第二章 第二节 原电池原理的应用 发展中的化学电源第2课时

3.氢氧燃料电池已用于航天飞机。以30%KOH溶液为电解质溶液的这种电池在使用 时的电极反应如下： 2H2＋4OH－－4e－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 据此作出判断，下列说法中错误的是 A.H2在负极发生氧化反应 B.供电时的总反应为：2H2＋O2===2H2O C.产物为无污染的水，属于环境友好型电池
(2)根据原电池的电极反应特点，并结合两个半反应，找出正负极材料及电解质溶液。
①电极材料的选择：在原电池中，一般选择活泼性较强的金属作负极，活泼性较弱
的金属或碳棒作正极。负极材料或还原性的物质在负极上失电子被氧化，氧化性物
质在正极上得电子被还原。
②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
2.铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用于催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止 血剂等。 (1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：_2_F_e_3_＋_＋__C_u_=_=_=_2_F__e2_＋_＋__C__u_2＋___。
解析 Fe3＋有强氧化性，能把铜氧化成铜离子，自身被还原成Fe2＋，反应的离子方 程式为：2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。
解析 A项，由电子流向可知a为负极，b为正极，负极上发生氧化反应，通入的是 氢气，正极上发生还原反应，通入的是氧气，故错误； B项，a为负极，通入氢气，电解质溶液为碱性，因此发生的电极反应为H2－2e－＋ 2OH－===2H2O，故错误； C项，氧气得电子，因此通入氧气的电极为电池的正极，故正确； D项，该装置的能量转换是化学能―→电能―→光能，故错误。
④放电时化学能转变为电能
解析 根据原电池负极发生氧化反应，正极发生还原反应，再根据电池放电总反应 中元素化合价变化确定Cd为负极、NiO(OH)为正极，所以①正确、②错误， 充电是电能转化为化学能，放电是化学能转化为电能，所以③错误、④正确。
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(3) 如 图 为 氢 氧 燃 料 电 池 的 构 造 示 意 图 ， 根 据 电 子 运 动 方 向 ， 可 知 X 极 为 电 池 的 __负__(填“正”或“负”)极，Y极的电极反应为_还__原___(填“氧化”或“还原”)反应。
正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。
(4)画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。
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02 发展中的化学电源
FA ZHAN ZHONG DE HUA XUE DIAN YUAN
(一)干电池
构造示意图
工作原理 和正负极
特点
锌筒 为负极，发生氧化反应，Zn－2e－===Zn2＋；
石墨棒为正极，发生还原反应
√B.F极是电池的负极，发生的是氧化反应
C.从结构上分析，锌锰电池应属于可充电电池 D.锌锰电池内部发生的氧化还原反应是可逆的
解析 E极发生还原反应，应为电池的正极，F极发生氧化反应，为电池的负极。干 电池中反应不可逆，故不属于可充电电池。
2. 汽 车 的 启 动 电 源 常 用 铅 蓄 电 池 ， 其 放 电 时 的 原 电 池 反 应 如 下 ： PbO2 ＋ Pb ＋ 2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是 A.Pb是正极 B.PbO2得电子，被氧化
。
归纳总结
原电池的设计方法
(1)定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应。
(2)拆：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和
正极的电极反应，还原剂－ne－===氧化产物(负极电极反应)；氧化剂＋ne－===还
原产物(正极电极反应)。
(3)找：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，
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(2)目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池总反应式可以表示为Cd＋2NiO(OH)＋2H2O
放电 充电
2Ni(OH)2＋Cd(OH)2，已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水，但能溶于酸，以下说法中
正确的是__①__④___(填序号)。
①Cd是负极
②Ni(OH)2是正极 ③充电时化学能转变为电能
√C.负极反应是Pb＋SO24－－2e－===PbSO4
D.电池放电时，溶液的酸性增强
解析 从铅蓄电池的放电反应可以看出：放电过程中Pb失去电子变为Pb2＋，发生氧 化反应，因而Pb是负极；PbO2得到电子发生还原反应，被还原；反应过程中消耗了 H2SO4，使溶液的酸性减弱。
思维启迪 二次电池的放电、充电是相反的过程，如铅蓄电池放电时，Pb电极上 发生氧化反应，充电时Pb电极上发生还原反应，PbO2电极亦是如此。
