高三化學 1_12 原電池教學設計

原電池復習目標（1）了解原電池的工作原理，能寫出電極反應和電池反應方程式。（2）了解常見化學電源的種類及其工作原理。教學重點原電池的工作原理、電極反應和電池反應方程式的書寫教學難點電極反應和電池反應方程式的書寫教學過程【知識精講】1、原電池概念及構成條件（1）原電池把化學能轉化為電能的裝置。 （2）原電池構成條件具有兩個活性不同的電極(金屬和金屬或金屬和非金屬。具有電解質溶液。形成閉合電路 (或在溶液中相互接觸)。（3）判斷裝置是否為原電池2、原電池工作原理原電池的工作原理和電子流向可用下列圖示【說明】在原電池裝置中，電子由負極經導線流向正極，陽離子在正極上獲得電子，通過電路中的電子和溶液中的離子的移動而形成回路，傳導電流，電子并不進入溶液也不能在溶液中遷移。原電池將一個完整的氧化還原反應分為兩個半反應，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，一般將兩個電極反應中得失電子的數(shù)目寫為相同，相加便得到總反應方程式。陰離子要移向負極，陽離子要移向正極。這是因為：負極失電子，生成大量陽離子積聚在負極附近，致使該極附近有大量正電荷，所以溶液中的陰離子要移向負極；正極得電子，該極附近的陽離子因得電子生成電中性的物質而使該極附近帶負電荷，所以溶液中的陽離子要移向正極。不參與電極反應的離子從微觀上講發(fā)生移動，但從宏觀上講其在溶液中各區(qū)域的濃度基本不變。3、原電池的應用（1）加快氧化還原反應的速率一個自發(fā)進行的氧化還原反應，設計成原電池時反應速率增大。例如，在Zn與稀H2SO4反應時加入少量CuSO4溶液能使產生H2的反應速率加快。（2）比較金屬活動性強弱兩種金屬分別做原電池的兩極時，一般做負極的金屬比做正極的金屬活潑。（3）用于金屬的防護使被保護的金屬制品做原電池正極而得到保護。例如，要保護一個鐵質的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導線將其與一塊鋅塊相連，使鋅做原電池的負極。4、化學電源化學電源是能夠實際應用的原電池。作為化學電源的電池有一次電池、二次電池和燃料電池等。（1）堿性鋅錳干電池一次電池總反應式：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。正極反應：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH；負極反應：Zn2OH2e=Zn(OH)2。（2）鋅銀電池一次電池負極反應：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正極反應：Ag2OH2O2e=2Ag2OH；總反應式：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。（3）二次電池(可充電電池)鉛蓄電池是最常見的二次電池，負極材料是Pb，正極材料是PbO2。放電時的反應負極反應：PbSO422e=PbSO4；正極反應：PbO24HSO422e=PbSO42H2O；總反應：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。充電時的反應陰極反應：PbSO42e=PbSO42；陽極反應：PbSO42H2O2e=PbO24HSO42；總反應：2PbSO42H2O=PbPbO22H2SO4。（4）燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分酸性和堿性兩種。種類酸性堿性負極反應式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正極反應式O24e4H=2H2OO22H2O4e=4OH電池總反應式2H2O2=2H2O 【方法精講】1、設計制作化學電源設計原電池時要緊扣原電池的構成條件。