高三化学原电池化学电源一轮复习教案.docx
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高三化学原电池化学电源一轮复习教案
第二节原电池化学电源
课题
原电池
教师
教学目的
知识与技能:
1.了解原电池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式。
2.了解常见的化学电源的种类及其工作原理。
过程与方法:
通过动手操作锻炼实验能力;通过对实验现象的分析锻炼分析、抽象、概括、判断等思维能力。
情感态度与价值观:
1.立足于学生适应现代化生活和未来发展的需要,着眼提
高学生的科学素养。
2.进一步领悟和掌握化学的基本原理与方法,形成科学的
世界观。
重点
电池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式
难点
电池的工作原理
教学方法
讲练结合
学情分析
技术运用
投影、小篇子
教学反思
教师活动
学生活动
教师备注
知识点一原电池的工作原理
一、【知识梳理】
1.概念和反应本质
原电池是把化学能转化为电能的装置,其反应本质是氧化还原反应。
2.构成条件
(1)有两个活泼性不同的电极(常见的为金属或石墨)。
(2)将电极插入电解质溶液中。
(3)两电极间构成闭合回路。
3.工作原理
如图是CuZn原电池,请填空:
(1)电极:
负极为Zn,正极为Cu。
(2)电极反应:
负极:
Zn-2e-===Zn2+,正极:
Cu2++2e-===Cu。
(3)原电池中的三个方向:
①电子方向:
电子从负极流出经外电路流入正极;
②电流方向:
电流从正极流出经外电路流入负极;
③离子的迁移方向:
电解质溶液中,阴离子向负极迁移,阳离子向正极迁移。
二、【深度思考、认知无盲区】
1.盐桥的作用
盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液,其作用是平衡两个烧杯中的阴、阳离子而导电,电路接通后,K+移向正极,Cl-移向负极。
2.原电池正、负极的判断
原电池的正极、负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关。
(1)判断的一般原则:
①根据电极材料:
活泼金属为负极,不活泼金属(或非金属)为正极。
②根据电极反应:
发生氧化反应的为负极,发生还原反应的为正极。
③根据电子流向:
电子流出(失去)的为负极,电子流入(得到)的为正极。
④根据离子的移动方向:
阴离子移向的为负极,阳离子移向的为正极
⑤根据电极现象:
质量不断减小(溶解)的为负极,质量增加的为正极。
(2)判断电极的注意事项:
判断电极时,不能简单地依据金属的活泼性来判断,要看反应的具体情况,如①在强碱性溶液中Al比Mg更易失去电子,Al作负极,Mg作正极;②Fe、Al在浓硝酸中钝化后,比Cu等金属更难失去电子,Cu等金属作负极,Fe、Al作正极。
三、【随堂基础落实】
1.如图所示的装置中,在产生电流时,以下说法不正确的是( )
A.Fe是负极,C是正极
B.负极反应式为:
Fe-3e-===Fe3+
C.内电路中阴离子移向FeCl2溶液
D.电流由石墨电极流向Fe电极
解析:
选B 在负极Fe失去电子生成Fe2+而不是Fe3+。
2.某原电池的电池反应为:
Fe+2Fe3+===3Fe2+,与此电池反应不符的原电池是( )
A.铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池
B.石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池
C.铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池
D.铜片、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池
解析:
选C 铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池中锌片为负极,铁片为正极,原电池反应为Zn+2Fe3+===2Fe2++Zn2+。
化学电源
一、【知识梳理】
1.一次电池——碱性锌锰干电池
负极材料:
Zn
电极反应:
Zn+2OH--
2e-===Zn(OH)2
正极材料:
碳棒
电极反应:
2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-