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5.化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。 (1)锌锰干电池是应用最普遍的电池之一(如图所示)，锌锰干 电池的负极材料是__锌____，负极发生的电极反应方程式为 __Z_n_－__2_e_－_=_=_=_Z__n_2＋__。若反应消耗16.25 g负极材料，则电池 中转移电子的物质的量为__0_._5__mol。 解析 负极发生氧化反应，锌失电子，电极反应为：Zn－2e－===Zn2＋，16.25 g锌是 0.25 mol，而1 mol的锌失去2 mol的电子，所以转移电子的物质的量为0.5 mol。
(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请在方框内画出原电池的装置图，标出正、负极， 并写出电极反应式。
正极反应：_2_F_e_3_＋_＋__2_e_－_=_=__=_2_F_e_2＋__；负极反应：_C_u_－__2_e_－__=_=_=_C_u_2_＋___。
解析 设计原电池时，负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，该电池反应中 Fe3＋得电子发生还原反应，所以正极电极反应：Fe3＋＋e－===Fe2＋，铜失电子发生氧 化反应，所以负极上电极反应：Cu－2e－===Cu2＋，电池反应中发生氧化反应的金属 作负极，所以铜作负极，不如负极活泼的金属或导电的非金属作正极，可选石墨作正 极，发生还原反应的电解质溶液作原电池的电解质溶液，所以原电池装置图为
第二章 第二节 化学能与电能
学习目标
1. 了解原电池工作原理及应用。 2. 知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。 3. 能正确书写简单化学电源的电极反应式。 4. 了解研制新型电池的重要性。
核心素养
1. 创新意识：利用原电池原理能设计原电池。 2. 宏观辨识与微观探析：会分析物质化学变化中的能量变化与物质微观结构 的关系。 3. 模型认知：能利用原电池工作原理分析常见简单的化学电源。
一次电池，放电后 不能 充电
便于携带，价格低
若将电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上改进，
可以制成 碱性 锌锰电池
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(二)充电电池 1.特点 又称 二次 电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电 池恢复到放电前的状态。 2.实例
电池类型
负极
正极
电解质
பைடு நூலகம்铅蓄电池
_P_b__
√A.①②
C.①③
B.②③ D.①②③
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4.(2019·保定期中)LED产品的使用为城市增添色彩。下图是氢氧燃料电池驱动LED发 光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是 A.a处通入氧气，b处通入氢气 B.通入H2的电极发生反应：H2－2e－===2H＋
√C.通入O2的电极为电池的正极
D.该装置将化学能最终转化为电能
验现象 极质量增大
c极无变化
有气体产生
d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是
A.a>b>c>d
√C.d>a>b>c
B.b>c>d>a D.a>b>d>c
解析 装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属失电子形成离子，故a极金属比 b极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序表 中氢的后面；装置三形成原电池，可知d比c活泼；装置四中，电流从a极流向d极， 则电子是从d极流向a极，知d比a活泼。因此活动性顺序为d>a>b>c。
内容索引
NEIRONGSUOYIN
一、原电池原理的应用 二、发展中的化学电源 随堂演练 知识落实
01 原电池原理的应用
YUAN DIAN CHI YUAN LI DE YING YONG
1.比较金属活动性强弱 一般原电池中，较活泼金属作负极，发生氧化反应，较不活泼的金属作正极，发生 还原反应。例如：有两种金属X和Y用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到X极溶解， Y极上有气泡产生。由原电池原理可知，金属活动性：X>Y。 2.设计原电池 (1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。 氧化反应：还原剂－ne－===氧化产物； 还原反应：氧化剂＋ne－===还原产物； 正极反应式＋负极反应式＝电池的总反应式。
O2 得电子
氢氧化钾或硫酸
4.燃料电池与干电池或蓄电池的主要区别在于反应物不是储存在电池内部，而是由 外加设备提供燃料和氧化剂等。
应用体验
1.最早使用的化学电池是锌锰电池，即大家熟悉的干电池，其结构如图所示。 尽管这种电池的历史悠久，但对于它的化学过程人们尚未完全了解。一般认为，放 电时，电池中的反应如下： E极：2MnO2＋2e－＋2NH＋4 ===Mn2O3＋H2O＋2NH3↑ F极：Zn－2e－===Zn2＋ 总反应式：2MnO2＋Zn＋2NH＋ 4 ===Mn2O3＋Zn2＋＋2NH3↑＋H2O 下列说法正确的是 A.E极是电池的正极，发生的是氧化反应
__P_b_O_2_
_H__2S__O_4_
镍镉电池
_C_d__
NiO(OH) _K__O_H__
锂离子电池
__L_i _
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(三)燃料电池 1.构造示意图
2.特点 燃料气体和 氧气 分别在两个电极上反应将化学能转化为电能。