具體方法是：（1）首先將已知氧化還原反應拆分為兩個半反應；（2）根據(jù)原電池的電極反應特點，結合兩個半反應找出正負極材料及電解質溶液。電極材料的選擇在原電池中，選擇還原性較強的物質作為負極；氧化性較強的物質作為正極。并且，原電池的電極必須導電。電池中的負極必須能夠與電解質溶液反應。電解質溶液的選擇電解質溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應，或者電解質溶液中溶解的其他物質能與負極發(fā)生反應(如空氣中的氧氣)。但如果兩個半反應分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋)，則左右兩個容器中的電解質溶液應選擇與電極材料相同的陽離子。如在銅鋅硫酸構成的原電池中，負極金屬鋅浸泡在含有Zn2的電解質溶液中，而正極銅浸泡在含有Cu2的電解質溶液中.（3）按要求畫出原電池裝置圖。2、原電池正、負極判斷方法原電池的正極與負極與電極材料的性質有關，也與電解質溶液有關，不要形成活潑電極一定作負極的思維定勢。（1）根據(jù)電極材料判斷負極活潑性較強的金屬正極活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬注：活潑金屬不一定做負極，如Mg、Al在NaOH溶液中，Al做負極。（2）根據(jù)電子流動方向或電流方向或電解質溶液內離子的定向移動方向判斷負極電子流出極，電流流入極或陰離子定向移向極正極電子流入極，電流流出極或陽離子定向移向極（3）根據(jù)兩極發(fā)生的變化判斷負極失去電子，化合價升高，發(fā)生氧化反應正極得到電子，化合價降低，發(fā)生還原反應（4）根據(jù)反應現(xiàn)象判斷負極會逐漸溶解，質量減小正極有氣泡逸出或質量增加3、原電池電極方程式的書寫電極反應式書寫原電池反應的基礎是氧化還原反應，正極發(fā)生還原反應，負極發(fā)生氧化反應，據(jù)此書寫電極反應式的步驟如下：（1）確定原電池的正、負極，以及兩電極上發(fā)生反應的物質。在原電池中，負極是還原性材料失去電子被氧化，發(fā)生氧化反應。正極反應要分析電極材料的性質：若電極材料是強氧化性材料，則是電極材料得電子被還原，發(fā)生還原反應；若電極材料是惰性的，再考慮電解質溶液中的陽離子是否能與負極材料反應。能發(fā)生反應則是溶液中的陽離子得電子，發(fā)生還原反應；若不能與負極材料反應，則考慮空氣中的氧氣，氧氣得電子，發(fā)生還原反應。（2）弱電解質、氣體或難溶解物均以化學式表示，其余以離子符號表示，保證電荷守恒，質量守恒及正、負極得失電子數(shù)相等的規(guī)律，一般用“=”而不用“”。（3）正負極反應式相加得到原電池總反應式，通常將總反應式減去較易寫出的電極反應式，從而得到較難寫出的電極反應式。4、燃料電池電極反應式的書寫（1）化學電源中電極反應式書寫的一般程序“加減法”書寫電極反應式先確定原電池的正負極，列出正負極上的反應物質，并標出相同數(shù)目電子的得失。注意負極反應生成的陽離子與電解質溶液中的陰離子是否共存。若不共存，則該電解質溶液中的陰離子應寫入負極反應式；若正極上的反應物質是O2，且電解質溶液為中性或堿性，則水必須寫入正極反應式中，且O2生成OH，若電解質溶液為酸性，則H必須寫入正極反應式中，O2生成水。正負極反應式相加得到電池反應的總反應式。若已知電池反應的總反應式，可先寫出較易書寫的一極的電極反應式，然后在電子守恒的基礎上，總反應式減去較易寫出的一極的電極反應式，即得到較難寫出的另一極的電極反應式。（2）根據(jù)燃料電池的特點，一般在正極上發(fā)生還原反應的物質都是O2，隨著電解質溶液的不同，其電極反應有所不同，其實，我們只要熟記以下四種情況：酸性電解質溶液環(huán)境下電極反應式：O24H4e=2H2O堿性電解質溶液環(huán)境下電極反應式：O22H2O4e=4OH固體電解質(高溫下能傳導O2)環(huán)境下電極反應式：O24e=2O2熔融碳酸鹽(如：熔融K2CO3)環(huán)境下電極反應式：O22CO24e=2CO。