第二单元第一课时教学案：原电池的工作原理及化学电源

1、第二单元 化学能与电能的转化第一课时 原电池的工作原理及化学电源一课标展示1理解原电池的工作原理，掌握电极反应式和电池反应方程式的书写方法。2了解常见化学电源的种类及工作原理，熟悉其在生产、生活中的应用。二先学前测（一）原电池的工作原理1.化学能与电能可相互转化， _ _是将化学能转化为电能的装置。2原电池由两个半电池组成。半电池包括 和_ _，两个隔离的半电池通过 连接起来。半电池中的反应就是半反应，即电极反应。在原电池中，负极上发生_ _，给出电子；正极上发生 ，得到电子。电流由原电池的_ _流向_ _，即电子由 流向 。3原电池的工作原理（以铜锌原电池为例进行研究）：Zn为_极，Cu为_

2、极；负极上发生 反应，电极反应式为_ _，正极上发生 反应，电极反应式为 ；电子流出的极是_极，电子流入的极是_极；电流方向是 。盐桥中的盐溶液是 ，盐桥中的_ _会移向ZnSO4溶液, 移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性。该原电池工作一段时间后，两电极的质量变化是 。（二）化学电源 1化学电源包括_ _、二次电池和燃料电池等。在化学电源中，一次电池最常见。这种电池中发生 大部分被消耗后，就不能再使用。使用最广泛的一次电池是 。 2碱性锌锰电池比普通锌锰干电池性能优越，它的 ，能提供较大电流并_ _。目前碱性锌锰电池正在逐渐代替普通锌锰干电池。碱性锌锰电池的负极是

3、 ，正极是 ，电解质是_ _。其总反应为 。3.氢氧燃料电池正极通入_，负极通入 。其电极反应：负极为 ，正极为 ，总反应为 。燃料电池的能量转换效率远高于普通燃料的燃烧，应用燃料电池建立的发电站，具有能量转换效率高、排放的废弃物少、运行噪音小等优点。 4铅蓄电池是最常见的_ _。铅蓄电池的性能优良、价格低廉、安全可靠，可多次充放电。它由两组栅状极板交替排列而成。正极板上覆盖有 ，负极板上覆盖有 ，电解质是 。放电时电极反应：负极为 ，正极为 ，放电时总反应式为 。 铅蓄电池充电时电极反应：阴极为 ，阳极为 ，充电时总反应式为 。充电过程和放电过程可的，用一个可逆反应表示为 。随着放电反应的进

4、行，硫酸的浓度不断下降，密度不断减小，常根据 的大小来判断铅蓄电池是否需要充电。三、合作交流1分析原电池中外电路和内电路中导电微粒的不同以及它们是如何移动的？2简要说明盐桥在原电池中的作用。3列举你所见过的或熟悉的化学电源。四、要点突破1以下两种原电池装置有何不同？ (1)实验现象：见下面分析。(2)实验分析： 对于图1装置，Zn片：Zn-2e-=Zn2+ Cu片：Cu2+2e=Cu,同时在Zn片上，Zn可直接与CuSO4溶液反应，生成Cu与ZnS04。因此该装置中既有化学能转化为电能，同时也有化学能转化为热能。对于图2所示原电池：使用盐桥，避免了Zn与CuSO4溶液的直接反应，电极名称及电极

5、反应： 锌片：负极Zn- 2e-=2n2+（氧化反应） 铜片：正极Cu2+2e- =Cu(还原反应) 总化学方程式：Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4当有盐桥存在时，在ZnSO4溶液中，Zn片逐渐溶解，即Zn被氧化，锌原子失去电子，形成Zn2+进入溶液，从锌片上释放出的电子，经过导线流向铜片，CuSO4溶液中的Cu2+从铜片上得到电子，还原成金属铜并沉积在铜片上，随着反应的进行，左边烧杯中溶液c( Zn2+)增大，右边烧杯中c (Cu2+)减小，此时，盐桥中的Cl-会移向ZnSO4溶液，K+移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性，氧化还原反应得以继续进行，从而使原电池

