第六章 第一节 第3课时 设计原电池　化学电源 【人教版高中化学 必修第二册 】

1、第3课时设计原电池化学电源核心素养发展目标1.会设计简单的原电池。2.知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电源的特点。3.掌握构成电池的要素，了解不同电极材料对电池性能的影响。4.能正确书写简单化学电源的电极反应式。随堂演练知识落实课时对点练内容索引一、设计原电池二、化学电源一、设计原电池1.依据依据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。2.设计思路设计思路(1)定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应。(2)拆：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应。还原

2、剂ne=氧化产物(负极电极反应)；氧化剂ne=还原产物(正极电极反应)。(3)找：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。(4)画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。3.实例实例以FeCuSO4=FeSO4Cu为例电极反应式材料选择装置负极：_正极：_负极：_正极：Cu或C等(活泼性比Fe差的金属或导电的石墨棒均可)电解质溶液： 溶液 FeCuSO4Fe2e=Fe2Cu22e=Cu判断正误(1)理论上任何氧化还原反应都可设计成原电池()(2)原电池中负极上发生氧化反应()(3)原电池中正极材料一定发生还原反应()(4)

3、原电池中正极材料必须与电解质溶液的某种离子反应()应用体验1.理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。选择适宜的材料和试剂，请利用反应“Fe2Fe3=3Fe2”设计一个原电池。回答下列问题：(1)选用_为负极，选择依据是_。(2)正极材料可选用_，选择依据是_。铁固体铁单质能导电，可被电解质溶液中的Fe3氧化为Fe2铜(或石墨)铜(或石墨)的还原性比铁弱，且为能导电的固体(3)_溶液作电解质溶液。(4)写出电极反应式正极：_，负极：_。(5)该原电池中电子从_极流出，电解质溶液中的阳离子(Fe3)移向_极。FeCl3或Fe2(SO4)32Fe32e=2Fe2Fe2e=Fe2铁(或负

4、)铜或石墨(或正)2.同学们在“简易电池的设计与制作”的实验中，对影响自制电池效果的因素进行了实验探究。提出问题提出问题影响自制电池效果的因素有哪些？查阅资源查阅资源电极材料，电极间距，水果种类对自制水果电池的效果可能有影响。实验探究实验探究.按如图连接水果电池。.实验记录如下：序号电极电极间距水果种类电流表示数(A)CuAl2.0 cm西红柿78.5CuFe2.0 cm西红柿70.3AlAl2.0 cm西红柿0CuAl2.0 cm柠檬45.7CuAl1.0 cm柠檬98.4石墨棒Al1.0 cm柠檬104.5解释与结论解释与结论(1)实验的目的是_。对比实验得出的结论是_。(2)欲得出“水果

5、种类对电池效果有影响”的结论，需要对比实验_(填序号)。对比得出的结论是_。探究电极材料对电池效果的影响在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大，电池效果越好在其他条件相同时，电极间距越小，电流越大，电池效果越好反思与探讨反思与探讨(3)水果电池中，水果的作用是_。(4)对比实验可知构成水果电池的电极必须具备的条件为_，构成水果电池的其他要素还有_、_、_。(5)水果电池是利用水果中的化学物质和金属发生化学反应而产生电能的一种装置，如将实验中的西红柿换成硫酸铜溶液，进行实验，电流表示数不为零，Cu片和Al片上发生的电极反应式分别为_、_，总离子方程式为_。作电解质溶液两极金属活动性不同能发生自

6、发的氧化还原反应形成闭合回路有电解质溶液3Cu26e=3Cu2Al6e=2Al32Al3Cu2=3Cu2Al3归纳总结归纳总结水果电池的电池效果与电极材料、水果的种类有关，另外还与两电极间距离等因素有关。返回二、化学电源1.一次电池一次电池(1)特点：电池放电后 充电(内部的氧化还原反应 逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。(2)锌锰干电池的构造如图所示。锌筒为 ，电极反应是 。石墨棒为 ，最终被还原的物质是 。NH4Cl糊的作用是 。特点：放电后不能充电，便于携带，价格低。不能无法负极正极二氧化锰作电解质溶液Zn2e=Zn22.二次电池二次电池(充电电池充电电池)(1)特点：二次电池在放电

