1、第六章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量变化 第3课时 原电池原理应用 化学电源 学习目标学习目标 1会设计简单的原电池。 2结合实例，了解常见的化学电池的基本原理与分类，培养“宏观 辨识与社会责任”的核心素养。 3能正确书写简单化学电源的电极反应式。 一一、设计原电池设计原电池水果电池水果电池 1水果电池中，水果的作用是_。 2水果电池中，选择电极材料时应注意两电极不能相同，其中有一电极为活 泼金属如 Al、Fe 等，另一电极可以是 Cu 片或石墨棒等。 提供电解质溶液 知识梳理知识梳理 二、常见的化学电源二、常见的化学电源 1锌锰干电池锌锰干电池 (1)结构：锌锰干电池是以锌筒作_极
2、，石墨棒作_极，在石墨棒 周围填充糊状的 MnO2和 NH4Cl 作_。 (2)原理：锌锰干电池属于_电池，放电之后_充电(内部 的氧化还原反应无法逆 向进行)。负极发生的电极反应为 _，正极发生的电极反应为 2MnO22NH 42e =Mn2O32NH3H2O。 负 正 电解质溶液 一次性 不能 Zn2e =Zn2 2充电电池充电电池 (1)充电电池属于_电池。有些充电电池在放电时所进行的_反 应，在充电时可以_进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可 在一定时间内循环进行。 充电电池中能量的转化关系是_。 (2)常见充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。 二次 氧化还原 逆向
3、铅酸电池 镍氢电池 锂离子电池 3发展中的燃料电池发展中的燃料电池 燃料 氧化剂 化学 电 清洁 安全 高效 常用燃料：氢气、 甲烷、乙醇等。 常用氧化剂：氧气。 思考：生活中电动车、手机的电池属于一次电池还是二次电池？ 提示：电动车、手机的电池都可以反复充电使用，都属于二次电池。 PbO2Pb2H2SO4=2PbSO42H2O 根据此反应判断下列叙述中正确的是( ) APbO2是电池的负极 BPb 是负极，反应式为 Pb2e SO2 4 =PbSO4 CPbO2得电子，被氧化 D电池放电时，溶液酸性增强 汽车的启动电源常用铅蓄电池。其结构如图所示，放电时的电池反应如下： 知识运用 B 【解析
4、】根据电池反应知放电过程中铅失去电子，因此它是原电池的负极，其 电极反应式为 PbSO2 4 2e =PbSO4，故 B 项正确；PbO2 在放电过程中得 到电子被还原，所以它是原电池的正极，因此 A、C 两项错误；由于原电池放 电的过程中消耗硫酸，所以溶液的酸性减弱，故 D 项错误。 原电池原理的应用原电池原理的应用 问题探究 1锌与 H2SO4反应制 H2时向溶液中加少量 CuSO4后为什么反应速率加快？ 提示：锌置换出铜构成原电池。 2 “A稀硫酸B”形成的原电池中， B 为正极， 则金属 A、 B 的活泼性谁较强？ 提示：A 较强。 能力提升能力提升 3根据反应：ZnCuSO4=CuZ
5、nSO4，设计简单原电池装置图(注明电极 材料和电解质溶液) 提示： 核心突破 原电池原理三个应用原电池原理三个应用 1加快反应速率：如实验室制 H2用粗锌与酸反应。 2比较金属的活泼性：原电池中一般负极金属比正极金属活泼。 3设计原电池 (1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还 原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正 极上被还原。 (2)选择合适的材料 电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料， 或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料。 电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应。 对点练习 1过量铁与少量稀硫酸
6、反应，为了加快反应速率，但是又不影响生成氢气的 总量，可以采取的措施是( ) A加入适量 NaCl 溶液 B加入适量的水 C加入几滴硫酸铜溶液 D再加入少量同浓度的稀硫酸 C 【解析】若加入 NaCl 溶液或水，会将稀硫酸稀释，c(H )减小，反应速率减慢； 若加入几滴 CuSO4溶液，则发生反应 FeCu2 =CuFe2，析出的 Cu 与 Fe、 稀硫酸形成原电池，反应速率加快且不影响生成 H2的总量；若再加入少量同浓 度的稀硫酸，因 Fe 过量，则生成 H2的总量增大，且反应速率不会改变。 实验装 置 部分实 验现象 a极质量减小， b极质量增大 b极有气泡产生， c极无变化 d极溶解，c
