结束语教案评析

课

题

原电池

化学电源

1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。

知识与技能

2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

授课教师

王忠芬

教学目标

过程与方法

情感态度与价值观

教学重点

1.能判断原电池、电解池、电镀池的电极名称以及产物；

2.能进行电极产物的计算；

3.能根据原电池、电解原理解释一些实际问题，如电化学腐蚀、新型电池的分析等。

电化学原理在生产生活中的应用。

1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。

2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。

2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

模型建构、讨论归纳

预计2019年高考本部分知识有变“热”的趋势，题目将更加新颖。复习备考时注重实物图分析、新型电池分析、电解池与原电池的联系以及依据原电池工作原理并结合氧化还原反应知识熟练掌握电极反应式的书写方法。

教学重难点

教学难点

教学方法

教法及学法

学法指导

教学器材

教学环节

教学流程及内容

设计意图

个人二次备课札记

考点一

原电池的工作原理

1．概念和反应本质

原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。

2．原电池的构成条件

(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。

(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。

(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。

3．工作原理

以锌铜原电池为例

(1)反应原理

电极名称

电极材料

负极

锌片

正极

铜片

电极反应

反应类型

电子流向

盐桥中

离子移向

(2)盐桥的组成和作用

Zn－2e===Zn2

－＋Cu2＋2e===Cu ＋－氧化反应

还原反应

由Zn片沿导线流向Cu片

盐桥含饱和KCl溶液，K移向正极，Cl移向负极

＋－①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。

②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。

深度思考

正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

(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)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生(

) (5)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动(

) (6)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极(

) 答案

(1)√

(2)×

(3)×

(4)×

(5)×

(6)×

题组一

原电池的形成条件及正负极的判断

1．有关电化学知识的描述正确的是(

) A．CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的

化学能转化为电能

B．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成

C．从理论上讲，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池

D．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生

答案

C 2．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是

。

答案

②④⑥⑦

3．(2017·信阳质检)分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(

)

A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极

B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e===6OH＋3H2↑

C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e===Fe2

－＋－－D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋2e===H2↑

答案

B 解析

②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－6e－－－－－＋－===2AlO2＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e===6OH＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e===4OH，D错。

1．规避原电池工作原理的3个失分点

(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，也可以是两电极相接触。

(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)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。

2．判断原电池正、负极的5种方法

说明

原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。

题组二

应用原电池原理比较金属活动性强弱

4．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：

(1)A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极，活动性

；

(2)C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C，活动性

；

(3)A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡，活动性

；

(4)B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应，活动性

；

(5)用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出，活动性

。

综上所述，这五种金属的活动性从强到弱的顺序为

。

答案

(1)A>B

(2)C>D

(3)A>C

(4)D>B

(5)B>E

A>C>D>B>E 5．(2016·襄阳一模)有A、B、C、D四种金属，做如下实验：①将A与B用导线连接起

来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀；②将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；③将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化，如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是(

) A．A＞B＞C＞D

C．D＞A＞B＞C

答案

C 解析

①A与B用导线连接后浸入电解质溶液中会构成原电池，B不易腐蚀，说明B为原电池的正极，说明金属活动性：A＞B；②A、D与等物质的量浓度的盐酸反应，D比A反应剧烈，说明金属活动性：D＞A；③根据置换反应规律，Cu不能置换出B，说明金属活动性：B＞Cu，Cu能置换出C，说明金属活动性：Cu＞C。则四种金属活动性的排列顺序是D＞A＞B＞C。

题组三

聚焦“盐桥”原电池

6．根据下图，下列判断中正确的是(

) B．C＞D＞A＞B D．A＞B＞D＞C

A．烧杯a中的溶液pH降低

B．烧杯b中发生氧化反应

C．烧杯a中发生的反应为2H＋2e===H2↑

＋－

D．烧杯b中发生的反应为2Cl－2e===Cl2↑

答案

B 解析

由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e===4OH，烧杯a中c(OH)增大，溶液的pH升高；烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn－2e===Zn2。

－＋－－－－－7．控制适合的条件，将反应2Fe3＋2I＋－2Fe2＋I2设计成如下图所示的原电池。下列＋判断不正确的是(

)

