化学第四章第一节原电池-化学电源导学案

2013-2014学年度第一学期高二化学选修4导学案编号：22
第四章第1、2节原电池化学电源
【学习目标】1、进一步了解原电池的工作原理及构成条件，知道正负极的判断方法
2、能根据简单的氧化还原反应设计原电池
3、熟悉原电池原理的主要应用
4、了解常见的化学电源的种类及其工作原理，知道它们在生产、生活和国防中的
实际应用。

【重点难点】1、原电池的工作原理
2、常见化学电源的工作原理
【知识回顾】一、原电池
1、概念：原电池是__________________________的装置。

原电池反应的本质是___________反应。

2、如右图所示，组成的原电池：（电解质溶液为稀CuSO
）
（1）实验现象：电流表指针；
锌片；铜片。

（2）工作原理：
Zn电极是极，其电极反应为_________ _________，该反应是_______反应；
Cu电极是___极，其电极反应为_______ _____ , 该反应是____ 反应。

电子：从流出，经过导线流向；电流：从流向；
溶液中阳离子向移动，阴离子向移动。

3、构成条件
(1) 两个的电极．(2) 将电极插入中．
(3) 用导线连接电极构成．(4) 能自发进行反应．
【拓展练习】下列哪些装置能组成原电池？（）
4、原电池的正负极的判断方法
（1）微观判断（根据电子流动方向）：电子流出的极——___极，电子流入的极——极（2）宏观判断：
①根据电极材料：较活泼的电极材料—— ___极，较不活泼的电极材料——____极
②根据原电池电极发生的反应；发生氧化反应的极——____极，发生还原反应的极——___极
③根据电极变化：工作后质量减少的电极——___极，工作后质量增加的电极——____极；
工作后，有气泡冒出的电极为___极
【拓展练习】
（1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的现象：
两极反应式为：正极 ；
负极 。

该装置将 能转化为 能。

（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，
则负极为 ，
总反应方程为 。

5、原电池的主要应用：
（1）利用原电池原理设计新型化学电池；
（2）改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；
（3）进行金属活动性强弱比较；
（4）电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。

如在铁器表面镀锌。

【学习新知】对锌铜原电池工作原理的进一步探究
【思考与交流】图1是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，如果用它做
电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。

这是什么原因造成的
呢？有没有什么改进措施？
原因：
改进措施：
【自学指导一】观察实验4-1，说出实验现象。

【思考与交流】1、改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？盐桥在此的作用是什么？
[附：盐桥制法：1)将热的琼胶溶液倒入U 形管中(注意不要产生裂隙)，将冷却后的U 形管浸泡在
KCl 或NH 4NO 3的饱和溶液中即可。

2)将KCl 或NH 4NO 3的饱和溶液装入U 形管，用棉花堵住管
口即可]
改进后产生持续、稳定的电流的原因：
盐桥的作用：
2、上述原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能的？
指出电池的正负极，并分别写出其中负极和正极的电极反应式以及该电池的总反应方程式。

负极（ 片）： 正极（ 片）： 电池反应（总化学方程式）：
二、化学电源
【自学指导一】阅读教材74页，思考并回答下列问题。

①目前化学电池主要分为哪几个大类？在性能等方面它们各有什么特点？ 产生电能的基本原理
是什么？
②化学电池与其他能源相比有哪些优点？
图 1 图4-1
放电 充电
③判断电池的优劣标准主要是什么？
【自学指导二】阅读教材75-78页，思考并完成下列问题。

化学电源是将化学能转化为电能的装置，它包括 、 和 等几大类。

1、 一次电池（又称干电池）
如：普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等。

（1）碱性锌锰电池，电解质是KOH ，其电极反应：
负极（Zn ）： 正极（MnO 2）：
总反应：
（2）锌银电池的负极是Zn ，正极是Ag 2O ，电解质是KOH ，其电极总反应如下：
Zn + Ag 2O = ZnO + 2Ag
则：负极( )： 正极( )：
2、 二次电池（又称充电电池或蓄电池）
如：铅蓄电池。

反应方程式如下： Pb (s)+ PbO 2(s) +2H 2SO 4(aq) 2PbSO 4(s) +2H 2O(l) ①其放电电极反应：
负极( )： 正极( )： ②其充电反应是上述反应的逆过程，则电极反应：
（电化学上规定：发生氧化反应的电极为阳极，发生还原反应的电极为阴极）
阴极： 阳极：
3、 燃料电池
燃料电池是一种持续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。