7、极 有气泡产生 电流从a极 流向d极 2有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 由此可判断这四种金属的活动性顺序是( ) Aabcd Bbcda Cdabc Dabdc C 【解析】装置一是原电池，a 极质量减小，说明 a 极金属易失电子形成离子， 故 a 极金属比 b 极金属活泼；装置二没有形成原电池，由 b 极有气泡产生可 知金属活动性顺序中 b 极金属位于氢的前面，c 极金属位于氢的后面。装置 三和四均形成原电池，根据电极质量变化及电流方向易知 d 极金属比 c 极金 属活泼，d 极金属比 a 极金属活泼。因此四种金属的活动性顺序为 dab c，C 正确。 3铁
8、及铁的化合物应用广泛，如 FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂 和外伤止血剂等。 (1)写出 FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式： _。 (2)若将(1)中的反应设计成原电池，请在方框内画出原电池的装置图，标出正、 负极，并写出电极反应式。 正极反应式：_。 负极反应式：_。 【答案】(1)2Fe3 Cu=2Fe2Cu2 (2)装置图 2Fe3 2e=2Fe2 Cu2e =Cu2 【解析】依据反应：2Fe3 Cu=2Fe2Cu2。氧化反应为 Cu2e=Cu2， 还原反应为 2Fe3 2e=2Fe2，则设计思路明确： 原电池组成为 Cu 是负极，正极材料选用比铜不活泼的铂或导电的非
9、金属如石 墨棒，电解质溶液选用 FeCl3溶液。 情境素材 素材一：某同学用如图所示装置进行水果电池的实验，测得数据如表所示： 知识应用知识应用 实验 编号 电极材料 水果品种 电极间距 /cm 电压 /mV 1 锌 铜 菠萝 3 900 2 锌 铜 苹果 3 650 3 锌 铜 柑橘 3 850 4 锌 铝 菠萝 3 650 5 锌 铝 苹果 3 450 素材二：锂空气电池的工作原理如图所示，总反应式为 4LiO2 2H2O=4LiOH。 问题探究 1根据素材一，回答下列问题： (1)实验 1、4 的负极分别是什么？写出各自电极反应式。 (2)由实验得出 2、5 中电流方向相反，其原因是什么
10、？ (3)分析数据可知，影响水果电池电压的因素有什么？ 提示：(1)Zn、Al，Zn2e =Zn2、Al3e=Al3。 (2)实验 2 中 Zn 为负极，实验 5 中铝为负极。 (3)水果品种，电极材料。 2根据素材二，回答下列问题： (1)A、B 分别为原电池的什么极？发生什么反应？写出电极反应式。 (2)电解液 a 可以是水溶液吗？为什么？ (3)电解液中的 Li 向什么极迁移？ (4)电解液 b 的 pH 如何变化？ 提示：(1)A 极为负极，发生氧化反应，4Li4e =4Li。 B 极为正极，发生还原反应，O24e 2H2O=4OH (2)不可以，因为 Li 与 H2O 反应。 (3)
11、Li 向 B 极迁移。 (4)pH 增大。 1下列有关原电池的说法正确的是（ ） A.理论上，任何氧化还原反应均可设计成原电池 B.原电池中，负极发生氧化反应 C.原电池中，正极材料一定发生还原反应 D.原电池中，正极材料必须与电解质溶液的某种离子反应 B 当堂检测当堂检测 2下列有关电池的说法正确的是（ ） A.锌锰干电池工作一段时间后，碳棒变细 B.氢氧燃料电池可将热能直接转化为电能 C.充电电池可以无限制地反复充电、放电 D.氢氧燃料电池比氢气直接燃烧发电能量利用率高 D 3把 A、B、C、D 四块金属泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原 电池。若 A、B 相连时，A 为负极；C、
12、D 相连时，D 上有气泡逸出；A、C 相 连时，A 极减轻；B、D 相连时，B 为正极。则四种金属的活泼性顺序由大到 小排列为( ) AACDB BACBD CBDCA DABCD A 【解析】A、B 相连时，A 为负极，则说明 A 与 B 相比较，A 更加活泼；C、 D 相连时，D 上有气泡逸出，则 C 为电源的负极，C 比 D 活泼；A、C 相连 时，A 极减轻，A 参与了电极反应，被消耗，应是活泼金属；B、D 相连时， B 为正极，则 D 是活泼金属，作电源的负极。故金属的活泼性顺序有 AC DB。 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
13、铁电池的总反应为 3Zn2K2FeO48H2O 放电 充电 3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH。请回答下列问题： (1)放电时，正极发生_(填“氧化”或“还原”)反应，则负极反应式为 _， 正极反应式为_。 (2)放电时，_(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。 【解析】根据高铁电池放电时的总反应式可知，Zn 为负极，负极反应为 3Zn 6e 6OH=3Zn(OH)2，由电池的总反应负极反应正极反应可知， 正极反应为 2FeO2 4 6e 8H2O=2Fe(OH)310OH，正极区生成 OH且 消耗水，OH 浓度增大，故正极附近溶液的碱性增强。 【答案】(1)还原 3Zn6e 6OH=3Zn(OH)2 2FeO2 4 6e 8H2O=2Fe(OH)310OH (2)正