原电池化学电源省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

1/631.了解原电池工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2．了解常见化学电源种类及其工作原理。1.原电池工作原理及电极反应式书写。2．了解惯用化学电源结构及新型电源工作原理，尤其是可充电电池充放电过程。3．依据所给自发进行反应，设计原电池并能绘制装置图。2/63一、原电池1．概念把化学能转化为电能装置。2．工作原理：(以锌—铜原电池为例)。3/633.原电池组成条件(1)两个活泼性不一样电极。(2)将电极插入电解质溶液中。(3)用导线连接电极组成闭合回路。(4)能自发进行氧化还原反应。电极名称负极正极电极材料ZnCu电极反应Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===2Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由负极沿导线流向正极4/63注意：理论上任何一个自发进行氧化还原反应，都能够选择适当电极和适当电解质溶液，设计成原电池。二、常见化学电源1．一次电池——碱性锌锰干电池(1)负极材料：Zn，正极材料：MnO2，电解质：KOH。(2)电极反应：①负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，②正极：2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－，③总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。5/632．二次电池(可充电电池)——铅蓄电池负极材料是Pb，正极材料是PbO2。负极反应：Pb＋SO42－－2e－===PbSO4正极反应：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－===PbSO4＋2H2O总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O3．燃料电池氢氧燃料电池是当前最成熟燃料电池。电池酸性碱性负极反应式H2－2e－===2H＋2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2OO2＋4e－＋2H2O===4OH－总反应式2H2＋O2===2H2O6/631．(年泉州模拟)如图所表示装置能够组成原电池产生电流是(

)答案：B7/632．关于如图所表示原电池，以下说法正确是(

)A．电子从锌电极经过电流表流向铜电极B．盐桥中阴离子向硫酸铜溶液中迁移C．锌电极发生还原反应，铜电极发生氧化反应D．铜电极上发生电极反应是2H＋＋2e－===H2↑答案：A8/633．世博会中国馆、主题馆等建筑使用光伏电池，总功率达4兆瓦，是历届世博会之最。以下相关叙述正确是(

)A．光伏电池是将太阳能转变为电能B．光伏电池是将化学能转变为电能C．电流从a流向bD．图中N型半导体为正极，P型半导体为负极9/63解析：光伏电池是将太阳能直接转变为电能，A正确，B错误。依据图示，由正、负电荷移动可知，P型半导体为正极，N型半导体为负极，则外电路中，电流从b流向a，C、D错误。答案：A10/634．铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解质溶液为稀硫酸。工作时该电池总反应式为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。依据上述情况判断：(1)工作时，电解质溶液pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。(2)工作时，电解质溶液中阴离子移向________极。(3)电流方向从________极流向________极。(4)写出负极电极反应式：______________________。答案：(1)增大(2)负(3)正负(4)Pb(s)＋SO42－(aq)－2e－===PbSO4(s)11/63关键点1原电池工作原理1．原理图示以锌铜电池(电解液H2SO4溶液)为例：负极：Zn－2e－===Zn2＋；正极：2H＋＋2e－===H2↑对应学生用书126页

12/632．原电池判定(1)先分析有没有外接电源，有外接电源者为电解池，无外接电源者可能为原电池。(2)再依据原电池形成条件分析判定，主要思绪是“四看”：一看电极，两极为导体且活泼性不一样；二看溶液，两极插入电解质溶液中；三看回路：形成闭合回路或两极接触；四看本质：有没有氧化还原反应发生．13/63名师点睛：原电池本质是氧化反应或还原反应分别在两个不一样区域发生，反应中还原剂失去电子经过导线转移给氧化剂，从而产生电流。14/63例1

(双选)(年广东高考)铜锌原电池(以下列图)工作时，以下叙述正确是(

)A．正极反应为：Zn－2e－===Zn2＋B．电池反应为：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuC．在外电路中，电子从负极流向正极D．盐桥中K＋移向ZnSO4溶液15/63【解析】

Zn是负极，故A错；电池反应和没有形成原电池时氧化还原反应相同，故B正确；依据闭合回路电流方向，在外电路中，电子由负极流向正极，故C正确；在溶液中，阳离子向正极移动，故D错误。【答案】