A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应

B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3被还原

＋C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态

D．电流表读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极

答案

D 解析

由图示结合原电池原理分析可知，Fe3得电子变成Fe2被还原，I失去电子变成＋＋－I2被氧化，所以A、B正确；电流表读数为零时，Fe3得电子速率等于Fe2失电子速率，＋＋反应达到平衡状态，C正确；D项，在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋2I＋－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I，乙中石墨为正极，D不正确。

－

8．下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO34＋2I＋2H－－＋AsO33＋I2＋H2O”－设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40% NaOH溶液。

下列叙述中正确的是(

) A．甲组操作时，电流表(A)指针发生偏转

B．甲组操作时，溶液颜色变浅

C．乙组操作时，C2作正极

D．乙组操作时，C1上发生的电极反应为I2＋2e===2I

答案

D 解析

装置Ⅰ中的反应，AsO34＋2I＋2H－－＋－－AsO33＋I2＋H2O，当加入适量浓盐酸时，－平衡向右移动，有电子转移，但电子不会沿导线通过，所以甲组操作时，电流表(A)指针不会发生偏转，但由于I2浓度增大，所以溶液颜色变深；向装置ⅡB烧杯中加入NaOH3溶液中，C2上发生：AsO33－2e＋2OH===AsO4＋H2O，电子沿导线到C1棒，I2＋2e－－－－－===2I，所以C2为负极，C1为正极。

－

当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。

考点二

化学电源

1．日常生活中的三种电池

(1)碱性锌锰干电池——一次电池

正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e===2MnOOH＋2OH；

负极反应：Zn＋2OH－2e===Zn(OH)2；

总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。

(2)锌银电池——一次电池

负极反应：Zn＋2OH－2e===Zn(OH)2；

正极反应：Ag2O＋H2O＋2e===2Ag＋2OH；

总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。

(3)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Pb，正极材料是PbO2。

①放电时的反应

a．负极反应：Pb＋SO24－2e===PbSO4；

－－－－－－－－－－

b．正极反应：PbO2＋4H＋SO24＋2e===PbSO4＋2H2O；

＋－－c．总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。

②充电时的反应

a．阴极反应：PbSO4＋2e===Pb＋SO24；

－－b．阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e===PbO2＋4H＋SO24；

－＋－c．总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。

注

可逆电池的充、放电不能理解为可逆反应。

2．“高效、环境友好”的燃料电池

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。

种类

负极反应式

正极反应式

电池总

反应式

备注

深度思考

1．可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？

酸性

2H2－4e===4H

O2＋4e＋4H===2H2O －＋－＋碱性

2H2＋4OH－4e===4H2O O2＋2H2O＋4e===4OH

－－－－2H2＋O2===2H2O 燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用

答案

2．(1)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将

(填“减小”、“增大”或“不变”，下同)，溶液的pH

。

(2)氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将

(填“减小”、“增大”或“不变”，下同)，溶液的pH

。

答案

(1)减小

减小

(2)减小

增大

1．镍镉(Ni－Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2O有关该电池的说法正确的是(

) A．充电时阳极反应：Ni(OH)2＋OH－e===NiOOH＋H2O B．充电过程是化学能转化为电能的过程

C．放电时负极附近溶液的碱性不变

D．放电时电解质溶液中的OH向正极移动

答案

A 解析

放电时Cd的化合价升高，Cd作负极，Ni的化合价降低，NiOOH作正极，则充电时Cd(OH)2作阴极，Ni(OH)2作阳极，电极反应式为Ni(OH)2＋OH－e===NiOOH＋H2O，A项正确；充电过程是电能转化为化学能的过程，B项错误；放电时负极电极反应式为Cd＋2OH－2e===Cd(OH)2，Cd电极周围OH的浓度减小，C项错误；放电时OH向负极移动，D项错误。

2．有一种MCFC型燃料电池，该电池所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3。电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，负极反应：H2＋CO23－2e===H2O＋CO2。下列说法正确的－－－－－－－－－－－放电充电Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，