它与一般的化学
电源不同，一般化学电池的活性物质储存在电池内部，故而限制了电池的容量，而燃料电池的电极本身不包括活性物质，只是一个催化转化元件。

如：氢氧燃料电池。

①酸性介质时，电极反应：
负极： 正极： 总反应：
②碱性介质时，电极反应：
负极： 正极： 总反应：
除H 2外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧气外，空
气中的氧气也可作氧化剂。

【拓展练习】新型燃料电池，甲烷、氧气及KOH 电解质溶液，用Pt 作两个电极，写出两个电极
的电极反应式和总反应式。

【小结】书写电极反应式应注意以下几点：
1．电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如“拆”、“平”）；
2．将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到
另一极反应；
3．负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如
＋4价的C 在酸性溶液中以CO 2形式存在，在碱性溶液中以CO 32-形式存在）。

【课时作业】
1、理论上不能用于设计成原电池的反应是 ( )
A ．HCl ＋NaOH===NaCl ＋H 2O ΔH ＜0
B ．2CH 3OH(l)＋3O 2(g)――→点燃2CO 2(g)＋4H 2O(l) ΔH ＜0
C ．4Fe(OH)2(s)＋2H 2O(l)＋O 2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH ＜0
D ．2H 2(g)＋O 2(g)===2H 2O(l) ΔH ＜0
2、一原电池可以观察到电流计指针偏转，M 与N 是两极，P 是电解质溶液，一段时间后，M 变粗N 变细，下列可以成立的是 （ ）
A.M--锌，N--铜，P —稀硫酸溶液
B.M--铜，N —铁，P —稀盐酸溶液
C.M —银，N--锌，P —硝酸银溶液
D.M--锌，N —铁，P —硝酸铁溶液
3、把a.b.c.d 四块金属浸入在稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。

若a ，b 相连时，a 为负极；c ，d 相连时，电流由d 到c ；a ，c 相连时，c 极上产生大量气泡，b ，d 相连时，b 极上产生大量气泡，则四种金属的活动顺序由强到弱为 （ ）
A.a>b>c>d
B.a>c>d>b
C.a>c>b>d
D.b>d>c>a
4、将铁棒和锌棒用导线连接插入硫酸铜溶液中，当电池中有0.2mol 电子通过时，负极质量的变化为（ ）
A.增加6.5克
B.减少6.5克
C.减少5.6克
D.增加6.4克
5、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，
使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO 4溶液，片刻后可观察到的现象是（ ）
A 、铁圈和银圈左右摇摆不定
B 、保持平衡状态
C 、铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜
D 、银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜
6、可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以NaCl 溶液或NaOH 溶液为
电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。

下列说法正确的是 ( )
A ．以NaCl 溶液或NaOH 溶液为电解液时，正极反应都为： O 2＋2H 2O ＋4e －=== 4OH －
B ．以NaOH 溶液为电解液时，负极反应为：Al ＋3OH －－3e － ===Al(OH)3↓
C ．以NaOH 溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH 保持不变
D ．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极
7、Li-Al/FeS 电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2Li ＋＋FeS ＋2e －
===Li 2S ＋Fe ，有关该电池的下列说法中，正确的是 ( )
A ．Li-Al 在电池中作为负极材料，该材料中Li 的化合价为＋1价
B ．该电池的电池反应式为：2Li ＋FeS===Li 2S ＋Fe
C ．负极的电极反应式为：Al －3e －===Al 3＋
D ．充电时，阴极发生的电极反应式为：Li 2S ＋Fe －2e －===2Li ＋＋FeS
8、铅蓄电池的工作原理为Pb ＋PbO 2＋2H 2SO 4===2PbSO 4＋2H 2O ，研读下图，下列判断不正确的是 ( )
A ．K 闭合时，d 电极反应式：PbSO 4＋2H 2O －2e －
===PbO 2＋4H ＋＋SO 42-
B ．当电路中转移0.2 mol 电子时，Ⅰ中消耗的H 2SO 4为0.2 mol
C ．K 闭合时，Ⅱ中SO 42- 向c 电极迁移
D ．K 闭合一段时间后，Ⅱ可单独作为原电池，d 电极为正极
9、(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。

锌片上发生的电极反应： ；银片上发生的电极反应： 。

（2）若该电池中两电极的总质量为60g ，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重， 总质量为47g ，试计算：①产生氢气的体积(标准状况)；②通过导线的电量。

（已知N A ＝
6.02×1023/mol ，电子电荷为1.60×10－19C ）。