7、时所进行的 ，在充电时可以 ，使电池恢复到放电前的状态。(2)能量转化：化学能 电能(3)常见的充电电池： 电池、 电池、 电池等。氧化还原反应逆向进行铅酸蓄镍氢锂离子3.发展中的燃料电池发展中的燃料电池(1)概念：一种将燃料(如氢气、甲烷、乙醇)和氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置。(2)优点：具有清洁、安全、高效等特点；能量转化率可以达到_以上；反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，供电量易于调节。(3)燃料电池常用的燃料有： 、 、乙醇等；常用氧化剂：氧气。80%氢气甲烷判断正误(1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细()(2)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能()

8、(3)充电电池可以无限制地反复充电、放电()(4)氢氧燃料电池比氢气直接燃烧发电能量利用率高()深度思考1.如图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为稀硫酸时)和碱式(当电解质溶液为氢氧化钠溶液时)两种。试回答下列问题：(1)若电解质溶液为稀硫酸，正极和负极的电极反应式是什么？提示正极：O24e4H=2H2O，负极：2H24e=4H。(2)若电解质溶液为氢氧化钠溶液，正极和负极的电极反应式是什么？提示正极：O24e2H2O=4OH，负极：2H24e4OH=4H2O。(3)两种情况下，电池总方程式一样吗？提示将两种情况下的正、负极反应式相加和，总反应式都为2H2O2=2

9、H2O。2.铅酸蓄电池常用作汽车电瓶，其构造如图所示，工作时该电池总的方程式为PbPbO22H2SO4 2PbSO42H2O。按要求回答下列问题：(1)负极材料是_，正极材料是_，电解质溶液是_。(2)工作时，电解质溶液中的H移向_极。(3)工作时，电解质溶液中硫酸的浓度_(填“增大”“减小”或“不变”)。PbPbO2稀硫酸PbO2(或正)减小(4)当铅酸蓄电池向外电路提供2 mol e时，理论上负极板的质量增加_g。96(1)铅酸蓄电池的电极反应归纳总结归纳总结返回电解质溶液负极正极酸性(H)2H24e=4HO24H4e=2H2O碱性(OH)2H24e4OH=4H2OO22H2O4e=4OH

10、(2)氢氧燃料电池在不同的介质中的总反应相同，均为2H2O2=2H2O。但正、负极反应与电解质溶液有关，正、负极反应归纳如下：随堂演练知识落实1.如图为发光二极管连接柠檬电池装置，下列说法正确的是A.铁环作为柠檬电池的正极B.电流由铁环经导线流向发光二极管C.负极的电极反应为Fe2e=Fe2D.可将柠檬替换成盛装乙醇溶液的装置12345解析铜线、铁环插入柠檬，制成柠檬电池，由于活泼性：FeCu，所以铜线是柠檬电池的正极，铁环是柠檬电池的负极，故A项错误；1234电子由负极铁环经导线流向发光二极管，再由发光二极管流向铜线，故B项错误；负极发生氧化反应，电极反应为Fe2e=Fe2，故C项正确；乙醇

11、溶液为非电解质溶液，不能将柠檬替换成盛装乙醇溶液的装置，故D项错误。52.下列电池工作时，O2在正极得电子的是1234解析氢氧燃料电池的总反应是2H2O2=2H2O，因而正极是O2得电子发生还原反应。ABCD 锌锰电池铅酸蓄电池氢氧燃料电池镍镉电池53.一种直接铁燃料电池(电池反应为3Fe2O2=Fe3O4)的装置如图所示，下列说法正确的是A.Fe极为电池正极B.KOH溶液为电池的电解质溶液C.电子由多孔碳极沿导线移向Fe极D.5.6 g Fe参与反应，导线中转移 1.2041023个电子12345解析该电池中铁失去电子为电池负极，A项错误；KOH溶液为电池的电解质溶液，B项正确；电子由Fe极

