第一課時原電池的工作原理第2節(jié)化學能轉化為電能——電池聯(lián)想質疑

汽車等機動車往往需要配備電池，人造衛(wèi)星、宇宙飛船等必須攜帶電池，人們在日常生活中也經(jīng)常要使用電池……這些足以說明電池的重要作用。

現(xiàn)在，為滿足人們生產(chǎn)和生活水平不斷提高的需要，性能優(yōu)異的新型電池相繼出現(xiàn)，如鋅銀電池、鋰電池、燃料電池等。那么，電池究竟是一種什么樣的裝置？原電池構造如何？他們在工作時，裝置中發(fā)生了什么變化？必修二教材54頁找答案【自主學習】必修二教材54頁1.什么是化學電池？2.什么是原電池？化學電池：根據(jù)原電池原理制成的電池。原電池：利用氧化還原反應將化學能直接轉化成電能的裝置。實驗探究：Zn與Cu以不同形式插入稀硫酸的現(xiàn)象與解釋探究一、原電池的工作原理4.實驗現(xiàn)象結論或解釋

鋅片溶解，表面有氣泡銅片表面無氣泡CuZn稀H2SO4Cu稀H2SO4Zn稀H2SO4銅與稀硫酸不反應鋅片溶解，表面有氣泡，銅片表面沒有氣泡CuZn稀H2SO4鋅片溶解銅片表面出現(xiàn)氣泡Zn+H2SO4=ZnSO4+H2Zn+H2SO4=ZnSO4+H2電流計指針偏轉外電路有電流形成思考：①既然銅片不與稀硫酸反應，為什么銅上會有氫氣生成？②電流表的指針為何偏轉？③只將鋅插入H2SO4溶液中，根據(jù)現(xiàn)象知：鋅也失電子變成鋅離子，氫離子也得電子變成氫氣。為什么不產(chǎn)生電流呢？④負極失電子呈正電性趨勢，正極得到電子呈負電性趨勢，溶液中的離子是怎樣移動的？結論：雖然銅不活潑，不能失去電子，但鋅比銅活潑，鋅與稀硫酸接觸時，失去電子，這些電子沿著導線傳遞到銅的表面，被溶液中接近的氫離子獲得后，形成了氫氣放出。溶液中，陰離子向鋅極移動，陽離子向銅極移動。CuZn稀H2SO4Zn-2e-

=Zn2+2H++2e-=H2氧化反應還原反應Zn片→Cu片負極正極

原電池的原理：Zn+2H+=Zn2++H2↑電極上發(fā)生的半反應

在原電池中，氧化還原反應是在兩個電極上分別進行的。每個電極上或是發(fā)生失去電子的變化，或是發(fā)生獲得電子的變化，分別相當于氧化還原反應的一半，這種反應稱為半反應。半反應可以表示電極上物質的變化情況以及電子的轉移情況的式子。電極反應式正極得電子數(shù)目=負極失電子數(shù)目二、原電池的構成條件：實驗裝置

①

②

③能否構成原電池

構成原電池條件一

（電極材料）實驗探究二:能活潑性不同的兩個電極能不能思考：負極材料和正極材料可以是哪類物質？負極：較活潑的金屬正極：較不活潑的金屬、石墨等實驗探究三:（溶液）實驗裝置

（1）

（2）

（3）能否構成原電池構成原電池條件二能Fe能不能思考：反應實質？電極必須插入

電解質溶液

中電解質溶液原電池的負極和電解質溶液發(fā)生氧化還原反應實驗探究四:（是否閉合）實驗裝置

（1）

（2）能否構成原電池

構成原電池條件三不能兩極相連形成閉合回路能原電池的構成原電池的構成2.兩個電極3.電子導體1.電極反應物——導線——電解質溶液或熔融的電解質——電極材料：導電的固體閉合回路4.離子導體——在兩極上自發(fā)進行氧化還原反應歸納總結電子從負極沿導線到正極，溶液中陽離子移向正極，陰離子移向負極?！究偨Y】（1）電極反應

