第三节化学能转化为电能电池.docx

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第三节化学能转化为电能电池

第三节化学能转化为电能——电池

【课标三维定向】

１.知识与技能

⑴理解原电池的原理及其构成条件，掌握原电池的应用。

⑵了解常见的化学电源。

⑶理解并掌握金属的腐蚀和防护。

２.过程与方法

⑴通过动手实验，观察探索原电池的形成及原理，培养实验技能以及分析思维能力。

⑵通过不断总结、发现、归纳知识的要点，培养学生的创造能力。

３.情感态度与价值观　

通过学习电池的有关知识，感受化学给人类带来得进步和文明；了解废旧电池的回收知识，增强环保意识。

【学习策略指导】

学习重点：

原电池的原理及其应用。

学习难点：

金属的腐蚀与防护。

第一课时原电池的工作原理

一、原电池的反应原理

【自主学习】

1．探究原电池的反应原理

把铜片和锌片分别插入硫酸铜溶液中，在锌片上有　　　　析出，同时有　　　放出，铜片上　　　　现象；用导线将铜片和锌片连接后，　　　逐渐　　　，　　　质量逐渐增加；在铜片和锌片之间加上电流计（如下图所示），电流计的指针发生　　　，说明有　　　产生，即发生了　　　能转化为　　能的过程。

由电流的方向可知，电子由　　　通过导线流向　　　，由此判断　　　是负极、　　　　是正极。

锌片上有　　　流出发生了　　　反应，即：

　　　　　　　　　　；锌原子　　　电子通过导线流向　　　　　，　　　进入溶液，溶液中的　　　在铜片上　　　电子发生　　　反应，即：

　　　　　　　　　，生成的　　沉积在铜片上。

两极之间溶液中　　　的定向移动和外部导线中　　　的定向移动构成闭合的回路，使两个电极反应不断进行，发生有序的电子转移过程，产生电流。

其总反应式为：

　　　　　　　　　　　　　　。

2．原电池的含义

能将　　　能转化为　　能的装置称为原电池。

3．原电池的构成条件

⑴要有活泼性不同的两个　　　　；

⑵要有　　　　溶液；

⑶两电极浸入　　　　　中且用导线连接起来组成　　　　　　　；

⑷能自发的发生　　　　　　　　。

[要点强化指导]

A、盐桥的作用：

是将两个电极完全隔开的原电池装置，将副反应降低至最小程度，这样，更彻底的将反应所释放的能量转化为电能。

B、通过盐桥，阴离子SO42－和Cl－向锌盐溶液移动，阳离子Zn2＋和K＋向铜盐溶液移动，使电流继续流通，形成闭合的回路。

4．电极反应式的书写：

⑴原电池反应一般都是自发进行的　　　　　　　　　，因而在写电极反应时，首先将总反应变换成　　　　反应（负极）和　　　　　反应（正极）。

如：

2FeCl3＋Cu＝2FeCl2＋CuCl2，正极：

　　　　　　　　　　　；负极：

　　　　　　　　　　。

其中，Fe电极为负极时，被氧化为　　　　离子。

⑵正极反应与负极反应的得失电子数要　　　　　　　　　。

⑶正极反应与负极反应直接相加可得原电池的　　　　　　　　　。

⑷电极产物是否与电解质溶液中的有关成分作用，若有作用则要一块写出。

⑸每个反应之前均须标明电极的属性。

[要点强化指导]1．原电池是将化学能原转化为的热能而改转化为电能，并不是放热反应就能设计成原电池，而是能自发的氧化还原反应理论上可设计成原电池。

2．电极材料有时并不一定是金属（如石墨碳棒），有时还可以是相同的金属（如金属铂），但电极反应一定是氧化还原反应。

如：

氢氧燃料电池。

3．负极与电解质溶液的溶质不一定要求发生反应，但负极上一定有物质失去电子变成阳离子或消耗阴离子。

【问题分析示例】

例题1：

如下图装置能组成原电池的是（）

[针对性练习]

