原电池教学设计

《原电池》教学设计

游云飞

一、考纲解读

化学是高考的常考知识点。本讲主要考点有：原电池原理、常用的化学电源和新型化学电池、原电池pH值的变化和简单计算。

今后的命题方向：运用原电池原理来解决新型的化学电池，如燃料电池、可充电池等。

二、考点整合

考点1 原电池的构成和原电池的基本原理

1、原电池正、负极的确定

（1）由两极的相对活泼性确定：相对活泼性较强（针对电解质溶液而言）的金属为极（一般地，负极材料与电解质溶液要发生反应），相对活泼性较差的金属或导电的非金属等为极。如：Mg—Al—HCl 溶液构成的原电池中，负极为Mg；但Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al。（思考：Al—Cu—HCl 溶液、Al—Cu—浓HNO3溶液构成的原电池中的负极分别为什么？）

（2）根据本质来判断：发生氧化反应失电子的一定是负极（电子从负极发出），化合价升高。比如：Zn + 2MnO

（3）原电池中电流方向与电子流向的判断：电子流向：负→正，电流方向：正→负

（4）电解质溶液中离子运动方向的判断：阳离子:向正极区移动阴离子:向负极区移动

（5）由电极变化情况确定：某一电极若不断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，则此电极为极；若某一电极上有气体产生、电极的质量不断增加或不变，该电极发生还原反应，则此电极为极。如：Zn—C—CuSO4溶液构成的原电池中，C电极上会析出紫红色固体物质，则C为此原电池的正极。（6）根据实验现象确定：一般可以根据电极附近指示剂（石蕊、酚酞、湿润的KI–淀粉等）的显色情况来分析推断该电极发生的反应情况，是氧化反应还是还原反应，是H+还是OH－或I－等放电，从而确定正、负极。如用酚酞作指示剂，则溶液变红色的那一极附近溶液的性质为碱性，是H+放电导致c(OH－)＞c(H+)，H+放电是还原反应，故这一极为正极。

2、书写电极反应式

原电池的电极名称一旦确定，则相应电极的电极反应式也随之确定。但书写电极反应式时还需注意以

下几点：

① 两极电极反应式中的电子得失数目（一般）保持相等。

②注意电解质溶液的性质有时会引起电极反应的改变。如Al－Cu－NaHCO3溶液构成的原电池中，因Al失去电子生成的Al3+能与HCO3－反应：Al3++3HCO3－=Al(OH)3↓+3CO2↑，故铝件（负极）上发生的反应为：Al+3HCO3

－→Al(OH)

↓+3CO2↑+3e－，而不是仅仅写为：Al→Al3++3e－

3

③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电极反应式（一般为负极），即得到较难写出的电极反应式。

④可充电电池是联系原电池与电解池的桥梁，它也是电化学知识的重要知识点。放电为原电池反应，充电为电解池反应。原电池的负极反应与电解池的阴极反应，原电池的正极反应与电解池的阳极反应互为逆反应。只要按前面方法能熟练书写放电(即原电池)的电极反应式，就能很快写出充电（即电解池）的电极反应式。