12、沿导线移向多孔碳极，C项错误；1234根据电池反应3Fe2O2=Fe3O4可知，3 mol铁参与反应时转移8 mol电子，故5.6 g Fe参与反应，导线中转移约1.6051023个电子，D项错误。512344.下列有关锌锰干电池的说法正确的是A.锌外壳是负极，石墨棒是正极材料B.在外电路中电子从石墨棒流向锌外壳C.电流从锌外壳流到石墨棒上D.在电池内部阳离子从石墨棒向锌外壳移动51234解析A项，在锌锰干电池中，锌外壳是负极，石墨棒是正极，故正确；B项，在外电路中电子从锌外壳流向石墨棒，故错误；C项，电流的方向与电子的流向相反，应从石墨棒流向锌外壳，故错误；D项，电池内部，阳离子向正极(石墨

13、棒)移动，故错误。512345.选择适宜的材料和试剂，请利用反应“Cu2Ag=2AgCu2”设计一个化学电池。回答下列问题：(1)负极材料：_；正极材料：_；电解质溶液：_。(2)写出电极反应式：正极：_；负极：_。铜银(或碳棒)AgNO3溶液2Ag2e=2AgCu2e=Cu2(3)原电池中电子从_极流出，电解质溶液中阴离子流向_极(填“正”或“负”)。铜(或负)负返回5课 时 对 点 练基础对点练题组一原电池的设计及应用题组一原电池的设计及应用1.如图是某化学课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列有关该装置的说法正确的是A.铜为负极，其附近的溶液变蓝，溶液中有Cu2产生B.其

14、能量转化的形式主要是化学能电能光能C.如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向将发生改变D.如果将稀硫酸换成柠檬汁，LED灯将不会发光123456789 101112131415 16解析锌片作负极，发生氧化反应，铜片作正极，发生还原反应，A错误；该装置的能量转化形式是“化学能电能光能”，B正确；123456789 101112131415 16如把锌片换为铁片，铜片依然为正极，电路中的电流方向不会发生改变，C错误；如将稀硫酸换为柠檬汁，由于柠檬汁中含有柠檬酸，溶液呈酸性，LED灯也会发光，D错误。2.某兴趣小组设计的简易原电池装置如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是A.锌片作正极B.碳棒上有

15、气泡产生C.可将电能转化为化学能D.电子由碳棒经导线流向锌片123456789 101112131415 16解析电池工作时，Zn失去电子，作负极，故A错误；碳棒为正极，氢离子在正极上得到电子生成氢气，有气泡产生，故B正确；123456789 101112131415 16原电池是将化学能转化为电能的装置，故C错误；Zn为负极，电子由锌片经导线流向碳棒，故D错误。3.利用下列化学反应能设计成原电池的是A.CH42O2 CO22H2OB.CaCO32HCl=CaCl2CO2H2OC.Na2OH2O=2NaOHD.Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O123456789 10111213141

16、5 16解析CH42O2 CO22H2O的反应属于自发的氧化还原反应，能设计成原电池，故A正确；CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O的反应不是氧化还原反应，不能设计成原电池，故B错误；Na2OH2O=2NaOH的反应不是氧化还原反应，不能设计成原电池，故C错误；Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O的反应不是氧化还原反应，不能设计成原电池，故D错误。123456789 101112131415 16题组二化学电源题组二化学电源4.有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是123456789 101112131415 16 图碱性锌锰电池图铅酸蓄电池图原电池 图银锌纽扣电池A.图所示

17、电池中，MnO2的作用是作催化剂B.图所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大C.图所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2浓度始终不变D.图所示电池中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中被还原为Ag123456789 101112131415 16 图碱性锌锰电池图铅酸蓄电池图原电池 图银锌纽扣电池123456789 101112131415 16解析MnO2的作用是作氧化剂，A错误；PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，H2SO4被消耗，浓度减小，B错误；正极析出铜，Cu2浓度减小，C错误；负极：ZnZn2，发生氧化反应，Zn作还原剂；正极：Ag2OAg，发生还原反应，Ag2O是氧化剂，