总反应:
Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH+Zn(OH)2
2.二次电池(以铅蓄电池为例)
(1)放电时的反应:
①负极:
Pb(s)+SO
(aq)-2e-===PbSO4(s)。
②正极:
PbO2(s)+4H+(aq)+SO
(aq)+2e-===PbSO4(s)+2H2O(l)。
③总反应:
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)+2H2O(l)。
(2)充电时的反应:
①阴极:
PbSO4(s)+2e-===Pb(s)+SO
(aq)。
②阳极:
PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-===PbO2(s)+4H+(aq)+SO
(aq)。
③总反应:
2PbSO4(s)+2H2O(l)===Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)。
3.燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分为酸性和碱性两种。
酸性
碱性
负极
反应式
2H2-4e-===4H+
2H2+4OH--4e-===4H2O
正极
反应式
O2+4H++4e-===2H2O
O2+2H2O+4e-===4OH-
电池
总反应式
2H2+O2===2H2O
(1)化学电源的电极反应式一般较为复杂。
正、负极反应的加和是总反应方程式,总反应方程式减某一极反应方程式可得另一极反应方程式。
(2)可充电电池充电时,电池的正极接外接电源的正极,电池的负极接外接电源的负极。
(3)可充电电池的放电反应和充电反应不互为可逆反应。
(4)书写燃料电池的电极反应式时,一定要注意溶液的酸碱性。
三、【随堂基础落实】
3.下列有关电池的叙述不正确的是( )
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中,锌电极是负极
解析:
选B 锂离子电池可以充电,再次使用,属于二次电池,A项正确;铜锌原电池中铜为正极,故电流由铜流向锌,而电子是由锌流向铜,B项错误;电池的实质即是化学能转化成电能,C项正确;Zn失去电子生成Zn2+,作负极,D项正确。
4.高铁电池是一种新型可充电电池,与普通电池相比,该电池能较长时间保持稳定的放电电压。
高铁电池的总反应为:
3Zn+2K2FeO4+8H2O
3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。
请回答下列问题:
(1)高铁电池的负极材料是________。
(2)放电时,正极发生________(填“氧化”或“还原”)
反应;已知负极反应为Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2,则正极反应为________________________________________________________________________。
(3)放电时,________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
解析:
电池的负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应。
由高铁电池放电时总反应方程式可知,负极材料应为作还原剂的Zn。
由电池的总反应方程式-负极反应式=正极反应式可知,正极反应式为FeO
+3e-+4H2O===Fe(OH)3+5OH-,正极生成了OH-,碱性增强。
答案:
(1)Zn
(2)还原 FeO
+3e-+4H2O===Fe(OH)3+5OH-
(3)正
第二课时
考点一 原电池电极反应式的书写
一、【学前提问】
1.从氧化还原反应的角度分析,原电池负极上的材料常作________剂,正极上的材料常作________剂,二者________数目相等。
答案:
还原 氧化 得失电子
2.若电解质溶液呈酸性,电极反应中能否生成OH-?
若电解质溶液呈碱性,电极反应中能否生成H+、CO2?
答案:
不能 不能
3.锂离子电池的总反应为Li+LiMn2O4
Li2Mn2O4,你能写出该电池的正极反应吗?
答案:
LiMn2O4+Li++e-===Li2Mn2O4
4.你能写出碱性条件下甲烷燃料电池的电极反应式吗?