1．某电池的总反应的离子方程式为2Fe3＋＋Fe＝3Fe2＋，不能实现该反应的原电池是（）

正极负极电解质溶液

A．CuFeFeCl3

B．CFeFe（NO3）3

C．FeZnFe2（SO4）3

D．AgFeCuSO4

2．把铝片和镁片用导线连接成两组，分别依次插入到NaOH溶液、稀H2SO4溶液中，下列说法正确的是（）

A．都不能形成原电池B．负极材料依次为镁片、铝片

C．负极材料依次为铝片、镁片D．负极材料都是镁片

二、常见的化学电源

【自主学习】

1．常见的锌锰干电池

⑴酸性锌锰干电池：

　　　　　作负极，　　　作正极，　　　　是电解质溶液中的溶质，负极：

　　　　　　　　　　　　　，正极：

　　　　　　　　　　　　，　及H2＋2MnO2＝Mn2O3＋H2O，4NH3＋Zn2＋＝Zn[（NH3）4]2＋；总反应式为：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

⑵碱性锌锰干电池：

　　　　　　　作负极，　　　　　作正极，　　　　　　　是电解质溶液中的溶质，负极：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，正极：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；总反应式为：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

[要点强化指导]酸性锌锰干电池中发生还原反应的物质有NH4＋和MnO2，但电池正极得电子的是NH4＋，MnO2是固体粉末，未与电解质溶液接触，其作用可理解为通过氧化还原反应吸收H2，使电池能持续工作。

MnO2不能认为参与了电极反应。

2．铅蓄电池

铅蓄电池是二次电池，　　　　　　作负极，　　　　　作正极，　　　　　　是电解质溶液，负极：

　　　　　　　　　　　，正极：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；总反应式为：

　　　　　　　　　　　　　　　　。

[要点强化指导]二次电池在充电时是电解池，虽然作电池时正、负极上的反应与作电解池时阴、阳极上的反应相反，但二次电池的正极应与充电电源的正极相连，二次电池的负极应与充电电源的负极相连。

3．氢氧燃料电池

⑴碱性条件下的氢氧燃料电池

正负极材料均为　　　　　　　，　　　　　　和　　　　　　　　　源源不断的通到电极上，　　　　　　　　　　　是电解质溶液，负极：

　　　　　　　　　　　　　，正极：

　　　　　　　　　　　　；总反应式为：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

⑵酸性条件下的氢氧燃料电池

正负极材料均为　　　　　　　　　，　　　　　和　　　　　　　　　　源源不断的通到电极上，　　　　　　　　　　是电解质溶液，负极：

　　　　　　　　　　　　，正极：

　　　　　　　　　　　　；总反应式为：

　　　　　　　　　　　　　　。

[要点强化指导]H2和O2在不同介质中的电极反应式

1．H2在不同介质中的电极反应式：

⑴在碱性条件下负极：

H2＋2OH－→2H2O＋2e－；

⑵在酸性或中性条件下负极：

H2→2H＋＋2e－。

2．O2在不同介质中的电极反应式：

⑴在碱性、中性或弱酸性条件下正极：

O2＋2H2O＋4e－→4OH－；

⑵在较强酸性条件下正极：

O2＋4H＋＋4e－→2H2O；

⑶在熔融的金属氧化物中正极：

O2＋4e－→2O2－；

⑷在其它介质中的电极反应式。

如：

在熔融的碳酸盐中，正极反应物是O2和CO2时，正极电极反应式：

O2＋2CO2＋4e－→2CO32－。

【问题分析示例】

例题2：

常见铅蓄电池是二次电池，其电极材料分别为Pb和PbO2，电解液为稀H2SO4溶液，工作时的总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O。

请依据上述情况判断：

⑴铅蓄电池的负极材料是。

⑵请依据两极材料和总反应，写出放电时正极反应是。

⑶请依据总反应式和正极反应式，写出放电时负极反应是。

⑷放电时，电解质溶液中阴离子移向极；电流方向从极流向极。

⑸放电时，电解质溶液的酸性（填“增强”、“减弱”或“不变”）。

[针对性练习]

