原电池2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

化学反应与电能原电池我们平时用的电是怎么产生的？经历了哪些能量的转化？化学能热能机械能电能我们平时使用的移动电源，就是利用化学反应将化学能转化为电能来工作的。电池中究竟发生着怎样的化学反应？化学能是怎么变成电能的？化学能电能要想将化学能转化为可利用的电能，需要产生持续的电流，本质上是要电子持续的定向移动。根据所学，要产生持续的电流需要哪些条件？化学能电能电荷持续定向移动电荷持续移动的趋势——持续的电势差电荷定向移动的路径——闭合回路电流可循环化学反应利用哪种类型的化学反应可以实现化学能到电能的转化？在给定条件下，不需要外界提供能量，反应自己就能发生。自发的氧还原反应Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑在该反应中，

失去电子，发生

反应；

得到电子，发生

反应；每生成1molH2，

向

转移

mole-。

将其改写成离子方程，并用双线桥表示电子的转移Zn+2H+=Zn2++H2↑如何将该反应的化学能转化为电能呢？Zn+2H+=Zn2++H2↑①持续的电势差②闭合回路【方法一】锌片直接放入稀硫酸中：现象：锌片溶解，表面产生大量气泡，溶液温度升高结论：化学能→热能电子从锌片流出，无序地接触H+，我们能否给电子铺设一条“通路”呢？“路”的另一边用什么材料来接收电子？【方法二】锌片与铜片接触后放入稀硫酸中：现象：锌片溶解，锌片和铜片表面都产生气泡结论：电子从锌片转移到铜片【方法三】锌片、铜片用导线相连，串联一个电流表后放入稀硫酸中：现象：锌片溶解，锌片和铜片表面都产生气泡，电流表指针偏转，且随着反应进行示数减小。结论：化学能→热能、电能一般物质得电子能力越强，电势越高，电子从低电势向高电势移动原电池：将化学能转化成电能的装置。（电子通过外部途径传递）【任务一】原电池的工作原理负极正极电极材料电极反应物电极反应电子移动方向离子移动方向发生氧化反应发生还原反应低电势高电势①自发的氧化还原反应②两个电极（一般活性不同）③电解质溶液（熔融电解质）④闭合回路（导线、电解质）——正、负极——离子导电通路【任务二】原电池的构成【活动3】根据反应Fe+CuSO4=FeSO4+Cu设计电池，画出原电池装置【活动4】根据反应Cu+2Ag+=Cu2++2Ag设计电池，画出原电池装置设计原电池的一般思路(1)将已知氧化还原反应拆分成两个半反应氧化反应：还原剂－ne－=氧化产物

还原反应：氧化剂＋ne－=还原产物(2)找出正、负极材料及电解质溶液。①电极材料的选择：选活泼性较强（参与反应）的金属作负极，活泼性较弱的金属或能导电的惰性材料作正极。②电解质溶液的选择：负极溶液一般含有负极金属离子，正极溶液为参与正极反应的氧化剂。ZnH2SO4溶液Cu电极反应物e-ZnZn2+H+H2失e-得e-氧化反应还原反应H+Zn2+SO42-氧化剂还原剂氧化产物还原产物阳离子阴离子离子导体电子导体Zn+2H+=Zn2++H2↑电池总反应（负极材料）（正极材料）电极自发的氧化还原反应【活动5】在之前的原电池中锌表面也产生了大量气泡，有什么影响？如何消除这种影响？ZnCuAZnSO4溶液H2SO4溶液盐桥(饱和KCl或KNO3和琼脂制成的胶冻，离子可在其中自由移动)思考盐桥在此过程中起到了哪些作用？双液电池①平衡电荷

②构成闭合回路

③防止副反应发生我们发现架设盐桥后虽然电流稳定，但电流小，有什么改进方法？溶液间加离子交换膜（阴离子、阳离子、质子交换膜）H2SO4溶液

CuZnAZnSO4溶液阴离子交换膜【活动7】根据反应2Fe3＋＋2I-

=I2＋2Fe2＋设计电池，画出原电池装置【活动6】根据反应Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2设计电池，画出原电池装置【任务三】原电池的应用应用一：加快反应速率实验室用锌与稀硫酸反应制氢气时加入少量CuSO4溶液或常用粗锌能使产生H2的速率加快。应用二、比较金属活动性顺序两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。应用三、金属的保护根据原电池的工作原理，负极金属发生氧化反应。将被保护的金属与比其活泼的金属连接。D【例】a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。a、b相连时，电流由a经导线流向b；c、d相连时，电子由d到c；a、c相连时，a极上产生大量气泡；b、d相连时，阳离子移向d极。则四种金属的活动性由强到弱的顺序为()A.a>b>c>d B.a>c>d>b

C.c>a>b>d

D.b>d>c>a【应用迁移】【任务四】电极反应方程的书写1.写出总反应的离子方程式，分析化合价升降，找出两剂及两产物，确定两极上对应的反应物及产物，定电子得失及其数目。负极：（升失氧）还原剂－ne-=氧化产物正极：（降得还）氧化剂＋ne-=还原产物2.根据电解质环境，利用H+（酸性）、OH-（碱性），O2-、CO32-（熔融盐）等使电极反应式电荷守恒。3.配平电极反应式，利用H2O或其他物质使电极反应式原子守恒。1.列物质，定得失2.电荷守恒看介质3.原子守恒2Al