6、不断地产生电流。即：实战检验1：下列各组的电极材料和电解液，不能组成原电池的是 ( ) A.铜片、石墨棒，稀硫酸 B铜片、石墨棒，硝酸银溶液 C锌片、铜片，稀盐酸 D铜片、银片，FeCl3溶液 2如何判断原电池的正负极？ (1)由组成原电池的两极电极材料判断。一般是活动-性较强的金属为负极，活动性较弱的金属或能导电的非金属为正极（注：一定要注意实际情况，如Mg-Al-NaOH，Al才是负极；Al-Cu-浓硝酸，Cu才是负极）。 (2)根据电流方向或电子流动方向判断。电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。 (3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。在原电池的电解质溶液内

7、，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。 (4)根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的负极总是失电子，发生氧化反应；其正极总是得电子，发生还原反应。(5)根据原电池两极发生的现象判断。通常溶解或质量减小的电极为负极，电极增重（有金属析出）或有气泡放出的一极为正极（此方法对于一些特殊类型的电池并不适用，应具体问题具体对待）。实战检验2：在盛有稀硫酸的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是( ) A正极附近的SO42-离子浓度逐渐增大 B电子通过导线由铜片流向锌片 C正极有O2逸出 D铜片上有H2逸出 3如何书写电极反应式? (1)如果题目给定的是图示装置，先分析正、负极，再根据

8、正、负极反应规律写电极反应式。 (2)如果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（即分析有关元素的化合价变化情况），推荐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：还原剂十氧化剂十介质=氧化产物十还原产物十其他 负极：还原剂十介质一ne-=氧化产物（还原剂失去电子，发生氧化反应） 正极：氧化剂十介质十ne-=还原产物（氧化剂得到电子，发生还原反应） 介质通常是定向移动到该电极附近的导电离子如H+、OH-、H2O等，若氧化（或还原）产物能与

9、之发生复分解反应，则其一般书写在电极方程式中。 两个电极反应式相加即得电池总反应离子方程式，用电池总反应离子方程式减去较简单电极反应式即为较复杂电极反应式。原电池反应式一般都可以用加、减法书写。书写时，无论是总反应式还是电极反应式都既要满足电子转移守恒、电荷守恒，又要满足质量守恒。实战检验3：一种新燃料电池，一极通入空气，另一极通人丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料说法正确的是 ( ) A在熔融电解质中，O2-由负极移向正极 B电池的总反应是2C4H10+13O2=8CO2+10H2O C通入空气的一极是正极，电极反应为O2

10、+4e-=2O2- D通入丁烷的一极是正极，电极反应为C4H10+26e- +13O2-=4CO2 + 5 H2O4常见化学电源的构造和工作原理是怎样的？ (1)锌锰干电池 手电筒中使用的于电池一般是锌锰干电池，锌锰干电池是最早使用的化学电池，也是最普通的干电池，与我们的生活联系十分密切，几乎每个学生在生活中都使用过锌锰干电池。它的结构如下图所示。它是一种一次性电池，放完电后不能再使用（内部的氧化还原反应是不可逆的）。 为了延长电池寿命和提高其性能，人们将电池内的电解质氯化铵换成湿的氢氧化钾，并在构造上作了改进(Zn片改为Zn粉，反应面积成倍增加，放电电流大幅度提高），制成了碱性锌锰电池，优点

11、是工作电动势稳定。锌锰碱性电池是一种新型的干电池。现在各类碱性电池正在逐渐代替普通的干电池。 正极材料为MnO2，还原产物为MnOOH（氢氧化氧锰），电解质是KOH，其电极反应为： 负极：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2 正极：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH- 电池反应为 Zn+ 2MnO2+2H2O = Zn (OH)2 + 2MnOOH(2)铅蓄电池 目前汽车上使用的电池，大多都是铅蓄电池。铅蓄电池的构造是用含锑5%8%的铅锑合金铸成格板，在格板上分别填充PbO2和Pb作为正极和负极，二者交替排列而成。在电极之间注入30%的H2SO4溶液。放电反应：负极：Pb+SO

12、42-2e-=PbSO4 正极：PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O 充电反应：阴极：PbSO4+2e-=Pb+SO42 阳极：PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H+SO42-放电充电电池反应为Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O (3)氢氧燃料电池 电池反应为2H2+O2=2H2O 结构：石墨、石墨、KOH溶液。 负极：H2+2OH-2e-=2H2O 正极：O2+2H2O+4e-=4OH- 结构：石墨、石墨、H2SO4溶液。 负极：2H2- 4e-=4H+ 正极：O2+4H+4e-=2H2O 燃料电池并不是通过燃料的直接燃烧来发电的，而是通过燃

