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第2讲原电池化学电源2017级教学指导意见核心素养1.了解原电池的构成，理解原电池的工作原理，能书写电极反应式和电池总反应式，并能设计简单的原电池。2．认识化学能与电能相互转化的实际意义，了解常见的化学电源并利用相关信息分析化学电源的工作原理。1.变化观念与平衡思想：认识原电池的本质是氧化还原反应。能多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转换。2．证据推理与模型认知：能利用典型的原电池装置，分析原电池原理，建立解答原电池问题的思维模型，并利用模型揭示其本质及规律。考点一原电池的工作原理及其应用[学在课内]1．概念原电池是把________能转化为________能的装置。反应特点：自发的________反应。化学电氧化还原2．构成条件(1)闭合回路(2)两极有电势差——两个活性不同的电极。(3)电解质溶液(4)自发的氧化还原反应电解质3．工作原理(铜、锌电池简图如下)提炼图：原电池中带电微粒移动方向图氧化还原[名师点拨](1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极直接接触。(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。(3)无论在原电池中还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。4．单液原电池(无盐桥)和双液原电池(有盐桥)对比名称单液原电池双液原电池装置相同点正、负极电极反应式，总反应式，电极现象不同点还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长[提示]盐桥的两个作用(1)连接内电路，形成________。(2)平衡电荷，保证溶液呈________。5．原电池原理的应用(1)比较金属的活动性强弱：原电池中，________一般是活动性较强的金属，________一般是活动性较弱的金属(或能导电的非金属)。(2)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。(3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的________而受到保护。(4)设计原电池：①将氧化还原反应分成两个半反应。②根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。闭合回路电中性负极正极正极[考在课外]教材延伸判断正误(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极()(2)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强()(3)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应()(4)带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长()(5)在内电路中，电子由正极流向负极()(6)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液()√××√××拓展应用下列装置中不能形成原电池的是________。①③思维探究①新型电池——浓度差电池的工作原理：由于两个半池电解溶液浓度不同而产生________，从而产生电池。②试判断以下四种电池的正负极电势差答案①正极：Al负极：Mg②正极：Mg负极：Al③正极：Fe负极：Cu④正极：Cu负极：Fe考点二化学电源[学在课内]1．一次电池——碱性锌锰干电池正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－；负极反应：_______________________________________；总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)22．二次电池——可充电电池铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是________，正极材料是________。PbPbO2(1)放电时的反应①负极：_______________________________________________________________。②正极：________________________________________________________________。③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。(2)充电时的反应①阴极：______________________________________________________________。②阳极：____________________________________________________________。③总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。[注意]可充电电池的充放电________(填“能”或“不能”)理解为可逆反应。Pb－2e－＋SO2－4===PbSO4PbO2＋2e－＋SO2－4＋4H＋===PbSO4＋2H2OPbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋SO2－4＋4H＋不能3．燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性和碱性两种：酸性碱性负极反应式H2－2e－===2H＋H2－2e－＋2OH－===2H2O正极反应式O2＋4e－＋4H＋===2H2OO2＋4e－＋2H2O===4OH－电池总反应式2H2＋O2===2H2O[考在课外]教材延伸判断正误(1)太阳能电池不属于原电池()(2)碘可用作锂碘电池的材料，该电池反应为2Li(s)＋I2(s)===2LiI(s)，则碘电极作该电极的负极()(3)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应()(4)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应()√×××拓展应用(1)＋－原电＋－电解(2)通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如图所示：Pt电极上发生的是________反应(填“氧化”或“还原”)。