2019-2020年高三化学 1.12 原电池教学设计.doc

2019-2020年高三化学 1.12 原电池教学设计复习目标（1）了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。（2）了解常见化学电源的种类及其工作原理。教学重点原电池的工作原理、电极反应和电池反应方程式的书写教学难点电极反应和电池反应方程式的书写教学过程【知识精讲】1、原电池概念及构成条件（1）原电池把化学能转化为电能的装置。 （2）原电池构成条件具有两个活性不同的电极(金属和金属或金属和非金属。具有电解质溶液。形成闭合电路 (或在溶液中相互接触)。（3）判断装置是否为原电池2、原电池工作原理原电池的工作原理和电子流向可用下列图示【说明】在原电池装置中，电子由负极经导线流向正极，阳离子在正极上获得电子，通过电路中的电子和溶液中的离子的移动而形成回路，传导电流，电子并不进入溶液也不能在溶液中迁移。原电池将一个完整的氧化还原反应分为两个半反应，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，一般将两个电极反应中得失电子的数目写为相同，相加便得到总反应方程式。阴离子要移向负极，阳离子要移向正极。这是因为：负极失电子，生成大量阳离子积聚在负极附近，致使该极附近有大量正电荷，所以溶液中的阴离子要移向负极；正极得电子，该极附近的阳离子因得电子生成电中性的物质而使该极附近带负电荷，所以溶液中的阳离子要移向正极。不参与电极反应的离子从微观上讲发生移动，但从宏观上讲其在溶液中各区域的浓度基本不变。3、原电池的应用（1）加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。（2）比较金属活动性强弱两种金属分别做原电池的两极时，一般做负极的金属比做正极的金属活泼。（3）用于金属的防护使被保护的金属制品做原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌做原电池的负极。4、化学电源化学电源是能够实际应用的原电池。作为化学电源的电池有一次电池、二次电池和燃料电池等。（1）碱性锌锰干电池一次电池总反应式：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。正极反应：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH；负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2。（2）锌银电池一次电池负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH；总反应式：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。（3）二次电池(可充电电池)铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。放电时的反应负极反应：PbSO422e=PbSO4；正极反应：PbO24HSO422e=PbSO42H2O；总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。充电时的反应阴极反应：PbSO42e=PbSO42；阳极反应：PbSO42H2O2e=PbO24HSO42；总反应：2PbSO42H2O=PbPbO22H2SO4。（4）燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。种类酸性碱性负极反应式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O24e4H=2H2OO22H2O4e=4OH电池总反应式2H2O2=2H2O 【方法精讲】1、设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：（1）首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；（2）根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液。电极材料的选择在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应。电解质溶液的选择电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。如在铜锌硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2的电解质溶液中.（3）按要求画出原电池装置图。2、原电池正、负极判断方法原电池的正极与负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。（1）根据电极材料判断负极活泼性较强的金属正极活泼性较弱的金属或能导电的非金属注：活泼金属不一定做负极，如Mg、Al在NaOH溶液中，Al做负极。