6.1.3原电池原理应用化学电源高一化学教学讲与练（人教版2019）(原卷版)

第六章化学反应与能量第一节化学反应与能量变化第3课时原电池原理应用化学电源课程标准核心素养目标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。1．证据推理与模型认知：通过实验认识原电池条件和设计，能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。2．科学探究与创新意识：通过小组探究实验活动，培养学生自主探索创新精神和同学间的交流合作学习的协作精神，并通过实验，确定探究目的，设计探究方案，进行实验探究；培养学生创造性思维与探究能力。一、设计原电池1.设计思路(1)定：确定一个能够自发进行的反应。(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。还原剂－ne－=产物(负极电极反应)；氧化剂＋ne－=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或能导电的。(4)画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。2.实例：以Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu为例电极反应式材料选择装置负极：Fe－2e－=Fe2＋正极：Cu2＋＋2e－=Cu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：溶液二、化学电源1.一次电池(1)特点：电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，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：①锌筒为，电极反应是Zn－2e－=Zn2＋。②石墨棒为，最终被还原的物质是。③NH4Cl糊的作用。2.二次电池(充电电池)(1)特点：二次电池在放电时所进行的，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eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))电能(3)常见的充电电池：铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池。3.燃料电池(1)特点：①反应物储存在电池外部，②能量转换效率高、清洁、安全，③供电量易于调节。(2)燃料电池常用的燃料有：、、乙醇等。常用氧化剂：氧气。【方法技巧】燃料电池电极反应式的书写(1)写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH=Na2CO3＋3H2O。(2)写出电池的正极反应式。无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH)，正极一般都是O2发生还原反应，在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，若在酸性条件下，则正极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O。(3)写出负极反应式：负极反应式＝总反应式－正极反应式。探究一水果电池的设计1.探究制作水果电池对电极材料的要求(按如图连接)(已知电流表的指针偏向电子流入的电极)电极材料水果电流表偏转方向电极名称铁片、铜片苹果偏向铜片铁：负极铜：正极铁片、镁条苹果偏向铁片铁：正极镁：负极铁片、碳棒柠檬偏向碳棒铁：负极碳棒：正极铁片、铁片柠檬不偏转铜片、碳棒柠檬几乎不偏转问题讨论：水果的作用是作：。实验结论：构成原电池的要素有：①。②。③。2.探究影响电流效果的因素【实验1】探究电极材料对电流效果的影响电极材料电极间距/cm水果电流表/μA，偏转角度(填“大”或“小”)铁、铜1苹果镁、铜1苹果实验结论：。【实验2】探究不同水果对电流效果的影响电极材料电极间距/cm水果电流表/μA，偏转角度锌、铜1苹果锌、铜1柠檬实验结论：。【实验3】探究电极间距对电流效果的影响电极材料电极间距/cm水果电流表/μA，偏转角度锌、铜1柠檬锌、铜2柠檬实验结论：。【归纳总结】水果电池的电流效果与电极材料、水果的种类有关，另外还与两电极间距离以及电极插入水果的深度等因素有关。1.原电池设计依据：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（一般为电解质溶液中的阳离子）在正极上被还原。2.选择合适的材料（1）电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料；正极材料一般活泼性比负极的弱，也可以是能导电的非金属。（2）电解质溶液：电解质溶液一般能与负极材料反应。【例1】(2023·山西省晋城一中高一期末)利用下列化学反应能设计成原电池的是()A．CH4＋2O2eq\o(=,\s\up7(点燃))CO2＋2H2OB．CaCO3＋2HCl=CaCl2＋CO2↑＋H2OC．Na2O＋H2O=2NaOHD．Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O1.(2023·江苏省徐州一中高一期中)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灯将不会发光探究二电极方程式的书写1.一种镁－空气电池装置如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。(1)负极电极反应式________________，正极电极反应式________________。(2)电子移动的方向是由________经外电路到________。(填“a”或“b”)(3)电池总反应式为__________________________________________________________。1.书写电极反应式的原则电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，遵循离子方程式的书写规则，两电极反应式相加得电池总化学(或离子)方程式。2.书写电极反应式的基本类型(1)类型一：题目给定原电池的装置图，未给总反应式①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。③遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式。(注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如铅蓄电池的负极铅失电子变为Pb2＋，但Pb2＋与硫酸溶液中的SOeq\o\al(2－,4)不共存，因而负极电极反应式为Pb－2e－＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4)④将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。