18、D正确。5.镍镉(NiCd)可充电电池的总反应为Cd(OH)22Ni(OH)2 Cd2NiO(OH)2H2O，由此可知，放电时该电池的负极材料是A.Cd B.NiO(OH)C.Cd(OH)2 D.Ni(OH)2123456789 101112131415 16解析放电时，有元素化合价升高的物质为负极材料，即Cd作负极。6.银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2OZnH2O=2AgZn(OH)2，下列说法不正确的是A.原电池放电时，负极上发生反应的物质是ZnB.负极发生的反应是Zn2OH2e=Zn(OH)2C.工作时，负极区溶液中

19、c(OH)减小D.溶液中OH向正极移动，K、H向负极移动123456789 101112131415 16123456789 101112131415 16解析根据电池总反应式知，Zn失电子发生氧化反应，故Zn作负极，Ag2O作正极，故A正确；负极发生反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2，故B正确；负极发生反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2，消耗OH，负极区溶液中c(OH)减小，正极上发生反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH，正极区溶液中c(OH)增大，故C正确；放电时，电解质溶液中OH向负极移动，K、H向正极移动，故D错误。7.(2020成都金牛区校级期中)某华人科学家和他的团队研发出“

20、纸电池”(如图)。这种一面镀锌、一面镀二氧化锰的超薄电池在使用印刷与压层技术后，变成一张可任意裁剪大小的“电纸”，厚度仅为0.5毫米，可以任意弯曲和裁剪。纸内的离子“流过”水和氧化锌组成电解液，电池总反应式为Zn2MnO2H2O=ZnO2MnO(OH)。下列说法正确的是A.该电池的正极材料为锌B.该电池反应中二氧化锰发生氧化反应C.电池的正极反应式为MnO2H2Oe=MnO(OH)OHD.当有0.1 mol锌溶解时，流经电解液的电子数为1.2041023123456789 101112131415 16解析该原电池中，锌元素化合价由0价变为2价，锌失电子作负极，故A错误；123456789 1

21、01112131415 16该原电池中，锰元素化合价由4价变为3价，所以二氧化锰作正极，发生还原反应，故B错误；正极上二氧化锰得电子发生还原反应，电极反应为MnO2eH2O=MnO(OH)OH，故C正确；电子从负极沿导线流向正极，不经过电解质溶液，故D错误。题组三电极反应式的判断题组三电极反应式的判断8.(2020江西南昌中学高一期中)燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是A.负极反应式：O22H2O4e=4OHB.负极反应式：CH48OH8e=CO26H2OC.随着放电的进行，溶液的氢

22、氧根离子浓度不变D.放电时溶液中的阴离子向负极移动123456789 101112131415 16123456789 101112131415 169.某课外小组自制的氢氧燃料电池如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述错误的是A.a极是负极，该电极上发生氧化反应B.b极发生的电极反应是2H2O2e=H22OHC.电池总反应为2H2O2=2H2OD.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源123456789 101112131415 16解析A项，a极通入H2，为负极，电极反应为H22OH2e=2H2O，发生的是氧化反应；B项，b极通入O2，为正极，电极反应为O22H2O4e=4OH；1234

23、56789 101112131415 16C项，正、负极电极反应式相加可得，电池总反应为2H2O2=2H2O；D项，氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源。10.(2020鲁山县校级月考)普通锌锰干电池的构造如图所示，其电池反应的方程式为Zn2NH4Cl2MnO2=Zn(NH3)2Cl22MnO(OH)，下列说法不正确的是A.石墨作正极B.锌发生氧化反应C.电池工作时，电子从石墨经导线流向锌D.电池工作时，每消耗6.5 g锌，线路中会转移0.2NA电子123456789 101112131415 16综合强化练解析锌筒作负极，石墨作正极，故A正确；电池中锌失