負極：

正極：（2）電子流向：外電路中，電子從

極→

極（3）電流方向：外電路中，電流從

極→

極（4）電解質溶液中離子移動方向：

陽離子→

極，陰離子→

極。（5）電極反應特征：（6）閉合回路：氧化反應還原反應負正正負負正電子不下水，離子不上岸通常負極金屬被氧化而逐漸消耗（質量減小）

正極附近的陽離子被還原（質量增加或有氣泡）【自我檢測】判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。1.在原電池構成的閉合回路中,電子從原電池的正極通過導線流向負極。(

)2.HCl+NaOH===NaCl+H2O是放熱反應,可以設計成原電池。(

)3.將銅片和鋅片用導線連接插入酒精中,電流表指針發(fā)生偏轉。(

)4.在銅、鋅及稀硫酸構成的原電池中,電子由鋅通過導線流向銅,再由銅通過電解質溶液到達鋅。(

)5.原電池中的負極反應一定是電極材料失電子。(

)6.所有的氧化還原反應都可以設計成原電池。(

)7.原電池裝置中,電解質溶液中陽離子移向正極。(

)××××××√原電池正負極判斷依據(jù)能力提升判斷依據(jù)正極負極電極材料________________________________電子流向__________________電極反應__________________電極現(xiàn)象____________________________離子移向陽離子移向陰離子移向電極減輕不活潑金屬或非金屬導體活潑金屬電子流入電子流出還原反應氧化反應電極增重或產(chǎn)生氣體1.原電池電極(正極、負極)的判斷依據(jù)有多種。試填寫下表：判斷下列哪些裝置屬于原電池？交流·研討1根據(jù)原電池原理，完成下列填空。還原劑-e-=氧化產(chǎn)物(Zn-2e-=Zn2+)氧化劑+e-=還原產(chǎn)物(Cu2++2e-=Cu)負極鋅逐漸被腐蝕正極析出紅色固體Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu交流·研討2實驗目的利用所給用品設計裝置并進行實驗，將下列反應所釋放的能量轉化為電能。Zn+2H+=Zn2++H2↑實驗用品鋅片，銅片，石墨棒，稀硫酸，稀鹽酸；燒杯，導線，電流表，開關?；顒印ぬ骄刻崾矩摌O材料選擇正極材料選擇離子導體選擇能導電的固體【金屬（活動性比負極弱）或石墨】電解質溶液或熔融的電解質（可以電離出正極反應物離子）燃料電池正極反應物為O2，電解質不做反應物負極反應物為金屬時：負極反應物同時為負極材料負極反應物不導電時：另選可以導電的電極材料（如石墨、金屬單質）原電池正負極材料和離子導體的選擇氧化還原反應原電池氧化還原反應分開進行形成閉合回路方法導引設計原電池的基本思路設計思路及依據(jù)實驗裝置實驗現(xiàn)象Zn+2H+====Zn2++H2↑確定負極選擇負極反應物:____選擇負極材料:____確定正極選擇正極反應物:____

___選擇正極材料:___________構成閉合回路選擇離子導體:____________選擇電子導體:___

_電流表指針偏轉，鋅片逐漸溶解；正極材料表面有氣泡生成。鋅片鋅片氫離子銅片稀硫酸導線例1.選擇適宜的材料和試劑設計一個原電池,以便完成下列反應:FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2.畫出原電池的示意圖并寫出電極反應式.石墨CuFeCl3溶液負極（銅）：Cu－2e－=Cu2+正極（石墨）：2Fe3++2e－=2Fe2+遷移應用實驗室用Zn與Ｈ2SO4制H２，用粗鋅產(chǎn)生Ｈ２的速率比用純Zn

，或在?。?SO4中加入少量

溶液，也同樣會加快Zn與?。?SO4產(chǎn)生Ｈ２的速率，這是因為：

。快硫酸銅鋅能和硫酸銅溶液反應，置換出銅，附著在鋅的表面，與硫酸一起形成了銅鋅原電池。1.加快化學反應速率三、原電池的應用：

把a,b,c,d四塊金屬浸泡在稀硫酸中，用導線兩兩相連可以組成多個原電池。若a,b相連時，a為負極；c,d相連時，d上有氣體逸出；a,c相連時，a極減輕；b,d相連時，b為正極。則四種金屬的活動順序是（