（2）根据电子流动方向或电流方向或电解质溶液内离子的定向移动方向判断负极电子流出极，电流流入极或阴离子定向移向极正极电子流入极，电流流出极或阳离子定向移向极（3）根据两极发生的变化判断负极失去电子，化合价升高，发生氧化反应正极得到电子，化合价降低，发生还原反应（4）根据反应现象判断负极会逐渐溶解，质量减小正极有气泡逸出或质量增加3、原电池电极方程式的书写电极反应式书写原电池反应的基础是氧化还原反应，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，据此书写电极反应式的步骤如下：（1）确定原电池的正、负极，以及两电极上发生反应的物质。在原电池中，负极是还原性材料失去电子被氧化，发生氧化反应。正极反应要分析电极材料的性质：若电极材料是强氧化性材料，则是电极材料得电子被还原，发生还原反应；若电极材料是惰性的，再考虑电解质溶液中的阳离子是否能与负极材料反应。能发生反应则是溶液中的阳离子得电子，发生还原反应；若不能与负极材料反应，则考虑空气中的氧气，氧气得电子，发生还原反应。（2）弱电解质、气体或难溶解物均以化学式表示，其余以离子符号表示，保证电荷守恒，质量守恒及正、负极得失电子数相等的规律，一般用“=”而不用“”。（3）正负极反应式相加得到原电池总反应式，通常将总反应式减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式。4、燃料电池电极反应式的书写（1）化学电源中电极反应式书写的一般程序“加减法”书写电极反应式先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH，若电解质溶液为酸性，则H必须写入正极反应式中，O2生成水。正负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。（2）根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：酸性电解质溶液环境下电极反应式：O24H4e=2H2O碱性电解质溶液环境下电极反应式：O22H2O4e=4OH固体电解质(高温下能传导O2)环境下电极反应式：O24e=2O2熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电极反应式：O22CO24e=2CO。根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系：电池的总反应式电池正极反应式电池负极反应式电池的总反应式电池正极反应式电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。5、可充电电池的分析（1）对可充电电池充电和放电两过程认识：放电是原电池反应，充电是电解池反应（2）对可充电电池电极极性和材料的判断： 判断电池放电时电极极性和材料，可先标出放电（原电池）总反应式电子转移的方向和数目，失去电子的一极为负极，该物质即为负极材料；得到电子的一极为正极，该物质即为正极材料。若判断电池充电时电极极性和材料，方法同前，失去电子的一极为阳极，该物质即为阳极材料；得到电子的一极为阴极，该物质即为阴极材料。（3）对溶液中离子的移动方向判断： 放电时，阴离子移向负极，阳离子移向正极；充电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。 （4）可充电电池充电时与电源的连接： 可充电电池用完后充电时，原电池的负极与外电源的负极相连，原电池的正极与外电源的正极相连。 （5）对可充电电池某电极是发生氧化还是还原反应及某元素被氧化还是被还原的判断： 可根据电极反应式进行分析，放电（原电池）的负极及充电（电解池）的阳极均失去电子，发生了氧化反应，其变价元素被氧化；放电（原电池）的正极及充电（电解池）的阴极均得到电子，发生了还原反应，其变价元素被还原。 （6）可充电电池电极反应式的书写方法：书写可充电电池电极反应式，一般都是先书写放电的电极反应式。书写放电的电极反应式时，一般要遵守三步：第一，先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质；第二，写出一个比较容易书写的电极反应式（书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存）；第三，在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。充电的电极反应与放电的电极反应过程相反，充电的阳极反应为放电正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程【典例精讲】【例1】蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置。有一种蓄电池在充电和放电时发生的反应为NiO2+ Fe+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2下列有关该电池的说法中正确的是 （ ） A放电时电解质溶液显强酸性 B充电时阳板反应为Ni(OH)2+2OH-2e-=NiO2+2H2O C放电时正极附近溶液pH减小 D充电时阴极附近溶液的碱性保持不变【答案】B【解析】A根据放电时的电解质溶液的变化可知：放电时电解质溶液显中性，错误；B充电时阳板发生氧化反应，电极反应为Ni(OH)2+2OH-2e-=NiO2+2H2O，正确；C放电时在正极发生反应：NiO2+ 2e-+4H+ = Ni(OH)2，由于消耗H+，所以附近溶液pH增大，错误；D充电时阴极发生还原反应：Fe(OH)2 +2e-=Fe+2OH-，由于c(OH-)增大，所以附近溶液的碱性增强，错误。