是(

) A．电路中的电子经正极、熔融的K2CO3、负极后再到正极，形成闭合回路

B．电池放电时，电池中CO23的物质的量将逐渐减少

－C．正极反应为：2H2O＋O2＋4e===4OH

D．放电时CO23向负极移动

－－－答案

D 解析

电子不能通过熔融的K2CO3，故A项错误；该电池的正极反应为O2＋4e＋22CO2===2CO2根据电子守恒，放电时负极消耗CO23，3与正极生成CO3的物质的量相等，－－－－电池中CO23的物质的量不变，故B、C错误；放电时阴离子向负极移动，D项正确。

－3．铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正、负极板是惰性材料，电池总反应式为

Pb＋PbO2＋4H＋2SO24＋－放电充电2PbSO4＋2H2O

请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：

(1)放电时：正极的电极反应式是

；

电解液中H2SO4的浓度将变

；当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加

g。

(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按如图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成

，B电极上生成

，此时铅蓄电池的正极、负极的极性将

。

答案

(1)PbO2＋2e＋4H＋SO24===PbSO4＋2H2O

小

48 －＋－(2)Pb

PbO2

对换

解析

(1)原电池里正极上得电子，负极上失电子。根据电池总反应式

负极反应为

Pb＋SO24－2e===PbSO4

质量增加

－－

2 mol

96 g

1 mol

Δm

求得Δm＝48 g。

(2)电解池里与电源正极相连的电极(阳极)上失电子，与电源负极相连的电极(阴极)上得电子。则阳极反应为PbSO4＋2H2O－2e===PbO2＋4H＋SO24；阴极反应为PbSO4＋2e－＋－－－===Pb＋SO24。根据图示，电解一段时间后，原PbO2极变成Pb，原Pb极变成PbO2，即铅蓄电池的正负极的极性对换。

可充电电池常考查内容

(1)充、放电时电极的判断。

(2)充、放电时电极反应及反应类型的判断。

(3)充、放电时离子(外电路中电子的移动方向的判断)。

(4)充、放电时电解质溶液离子浓度的变化，特别是酸、碱性的变化。

近几年高考中的新型电池种类繁多，“储氢电池”、“高铁电池”、“海洋电池”、“燃料电池”、“锂离子电池”等，这些新型电源常以选择题的形式呈现。解析这类考题，首先要理解常见的化学电源种类及原电池的工作原理，其次会判断正负电极或阴阳极，以及会书写电极反应式等。

1．电极反应式书写的一般步骤(类似氧化还原反应方程式的书写)

2．已知总方程式，书写电极反应式

(1)书写步骤

①步骤一：写出电池总反应式，标出电子转移的方向和数目(ne)。

②步骤二：找出正、负极，失电子的电极为负极；确定溶液的酸碱性。

③步骤三：写电极反应式。

负极反应：还原剂－ne===氧化产物

－－

正极反应：氧化剂＋ne===还原产物

(2)书写技巧

若某电极反应式较难写时，可先写出较易的电极反应式，用总反应式减去较易的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。如：CH3OCH3(二甲醚)酸性燃料电池中：

总反应式：CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O 正极：3O2＋12H＋12e===6H2O 负极：CH3OCH3＋3H2O－12e===2CO2＋12H