24、去电子，发生氧化反应，故B正确；电池中电子从负极流向正极，即从锌经导线流向石墨，故C错误；123456789 101112131415 16锌为负极，失电子发生氧化反应，每消耗6.5 g Zn，即0.1 mol锌，则失去0.2 mol电子，故线路中转移0.2NA电子，D正确。11.(2020湖北期中)下列有关叙述正确的是A.“中华有为”华为Mate系列手机采用的超大容量高密度电池是一种一 次电池B.根据能量守恒定律，化学反应中反应物的总能量等于生成物的总能量C.等质量的硫蒸气和硫粉分别与氧气反应生成SO2气体，硫蒸气放出的 热量多D.原电池中的电极一定要由两种不同的金属组成123456789

25、101112131415 16解析华为Mate系列手机采用的超大容量高密度电池是可充电可放电的二次电池，故A错误；根据能量守恒定律知，反应物总能量和生成物总能量不等，反应过程中有能量变化，如果正反应为放热反应，则反应物总能量大于生成物总能量，如果正反应为吸热反应，则反应物总能量小于生成物总能量，故B错误；生成物相同，反应物中气态S比固态S能量高，且为放热反应，则硫蒸气反应放出热量多，故C正确；123456789 101112131415 16原电池中的电极可能由可导电的非金属和金属组成，如Zn、石墨和稀硫酸构成的原电池，故D错误。123456789 101112131415 1612.右面是几

26、种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是A.题述电池分别属于一次电池、二 次电池和燃料电池123456789 101112131415 16B.干电池在长时间使用后，锌筒被破坏C.铅酸蓄电池在工作中，负极每消耗1 mol铅，则硫酸溶液中就转移 2 mol电子D.氢氧燃料电池的电解质溶液可以是稀硫酸或KOH溶液解析干电池是一次性电池，铅酸蓄电池是可充电电池，属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃料电池，故A正确；123456789 101112131415 16在干电池中，Zn作负极，被氧化，故B正确；铅酸蓄电池工作过程中负极每消耗1 mol铅，则线路中会转移2 mol电子，硫酸溶液中无电子转移，故

27、C错误；氢氧燃料电池中稀硫酸或KOH溶液均可做电解液，故D正确。13.固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许O2在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是多孔电极a为负极a极对应的电极反应式为O22H2O4e=4OHb极的电极反应式为H22eO2=H2O该电池的总反应式为2H2O2 2H2OA. B. C. D.123456789 101112131415 16解析图中电子由多孔电极b通过导线流向多孔电极a，多孔电极b为负极，多孔电极a为正极，错误；a极对应的电极反应式为O24e=2O2，错误；12345678

28、9 101112131415 16b极的电极反应式为H22eO2=H2O，正确；根据正、负极得失电子数相等，将正、负极电极反应式相加，该电池的总反应式为2H2O2 2H2O，正确。14.最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。 下列说法正确的是A.右边吸附层中发生了氧化反应B.负极的电极反应是H22e2OH=2H2OC.当右边吸附层中产生标准状况下2.24 L氢气 时，电子在溶液中通过了0.2 molD.电解质溶液中Na向左移动， 向右移动123456789 101112131415 16解析由电子流向可知，右边吸附层为正极，发生了还原反应，故A错误；由电子流向可知，左边吸附层为负

29、极，发生了氧化反应，电极反应式是H22e2OH=2H2O，故B正确；123456789 101112131415 16电子不能通过溶液，故C错误；原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以电解质溶液中Na向右移动， 向左移动，故D错误。15.(1)有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入1 molL1的H2SO4溶液中，乙同学将电极放入1 molL1的 NaOH溶液中，如图所示。123456789 101112131415 16甲中负极反应式：_。Mg2e=Mg2解析甲中Mg、Al都可以与H2SO4溶液反应，但Mg的活动性比Al强，所以Mg作负极，负极反应式为Mg2e=Mg2；乙中负极反应式为_，总反应的离子方程式为_。123456789 101112131415 16解析乙中Al可以和NaOH溶液发生氧化还原反应，所以Al作负极，负极反应式为