(2)类型二：题目中给出原电池的总反应式①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。【例2】(2023·湖北省黄石一中高一期中)(1)如图为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向，可知氧气从______口通入(填“a”或“b”)，X极为电池的________(填“正”或“负”)极。(2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质，两极上发生的电极反应分别为A极：2H2＋2O2－－4e－=2H2OB极：O2＋4e－=2O2－则A极是电池的________极；电子从该极________(填“流入”或“流出”)。(3)若将(1)中燃料电池改为甲烷—空气燃料电池，该电池工作时，负极反应式为____________，电池总反应式为_________________________________________________________________。1.(2023·福建省莆田一中高一期末)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下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是()①多孔电极a为负极②a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－③b极的电极反应式为H2－2e－＋O2－=H2O④该电池的总反应式为2H2＋O2eq\o(=,\s\up7(高温))2H2OA．①②B．②④C．②③D．③④1．（2023下·上海奉贤·高一期中）下列电池工作时能量转化形式与其他三个不同的是A．锌锰碱性电池B．硅太阳能电池C．氢燃料电池D．铅蓄电池2．（2023下·陕西西安·高一统考期末）下列有关装置的说法正确的是A．装置Ⅰ中为原电池的负极B．装置Ⅱ为一次电池C．装置Ⅲ可构成原电池D．装置Ⅳ工作时，电子由锌通过导线流向碳棒3．（2023下·山西太原·高一统考期中）同学们设计了以下水果电池，其中正确的是A． B．C．D．4．（2023下·广东执信中学高一校联考）某同学设计的番茄电池如图，下列说法正确的是A．将左侧锌片换成铜片也会产生电流 B．该电池工作时，铜片逐渐溶解C．番茄中的液体物质作电解质溶液 D．该电池工作时，锌电极被还原5．（2023下·甘肃天水·高一统考期中）汽车的启动电源常用铅酸蓄电池，其结构如图所示。放电时的电池反应：PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。下列说法中，正确的是A．Pb作电池的负极B．PbO2作电池的负极C．PbO2得电子，被氧化D．电池放电时，溶液酸性增强6．（2023下·海南海口长流中学期中）下列关于干电池的描述错误的是A．最早的干电池是锌锰电池B．普通干电池可以多次充电反复使用C．普通锌锰干电池在使用过程中外壳逐渐变薄是因为：Zn→Zn2++2eD．普通干电池是一种将化学能转变成电能的装置7．（2023·湖北武汉·高一统考期中）碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn(s)+2MnO2(s)+2H2O(l)=Zn(OH)2(s)+2MnOOH(s)，下列说法错误的是A．电池工作时，锌失去电子B．电池正极的电极反应式为2MnO2(s)+2H2O(l)+2e－=2MnOOH(s)+2OH－(aq)C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g8．（2023下·四川成都七中高一期末）下列可设计成原电池的化学反应是A．H2O(l)+CaO(s)＝Ca(OH)2(s)B．Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl＝BaCl2+2NH3·H2O+8H2OC．BaCl2+Na2SO4＝BaSO4↓+2NaClD．CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)9．（2023下·四川眉山·高一校联考期中）普通锌锰干电池的简图如图所示，它是用锌皮制成的锌筒作为电极，中央插一根石墨棒，石墨棒顶端加一铜帽。在石墨棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn+2NH+2MnO2=[Zn(NH3)2]2++2MnO(OH)。下列关于锌锰干电池的说法中正确的是A．当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原B．电池负极反应为2MnO2+2NH+2e=Mn2O3+2NH3+H2OC．原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极D．外电路中每通过0.1mol电子，锌的质量理论上减少6.5g10．（2023下·河北唐山曹妃甸一中期中）原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是A．由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，其负极反应式为Al3e－=Al3+B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为Al3e－+4OH－=AlO+2H2OC．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式为Cu2e－=Cu2+D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为Cu2e－=Cu2+11．（2023下·福建莆田一中联考期中）X、Y、Z、M代表四种金属元素，金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，Z极上有放出；单质Z可以从Y的盐溶液中置换出单质Y；又知的氧化性强于。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为A． B．C． D．12．（2023下·河北邯郸大名一中期中）如图为银锌纽扣电池，其电池的电池反应式为：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag，下列说法不正确的是A．锌作负极B．正极发生还原反应C．负极的电极方程式为：Zn2e=Zn2+D．电池工作时，电流从Ag2O经导线流向Zn13．（2023下·湖南长沙·高一校联考）某同学根据化学反应Fe+2H+=Fe2++H2↑，并利用实验室材料制作原电池。下列关于该原电池组成的说法正确的是选项ABCD正极锌棒铁棒石墨棒铁棒负极铁棒石墨棒铁棒铜棒电解质溶液H2SO4溶液H2SO4溶液H2SO4溶液H2SO4溶液14．（2023下·广东汕头金山中学高一期末）图示为一种积层型锂聚合物电池的结构。这是将正极(LiCoO2)/凝胶型聚合物电解质/碳和石墨系电池组叠加成平板，并用铝积层包封的电池结构。其中电池内的高分子聚合物能让Li