2020高中化学第2章化学反应与能量转化第2课时化学反应能量转化的重要应用——化学电池教案鲁科版

第2课时化学反应能量转化的重要应用——化学电池

学生自主学习

氢氧燃料电池

化学电池是根据□01原电池原理制成的。原电池是一种利用□02氧化还原反应将□03化学能直接转化成□

04电能的装置。

在氢氧燃料电池中，氧化反应与还原反应分别在□05两个不同的区域进行。其中氢气分子中的氢原子在左侧石墨电极上□06失去电子，氢气作为电池的□

07负极反应物；氧气分子中氧原子在右侧石墨电极上□

08

得到电子，氧气作为电池的□

09正极反应物。稀硫酸中存在□10自由移动的离子起到□11传导电荷的作用，导线起到□

12传导电子的作用。

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□

13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□14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□15电流。

原电池的基本工作原理

□

01还原剂和□02氧化剂分别在不同的区域发生□03氧化反应和□04还原反应，并通过能导电的物质形成□

05闭合回路产生□06电流。其中，还原剂在□

07负极上□

08失去电子，是负极反应物；氧化剂在□09正极上□10得到电子，是正极反应物；电极材料通常是能够□11导电的固体。此外，还要有能够□

12传导电荷的电解质作为离子导体；而导线则作为□

13电子导体，起到传导电子形成

闭合回路的作用。

设计原电池的基本思路

常见电池

1．干电池(属于□

01一次电池)：如□02锌锰电池。 2．充电电池(又称□

03二次电池)：如□04铅蓄电池、□05锂电池(手机用)。 3．燃料电池：如□

06氢氧燃料电池，其□07能量转换效率高，对环境□08无污染。 课堂互动探究 一、原电池的工作原理

请讨论作原电池两极的材料有什么样的要求？

提示：首先必须能导电，如金属材料、石墨等；其次，若两极都是金属，则活泼性必须不同，且一般负极材料和电解质溶液能发生化学反应。

1．原电池的构成条件

(1)能自发发生的氧化还原反应。

(2)电极：两个导体做电极。一般为两种活动性不同的金属，其中较活泼的金属做负极，发生氧化反应；较不活泼的金属做正极，发生还原反应。或金属与能导电的非金属(如石墨)做电极，其中金属做负极，非金属(如石墨)做正极。

(3)具有电解质溶液且构成闭合电路：两电极用导线相连放入电解质溶液中形成闭合电路。

2．原电池的工作原理

知识拓展

电极反应式的书写

(1)负极反应式的书写

①活泼金属做负极时，电极本身被氧化：

a．若生成的阳离子不与电解质溶液反应，其产物可直接写为金属阳离子，如：Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋。

b．若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应式为两反应合并后的反应式。如Mg­Al(KOH)原电池，负极反应式为Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－；铅蓄电池负极反应式：Pb －2e－＋SO2－4===PbSO4。

②负极本身不反应时，常见书写方法为：

氢氧(酸性)燃料电池，负极反应式为H2－2e－===2H＋。

氢氧(碱性)燃料电池，负极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O。

(2)正极反应式的书写

①首先根据化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒；

②其次确定该微粒得电子后变成哪种形式。

如氢氧(酸性)燃料电池，正极反应式为

O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

氢氧(碱性)燃料电池，正极反应式为

O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

1．下列各装置能构成原电池的是( )

答案 C

解析A项，只有一个电极，所以该装置不能构成原电池，错误；B项，该装置没有构成闭合回路，所以不能构成原电池，错误；C项，该装置符合原电池的构成条件，能构成原电池，正确；D项，酒精不是电解质溶液，所以不能构成原电池，错误。

2．如图所示装置中，观察到电流表指针偏转(指针顺着电流方向偏转)，M变粗，N变细，由此判断下表中所列M、N、P三种物质，其中可以成立的是( )

答案 C

解析该原电池中M变粗，N变细，说明发生原电池反应时N溶解，N做负极，溶液中有金属析出附着在M上，M做正极。A、B两项中，电解质溶液分别为稀硫酸和稀盐酸，原电池工作时，不会有金属析出，不符合题意；C项，正极反应为Ag＋＋e－===Ag，符合题意；而D 项，锌比铁活泼，故M做负极，变细，不符合题意。

规律方法

原电池的判定

(1)先分析有无外接电源，无外接电源的可能为原电池。

(2)根据原电池的形成条件——四看

看电极——两极为导体，且存在活动性差异；

看溶液——两极插入电解质溶液中；

看回路——形成闭合回路；

看本质——有自发的氧化还原反应发生。

二、原电池的应用

1．所有氧化还原反应都能设计成原电池吗？

提示：不能。只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池。

2．原电池工作时，负极失去的电子总数与正极得到的电子总数有何关系？为什么？

提示：相等。原电池中，负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，根据氧化还原反应中得失电子守恒规律知，正极上得电子总数与负极上失电子总数相等。

原电池的应用

(1)加快氧化还原反应速率

如实验室用Zn和稀硫酸(或稀盐酸)反应制备H2，常用粗锌。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。

(2)比较金属的活动性强弱

原电池中，一般活动性强的金属做负极，活动性弱的金属做正极。如有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性：A>B。

(3)金属的防护