答案:
负极:
CH4+10OH--8e-===CO
+7H2O 正极:
2O2+4H2O+8e-===8OH-
二、【师生共同总结】
书写原电池的电极反应式时,首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极,然后结合电解质溶液的环境确定电极产物,最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。
1.电极反应式书写的一般方法
(1)拆分法:
①写出原电池的总反应。
如2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+。
②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应,并注明正、负极,并依据质量守恒、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应:
正极:
2Fe3++2e-===2Fe2+,负极:
Cu-2e-===Cu2+。
(2)加减法:
①写出总反应。
如Li+LiMn2O4===Li2Mn2O4。
②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。
如Li-e-===Li+(负极)。
③利用总反应与上述的一极反应相减,即得另一个电极的反应式,即LiMn2O4+Li++e-===Li2Mn2O4(正极)。
2.燃料电池电极反应式的书写
第一步:
写出电池总反应式。
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致,若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。
如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为:
CH4+2O2===CO2+2H2O ①
CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O ②
①式+②式得燃料电池总反应式为
CH4+2O2+2NaOH===Na2CO3+3H2O。
第二步:
写出电池的正极反应式:
根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,电解质溶液不同,其电极反应有所不同,其实,我们只要熟记以下四种情况:
a.酸性电解质溶液环境下电极反应式:
O2+4H++4e-===2H2O。
b.碱性电解质溶液环境下电极反应式:
O2+2H2O+4e-===4OH-。
c.固体电解质(高温下能传导O2-)环境下电极反应式:
O2+4e-===2O2-。
d.熔融碳酸盐(如:
熔融K2CO3)环境下电极反应式:
O2+2CO2+4e-===2CO
。
第三步:
根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式:
电池的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式,注意在将两个反应式相减时,要约去正极的反应物O2。
[例1]
(1)肼空气燃料电池是一种碱性电池,该电池放电时,负极的反应式为________________________。
(2)高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂,可作为水处理剂和高容量电池材料。
FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4,其反应的离子方程式为________________________________________________________________________;
与MnO2Zn电池类似,K2FeO4Zn也可以组成碱性电池,K2FeO4在电池中作为正极材料,其电极反应为________________________________________,该电池总反应的离子方程式为________________________________________。
(3)铝电池性能优越,AlAgO电池可用作水下动力电源,其原理如下图所示。
该电池反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
[解析]
(1)“肼空气燃料电池是一种碱性电池”中O2在正极反应,故负极是肼发生反应:
N2H4-4e-+4OH-===N2↑+4H2O。
(2)FeCl3和KClO在强碱性条件下反应,实质是KClO氧化Fe(OH)3,ClO-的还原产物应该是Cl-;K2FeO4Zn组成碱性电池,K2FeO4在电池中作为正极材料,+6价FeO
应被还原为+3价Fe(OH)3,其电极反应式为FeO
+3e-+4H2O===Fe(OH)3+5OH-;总反应的离子方程式也不难写出,关键是抓住Fe和Zn的存在形式分别是Fe(OH)3和Zn(OH)2。
(3)Al作负极,AgO/Ag作正极,NaOH和NaAlO2溶液是电解质溶液,所以生成物是NaAlO2、Ag、H2O。
[答案]
(1)N2H4-4e-+4OH-===N2↑+4H2O
(2)2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-===2FeO
+5H2O+3Cl-
FeO
+3e-+4H2O===Fe(OH)3+5OH-
2FeO
+8H2O+3Zn===2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-
(3)2Al+3AgO+2NaOH===2NaAlO2+3Ag+H2O
三
1.根据下图判断,下列说法正确的是( )
A.装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe-2e-===Fe2+
B.装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2+2H2O+4e-===4OH-
C.装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动
D.放电过程中,装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大
解析:
选D 装置Ⅰ中,由于Zn比Fe活泼,所以Zn作原电池的负极,电极反应式为Zn-2e-===Zn2+;Fe作正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-。
由于正极有OH-生成,因此溶液的pH增大。
装置Ⅱ中,Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+;Cu作正极,电极反应式为2H++2e-===H2↑。
正极由于不断消耗H+,所以溶液的pH逐渐增大。
据此可知A、B皆错,D正确。
在原电池的电解质溶液中,阳离子移向正极,所以C错误。
2.(2010·浙江高考)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-===Li2S+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===Li2S+Fe
C.负极的电极反应式为Al-3e-===Al3+
D.充电时,阴极发生的电极反应式为:
Li2S+Fe-2e-===2Li++FeS
解析:
选B 由正极的电极反应式知,在负极上Li失去电子被氧化,所以Li-Al在电池中作为负极材料,该材料中Li的化合价为0价,故A项错误;负极的电极反应式为:
2Li-2e-===2Li+,故C项错误;该电池的电池反应式为正、负电极的电极反应式之和:
2Li+FeS===Li2S+Fe,故B项正确;由于充电时阴极发生还原反应,所以阴极的电极反应式为:
2Li++2e-===2Li,故D项错误。
第三课时
考点二原电池原理的应用
一、【学前提问】
1.实验室用Zn与稀H2SO4反应制备H2时,用粗锌反应速率快,还是用纯锌反应速率快?
