：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。即： 负极：还原剂ne=氧化产物；正极：氧化剂ne=还原产物。实例：利用氧化还原反应ZnCuSO4=ZnSO4Cu 设计成如图所示的原电池。a该原电池的电极反应为：负极(Zn)：Zn2e=Zn2(氧化反应)；4 / 14正极(Cu)：Cu22e=Cu(还原反应)。b装置：典题1、下列关于原电池的叙述，错误的是( )A构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属B原电池是将化学能转变为电能的装置C在原电池中，电子流出的一极是负极，发生氧化反应D原电池放电时，电子的方向是从负极到正极2、铁及铁的化合物应用广泛，如 FeCl3 可用作催化剂、印刷 电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出 FeCl3 溶液腐蚀印刷电路铜板的方程式：_ _ _。(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置 图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应式：_，负极反应式：_。3、将锌片和铜片用导线连接置于稀硫酸溶液中，下列各叙述错误的是5 / 14( )A锌片作负极，锌发生还原反应B铜片作正极C正极反应为：2H2e=H2D溶液中的 H移向正极4、 一个原电池总反应为：ZnM2=Zn2M。(1)该原电池电极材料及电解质可能是_。(2)M 可以是下列金属中_。AMgBFeCCuDAg教学过程一、复习预习复习氧化还原反应的知识内容，并列举一些巩固氧化还原反应，分析反应中转移电子数的情况，判断金属性的强弱，氧化性和还原性的强弱。二、知识讲解考点 1：原电池1原电池定义：将化学能转变为电能的装置。2实质：将氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。即将化学能转化成电能。3简单原电池的构成条件：6 / 14活泼性不同的两个电极，电解质溶液，形成闭合回路，能自发进行的氧化还原反应。考点 2：原电池的工作原理工作原理：利用氧化还原反应在不同区域内进行，以适当方式连接起来，获得电流。 以铜锌原电池为例：1在 ZnSO4 溶液中，锌片逐渐溶解，即 Zn 被氧化，锌原子失电子，形成 Zn2 进入溶液，从锌片上释放的电子，经过导线流向铜片；CuSO4 溶液中，Cu2 从铜片上得电子，还原成为金属铜并沉积在铜片上。锌为负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn2e=Zn2； 铜为正极，发生还原反应，电极反应式为Cu22e=Cu。 总反应式为 ZnCu2=Zn2Cu，反应是自发进行的。2闭合回路的构成：外电路：电子从负极到正极，电流从正极到负极，内电路：溶液中的阴离子移向 ZnSO4 溶液，阳离子移向 CuSO4 溶液。考点 3：盐桥盐桥中通常装有含琼胶的 KCl 饱和溶液。当其存在7 / 14时，随着反应的进行，Zn 棒中的 Zn 原子失去电子成为 Zn2进入溶液中，使 ZnSO4 溶液中 Zn2 过多，带正电荷。Cu2 获得电子沉积为 Cu，溶液中 Cu2 过少，SO24 过多，溶液带负电荷。当溶液不能保持电中性时，将阻止放电作用的继续进行。盐桥的存在就避免了这种情况的发生，其中 Cl 向 ZnSO4 溶液迁移，K 向 CuSO4 溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应可以继续进行。原电池的工作原理教材分析漳州市 南靖二中 庄雪莲能源与材料，信息被称为现代社会繁荣和发展的三大支柱，是人类文明进步不可或缺的条件。化学在能源的开发和利用方面扮演着重要的角色，无论是煤的充分燃烧和洁净技术，还是核反应的控制作用；无论是新型绿色化学电源的研制，还是生物能源的开发，都离不开化学科学。可以说，能源科学发展的每一个重要环节都与化学科学的发展息息相关。高中化学新课程强调能源问题的学习，把化学反应与能量转化联系起来，帮助学生从化学的视角认识自然、环境，能源和社会的关系，让学生了解能源问题与化学科学的密切关系，认识能源对社会发展的重要性，是非常必8 / 14要的。 研究氧化还原反应与电能之间关系的化学称为电化学。如何利用可自发的氧化还原反应产生电能？如何利用电能使非自发的氧化还原反应发生？这些都是电化学研究中的重要问题。一、 教材分析1、 本单元在本专题中的地位与作用选修四化学反应原理专题 1“化学反应与能量关系”这专题从化学反应与能量变化的关系出发组织教材内容，共包括三个单元“化学反应中的热效应” 、 “化学能与电能的转化” 、 “金属的腐蚀与防护” 。第一单元“化学反应中的热效应指向的反应热焓变、盖斯定律的主要内容，这时对于反应的研究对象是所有的化学反应。第二单元“化学能与电能的转化” ，研究对象已经转变为氧化还原反应。第三单元“金属的腐蚀与防护” ，是利用“化学能与电能的转化”的原理在实际生产生活中的应用。本专题以化学能与热能、电能的相互转化为主线，重点介绍了反应热、盖斯定律、原电池原理，电解原理等基础理论以及能源的充分利用、金属的腐蚀与防护等与日常生活关系密切的内容。通过本专题的学习，学生不仅可以掌握有关热化学及电化学的一些基本原理，还可以在进行探究活动的过9 / 14程中进一步认识学习化学的方法和途径，同时可以认识到化学知识在解决日常问题中的重要作用，激发学习化学的兴趣。