BC16/63迁移应用1用Cu片、Al片、Cu(NO3)2溶液、导线组成一个原电池。以下相关该原电池叙述不正确是(

)A．不用导线连接Cu片、Al片，不可能组成原电池B．正极反应式为Cu2＋＋2e－===CuC．其它条件不变，只将Cu片改为Ag片，Cu(NO3)2溶液改为AgNO3溶液，经过等量电子时，Ag片质量改变大于Cu片质量改变D．其它条件不变，将Cu(NO3)2溶液改为浓HNO3溶液，负极电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋17/63【解析】首先依据Cu、Al和Cu(NO3)2溶液性质，判断出电池正、负极，并推写出对应电极反应，然后分析选项C、D时要注意改变电极材料和电解质溶液对电极反应影响。选项A，将Cu片、Al片直接接触并浸入Cu(NO3)2溶液中也可形成原电池。选项B，因Al活泼性大于Cu，所以Al失去电子，Al作电源负极：Al－3e－===Al3＋，溶液中Cu2＋在正极(Cu)取得电子而析出Cu；Cu2＋＋2e－===Cu。选项C,1molCu2＋得到2mol电子，Cu片质量增加64g，若2molAg＋得到2mol电子，Ag片质量增加216g，故正确。选项D，在浓HNO3溶液中，Cu失电子能力大于Al失电子能力，所以Cu片作原电池负极，故正确。【答案】

A18/63关键点2原电池正、负极判断与电极反应式书写1．正、负极判断19/632．电极反应式书写(1)普通电极反应式书写↓↓20/6321/63名师点晴：(1)原电池正、负极判断基础是氧化还原反应，假如给出一个方程式判断正、负极，能够直接依据化合价升降来判断。发生氧化反应一极为负极，发生还原反应一极为正极。(2)判断电极时，不能简单地依据金属活泼性来判断，要看反应详细情况，如：①Al在强碱性溶液中比Mg更易失去电子，Al作负极，Mg作正极；②Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。22/63例2

(年浙江高考)Li－Al/FeS电池是一个正在开发车载电池，该电池中正极电极反应式为：2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe。相关该电池以下说法中，正确是(

)A．Li－Al在电池中作为负极材料，该材料中Li化合价为＋1B．该电池电池反应式为：2Li＋FeS===Li2S＋FeC．负极电极反应式为：Al－3e－===Al3＋D．充电时，阴极发生电极反应式为：Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS23/63【解析】该电池负极材料为Li单质，则负极电极反应为Li－e－===Li＋，故A、C错误，充电时阴极应发生得电子反应，故D错误。【答案】

B24/63迁移应用1可用于电动汽车铝—空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极，以下说法正确是(

)A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液pH保持不变D．电池工作时，电子经过外电路从正极流向负极25/63【解析】

B项，以NaOH溶液为电解液时，不应生成Al(OH)3沉淀，而应生成AlO2－。C项，电解液pH应减小。D项，电子经过外电路从负极流向正极。【答案】

A26/63关键点3原电池原理应用1．加紧化学反应速率理论上，氧化还原反应均可设计成原电池，因有电流产生，加紧了电子转移，从而加紧了化学反应速率。如：试验室利用Zn与稀H2SO4反应制取H2时，稀H2SO4中滴入几滴CuSO4溶液，从而加紧了H2逸出。2．比较金属活泼性依据溶解(或质量减轻)为负极，质量增加(或产生气泡)为正极，结合负极活泼性>正极活泼性，便作出结论。27/633．用于金属防护使被保护金属制品作原电池正极而得到保护。比如，要保护一个铁质输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池负极。4．设计制作化学电源设计原电池时要紧紧围绕原电池组成条件。详细方法是：(1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；(2)依据原电池电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液。28/63①电极材料选择在原电池中，选择还原性较强物质作为负极；氧化性较强物质作为正极。而且，原电池电极必须导电。电池中负极必须能够与电解质溶液反应。②电解质溶液选择电解质溶液普通要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解其它物质能与负极发生反应(如空气中氧气)。但假如两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中电解质溶液应选择含有与电极材料相同阳离子。如在铜—锌—硫酸组成原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋溶液中。29/63(3)按要求画出原电池装置图。如依据以下反应设计原电池：30/63名师点晴：设计该原电池时，若氧化还原反应无明确电解质溶液，可用水作电解质，为了增强其导电性，要加入强碱或强酸以增加水导电性。如燃料电池，在水中普通要加入NaOH或H2SO4或Na2SO4溶液等。31/63例3