）A.a>b>c>dB.a>c>b>dC.a>c>d>bD.b>d>c>aC2.比較金屬的活潑性四、雙液原電池的工作原理活動探究探秘銅鋅原電池預測

你認為下圖所示裝置是否能夠構成原電池，將化學能轉化為電能？請說明理由。如果不能如何改進？

鹽橋鹽橋中通常裝有瓊脂凝膠，內(nèi)含氯化鉀或硝酸銨。鹽橋中的離子能夠定向移動。通過鹽橋可將兩個相互隔離的電解質溶液連接起來，傳導電流。實驗用品銅片、鋅片、1mol·L-1CuSO4溶液、1mol·L-1ZnSO4溶液燒杯、導線、鹽橋、檢流計實驗方案實施1.

按裝置(a)，完成實驗并回答下列問題：有關的實驗現(xiàn)象是①鋅片

，銅片

，CuSO4溶液顏色

；②電流表的指針

，裝置中的能量變化是

。該裝置稱作原電池。溶解加厚變亮變淺發(fā)生偏轉化學能轉化為電能實驗方案實施2.按裝置（b），完成實驗，并回答下列問題：(1)實驗過程中，能觀察到的實驗現(xiàn)象是①鋅片

，銅片

；②電流表指針

；③CuSO4溶液的顏色

。溶解加厚變亮發(fā)生偏轉變淺實驗裝置編號實驗現(xiàn)象ab實驗現(xiàn)象鋅片溶解，質量減輕；銅片加厚變亮，硫酸銅溶液顏色變淺，電流表指針發(fā)生偏轉。未插鹽橋，無明顯現(xiàn)象；插入鹽橋，鋅片溶解，銅片加厚變亮，硫酸銅溶液顏色變淺，電流表指針發(fā)生偏轉。實驗結論兩套裝置，檢流計指針均發(fā)生偏轉，說明均有電流產(chǎn)生，即發(fā)生了化學能轉化為電能的過程，都形成了原電池。討論1.分析（a）（b）兩個原電池各部分的作用，確定其電極反應物、電極材料和離子導體。2.分析（a）（b）兩個原電池的工作原理，寫出電極反應式。3.分析（a）（b）兩個原電池，說明各自的優(yōu)缺點。電極反應物電極材料離子導體負極：Zn、正極：CuCuSO4溶液ZnSO4溶液、鹽橋負極：Zn、正極：CuSO4負極：Zn、正極：CuSO4負極：Zn、正極：CuCuSO4溶液（a）（b）兩個原電池各部分的作用負極：Zn-2e-=Zn2+正極：Cu2++2e-=Cu總反應：Zn+Cu2+=Zn2++Cu負極：Zn-2e-=Zn2+正極：Cu2++2e-=Cu總反應：Zn+Cu2+=Zn2++Cu兩個原電池的工作原理及電極反應式。思考交流

若用溫度計測量溶液的溫度，發(fā)現(xiàn)（a）裝置溶液的溫度略有升高，而（b）裝置溶液的溫度不變，試分析原因是什么？(a)裝置中，鋅片和硫酸銅溶液直接接觸，還有Cu2＋直接在鋅電極上得電子被還原，部分化學能轉化成熱能。(b)裝置中鋅片和CuSO4溶液沒有直接基礎，CuSO4溶液中的Cu2＋不能移向鋅片得電子被還原。對

比相同點：氧化還原反應原理；兩個電極及電極反應；都能產(chǎn)生電流；

外電路均是電子的定向移動，

內(nèi)電路均是離子的定向移動。不同點：單液電池Zn和Cu2+直接接觸，兩個半反應在同一區(qū)域進行，

能量轉化率低，電流強度弱不穩(wěn)定，持續(xù)時間短。

雙液電池Zn和Cu2+不直接接觸，兩個半反應在不同區(qū)域進行，

能量轉化率高，電流強度大穩(wěn)定，持續(xù)時間長。兩個原電池異同電子流動電路離子移動電路電子流動電路離子移動電路單液電池雙液電池遷移應用判斷右邊原電池的正、負極，并寫出電極反應式。負極：Cu-2e-=Cu2+正極：2Fe3++2e-=2Fe2+先寫出總反應：拆成離子方程式：Cu+2Fe3＋