特别提醒

简单电极反应中转移的电子数，必须与总方程式中转移的电子数相同。

3．氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应总结

－＋＋－－H－2e＋2OH===2HO

碱作介质负极H－2e＋O===HO

熔融金属氧化物作介质H－2e＋CO===HO＋CO

熔融碳酸盐作介质－－－－H2－2e===2H

酸作介质22222－－＋22－322

O＋4e＋2HO===4OH

碱作介质正极O＋4e===2O

熔融金属氧化物作介质O＋4e＋2CO===2CO

熔融碳酸盐作介质－－－O2＋4e＋4H===2H2O

酸作介质2222－2－＋－22－3

专题训练

题组一

判断正、负极，书写化学电源电极反应式

1．Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4

－SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。

请回答下列问题：

(1)电池的负极材料为

，发生的电极反应为

。

(2)电池正极发生的电极反应为

。

答案

(1)锂

4Li－4e===4Li

(2)2SOCl2＋4e===4Cl＋S＋SO2↑

解析

分析反应的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被还原，为氧化剂。

(1)负极材料为Li(还原剂)，4Li－4e===4Li。

(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl2＋4e===4Cl＋S＋SO2↑。

2．Mg－AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgCl＋Mg===Mg2＋2Ag＋2Cl

＋－－－－＋－－－＋试书写该电池的正、负极电极反应式。

答案

负极：Mg－2e===Mg2

－＋正极：2AgCl＋2e===2Ag＋2Cl

3．铝－空气海水电池：以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。

电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3；

负极：

；

－－

正极：

。

答案

4Al－12e===4Al3

3O2＋6H2O＋12e===12OH

－＋－－

题组二

“一池多变”的燃料电池

4．以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。

(1)酸性介质(如H2SO4) 负极：

；

正极：

；

总反应式：

答案

CH4－8e＋2H2O===CO2＋8H

2O2＋8e＋8H===4H2O CH4＋2O2===CO2＋2H2O (2)碱性介质(如KOH) 负极：

；

正极：

；

总反应式：

答案

CH4－8e＋10OH===CO23＋7H2O －－－－＋－＋

。

。

2O2＋8e＋4H2O===8OH

CH4＋2O2＋2OH===CO23＋3H2O －－－－(3)固体电解质(高温下能传导O2) －负极：

；

正极：

；

总反应式：

。

答案

CH4－8e＋4O2===CO2＋2H2O －－2O2＋8e===4O2

－－CH4＋2O2===CO2＋2H2O (4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下

负极：

；

正极：

；

总反应式：

。

答案

CH4－8e＋4CO23===5CO2＋2H2O －－2O2＋8e＋4CO2===4CO23

－－CH4＋2O2===CO2＋2H2O

题组三

根据图示理解新型电源工作原理

5．热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl－KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。下列有关说法正确的是(

)

A．正极反应式：Ca＋2Cl－2e===CaCl2

B．放电过程中，Li向负极移动

＋－－

C．每转移0.1 mol电子，理论上生成20.7 g Pb D．常温时，在正负极间接上电流表，指针不偏转

答案

D 解析

正极发生还原反应，故为PbSO4＋2e===Pb＋SO24，A项错误；放电过程为原电－－池，阳离子向正极移动，B项错误；每转移0.1 mol电子，生成0.05 mol Pb，质量为10.35 g，C项错误；常温下，电解质不能熔化，不能形成原电池，故指针不偏转，D项正确。

6．一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=====3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子

△B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－2e===2H2O C．电池工作时，CO23向B电极移动

－－－催化剂D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e===2CO23

－－答案

D －4＋2解析

A项，CH4→CO，则该反应中每消耗1 mol CH4转移6 mol电子，错误；B项，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－－＋CO23===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===2CO23，正确。

－－

7．一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6 mol·L－1的KOH溶液。

(1)写出放电时的正、负极电极反应式。

答案

负极：H2－2e＋2OH===2H2O；

正极：2NiO(OH)＋2H2O＋2e===2Ni(OH)2＋2OH。

(2)写出充电时的阴、阳极电极反应式。

答案

阴极：2H2O＋2e===H2↑＋2OH；

阳极：2Ni(OH)2＋2OH－2e===2NiO(OH)＋2H2O。

8．锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li

通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：

＋－－－－－－－－

(1)外电路的电流方向是由

(填字母，下同)极流向

极。

(2)电池正极反应式为

。

(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？

(填“是”或“否”)，原因是

。

答案

(1)b

a (2)MnO2＋e＋Li===LiMnO2

(3)否

电极Li是活泼金属，能与水反应

解析

(1)结合所给装置图以及原电池反应原理，可知Li作负极材料，MnO2作正极材料，所以电子流向是从a→b，那么电流方向则是b→a。

(2)根据题目中的信息“电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li

通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2”，所以正极的电极反应式为MnO2＋e＋Li===LiMnO2。

(3)因为负极的电极材料Li是活泼的金属，能够与水发生反应，故不能用水代替电池中的混合有机溶剂。

教学反思

－＋＋－＋