2、 本单元编者编写意图学生能过化学 2的学习，已经了解化学反应中存在能量变化，通过原电池可以将化学能转化为电能，通过电解可以将电能转化为化学能等知识。因此，在内容选择上，编者将重点放在对原电池原理、电解原理、金属腐蚀与防护原理的微观分析上。在教学过程中，应注意本专题内容与化学 2中相关内容的衔接，可以在引导学生复习的基础上进行新知识的学习，同时应注意新知识与原有知识的融合，将新知识纳入学生原有的知识体系中，使学生的知识结构更加完整。电化学原理在生产生活中应用十分广泛，因此在教材编写的过程中编者特地选择了常见的电池及其工作原理、金属的腐蚀与防护等与生产生活关系密切的知识加以介绍。由于这些知识经常出现在各种媒体上，来源十分广泛，在教学过程中应注意充分发挥这些资源的作用。可以引导学生通过查阅资料、浏览网站、调查访问等多种方式进行学习，充分调动学生的主动性和积极性。为了突出学生自主进行的探究活动的化学学习过程中的重要作用，在编写过程中，编者十分重视活动的设置。10 / 14不仅设置了铜锌原电池实验，还设置了自主设计制作原电池。在教学过程中应充分发挥这些活动的作用，通过精心设计活动过程，让学生在自主活动的基础上获得知识，同时发展观察能力、实验操作能力、表达能力等多种能力及合作精神。由于此部分内容涉及微观的化学过程，内容比较抽象，学生学习存在一定的难度。在教学过程中应注意采用直观、形象的方法说明微观的过程，以促进学生的理解，例如，在进行原电池的教学中，可以采用多媒体演示电极上和溶液中微粒的变化以及电子的移动方向，促使学生认识电极上发生的反应以及反应过程中电子转移的情况，理解原电池反应的实质。3、 本节在本单元中的地位与作用电化学原理在生产生活和科学研究中应用十分广泛。例如，小到手电筒，大到人造卫星，均需要依靠化学电源提供电能；工业上常通过电解的方法制取化工原料，而生活中的许多制品的表面都是利用电解原理镀上一层金属。因此，引导学生认识化学能与电能相互转化的原理和所遵循的规律，可以促使学生深刻认识身边的电化学现象。在此思想指导下，本单元分三部分呈现。第一部“原电池的工作原理”着重介绍了原电池放电过程中的电子转移以及电极反应方程式的书写；第二部分“化学电源”介绍了生11 / 14产生活中一些常见的电源；第三部分“电解池的工作原理及应用”则介绍了电解的一般过程以及电解原理在日常生活中的应用。在教学过程中要关注到节与节之间的关系，关注教材内部的关系，关于教材内部的大标题“原电池工作原理” 、“化学电源” 、及下一单元“金属的腐蚀与防护” ，其实它不是一个简单的关于原电池的应用，它本身也反映了学科当中基于原电池的电化学的研究角度与视野。有些老师一说原电池教学就只看到原电池的工作原理，却忽略了化学电池的学习价值甚至到简单化处理，化学电源这部分只做一个科普介绍，这其实是降低了化学电源这部分的教学价值。教学中就把化学电源这部分与原电池打通考虑，不能把它们变成孤立的内容。科学家正是用原电池的原理制作化学电源的，化学电源体现了原电池的研究价值。现在的课这两个问题没有建立联系，这个联系就在于我们只有对原电池建立起科学合理的模型才能把化学电源和原电池连通。原电池和化学电源基本构成一样，变的是哪部分，不同的化学电源之间又变化了什么？第三单元“金属的腐蚀与防护”是原电池研究第二个很重要的研究领域。人们先发现金属腐蚀的现象，但无法解释这类现象。后来有了原电池的相关理论，人们开始认识到金属腐蚀这类现象的本质和12 / 14原理。也正因为了解到金属腐蚀的电化学本质，进而又跟化学腐蚀连通，找到金属腐蚀最本质的东西是失电子，这种失电子有两种形式，一种是化学腐蚀的失电子，一种是电化学环境下的失电子。然后应用原电池的规律去防护，在防护时针对的是失电子的本质，通过技术手段使其不失电了或少失电子，而这种手段由于原电池的相关知识而丰富，不仅可以用去氧等方法，也可以采用替代负极等手段。另外就是主动地输入电子，可用电的手段输入电子。所以这些都是因为原电池研究带来的对于金属腐蚀与防护的新角度。如果把原电池与化学电源、金属的腐蚀与防护之间建立这样的联系，整个单元整体内在联系性就更紧密，也体现出基础原理怎样用于实际。另一方面要看到这几点之间的不同。比如化学电源和金属腐蚀与防护有些不同，这个不同就是它的指向。化学电源指向的是原电池里的能量变化，能量转化的角度，旨在把化学能变成电能。金属腐蚀与防护利用的是原电池中负极失去电子正极反应物得到电子的过程，利用的是电化学环境下的氧化还原反应在物质转化方面的取向。所以原电池的教学有两大不同的角度，而现在的教学往往只关注能量转换的角度，其实在现代应用化学领域我们看到的环境污染的处理都是在用电化学的思想方法。4、 本节编者编写意图13 / 14在编写过程中，编者特别注意在化学 2基础上的加深和提高。例如， 化学 2中介绍的原电池电流效率较低，因此在本单元介绍了将两个半电池通过盐桥相连而形成的电流效率较高的原电池。化学 2中将重点放在引导学生观察原电池实验的现象，通过现象认识生产生活中一些有关电化学实例，并不要求认识原电池的原理。而本节则将重点放在引导学生分析现象产生的原因，要求学生理解原电池的原理，能根据有关原理进行原电池的设计，并写出相应的电极反应式。由于原电池原理在生产生活中应用十分广泛，因此编者在编写过程中十分注意选择生产生活中常见的例子，以促使学生认识到化学知识在生产生活中的重要作用。例如，在“化学电源”中选择了钮扣电池，普通锌锰干电池、碱性锌锰电池、燃料电池、铅蓄电池、手机电池等。为了促使了学生主动去认识原电