1、第第 3 3 课时课时 设计原电池设计原电池 化学电源化学电源 核心素养发展目标 1.会设计简单的原电池。2.知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电 源的特点。3.掌握构成电池的要素，了解不同电极材料对电池性能的影响。4.能正确书写简单 化学电源的电极反应式。 一、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设计思路 (1)定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应。 (2)拆：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极 反应。 还原剂ne =氧化
2、产物(负极电极反应)； 氧化剂ne =还原产物(正极电极反应)。 (3)找：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选 择比负极稳定的金属或能导电的非金属。 (4)画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。 3实例 以 FeCuSO4=FeSO4Cu 为例 电极反应式 材料选择 装置 负极：Fe2e =Fe2 正极：Cu2 2e=Cu 负极：Fe 正极：Cu 或 C 等(活泼性比 Fe 差的金属 或导电的石墨棒均可) 电解质溶液：CuSO4溶液 (1)理论上任何氧化还原反应都可设计成原电池( ) (2)原电池中负极上发生氧化反应( ) (3)原电池中正极材料一
3、定发生还原反应( ) (4)原电池中正极材料必须与电解质溶液的某种离子反应( ) 答案 (1) (2) (3) (4) 1理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。选择适宜的材料和试剂，请利 用反应“Fe2Fe3 =3Fe2”设计一个原电池。 回答下列问题： (1)选用_为负极，选择依据是_。 (2)正极材料可选用_，选择依据是_。 (3)_溶液作电解质溶液。 (4)写出电极反应式 正极：_，负极：_。 (5)该原电池中电子从_极流出，电解质溶液中的阳离子(Fe3 )移向_极。 答案 (1)铁 固体铁单质能导电，可被电解质溶液中的 Fe3 氧化为 Fe2 (2)铜(或石墨) 铜(或石
4、墨)的还原性比铁弱，且为能导电的固体 (3)FeCl3或 Fe2(SO4)3 (4)2Fe3 2e=2Fe2 Fe2e=Fe2 (5)铁(或负) 铜或石墨(或正) 2 同学们在“简易电池的设计与制作”的实验中， 对影响自制电池效果的因素进行了实验探究。 提出问题 影响自制电池效果的因素有哪些？ 查阅资源 电极材料，电极间距，水果种类对自制水果电池的效果可能有影响。 实验探究 .按如图连接水果电池。 .实验记录如下： 序号 电极 电极间距 水果种类 电流表示数(A) CuAl 2.0 cm 西红柿 78.5 CuFe 2.0 cm 西红柿 70.3 AlAl 2.0 cm 西红柿 0 CuAl
5、2.0 cm 柠檬 45.7 CuAl 1.0 cm 柠檬 98.4 石墨棒Al 1.0 cm 柠檬 104.5 解释与结论 (1)实验的目的是_。 对比实验得出结论是_。 (2)欲得出“水果种类对电池效果有影响”的结论，需要对比实验_(填序号)。 对比得出结论是_。 反思与探讨 (3)水果电池中，水果的作用是_。 (4)对比实验可知构成水果电池的电极必须具备的条件为_， 构成水果电池的其他要素还有_、_、_。 (5)水果电池是利用水果中的化学物质和金属发生化学反应而产生电能的一种装置，如将实验 中的西红柿换成硫酸铜溶液，进行实验，电流表示数不为零，Cu 片和 Al 片上发生的电极 反应式分别
6、为_、 _， 总离子方程式为_。 答案 (1)探究电极材料对电池效果的影响 在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大， 电池效果越好 (2) 在其他条件相同时，电极间距离越小，电流越大，电池效果越好 (3)作电解质溶液 (4)两极金属活动性不同 能发生自发的氧化还原反应 形成闭合回路 有电解质溶液 (5)3Cu2 6e=3Cu 2Al6e=2Al3 2Al3Cu2=3Cu2Al3 水果电池的电流效果与电极材料、水果的种类有关，另外还与两电极间距离以及电极插入水 果的深度等因素有关。 二、化学电源 1一次电池 (1)特点：电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，如锌锰干电池属于一次