3．某蓄电池放电、充电时的反应式为：

Fe＋Ni2O3＋3H2O

Fe（OH）2＋2Ni（OH）2下列推断中正确的是（）

①放电时，Fe为正极，Ni2O3为负极；②充电时，阴极上的电极反应式是：

Fe（OH）2＋2e－＝Fe＋2OH－；③充电时，Ni（OH）2为阳极；④蓄电池的电极必须是浸在某中碱性溶液中。

A．①②③B．①②④C．①③④D．②③④

【课堂练习达标】

4．关于原电池的说法正确的是（）

A．在正极上发生氧化反应B．化学性质较活泼的金属为负极

C．在外电路正极电子流出D．在负极上发生还原反应

5．下列说法不正确的是（）

Ａ．原电池中电子由负极流向正极Ｂ．原电池中发生还原反应的电极是正极

Ｃ．电解池中发生还原反应的电极是阳极Ｄ．电解池中质量增加的电极是阴极

6．原电池产生电流的本质原因是（）

A．电解质溶液中有电离出的自由移动的离子B．有导线将两个活泼性不同的电极连接

C．在不同金属的两极间存在电势差D．在原电池中发生了氧化还原反应

7．下列反应中，在原理上可以设计成原电池的是（）

A．Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应B．铝与盐酸的反应

C．石灰石的分解D．甲烷与氧气的反应

8．下列说法正确的是（）

A．碱性锌锰干电池是二次电池B．铅蓄电池是一次电池

C．二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生

D．燃料电池的活性物质没有储存在电池内部

9．美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的电池，其构造如图所示：

两个电极均由多孔碳制成，通入的气体由孔隙中流出，并从电极表面放出。

⑴a极是，电极反应式是。

⑵b极是，电极反应式是。

⑶氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。

常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如甲烷（天然气）、汽油等。

请写出甲烷燃料电池中a极的电极反应式为

。

此时电池内的总反应方程式为

。

第二课时原电池工作原理的应用

一、原电池电极材料的选择与正、负极的判断

【自主学习】

1．原电池电极材料的选择

电池的电极必须　　　　。

电池中的负极必须能够与电解质溶液　　　，易　　　电子，因此负极一般是活泼的　　　　　。

正、负极之间只有存在电势差，电子才能　　　　　　　，所以正、负极一般不用同一种活性材料，但有时可用同一　　电极（如氢氧燃料电池）。

[要点强化指导]原电池电极材料的几种情况：

⑴活性不同的两种金属材料电极，如：

铜锌原电池中的铜—锌；

⑵金属与非金属材料电极，如：

锌锰干电池中的锌—炭；

⑶金属与化合物材料电极，如：

铅蓄电池中的铅—氧化铅；

⑷惰性电极材料电极，如：

氢氧燃料电池中的石墨或金属铂。

2．原电池的正、负极判断

⑴由组成原电池两极的材料判断。

一般活泼的金属为　　极，活泼性弱的金属或能导电的非金属为　　　极。

⑵依据电流的方向或电子流动的方向判断。

电流由　　极流向　　极，电子由　　极流向　　　极。

⑶依据原电池的电解质溶液内离子移动的方向来判断。

在原电池的电解质溶液内，阳离子移向　　　极，阴离子移向　　　极。

⑷依据原电池两极上发生的化学变化来判断。

原电池的负极上发生　　　反应，正极上发生　　　反应。

⑸依据某些现象来判断。

电极溶解的一极为　　　极，电极增重或产生气体的一极为　　　　极。

[要点强化指导]判断电极时，不能简单的比较金属的活性，要看反应的具体情况，特别指出的是⑴Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；⑵Fe、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。

二、金属活泼性的相对强弱判断

【自主学习】

1．根据金属活动顺序判断。

金属单质的还原性　　　　　

K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、（H）、Cu、Hg、Ag、Pt、Au

K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+、Zn2+、Fe2+、Sn2+、Pb2+、（H+）、Cu2+、Hg2+、Ag+、Pt2+、Au3+

金