已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、NaOH溶液、盐酸。按要求回答以下问题。(1)电工操作上要求不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。说明原因：_________________________________________________________________________________。(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铜溶液，外加导线，能否组成原电池？________，若能，请写出电极反应式，负极________，正极________。(若不能，后面两空不填)。32/63(3)通常说燃料电池都以铂为电极，将燃烧反应化学能转化为电能，在燃料电池中，可燃物在________极反应，________在另一极反应。【解析】本题主要考查原电池原理应用。(1)铜和铝活泼性不一样，潮湿环境能够形成原电池，加紧铝腐蚀。(2)铜即使是活泼性弱金属，但不是惰性电极，铜与石墨经导线连接在盐溶液中能够组成原电池，铜作负极。正极反应是溶解在溶液中氧气得电子，酸性溶液中电极反应为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，中性或弱碱性溶液中电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－33/63(3)燃料电池中都是燃料在负极反应，助燃物在正极反应。【答案】

(1)铜铝接触在潮湿环境中形成原电池反应，加紧了铝腐蚀速率，易造成电路断路(2)能2Cu－4e－===2Cu2＋O2＋4H＋＋4e－===2H2O(3)负助燃物34/63迁移应用3请利用原电池原理设计试验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性强弱。请画出试验装置图并写出电极反应式。【答案】

正极反应：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋负极反应：Cu－2e－===Cu2＋

35/63易错点1对相关原电池相关概念不了解，造成错误例1

以下相关电池说法不正确是(

)A．手机上用锂离子电池属于二次电池B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D．锌猛干电池中锌电极是负极对应学生用书127页

36/63【错因分析】假如不了解“二次电池”含义，则会错选A项。【正确解答】

本题考查电池原理，包括电池分类、电子流向、能量转化形式、电极判断等。二次电池也就是可充电电池，A项正确；铜锌原电池中，铜为正极，锌为负极，锌失电子，电子经过外电路导线流向铜电极(正极)，B项错误；燃料电池可将化学能转化为电能，C项正确；锌锰干电池中锌为负极，D项正确。答案B37/63易错再练张明在超市看到一个电池外壳纸层包装，印有如右图所文字。相关说法错误是(

)A．该电池不是可充电干电池B．伴随人们生活质量不停提升，废电池必须进行集中处理问题被提到议事日程。其首要原因是预防电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源污染38/63C．该电池含有金属元素中毒性最大是HgD．此电池工作时，外电路中每经过0.2mol电子，锌质量理论上减小3.25g【解析】电池工作时，锌失去电子，电极反应式为Zn===Zn2＋＋2e－，所以外电路中每经过0.2mol电子，锌质量理论上应降低6.5g，所以D项错。【答案】

D39/63易错点2忽略介质作用例2

某种氢氧燃料电池电解液为KOH溶液。以下相关该电池叙述不正确是(

)A．正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．工作一段时间后，电解液中KOH物质量不变C．该燃料电池总反应方程式为：2H2＋O2===2H2OD．用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24LCl2(标准情况)时，有0.1mol电子转移40/63【错因分析】易错选A，注意碱性条件下和酸性条件下氢氧燃料电池正极反应式是不相同，碱性条件下该式是正确。【正确解答】氢氧燃料电池总反应式是：2H2＋O2===2H2O，电解液为KOH溶液，故其正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，负极反应式为：2H2＋4OH－－4e－===4H2O，反应过程中生成和消耗OH－量相等，故KOH物质量不变，A、B、C均正确；D中依据电解CuCl2溶液时各离子放电次序，可知阳极产生是Cl2，电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑，故产生2.24L氯气时转移电子应为0.2mol。答案：D41/63易错再练用除去氧化铝铝片与镁片作电极，在X电解质溶液中组成原电池，如表所表示：其中正确是________(填序号)，由此推知金属作电极不但与本身性质相关，而且与________相关。选项铝电极电解质负极反应正极反应A负极NaOH2Al－6e－＋8OH－===2AlO2－＋4H2O6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑B负极稀盐酸2Al－6e－===2Al3＋6H＋＋6e－===3H2↑C正极浓硝酸Mg＋2e－===Mg2＋2NO3－＋4H＋－4e－===2NO2↑＋2H2O42/63【解析】当电解质为强碱溶液时，Al－Mg电池负极为Al，而不是Mg，A项正确；B项中负极为Mg，错误；C项中电极判断正确，但电极反应式书写错误，正确反应式为：正极2NO3－＋4H＋＋2e－===2NO2↑＋2H2O，负极Mg－2e－===Mg2＋。【答案】