+

2OH－+6H2O

=

2[Al(OH)4]－

+

3H2↑Al+4OH_

－3e_

=[Al(OH)4]－

2H2O+2e_

=2OH_+

H2↑Mg+2H+

=

Mg2+

+

H2↑Mg－2e_

=Mg2+

2H++2e_

=H2↑离子方程式：负极：正极：离子方程式：负极：正极：[练习1】Al+4HNO3(稀)=Al(NO3)3+NO↑+2H2OAl∣稀HNO3∣CuAl∣浓HNO3∣CuCu+4H++

2NO3－=Cu2+

+2NO2↑+2H2OCu+4HNO3(浓)

=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2OCu－2e_

=Cu2+2H++

NO3－

+e_=2NO2↑+H2O总反应：离子方程式：负极：正极：总反应：离子方程式：负极：正极：Al+4H++

NO3－=Al3+

+NO↑+2H2OAl－3e_

=Al3+4H++

NO3－

+3e_=NO↑+2H2O[练习2】化学反应与电能化学电源我们生活中有哪些电池？你怎样评价电池的优劣？1.比能量。单位质量或体积输出电能的多少。2.比功率。单位质量或体积输出功率的大小。3.稳定性，储存时间，便携性。4.安全性···任何自发的氧化还原反应都可以作为电池的基础，人们根据需求制造具有特定性能的电池一、一次电池1.定义：放电后不可充电的电池。2.特征：参与反应的活性物质消耗后不能再反应；电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池。3.常见类型：普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池（1）普通锌锰电池

结构：

负极：Zn正极：C电解质：NH4Cl

这种电池有什么弊端？普通锌锰电池电量小,放电过程中容易发生胀气或漏液,从而导致设备的腐蚀。（2）碱性锌锰电池

结构：

负极：Zn正极：MnO2

电解质：KOH溶液

负极(Zn)：Zn-2e-+2OH-＝Zn(OH)2

正极(MnO2

)：MnO2+e-+H2O＝MnO(OH)+OH-

反应：

总反应：Zn+2MnO2+2H2O＝2MnO(OH)+Zn(OH)2根据总反应式写出其电极反应

优点：

比能量和可储存时间均有提高,适用于大电流和连续放电。（氢氧化氧锰)（3）锌银电池

结构：

负极：Zn正极：Ag2O电解质：KOH溶液

反应：

总反应：Zn+Ag2O+H2O＝Zn(OH)2+2Ag

负极(Zn)：Zn-2e-+2OH-＝Zn(OH)2

正极(Ag2O)：Ag2O+2e-+H2O＝2Ag+2OH-比能量大、电压稳定、储存时间长，适宜小电流放电二、二次电池1.定义：放电后可以再充电而反复使用的电池。可充电电池或蓄电池。2.常见类型：铅蓄电池、氢镍电池、锂离子电池

结构：

负极：Pb

正极：PbO2

电解质：稀H2SO4

放电反应：

总反应:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)＝2PbSO4(s)+2H2O(l)根据总反应式写出其放电时的电极反应负极(Pb)：Pb+SO42−-2e-＝PbSO4（氧化反应）正极(PbO2)：PbO2+4H++SO42−+2e-＝PbSO4+2H2O(还原反应）（1）铅蓄电池Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)

特点：放电过程中,电解质溶液的pH

，负极电极的质量

。

充电反应：放电反应的逆过程。

总反应:2PbSO4(s)+2H2O(l)＝Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)

优缺点：电压稳定,使用方便,安全可靠,价格低廉

比能量低、笨重、废弃电池污染环境

放电反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)＝2PbSO4(s)+2H2O(l)（2）锂离子电池①构成：在锂离子电池中，锂离子电池正负极材料均采用锂离子可自由脱出和嵌入的化合物（一般负极为碳，正极为含锂化合物)，电解质通常采用溶解了锂盐的有机溶液。②工作原理：当电池放电时，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，运动回正极。

优缺点：能量密度高，轻便，高电压，过热或充电过度会燃烧写出放电时正负极的电极方程：Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+C6(x<1)。Li+变少Li+变多Li+的移动方向为从LixC6Li1-xCoO2

Li+正极负极钴酸锂电池放电负极：LixC6-xe-=xLi++C6正极：Li1-xCoO2+xe-+xLi+

=LiCoO2电解质溶液三、燃料电池1.定义：连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电池。2.特征：电极不反应,连续充入的燃料和氧化剂分别在两极发生反应3.常见类型：酸性燃料电池、碱性燃料电池、熔融电解质燃料电池等（1）氢氧燃料电池

电解质：稀H2SO4溶液

负极：

正极：2H2+O2=2H2O电动汽车需要电池能量密度更高的电池，提高电能转化的速度

电解质：稀NaOH溶液

负极：

正极：

电解质：熔融K2O（O2-）

负极：

正极：2H2+O2=2H2O（2）甲烷燃料电池

电解质：稀H2SO4溶液