为什么?
答案:
粗锌快,因Zn、杂质和电解质溶液能形成原电池
2.X、Y两种金属用导线连接置于稀H2SO4中,发现X极溶解,Y极上有气泡产生,则X、Y的活动性谁强?
答案:
X金属的活动性强
3.为了保护海水中的钢铁闸门,需要连接某种金属,你认为该金属的活动性应比铁的活动性强还是弱?
答案:
比铁的活动性强
4.你能依据原电池原理将反应Fe+2FeCl3===3FeCl2设计成一个原电池吗?
答案:
见如图
二、【师生共同总结】
顺利解答原电池应用问题的关键就是理清原电池的工作原理,原电池的应用是多方面的,现破解如下:
1.比较金属的活动性强弱
原电池中,一般活动性强的金属作负极,而活动性弱的金属(或非金属)作正极。
如有两种金属A和B,用导线将A和B连接后,插入到稀硫酸中,一段时间后,若观察到A极溶解,而B极上有气体放出,则说明A作负极,B作正极,则可以判断金属活动性A>B。
2.加快化学反应速率
由于形成了原电池,导致反应速率加快。
如Zn与稀硫酸反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成CuZn原电池,加快反应进行。
3.用于金属的防护
使需要被保护的金属制品作原电池正极而受到保护。
例如,要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁,可用导线将其与一块锌块相连,使锌作原电池的负极。
4.设计制作化学电源
设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件。
(1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。
(2)根据原电池的电极反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料(负极就是失电子的物质,正极用比负极活动性差的金属即可,也可以用石墨)及电解质溶液。
(3)按要求画出原电池装置图。
如根据2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+设计原电池:
负极:
Cu-2e-===Cu2+
正极:
2Fe3++2e-===2Fe2+
[例2] (2012·全国卷高考)①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。
①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极;②④相连时,②上有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少。
据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是( )
A.①③②④ B.①③④②
C.③④②①D.③①②④
[解析] ①②相连时,外电路电流从②流向①,说明①为负极;①③相连时,①为负极;②④相连时,②上有气泡,说明④为负极;③④相连时,③的质量减少,说明③为负极。
综上所述可知,这四种金属活动性由大到小的顺序为①③④②,选项B正确。
[答案] B
三、【演练冲关】
3.下列说法正确的是( )
A.构成原电池正极和负极的材料必须是金属
B.在原电池中,电子流出的一极是负极,该电极被还原
C.实验室欲快速制取氢气,可利用粗锌与稀H2SO4反应
D.原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能
解析:
选C 构成原电池的材料可以是非金属,如碳棒;电子流出的一极为负极,发生氧化反应;粗锌可与稀H2SO4构成原电池加速反应的进行;原电池反应后,电极产物仍会具有一定的能量,故原电池不能把物质中的能量全部转化为电能。
4.某原电池总反应为:
Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+,下列能实现该反应的原电池是
( )
A
B
C
D
电极材料
Cu、Zn
Cu、C
Fe、Zn
Cu、Ag
电解液
FeCl3
Fe(NO3)2
CuSO4
Fe2(SO4)3
解析:
选D 由题意知,Cu为负极材料,由正极材料的金属活性必须小于Cu,其中B、D项符合该条件;由Fe3+得电子生成Fe2+知,电解质溶液中必须含有Fe3+,同时符合上述两条件的只有D项。
回忆,积极参与,聆听,做笔记,记忆
思考、辨析、解答
积极作答、练习巩固
回忆,积极参与,聆听,做笔记,记忆
思考、辨析、解答
积极作答、练习巩固
思考、辨析、解答
积极思考、共同总结
答题
思考、辨析、解答
积极思考、共同总结
答题
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