【例2】微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应式为:Zn2OH2e=ZnOH2O，Ag2OH2O2e=2Ag2OH，总反应式为:Ag2OZn=ZnO2Ag 根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是（ ）A在使用过程中，电池负极区溶液的pH增大B在使用过程中，电子由Ag2O经外电路流向Zn极CZn是负极，Ag2O是正极DZn极发生还原反应，Ag2O极发生氧化反应【答案】C【解析】A负极发生Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O，c（OH-）减小，所以电池负极区溶液的pH减小，A错误；BZn为负极，Ag2O为正极，则使用过程中，电子由Zn极经外电路流向Ag2O极，B错误；CZn失去电子，Zn为负极，Ag2O得到电子是正极，C正确；DZn电极发生氧化反应，Ag2O电极发生还原反应，D错误；答案选C。【例3】银一种新型燃料电池,一极通入空气,另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在熔融状态下能传导O2。下列对该项燃料电池说法正确的是（ ）A在熔融电解质中，移向正极 B电池总反应式是：2C4H10+13O2=8CO2+10H2OC通入空气的一极是正极，电极反应为：O2+2 H2O+ 4e=4OH D通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10+26e-+13O2=4CO2+5H2O【答案】B【解析】A在放电时，熔融电解质中O2-向负极定向移动、阳离子向正极移动，错误；B电池总反应式和燃料燃烧方程式相同，为2C4H10+13O2=8CO2+10H2O，正确；C燃料电池中通入氧化剂的电极是正极，所以通入空气的电极是正极，电极反应式为：O2+4e-2O2-，错误；D燃料电池中通入燃料的电极是负极，负极反应式为C4H10+13O2-26e-=4CO2+5H2O，错误。【考题精练】1右图是水煤气(成分为CO、H2)空气燃料电池的工作原理示意图，a、b均为惰性电极。下列叙述中正确的是 （ ） AA处通入的是空气，B处通入的是水煤气Ba电极发生还原反应，b电极发生氧化反应 Ca电极的反应式包括：CO+4OH+2e=CO32-+2H2OD如用这种电池电镀铜，待镀金属上增重6.4 g，则至少消耗标准状况下的水煤气2.24 L【答案】D【解析】A、燃料电池中，通入空气的一极发生还原反应，作电池的正极，通入燃料的一极是负极，根据图中电子的移动方向，电子从负极流向正极，所以a端是负极，则A处通入水煤气，B处通入空气，错误；B、a极是负极，发生氧化反应，错误；C、a极是负极，发生氧化反应，所以CO失去2个电子，与氢氧根离子结合生成碳酸根离子和水，错误；D、6.4gCu的物质的量是6.4g/64g/mol=0.1mol，失去电子的物质的量是0.2mol，氢气与CO都会失去2个电子生成水及碳酸根离子，根据得失电子守恒，转移0.2mol电子，需要0.1mol的水煤气，标准状况下的体积是2.24L，正确，答案选D。2有如下装置下列说法正确的是 （ ）A装置I和装置II中负极反应均是Fe2eFe2+B装置I和装置II中正极反应均是O22H2O4e4OHC装置I和装置II中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动D放电过程中，装置I左侧烧杯和装置右侧烧杯中溶液的pH均增大【答案】D【解析】A装置I是原电池，铁是正极，锌是负极，锌失去电子。装置II中铁是负极，反应是Fe2eFe2+，A错误；B装置I和装置II中正极反应分别是O22H2O4e4OH、4H4e2H2，B错误；C原电池中阳离子向正极移动，则装置I中阳离子向左侧烧杯移动，装置II中盐桥中的阳离子向右侧烧杯移动，C错误；D放电过程中，装置I左侧烧杯氧气得到电子，装置右侧烧杯中氢离子得到电子，因此溶液的pH均增大，D正确，答案选D。3LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为4Li2SOCl2=4LiClSSO2。请回答下列问题：（1）电池的负极材料为_，发生的电极反应为_。（2）电池正极发生的电极反应为_。【答案】（1）锂Lie=Li（2）2SOCl24e=4ClSSO2【解析】分析反应的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被还原，为氧化剂。（1）负极材料为Li(还原剂)，Lie=Li；（2）正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl24e=4ClSSO2。