根據(jù)電池總反應式和正極反應式寫出電池的負極反應式電池的總反應和正、負極反應之間有如下關系：電池的總反應式電池正極反應式電池負極反應式電池的總反應式電池正極反應式電池負極反應式，注意在將兩個反應式相減時，要約去正極的反應物O2。5、可充電電池的分析（1）對可充電電池充電和放電兩過程認識：放電是原電池反應，充電是電解池反應（2）對可充電電池電極極性和材料的判斷： 判斷電池放電時電極極性和材料，可先標出放電（原電池）總反應式電子轉移的方向和數(shù)目，失去電子的一極為負極，該物質即為負極材料；得到電子的一極為正極，該物質即為正極材料。若判斷電池充電時電極極性和材料，方法同前，失去電子的一極為陽極，該物質即為陽極材料；得到電子的一極為陰極，該物質即為陰極材料。（3）對溶液中離子的移動方向判斷： 放電時，陰離子移向負極，陽離子移向正極；充電時，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極。 （4）可充電電池充電時與電源的連接： 可充電電池用完后充電時，原電池的負極與外電源的負極相連，原電池的正極與外電源的正極相連。 （5）對可充電電池某電極是發(fā)生氧化還是還原反應及某元素被氧化還是被還原的判斷： 可根據(jù)電極反應式進行分析，放電（原電池）的負極及充電（電解池）的陽極均失去電子，發(fā)生了氧化反應，其變價元素被氧化；放電（原電池）的正極及充電（電解池）的陰極均得到電子，發(fā)生了還原反應，其變價元素被還原。 （6）可充電電池電極反應式的書寫方法：書寫可充電電池電極反應式，一般都是先書寫放電的電極反應式。書寫放電的電極反應式時，一般要遵守三步：第一，先標出原電池總反應式電子轉移的方向和數(shù)目，指出參與負極和正極反應的物質；第二，寫出一個比較容易書寫的電極反應式（書寫時一定要注意電極產物是否與電解質溶液共存）；第三，在電子守恒的基礎上，總反應式減去寫出的電極反應式即得另一電極反應式。充電的電極反應與放電的電極反應過程相反，充電的陽極反應為放電正極反應的逆過程，充電的陰極反應為放電負極反應的逆過程【典例精講】【例1】蓄電池是一種可以反復充電、放電的裝置。有一種蓄電池在充電和放電時發(fā)生的反應為NiO2+ Fe+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2下列有關該電池的說法中正確的是 （ ） A放電時電解質溶液顯強酸性 B充電時陽板反應為Ni(OH)2+2OH-2e-=NiO2+2H2O C放電時正極附近溶液pH減小 D充電時陰極附近溶液的堿性保持不變【答案】B【解析】A根據(jù)放電時的電解質溶液的變化可知：放電時電解質溶液顯中性，錯誤；B充電時陽板發(fā)生氧化反應，電極反應為Ni(OH)2+2OH-2e-=NiO2+2H2O，正確；C放電時在正極發(fā)生反應：NiO2+ 2e-+4H+ = Ni(OH)2，由于消耗H+，所以附近溶液pH增大，錯誤；D充電時陰極發(fā)生還原反應：Fe(OH)2 +2e-=Fe+2OH-，由于c(OH-)增大，所以附近溶液的堿性增強，錯誤?！纠?】微型紐扣電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用，有一種銀鋅電池，其電極分別是Ag2O和Zn，電解質溶液為KOH溶液，電極反應式為:Zn2OH2e=ZnOH2O，Ag2OH2O2e=2Ag2OH，總反應式為:Ag2OZn=ZnO2Ag 根據(jù)上述反應式，判斷下列敘述中正確的是（ ）A在使用過程中，電池負極區(qū)溶液的pH增大B在使用過程中，電子由Ag2O經外電路流向Zn極CZn是負極，Ag2O是正極DZn極發(fā)生還原反應，Ag2O極發(fā)生氧化反應【答案】C【解析】A負極發(fā)生Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O，c（OH-）減小，所以電池負極區(qū)溶液的pH減小，A錯誤；BZn為負極，Ag2O為正極，則使用過程中，電子由Zn極經外電路流向Ag2O極，B錯誤；CZn失去電子，Zn為負極，Ag2O得到電子是正極，C正確；DZn電極發(fā)生氧化反應，Ag2O電極發(fā)生還原反應，D錯誤；答案選C?！