考点3常用的化学电源和新型化学电源

1、锌锰干电池：

①酸性锌锰干电池：负极是锌，正极是石墨棒，电解质是NH4Cl和ZnCl2，MnO2是去极剂，除去炭棒上的氢气膜，减小电池的内阻。电极反应是：

负极：Zn—2e-→ Zn2+正极：2 NH4++2e-+2 MnO2→2NH3+H2O+Mn2O3

电池反应：Zn+2 NH4++2 MnO2= Zn2++2NH3+ H2O+ Mn2O3

特点：制作简单，价格便宜，但会发生自放电而使存放时间缩短，放电后电压下降比较快。

②碱性锌锰电池：负极是锌,正极是MnO2,电解质是KOH。电极反应是：

负极：Zn+2OH—→Zn(OH)2+2e－；正极:2MnO2+2H2O+2e－→2MnO(OH)+2OH－

电池反应:Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2

特点:单位质量所输出的电能多且储存时间较长，适用于大电流和连续放电。

2、铅蓄电池（放电），负极是Pb，正极是PbO2，H2SO4是电解质。正负极生成的Pb2+同时SO42-结合生成难溶的PbSO4。

负极：Pb→Pb2++2e-，Pb2++ SO42-→PbSO4，合并得：Pb+ SO42-→ PbSO4 +2e-

正极：PbO2+4H++ SO42-+2e-→ PbSO4+2 H2O

总电池反应：Pb+ PbO2+4H++2 SO42-=2 PbSO4+2 H2O

写出铅蓄电池充电时的电极反应

阴极；阳极

总反应式：

3、镍一镉碱性蓄电池:放电时镉(Cd)为负极，正极是NiO(OH)，电解液是KOH溶液。

总反应式为：Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2

放电时：负极:Cd+2OH-→Cd(OH)2+2e-；正极:2NiO(OH)+2H2O+2e-→2Ni(OH)2+2OH-

充电时：阴极；阳极

4、钮扣式电池(银锌电池)（KOH溶液作电解质溶液），总反应：Zn+Ag2O+H2O 放电Zn(OH)2+2Ag

放电时：负极：；正极：；

充电时：阴极；阳极

注意：可充电还有镍铁碱性电池：Fe+NiO2+2H2O放电Fe(OH)2+Ni(OH)2、氢镍电池：H2+2NiO(OH)

放电

Ni(OH)2、高铁电池：3Zn+2K2FeO4+8H2O 放电3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH和锂电池等。

5、氢氧燃料电池：氢、氧电极都是双层多孔镍电极(内外层孔径不同)，加铂或氧化钴作催化剂，电解质用酸或碱。总电池反应是：2H2 +O2 =2H2O。

①用40%的H2SO4溶液作电解质溶液：负极：；正极：。

②用35％苛性钾溶液作电解质溶液：负极：；正极：。

注意：在酸性环境中，H+能稳定存在，O2-会与H+结合成H2O；在碱性环境中，H+不能稳定存在，会与OH-结合成H2O，而O2-也不能稳定存在，会与水结合形成OH-。

例1、氢氧燃料电池，固体电解质在熔融状态分别能传导O2-或H+。书写时要依据电解质的性质。

2-

（Ⅱ）在能传导H的固体电解质中：负极：；正极：。

总反应都是：2H2+ O2=2H2O

6、甲烷燃料电池：甲烷燃料电池以多孔镍板为两极,电解质溶液为KOH溶液。由于生成的CO2还要与KOH 反应生成K2CO3，所以总反应为：CH4 + 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3H2O。书写过程如下：

负极：CH4+ 8OH-→CO2 + 6H2O+8e-，CO2 + 2OH-→ CO32- + H2O，合并得：

CH4 + 10 OH- + 8e-→CO32- + 7H2O 。

正极：O2 + 4e-→ 2O2-，O2- + H2O→2OH- ，合并得：正极的电极反应式为：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-。

例2、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-。

负极：；正极：。

总电池反应：。

7、甲醇燃料电池：以铂为两极，用碱或酸作为电解质。

①碱性电解质（KOH溶液为例）

正极：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-负极：CH3OH +8OH-→ CO32-+ 6H2O +6e-

总反应式：2 CH3OH + 3O2 +4KOH= 2K2CO3 + 6H2O

②酸性电解质（H2SO4溶液为例）

正极：；负极：。

总反应: 。

说明：乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同

例3、甲醇、空气（含CO2）燃料电池，用熔融的碳酸盐(Li2CO3和Na2CO3熔融盐混和物)作电解质。

正极：；负极：。

总反应：2CH3OH+3 O2=2CO2+4H2O

提示：在熔融的碳酸盐环境中，O2-离子也不能单独存在，O2-离子可结合CO2生成CO32-离子。

8、铝–空气–海水电池：我国首创以铝–空气–海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断被氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光。电源负极材料为铝，电源正极材料为石墨、铂网等能导电的惰性材料。

正极：；负极：。

总反应式为：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3(说明:铝板要及时更换，铂做成网状是为了增大与氧气的接触面积)

【随堂练习】

固体为电解

1、（2010安徽卷）某固体酸燃料电池以CaHSO

质传递H＋，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：2H2

＋O2＝2H2O，下列有关说法正确的是（）