2017-2018学年高中化学选修4教学案：第1章 第3节 第1课时 原电池

第3节??化学能转化为电能——电池 第1课时 原电池的工作原理、化学电源 [课标要求]

1．了解原电池的工作原理及其构成条件，了解常见的化学电源及其工作原理。 2．掌握电极反应和电池反应方程式的书写。

3．依据原电池的原理判断金属的活泼性强弱及设计原电池。

1．原电池负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应。

2．原电池负极流出电子，正极流入电子。电解质溶液中阴离子移向负极， 阳离子移向正极。

3．原电池的构成条件：①两个活动性不同的电极；②有电解质溶液；③形

成闭合回路。

4．正极材料活泼性＜负极材料活泼性，正极通常具备特定的现象：有气体生 成、电极质量增加或不变等；负极通常不断溶解，质量减小。 5．利用原电池原理可以加快某些氧化还原反应的速率。 6．化学电源分为一次电池、可充电电池(二次电池)和燃料电池。

原电池工作原理

设计实验将锌与CuSO4溶液的反应所释放的能量转化为电能，填写实验记录。 (1)实验装置

(2)实验现象

Ⅰ Ⅱ 电流计指针 发生偏转 发生偏转 电极表面变化情况 锌片质量减少，铜片质量增加 锌片质量减少，铜片质量增加 (3)实验分析

电子流向 电子得失 电极名称 能量转化 (4)电极反应及电池反应 负极：Zn－2e===Zn2，

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＋

Zn极 Cu极 由Zn极流向Cu极 Zn失电子 负极 溶液中Cu2得电子 ＋正极 化学能转化为电能 正极：Cu2＋2e=== Cu，

＋

－

电池反应：Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu。

锌铜原电池装置如下：

[问题思考]

1．锌铜原电池中正、负极材料是什么？写出正、负极反应式。

提示：Zn作负极，电极反应式为Zn－2e===Zn2；Cu作正极，电极反应式为Cu2

－

＋

＋

＋2e===Cu。

2．原电池装置中，盐桥中离子移动的方向是什么？

提示：盐桥中的Cl移向负极(ZnSO4溶液)，K移向正极(CuSO4溶液)。 3．原电池装置中，盐桥的作用是什么？

提示：①形成闭合回路；②保持溶液中电荷守恒，使电池反应能持续发生。

1．原电池工作原理 (1)原理图示

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＋

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(2)电极名称与反应类型

正极→还原反应；负极→氧化反应。 (3)电子流向：负极→正极。 (4)电流方向：正极→负极。

(5)离子流向：阳离子→正极；阴离子→负极。 2．组成原电池的条件

(1)活动性不同的两块电极材料(金属和金属或金属和非金属)。 (2)电极均与电解质溶液接触。 (3)形成闭合电路。

3．原电池正负极的判断方法 (1)一般方法

(2)特殊情况

电极的正负除与金属的活动性有关外，还与电解质溶液有关。活泼金属一般作负极，但不是活泼金属一定作负极，如Mg－Al－H2SO4溶液构成的原电池中，Mg为负极，而在Mg－Al－NaOH溶液构成的原电池中，Al为负极，因为Al可与NaOH溶液反应，而Mg不与NaOH溶液反应。

4．原电池中电极反应式和总反应式的书写

1．下列装置中，能构成原电池的是( )

解析：选D 酒精为非电解质，A错误；选项B中未使用盐桥，没有形成闭合回路；C项中两个电极材料相同，不能形成原电池。依据原电池的构成条件可知D正确。

2．如下图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是( )

A．外电路的电流方向为：X→外电路→Y

B．若两电极分别为Zn和碳棒，则X为碳棒，Y为Zn C．若两电极都是金属，则它们的活动性为X>Y D．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应

解析：选C 由图可知电子的流动方向是X→外电路→Y，则电流的方向就为Y→外电路→X；X为原电池的负极，Y为正极，X的活动性比Y强；X极应发生氧化反应，Y极应发生还原反应。

3．如图所示装置可构成原电池。试回答下列问题：

(1)电解质溶液为浓硝酸时，灯泡________(填“亮”或“不亮”，填“亮”做a，填“不亮”做b)。

a．若灯泡亮，则Mg电极上发生的反应为__________________________________。 b．若灯泡不亮，则理由为_____________________________________________。 (2)电解质溶液为NaOH溶液时，灯泡________(填“亮”或“不亮”，填“亮”做a，

填“不亮”做b)。

a．若灯泡亮，则Mg电极上发生的反应为______________________；Al电极上发生的反应为________________________________________________________________________。

b．若灯泡不亮，则理由为______________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：灯泡是否亮取决于该装置中是否有电流通过，即该装置是否能构成原电池，若能构成原电池，则灯泡亮；否则，灯泡不亮。Mg－Al－浓硝酸构成的原电池中，Mg与浓硝酸反应，Al遇浓硝酸发生钝化，所以Mg电极为负极；但Mg－Al－NaOH溶液构成的原电池中，Al与NaOH反应，Mg与NaOH不反应，所以Al电极为负极。

答案：(1)亮 Mg－2e===Mg2

－

＋

(2)亮 6H2O＋6e===3H2↑＋6OH 2Al＋8OH－6e===2[Al(OH)4]

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化学电源

1．电池分类及特点 电池 一次电池 可充电电池(二次电池) 可反复充电和放电，充电时特点 只能放电，不能充电 是一个电解池；放电时是一个原电池 2.一次电池——锌锰干电池 (1)酸性电池

负极(锌)反应：Zn－2e===Zn2；

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＋

燃料电池 能量利用率高，可连续使用，污染轻 正极(石墨)反应：2NH4＋2e===2NH3＋H2。 (2)碱性电池

负极(锌)反应：Zn＋2OH－2e===ZnO＋H2O；

正极(石墨)反应：MnO2＋2H2O＋2e===Mn(OH)2＋2OH； 电池反应：Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn(OH)2。 3．可充电电池——二次电池 (1)铅蓄电池

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