=Cu2＋+2Fe2＋根據(jù)化合價升降判斷正負極1.簡單原電池電極方程式的寫法CuCFeCl3溶液

Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2遷移應用鹽橋CuCCuCl2溶液FeCl3溶液

G將反應Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2

設計成雙液鹽橋電池2.簡單鹽橋原電池設計根據(jù)氧化還原反應電子轉移判斷電極反應根據(jù)電極反應確定合適的電極材料和電解質溶液負極：Cu-2e-=Cu2+正極：2Fe3++2e-=2Fe2+遷移應用3.原電池原理應用如圖所示的原電池裝置,X、Y為兩電極,電解質溶液為稀硫酸,外電路中的電子流向如圖所示,對此裝置的下列說法正確的是()A.外電路的電流方向為:X→外電路→YB.若兩電極分別為Zn和石墨棒,則X為石墨棒,Y為ZnC.若兩電極都是金屬,則它們的活動性為X>YD.X極上發(fā)生的是還原反應,Y極上發(fā)生的是氧化反應C【解析】由圖可知,電子的流動方向是X→外電路→Y,則電流的方向就為Y→外電路→X;X為原電池的負極,Y為正極,X的活動性比Y的強;X極應發(fā)生氧化反應,Y極應發(fā)生還原反應。能力提升1.有一紐扣電池，其電極分別為Zn和Ag2O，以KOH溶液為電解質溶液，電池的總反應為Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。(1)Zn發(fā)生____反應，是___極，電極反應式是______________________。(2)Ag2O發(fā)生_

__反應，是___極，電極反應式是____________________

。Zn＋2OH－2e－===Zn(OH)2正Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－氧化負還原已知總反應式，書寫電極反應式(1)分析化合價，確定正極、負極的反應物與反應產(chǎn)物。(2)在電極反應式的左邊寫出得失電子數(shù)，使得失電子守恒。(3)根據(jù)質量守恒配平電極反應式。(4)復雜電極反應式＝總反應式－簡單的電極反應式。Zn+Cu2+=Zn2++CuZn-2e-=Zn2+Cu2++2e-=Cu失電子氧化反應得電子還原反應電池反應氧化還原反應陰離子流向陽離子移向負極正極導線電極反應式

電極反應（半反應）離子導體電子流出電子流入ZnCu課堂小結原電池的工作原理分析第2節(jié)化學能轉化為電能——電池第二課時化學電源生活中的化學電源化學電源:將化學能轉化為電能的裝置化學電源的分類化學電源一次電池可充電電池燃料電池只能放電不能充電可反復充放電氫氧燃料電池鉛蓄電池鋅錳干電池能量利用率高，無污染1.鋅錳干電池負極：鋅筒酸性鋅錳干電池—+電池材料工作原理特點正極：石墨電解質溶液：氯化銨和氯化鋅負極：正極：Zn+-2e-=Zn2+2MnO2+2NH4++2e-=2NH3+H2O+Mn2O3優(yōu)點：不足：制作簡單，價格低廉易發(fā)生自放電，存放時間短，電壓下降快堿性鋅錳干電池負極：鋅電池材料工作原理特點正極：石墨電解質溶液：氫氧化鉀單位質量輸出的電能多、貯存時間長Zn+2OH--2e-==ZnO+H2O2MnO2+2H2O+2e-==2MnOOH+2OH-負極：正極：總反應：Zn+2MnO2+H2O==ZnO+2MnOOH2.鉛蓄電池特點Pb+SO42--2e-=PbSO4PbO2+4H++SO42-+2e-=2PbSO4+2H2O負極：Pb電池材料工作原理正極：PO2電解質溶液：H2SO4負極：正極：優(yōu)點：不足：總反應：單位質量電池釋放的電能少性能優(yōu)良、造價低，可多次充放電

Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O放電充電特點電池材料工作原理其他常見可充電電池3.燃料電池特點電極反應物：工作原理負極——燃料正極——氧化劑（氧氣）負極——燃料發(fā)生氧化反應正極——氧化劑發(fā)生還原反應電池反應——相當于燃燒反應能量利用率高，反應物可不斷輸入兩極離子導體：酸、堿、鹽電解質溶液，熔融碳酸鹽，固體電解質，質子交換膜等氫氧燃料電池1.氫氧燃料電池兩電極的反應類型H2是

