高中化学第二章化学键化学反应规律第二节化学反应与能量转化 化学反应能量转化的重要应用--化学电池学案

第2

课时化学反应能量转化的重要应用——化学电池课程标准核心素养

1.能分析原电池的工作原理，能书写简单的电极反应。

2.能辨识简单原电池的构成要素。

3.能举出化学能转化为电能的实例。

4.能举例说明化学电源对提高生活质量的重要意义。1.宏观辨识与微观探析

能从宏观(能量变化)和微观(电子转移)相结合的视角分析原电池的组成和工作原理。

2.科学探究与创新意识

提高实施实验的能力，发展创造性体验和想象创新能力。

原电池的工作原理

1．现在，化学电池已成为人类生产和生活的重要能量来源之一，各式各样的化学电池的发明也是化学科学对人类的一个重大贡献。化学电池是根据原电池原理制成的。

2．原电池——化学能转化为电能

原电池是一种利用氧化还原反应将化学能直接转化成电能的装置。

3．初识氢氧燃料电池

如图是一个简易的氢氧燃料电池的实验装置示意图。用图a装置电解获得氢气和氧气，再按图b所示连接装置进行实验。

(1)在图b所示装置中，氧化反应与还原反应分别在两个不同的区域进行，其中氢气分子中的氢原子在左侧石墨电极上失去电子，氢气作为电池的负极反应物；氧气分子中的氧原子在右侧石墨电极上得到电子，氧气作为电池的正极反应物。稀硫酸中存在的自由移动的离子起到传导电荷的作用，导线起到传导电子的作用。

(2)物理学认为，在一个有电源的闭合回路中，产生电流的原因是电源给用电器提供了电势差。简易氢氧燃料电池能够给用电器提供电势差，是由于在两个石墨电极上有得失电子能力不同的物质——氢气和氧气；当形成闭合回路时，便会产生电流。

(3)工作原理

原电池的基本工作原理是，还原剂和氧化剂分别在两个不同的区域发生氧化反应和还原反应，并通过能导电的物质形成闭合回路产生电流。其中，还原剂(如氢气)在负极上失去电

子，是负极反应物；氧化剂(如氧气)在正极上得到电子，是正极反应物；电极材料(如石墨电极)通常是能够导电的固体。此外，还要有能传导电荷的电解质(如稀硫酸)作为离子导体；而导线则作为电子导体，起到传导电子形成闭合回路的作用。

4．简单原电池的构成要素

(1)一个反应：氧化还原反应；

(2)两个电极：相对活泼的金属做负极，相对不活泼的金属或能导电的非金属做正极；

(3)两个导体：能提供自由移动的离子的电解质溶液作为离子导体；用电子导体(即导线)连接成闭合回路。

1．原电池的工作原理

工作过程中电解质溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，与外电路构成闭合回路。

2．原电池正负极判断(从5个角度思考判断)

一般而言，原电池负极金属活泼性大于正极金属，但也有特例，如Mg Al NaOH(aq)原电池中，Mg做正极，Al做负极；Fe Cu浓HNO3原电池中，Fe做正极，Cu 做负极。

1．判断正误

(1)所有的化学反应均能设计成原电池。( )

(2)原电池的负极金属一定比正极金属活泼。( )

(3)原电池的负极一定发生氧化反应。( )

(4)原电池工作时，电子通过电解质溶液由正极移向负极。( )

(5)原电池工作时，正极一定产生气体。

( ) (6)原电池中化学能全部转变为电能。( ) (7)原电池的两极只能用金属材料。( )

答案：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)× 2．下列装置能构成原电池的是(连接两个电极的均是金属导线)( )

解析：选D 。A 中两极金属活泼性相同；B 中无电解质溶液；C 中没构成闭合回路。 3．已知空气­锌电池的电极反应为锌片：Zn ＋2OH －－2e －

===ZnO ＋H 2O ；碳棒：12O 2＋H 2O ＋

2e －

===2OH －

，据此判断，锌片是( )

A ．正极并被还原

B ．正极并被氧化

C ．负极并被还原

D ．负极并被氧化

解析：选D 。由电极反应式：Zn ＋2OH －

－2e －

===ZnO ＋H 2O 可知，Zn 失电子被氧化，发生氧化反应，做负极。

设计原电池

1．设计原电池的基本思路

以Zn ＋H 2SO 4===ZnSO 4＋H 2↑为例说明。

(1)将氧化还原反应分成两部分，负极反应为氧化反应：还原剂－n e －

===氧化产物；正极反应为还原反应：氧化剂＋n e －

===还原产物。

实例：负极反应为Zn －2e －

===Zn 2＋

；正极反应为2H ＋

＋2e －

===H 2↑。

(2)选择正负极材料和离子导体，以电极反应为依据，根据原电池的工作原理确定电极材料和离子导体。通常，还原剂为负极材料，氧化剂为离子导体中某种阳离子，正极材料比负极材料的活动性弱或使用石墨做电极。

实例：电极材料及离子导体

⎩⎪⎨⎪⎧

①负极：Zn ②正极：Cu 或C （比Zn 的活动性差的

金属或导电的非金属）

③离子导体：稀H 2

SO

4

(3)画出原电池的装置简图。

2．锌铜原电池工作原理

实验装置

现象锌片不断溶解，铜片上有气泡产生，电流表指针发生偏转

结论导线中有电流通过，化学能转化为电能

解释

锌失电子发生氧化反应形成Zn2＋进入溶液：Zn－

2e－===Zn2＋(填电极反应式)，

锌片上的电子沿导线流向铜片

溶液中的H＋从铜片上得电子发生还原反应生成H2逸出：2H＋＋2e－===H2↑(填

电极反应式)

(1)干电池：属于一次电池，如锌锰电池。

(2)充电电池：又称二次电池，如铅蓄电池、锂离子电池。

(3)燃料电池：能量转换效率高、能长时间提供电能。

原电池原理的其他应用

1．比较金属的活动性强弱

(1)原理：一般原电池中活动性较强的金属做负极，活动性较弱的金属做正极。

(2)应用：A、B两种金属用导线连接后插入稀H2SO4中，若A极溶解，B极上冒气泡，则活动性：A＞B。

2．加快化学反应

(1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的微粒运动时相互间的干扰小，使化学反应加快。

(2)应用：实验室中用Zn和稀H2SO4制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液，原因是Zn与置换出的Cu构成原电池，加快了反应的进行。

1．X、Y、Z、W四种金属片在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所