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第3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)氧化还原提炼图：原电池中带电微粒移动方向图[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________。闭合回路电中性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。负极正极正极教材延伸判断正误(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()[考在课外]√××√××拓展应用下列装置中不能形成原电池的是________。答案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电势差考点二化学电源[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________。(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)。PbPbO2Pb－2e－＋SO2－4===PbSO4PbO2＋2e－＋SO2－4＋4H＋===PbSO4＋2H2O(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。PbSO4＋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()[考在课外]√×××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____________________________________________________________________。电解Ni(OH)2－e－＋OH－===NiO(OH)＋H2O原电NiO(OH)＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－考点三金属的腐蚀与防护[学在课内]1.金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。2.金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟____________接触现象____电流产生________电流产生本质金属被________较活泼金属被________联系两者往往同时发生，________腐蚀更普遍电解质溶液无有微弱氧化氧化电化学(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析：类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件电极材料及反应负极Fe：____________________正极C：____________________C：________________________总反应式Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋H2O===2Fe(OH)2联系4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3失水生成铁锈，_________腐蚀更普遍水膜酸性较强(pH≤4.3)水膜酸性很弱或呈中性Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－吸氧3.金属电化学保护的两种方法4.其他防护方法如加保护层(涂油漆、油脂、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料等)，电镀。正负阴阳教材延伸判断正误(1)生铁比纯铁容易生锈。()(2)Al、Fe、Cu在潮湿空气中腐蚀均生成氧化物。()(3)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋。()(4)因空气中CO2的存在，金属表面形成一层酸膜，所以大多数金属发生的是析氢腐蚀。()(5)铜在酸性环境中易发生析氢腐蚀。()[考在课外]√××××(6)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈。()(7)用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈。()(8)在船体外嵌入锌块，可以减缓船体的腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法。()√√√拓展应用如图所示，连接甲、乙两试管的导管中有一段水柱，甲、乙两支试管中各放一枚铁钉，甲试管中为NH4Cl溶液，乙试管中为NaCl溶液，数天后导管中观察到的现象是____________________________________________________________________________________，甲中正极反应为________________________________________，乙中正极反应为_____________________________________。答案U形管中液面左侧下降，右侧上升2H＋＋2e－===H2↑O2＋4e－＋2H2O===4OH－思维探究试分析如图所示的装置中，Cu－Zn合金的溶解速率与开关分别置于M、N处时合金的溶解速率的快慢。比较：M处：________N处：________答案加快减慢一、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[题组训练]题型一“常考不衰”的燃料电池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()A.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，，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。答案D2.(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