13、料气体（如氢气、甲烷、甲醇和乙醇等）与氧气分别在两个电极上发生电极反应，将化学能转化为电能。燃料电池与前面介绍的电池不同，它不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。反应过程中没有火焰，不是放出光和热，而是产生电流。因此，燃料电池是名副其实的把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器”。 (4)海水电池 1991年，我国科学家首创以铝一空气海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。其电极反应式如下：负极：4Al-12e-=4Al3+ 正极：3O2+6

14、H2O+12e-=12OH- 总反应式为4Al+3O2+6H2O=4A1(OH)3 这种电池的能量比普通干电池高2050倍！放电充电实战检验4：银锌电池广泛用作各种电子仪器的电池，它的充电和放电过程可表示为： 2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是 ( ) AAg BZn(OH)2 CAg2O DZn五、随堂练习1下图所示的装置能够组成原电池且产生电流的是( )2关于如图所示装置的叙述正确的是( ) A铜是阳极，铜片上有气泡产生 B铜片质量逐渐减少 C电流从锌片经导线流向铜片 D氢离子在铜片表面被还原3随着石油资源不断减少，石油价格不断上扬，相对

15、环保型的电瓶车愈来愈受到人们的喜爱。电瓶车所用电池一般为铅蓄电池，这是一种可充电电池，电池总反应式为Pb+PbO2 +4H+2SO42-=2PbSO4+2H2O，则下列说法正确的是( )A. 放电时，电子流动方向由A到BB放电时，正极反应是Pb+SO42-2e-=PbSO4C放电时,B极为负极，A极为正极D充电时，阳极反应是PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+SO42-+ 4H+4航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池总反应方程式均可表示为2H2十O2=2H2O。酸式氢氧燃料电池中的电解质是酸，其负极反应为2H2一4e-

16、=4H+，则其正极反应为_ ；碱式氢氧燃料电池中的电解质是碱，其正极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应为 。5.用铜、银、AgNO3溶液设计一个原电池，这一原电池的正极是 ，负极是_ _，负极的电极反应是_ ，总反应是 。6氯铝电池是一种新型的燃料电池，电解质溶液是KOH溶液。试回答下列问题：(1)通入Cl2(g)的电极是 极（填“正”或“负”）。(2)通入Al(g)的电极是_ _极（填“正”或“负”）。(3)电子从 （填“Al”或“Cl2”，下同）极流向 极。六、自我评价1下列过程中发生能量变化属于化学能转化为电能的是（ ） A铅蓄电池放电 B甲烷燃烧 C电解水制H2 D燃

17、料电池供电放电充电2锂电池反应原理如下：FePO4+Li LiFePO4，内部为能够导电的固体电解质，下列有关该电池说法正确的是 （ ） A可加入硫酸以提高电解质的导电性 B放电时电池内部Li+向负极移动 C放电时，Li发生还原反应 D放电时电池正极反应为：FePO4+e一+Li+ = LiFePO43根据下列实验事实：(1)X+Y2+=X2+Y (2)Z+2H2O=Z(OH)2+H2 (3)由Y、W作电极组成的原电池反应为：Y- 2e-=Y2+，X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是( ) AX>Y>Z>W BY>X>W>Z CZ>X>Y>

18、;W DZ>Y>X>W4下图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下：在卡片上，描述合理的是（ ） A B C D5以、葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示关于该电池的叙述正确的是( ) A该电池能够在高温下工作 B电池的负极反应为：C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+ C放电过程中，H+从正极区向负极区迁移 D在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况 下CO2气体L6实验室中用稀HN03溶液与足量Cu反应制取NO气体，已知该反应很慢，欲提高反应速率且不影响气体的产量，下列方法中可行的是 ( ) A加一块Fe片，使之与Cu接触 B加一块石墨，使之与Cu接触 C加少量浓硝酸 D加少量浓硫酸7如图所示：(1)当K断开时， 片上有气泡产生，生成气体对应的反应式为 (2)当K闭合时， 片上有气泡，生成气体对应的离子方程式为 。8科学家预言，燃料电池是21世纪获得电子的重要途径， 一种甲醇燃料电池是采用铂或碳