反應物,氫氣分子中氫原子在負極上

電子,氫氣發(fā)生

反應;O2是

反應物,氧氣分子中氧原子在正極上

電子,氧氣發(fā)生

反應。2.氫氧燃料電池原理氫氧燃料電池產(chǎn)生電流的原因是在兩個石墨電極上有

能力不同的物質——氫氣和氧氣,當形成

時,便會產(chǎn)生電流。負極正極得失氧化還原得失電子閉合回路活動探究制作一個簡單的燃料電池實驗目的

利用所給試劑和儀器設計裝置并進行實驗，通過該裝置將下列反應產(chǎn)生的化學能轉化為電能。實驗用品KOH溶液，稀硫酸，K2SO4溶液、石墨棒、U形管、橡膠塞、導線、電流表、電源2H2+O2=2H2O思考：1.設計電池的基本思路是什么？2.氫氧燃料電池中，正負極反應物是什么？如何獲得這些反應物？3.哪些物質可以用作氫氧燃料電池的電極材料？哪些物質可以用作氫氧燃料電池的離子導體？分析電池反應化合價變化確定正負極反應物確定電極材料確定離子導體正極反應物氧氣負極反應物氫氣電解水石墨KOH溶液，稀硫酸，K2SO4實驗方案的設計與實施設計目標設計思路及依據(jù)實驗裝置實驗現(xiàn)象選擇實驗用品選擇實驗用品目的獲得氫氣和氧氣制作氫氧燃料電池稀硫酸(或K2SO4溶液)、石墨棒、U形管、橡膠塞、導線、電源稀硫酸(或K2SO4溶液)作離子導體增強導電性；石墨棒做電極；U形管、橡膠塞電解反應裝置；導線做電子導體；電源提供電能。稀硫酸(或KOH溶液)、石墨棒、U形管、橡膠塞、導線、電流表稀硫酸(或KOH溶液)作離子導體；石墨棒做電極材料；U形管、橡膠塞電池反應裝置；導線做電子導體；電流表檢測電流。石墨棒周圍有氣泡產(chǎn)生電流表指針偏轉討論：1.嘗試分析你設計你設計的氫氧燃料電池的工作原理，寫出電極反應式。2.若選擇不同的電解質溶液（離子導體），對于電極反應式有哪些應影響？3.你認為還可以從哪些方面來改進所設計的原電池？負極：正極：電池反應：2H2＋O2=2H2O2H2－4e-==4H+O2+4e-＋4H+==2H2O負極：正極：電池反應：2H2＋O2=2H2O2H2+4OH-－4e-==4H2OO2+2H2O+4e-==4OH-電極反應和電池反應酸性氫氧燃料電池（離子導體稀H2SO4）：堿性氫氧燃料電池（離子導體KOH溶液）：氫氧燃料電池優(yōu)點思考酸性和堿性氫氧燃料電池中，反應進行一段時間后電解質溶液的pH分別如何變化？堿性氫氧燃料電池中pH變小，酸性氫氧燃料電池中pH變大。氫氧燃料電池的產(chǎn)物只有水，不產(chǎn)生污染，能量利用率高，可連續(xù)使用。遷移應用1.現(xiàn)有H2、O2構成的燃料電池，KOH作電解質溶液，則負極應通入

氣,正極通入

氣，電極反應為:

，

。2.如把KOH改為H2SO4作電解質，則電極反應為：

、_____________________________。氫負極：2H2-4e-+4OH-==4H2O正極：O2+4e-+2H2O==4OH-負極:2H2-4e-

==4H+正極:O2+4e-+4H+==2H2O氧3.將鉑絲插入KOH溶液作電極，然后向兩個電極上分別通入甲烷和氧氣，可以形成原電池，由于發(fā)生的反應類似于甲烷的燃燒，所以稱作甲烷燃料電池。根據(jù)對兩極上反應的實質判斷，通入甲烷的一極為

，這一極的電極反應為

；通入氧氣的一極為_____，電極反應為

，總反應為

。負極CH4-8e-+10OH-==CO32-+7H2O正極O2+4e-+2H2O==4OH-CH4+2O2+2KOH==K2CO3+3H2O遷移應用歸納總結燃料電池電