A

电解质性质43/631．(年陕西高考)依据下列图，可判断出以下离子方程式中错误是(

)A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s)B．Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq)对应学生用书128页

44/63C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2＋(aq)D．2Ag＋(aq)＋Co(s)===2Ag(s)＋Co2＋(aq)解析：由原电池正负极材料可知，金属活动性有：Cd>Co>Ag，则A中原理错误。答案：A45/632．(年江苏高考)下列图是一个航天器能量储存系统原理示意图。以下说法正确是(

)46/63A．该系统中只存在3种形式能量转化B．装置Y中负极电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．装置X能实现燃料电池燃料和氧化剂再生D．装置X、Y形成子系统能实现物质零排放，并能实现化学能与电能间完全转化47/6348/633．(年安徽高考)某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构见下列图，电池总反应可表示为：2H2＋O2===2H2O，以下相关说法正确是(

)49/63A．电子经过外电路从b极流向a极B．b极上电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．每转移0.1mol电子，消耗1.12LH2D．H＋由a极经过固体酸电解质传递到b极解析：首先明确a为负极，这么电子应该是经过外电路由a极流向b极，A选项错；B选项反应应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O；C选项没有通知是否在标准情况下。答案：D50/634．利用水果(如苹果)能够制作原电池，如图所表示。以下说法正确是(

)A．电流计指针偏转时，说明发生了氧化还原反应B．苹果汁中无电解质C．两个电极材料能够相同D．水果电池工作时氧化反应和还原反应在同一处进行51/63解析：水果电池工作时发生氧化还原反应，所以A正确；据原电池组成条件知B、C错误；原电池工作原理是发生气体还原反应，但氧化反应和还原反应分别在两极上进行，故而D错误。答案：A52/635．如图所表示，最近美国医学家利用人体本身环境设计了心脏起博器，其动力由人体体液中能量物质提供。以下相关说法正确是(

)A．图中“？”为人体中脂肪B．O2极为心脏起博器负极C．产生CO2使人体血液呈酸性，长久使用对人体有害D．电池正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－53/63解析：本题将原电池原理进行拓展和创新，所以解答时首先要了解人体体液中能量物质，其次要依据原电池原理来分析心脏起博器正、负极。选项A，人体体液中能量提供者是葡萄糖，不是脂肪。选项B，体液中葡萄糖为电池负极。选项C，人体呼吸也会产生二氧化碳，经过人体调整不会使人体血液呈酸性。选项D，O2取得电子为电池正极，其电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。答案：D54/636．设计燃料电池使汽油氧化直接产生电流，是本世纪最富有挑战性课题之一。最近有些人制造了一个燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入汽油蒸气，电池电解质是掺杂了Y2O3ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－。回答以下问题：(1)以辛烷为汽油代表物，则这个电池放电时发生反应化学方程式是________________________。(2)这个电池负极电极反应式为C8H18＋25O2－－50e－===8CO2＋9H2O，正极电极反应式为________。固体电解质里O2－移动方向是__________，向外电路释放电子电极是______________________。55/63(3)人们追求燃料电池氧化汽油，而不在内燃机里燃烧汽油产生动力主要原因是________________________。解析：(1)燃料电池放电总反应式为2C8H18＋25O2===16CO2＋18H2O。(2)正极上O2得到电子生成O2－，正极反应式为O2＋4e－===2O2－；在正极上生成O2－向负极移动；电子从负极移向外电路。(3)燃料电池氧化汽油不会产生CO、NO等污染性气体。答案：(1)2C8H18＋25O2===16CO2＋18H2O(2)O2＋4e－===2O2－移向负极负极(3)燃料电池污染小，燃料利用率高56/63氢氧燃料电池制作燃料电池是一个高效发电装置，氢气、氧气、甲烷等是惯用原料。燃烧电池含有能