7、 电池。 (2)锌锰干电池的构造如图所示。 锌筒为负极，电极反应是 Zn2e =Zn2。 石墨棒为正极，最终被还原的物质是二氧化锰。 NH4Cl 糊的作用是作电解质溶液。 2二次电池(充电电池) (1)特点：二次电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到 放电前的状态。 (2)能量转化：化学能 放电 充电 电能 (3)常见的充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池。 3燃料电池 (1)特点：反应物储存在电池外部；能量转换效率高、清洁、安全；供电量易于调节。 (2)燃料电池常用的燃料有：氢气、甲烷、乙醇等；常用氧化剂：氧气。 (1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细(
8、) (2)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能( ) (3)充电电池可以无限制地反复充电、放电( ) (4)氢氧燃料电池比氢气直接燃烧发电能量利用率高( ) 答案 (1) (2) (3) (4) 1铅酸蓄电池常用作汽车电瓶，其构造如图所示，工作时该电池总的方程式为： PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O 按要求回答下列问题： (1)负极材料是_，正极材料是_，电解质溶液是_。 (2)工作时，电解质溶液中的 H 移向_极。 (3)工作时，电解质溶液中硫酸的浓度_(填“增大”“减小”或“不变”)。 (4)当铅酸蓄电池向外电路提供 2 mol e 时，理论上负极板的质量增加_g。 答案 (1
9、)Pb PbO2 H2SO4溶液 (2)PbO2电(或正) (3)减小 (4)96 解析 负极每个铅原子失去 2e ，就生成一个 PbSO 4，负极增加一个 SO 2 4，SO 2 4的摩尔质量 为 96 g mol 1。 2氯铝电池是一种新型的燃料电池。电解质溶液是 KOH 溶液。试回答下列问题： (1)通入 Cl2(g)的电极是_(填“正”或“负”)极。 (2)投入 Al(s)的电极是_(填“正”或“负”)极。 (3)外电路电子从_(填“Al”或“Cl2”)极流向_(填“正”或“负”)极。 (4)每消耗 8.1 g Al(s)，电路中通过的电子数目为_NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)。
10、答案 (1)正 (2)负 (3)Al 正 (4)0.9 解析 判断原电池的正、负极，首先要分析题中所给信息，此题所给信息是具体反应物，根 据具体反应物间的化学反应式：2Al3Cl2=2AlCl3，可知 Cl2得电子在正极发生还原反应， Al 失电子在负极发生氧化反应，所以通入 Cl2(g)的电极是正极，投入 Al(s)的电极是负极，电 子由负极(Al)经外电路流向正极。 8.1 g Al(s)的物质的量为 8.1 g 27 g mol 10.3 mol,1 mol Al 反应转 移 3 mol 电子，0.3 mol Al 反应在电路中通过的电子数为 3NA0.30.9NA。 1.下图为番茄制作
11、的水果电池，下列说法正确的是( ) A一段时间后，铜片质量减小 B锌电极发生氧化反应 C电流由锌通过导线流向铜 D铜电极是该电池的负极 答案 B 解析 锌的金属性强于铜，所以锌是负极，铜是正极，溶液中的氢离子在正极得到电子生成 氢气，所以选项 B 正确。 2下列电池工作时，O2在正极得电子的是( ) A B C D 锌锰电池 铅蓄电池 氢氧燃料电池 镍镉电池 答案 C 解析 氢氧燃料电池的总反应是 2H2O2=2H2O，因而正极是 O2得电子发生还原反应。 3利用离子反应“Fe2Fe3 =3Fe2”设计原电池，下列设计不合理的是( ) 铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池 石墨、铁片、Fe(
12、NO3)3溶液组成的原电池 铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池 银片、铁片、Fe(NO3)2溶液组成的原电池 A B C D 答案 C 解析 Cu 不如铁活泼，则 Fe 作负极、Cu 作正极，故正确；活泼金属铁作负极，电解质溶 液是含有 Fe3 的溶液，故正确；Fe 不如 Zn 活泼，则 Fe 作正极、Zn 作负极，故错误； 电解质溶液应是铁盐溶液，而不是亚铁盐溶液，故错误。 4下列有关锌锰干电池的说法中正确的是( ) A锌外壳是负极，石墨棒是正极材料 B在外电路中电子从石墨棒流向锌外壳 C电流从锌外壳流到石墨棒上 D在电池内部阳离子从石墨棒向锌外壳移动 答案 A 解析 A 项，在
13、锌锰干电池中，锌外壳是负极，石墨棒是正极，故正确；B 项，在外电路中 电子从锌外壳流向石墨棒，故错误；C 项，电流的方向与电子的流向相反，应从石墨棒流向 锌外壳，故错误；D 项，电池内部，阳离子向正极石墨棒移动，故错误。 5选择适宜的材料和试剂，请利用反应“Cu2Ag =2AgCu2”设计一个化学电池。 回答下列问题： (1)负极材料：_；正极材料：_；电解质溶液：_。 (2)写出电极反应式： 正极：_； 负极：_。 (3)原电池中电子从_极流出，电解质溶液中阴离子流向_极(填“正”或 “负”)。 答案 (1)铜 银(或碳棒) AgNO3溶液 (2)2Ag 2e=2Ag Cu2e=Cu2 (3)铜(或 负) 负