纠?】銀一種新型燃料電池,一極通入空氣,另一極通入丁烷氣體；電解質是摻雜氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體,在熔融狀態(tài)下能傳導O2。下列對該項燃料電池說法正確的是（ ）.A在熔融電解質中，移向正極 B電池總反應式是：2C4H10+13O2=8CO2+10H2OC通入空氣的一極是正極，電極反應為：O2+2 H2O+ 4e=4OH D通入丁烷的一極是正極，電極反應為：C4H10+26e-+13O2=4CO2+5H2O【答案】B【解析】A在放電時，熔融電解質中O2-向負極定向移動、陽離子向正極移動，錯誤；B電池總反應式和燃料燃燒方程式相同，為2C4H10+13O2=8CO2+10H2O，正確；C燃料電池中通入氧化劑的電極是正極，所以通入空氣的電極是正極，電極反應式為：O2+4e-2O2-，錯誤；D燃料電池中通入燃料的電極是負極，負極反應式為C4H10+13O2-26e-=4CO2+5H2O，錯誤?！究碱}精練】1右圖是水煤氣(成分為CO、H2)空氣燃料電池的工作原理示意圖，a、b均為惰性電極。下列敘述中正確的是 （ ） AA處通入的是空氣，B處通入的是水煤氣Ba電極發(fā)生還原反應，b電極發(fā)生氧化反應 Ca電極的反應式包括：CO+4OH+2e=CO32-+2H2OD如用這種電池電鍍銅，待鍍金屬上增重6.4 g，則至少消耗標準狀況下的水煤氣2.24 L【答案】D【解析】A、燃料電池中，通入空氣的一極發(fā)生還原反應，作電池的正極，通入燃料的一極是負極，根據(jù)圖中電子的移動方向，電子從負極流向正極，所以a端是負極，則A處通入水煤氣，B處通入空氣，錯誤；B、a極是負極，發(fā)生氧化反應，錯誤；C、a極是負極，發(fā)生氧化反應，所以CO失去2個電子，與氫氧根離子結合生成碳酸根離子和水，錯誤；D、6.4gCu的物質的量是6.4g/64g/mol=0.1mol，失去電子的物質的量是0.2mol，氫氣與CO都會失去2個電子生成水及碳酸根離子，根據(jù)得失電子守恒，轉移0.2mol電子，需要0.1mol的水煤氣，標準狀況下的體積是2.24L，正確，答案選D。2有如下裝置下列說法正確的是 （ ）A裝置I和裝置II中負極反應均是Fe2eFe2+B裝置I和裝置II中正極反應均是O22H2O4e4OHC裝置I和裝置II中鹽橋中的陽離子均向右側燒杯移動D放電過程中，裝置I左側燒杯和裝置右側燒杯中溶液的pH均增大【答案】D【解析】A裝置I是原電池，鐵是正極，鋅是負極，鋅失去電子。裝置II中鐵是負極，反應是Fe2eFe2+，A錯誤；B裝置I和裝置II中正極反應分別是O22H2O4e4OH、4H4e2H2，B錯誤；C原電池中陽離子向正極移動，則裝置I中陽離子向左側燒杯移動，裝置II中鹽橋中的陽離子向右側燒杯移動，C錯誤；D放電過程中，裝置I左側燒杯氧氣得到電子，裝置右側燒杯中氫離子得到電子，因此溶液的pH均增大，D正確，答案選D。3LiSOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4SOCl2。電池的總反應可表示為4Li2SOCl2=4LiClSSO2。請回答下列問題：（1）電池的負極材料為_，發(fā)生的電極反應為_。（2）電池正極發(fā)生的電極反應為_?！敬鸢浮浚?）鋰Lie=Li（2）2SOCl24e=4ClSSO2【解析】分析反應的化合價變化，可知Li失電子，被氧化，為還原劑，SOCl2得電子，被還原，為氧化劑。（1）負極材料為Li(還原劑)，Lie=Li；（2）正極反應式可由總反應式減去負極反應式得到：2SOCl24e=4ClSSO2。