写出NiO电极的电极反应式：_____________________________________。还原NO－2e－＋O2－===NO2思维探究一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池(如下图所示)的碳电极。该电池的电解质溶液为6mol·L－1的KOH溶液。(1)当闸刀掷向充电器时，该装置为________池，镍电极反应式为________________________________________________________________________。(2)当闸刀掷向用电器时，该装置为________池，镍电极电极反应式为________________________________________________________________________。答案(1)电解Ni(OH)2－e－＋OH－===NiO(OH)＋H2O(2)原电NiO(OH)＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－一、新型高能绿色电池——培养学生的节能环保意识，提升学生的社会责任感随着全球能源逐渐枯竭，以及废旧电池中重金属盐的污染日趋严重，因此，化学中的新型电源，成为科学家研究的重点方向之一，也成了高考的高频考点。高考中的新型化学电源，一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量(单位质量释放的能量)高等特点。由于该类试题题材广、信息新、陌生度大，因此许多考生感觉难度大。但应用的解题原理仍然还是原电池的基础知识，只要细心分析，实际上得分相对比较容易。解题思维模板题型一“常考不衰”的燃料电池[题组训练]1．(2015·江苏化学，10)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是()答案DA．反应CH4＋H2O=====催化剂△3H2＋CO，每消耗1molCH4转移12mol电子B．电极A上H2参与的电极反应为：H2＋2OH－－2e－===2H2OC．电池工作时，CO2－3向电极B移动D．电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3解析A项，C－4H4→C＋2O，则该反应中每消耗1molCH4转移6mol电子，错误；该电池的传导介质为熔融的碳酸盐，所以A电极即负极上H2参与的电极反应为：H2－2e－＋CO2－3===CO2＋H2O，错误；C项，原电池工作时，阴离子移向负极，而B极是正极，错误；D项，B电极即正极上O2参与的电极反应为：O2＋4e－＋2CO2===2CO2－3，正确。2．(2019·铜陵模拟)如图是以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图。关于该电池的叙述不正确的是()A．该电池不能在高温下工作B．电池的负极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋C．放电过程中，电子从正极区向负极区每转移1mol，便有1molH＋从阳极室进入阴极室D．微生物燃料电池具有高能量转换效率、原料较广泛、操作条件温和、有生物相容性等优点，值得研究与推广解析该电池为微生物电池，高温下微生物失活，故不能在高温下工作，A项正确；由电子移动方向可知左侧为负极，电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，B项正确；电子只能在外电路中移动内电路中导电微粒为阴、阳离子，C项错误；该电池符合节能环保意识，D项正确。答案C题型二“蕴含时代气息”的环保型电池3．(2018·课标全国Ⅱ，12)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是()答案DA．放电时，ClO－4向负极移动B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2C．放电时，正极反应为：3CO2＋4e－===2CO2－3＋CD．充电时，正极反应为：Na＋＋e－===Na解析电池放电时，ClO－4向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放出CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO2＋4e－===2CO2－3＋C，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。4．(2018·山东济宁质检)如图是发表于《科学进展》的一种能够捕捉CO2的电化学装置。下列说法正确的是()答案BA．该装置将电能转化为化学能B．正极的电极反应为2CO2＋2e－===C2O2－4C．每生成1mol的草酸铝，外电路中转移3mol电子D．随着反应的进行，草酸盐的浓度减小解析A项，由电池结构分析知该装置为原电池，能量变化为化学能转化为电能，错误；B项，右侧为正极，CO2放电，产物为C2O2－4，故电极反应式为2CO2＋2e－===C2O2－4，正确；C项，每生成1mol草酸铝[Al2(C2O4)3]，外电路中转移6mole－，错误；D项，电池总反应方程式为2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3，故草酸盐浓度不变，错误。二、隔膜电池——培养学生的思维建模意识、强化学生安全环保意识解题步骤：(1)分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。(2)写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。(3)分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。(4)膜的选择应以目的产物为基准，结合新生成部分的位置及原有部分的位置，阴、阳离子的移动方向进行选择。[题组训练]题型一膜的作用5．根据光合作用原理，设计如图原电池装置。下列说法正确的是()A．a电极为原电池的正极B．外电路电流方向是a→bC．b电极的电极反应式为：O2＋2e－＋2H＋===H2O2D．a电极上每生成1molO2，通过质子交换膜的H＋为2mol解析根据图示可知，a电极上H2O转化为H＋和O2，发生氧化反应，则a电极为原电池的负极，A项错误；a电极为负极，b电极为正极，外电路电流方向应从正极到负极，即b→a，B项错误；根据图示可知，b电极上O2得电子转化为H2O2，电极反应式为