6.1.3原電池原理應用化學電源高一化學教學講與練（人教版2019）(原卷版)

第六章化學反應與能量第一節(jié)化學反應與能量變化第3課時原電池原理應用化學電源課程標準核心素養(yǎng)目標1.會設計簡單的原電池。2.知道干電池、充電電池、燃料電池等化學電源的特點。3.掌握構成電池的要素，了解不同電極材料對電池性能的影響。4.能正確書寫簡單化學電源的電極反應式。1．證據(jù)推理與模型認知：通過實驗認識原電池條件和設計，能運用模型解釋化學現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質和規(guī)律。2．科學探究與創(chuàng)新意識：通過小組探究實驗活動，培養(yǎng)學生自主探索創(chuàng)新精神和同學間的交流合作學習的協(xié)作精神，并通過實驗，確定探究目的，設計探究方案，進行實驗探究；培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維與探究能力。一、設計原電池1.設計思路(1)定：確定一個能夠自發(fā)進行的反應。(2)拆：將氧化還原反應拆分為氧化反應和還原反應兩個半反應，分別作為負極和正極的電極反應。還原劑－ne－=產(chǎn)物(負極電極反應)；氧化劑＋ne－=產(chǎn)物(正極電極反應)。(3)找：根據(jù)氧化還原反應中的還原劑和氧化劑確定原電池的負極和電解質溶液，正極一般選擇比負極穩(wěn)定的或能導電的。(4)畫：連接電路形成閉合回路，畫出原電池示意圖。2.實例：以Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu為例電極反應式材料選擇裝置負極：Fe－2e－=Fe2＋正極：Cu2＋＋2e－=Cu負極：正極：Cu或C等(活潑性比Fe差的金屬或導電的石墨棒均可)電解質溶液：溶液二、化學電源1.一次電池(1)特點：電池放電后不能充電(內(nèi)部的氧化還原反應無法逆向進行)，如鋅錳干電池屬于一次電池。(2)鋅錳干電池的構造如圖所示：①鋅筒為，電極反應是Zn－2e－=Zn2＋。②石墨棒為，最終被還原的物質是。③NH4Cl糊的作用。2.二次電池(充電電池)(1)特點：二次電池在放電時所進行的，在充電時可以，使電池恢復到放電前的狀態(tài)。(2)能量轉化：化學能eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))電能(3)常見的充電電池：鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池。3.燃料電池(1)特點：①反應物儲存在電池外部，②能量轉換效率高、清潔、安全，③供電量易于調(diào)節(jié)。(2)燃料電池常用的燃料有：、、乙醇等。常用氧化劑：氧氣?！痉椒记伞咳剂想姵仉姌O反應式的書寫(1)寫出電池總反應式。燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致，若產(chǎn)物能和電解質反應則總反應為加合后的反應。甲烷燃料電池(電解質溶液為NaOH溶液)的總反應為CH4＋2O2＋2NaOH=Na2CO3＋3H2O。(2)寫出電池的正極反應式。無論負極燃料是H2還是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH)，正極一般都是O2發(fā)生還原反應，在堿性條件下，正極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，若在酸性條件下，則正極反應式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O。(3)寫出負極反應式：負極反應式＝總反應式－正極反應式。探究一水果電池的設計1.探究制作水果電池對電極材料的要求(按如圖連接)(已知電流表的指針偏向電子流入的電極)電極材料水果電流表偏轉方向電極名稱鐵片、銅片蘋果偏向銅片鐵：負極銅：正極鐵片、鎂條蘋果偏向鐵片鐵：正極鎂：負極鐵片、碳棒檸檬偏向碳棒鐵：負極碳棒：正極鐵片、鐵片檸檬不偏轉銅片、碳棒檸檬幾乎不偏轉問題討論：水果的作用是作：。實驗結論：構成原電池的要素有：①。②。③。2.探究影響電流效果的因素【實驗1】探究電極材料對電流效果的影響電極材料電極間距/cm水果電流表/μA，偏轉角度(填“大”或“小”)鐵、銅1蘋果鎂、銅1蘋果實驗結論：?！緦嶒?】探究不同水果對電流效果的影響電極材料電極間距/cm水果電流表/μA，偏轉角度鋅、銅1蘋果鋅、銅1檸檬實驗結論：?！緦嶒?】探究電極間距對電流效果的影響電極材料電極間距/cm水果電流表/μA，偏轉角度鋅、銅1檸檬鋅、銅2檸檬實驗結論：。【歸納總結】水果電池的電流效果與電極材料、水果的種類有關，另外還與兩電極間距離以及電極插入水果的深度等因素有關。1.原電池設計依據(jù)：已知一個氧化還原反應，首先分析找出氧化劑、還原劑，一般還原劑為負極材料（或在負極上被氧化），氧化劑（一般為電解質溶液中的陽離子）在正極上被還原。2.選擇合適的材料（1）電極材料：電極材料必須導電。負極材料一般選擇較活潑的金屬材料，或者在該氧化還原反應中，本身失去電子的材料；正極材料一般活潑性比負極的弱，也可以是能導電的非金屬。（2）電解質溶液：電解質溶液一般能與負極材料反應?！纠?】(2023·山西省晉城一中高一期末)利用下列化學反應能設計成原電池的是()A．CH4＋2O2eq\o(=,\s\up7(點燃))CO2＋2H2OB．CaCO3＋2HCl=CaCl2＋CO2↑＋H2OC．Na2O＋H2O=2NaOHD．Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O1.(2023·江蘇省徐州一中高一期中)如圖是某化學課外活動小組設計的用化學電源使LED燈發(fā)光的裝置。下列有關該裝置的說法正確的是()A．銅為負極，其附近的溶液變藍，溶液中有Cu2＋產(chǎn)生B．其能量轉化的形式主要是化學能→電能→光能C．如果將鋅片換成鐵片，電路中的電流方向將發(fā)生改變D．如果將稀硫酸換成檸檬汁，LED燈將不會發(fā)光探究二電極方程式的書寫1.一種鎂－空氣電池裝置如圖所示，電極材料為金屬鎂和吸附氧氣的活性炭，電解液為KOH濃溶液。(1)負極電極反應式________________，正極電極反應式________________。(2)電子移動的方向是由________經(jīng)外電路到________。(填“a”或“b”)(3)電池總反應式為__________________________________________________________。1.書寫電極反應式的原則電極反應式遵循質量守恒、得失電子守恒及電荷守恒，遵循離子方程式的書寫規(guī)則，兩電極反應式相加得電池總化學(或離子)方程式。2.書寫電極反應式的基本類型(1)類型一：題目給定原電池的裝置圖，未給總反應式①首先找出原電池的正、負極，即分別找出氧化劑和還原劑。②結合電解質判斷出還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物。③遵循氧化還原反應離子方程式配平原則，寫出電極反應式。(注意：電極產(chǎn)物能否與電解質溶液共存，如鉛蓄電池的負極鉛失電子變?yōu)镻b2＋，但Pb2＋與硫酸溶液中的SOeq\o\al(2－,4)不共存，因而負極電極反應式為Pb－2e－＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4)④將兩電極反應式相加(注意兩極得失電子數(shù)相等)可得電池總反應式。(2)類型二：題目中給出原電池的總反應式①分析原電池總反應式中各元素的化合價變化情況，找出氧化劑及其對應的還原產(chǎn)物，氧化劑發(fā)生的反應即為正極反應；找出還原劑及其對應的氧化產(chǎn)物，還原劑發(fā)生的反應即為負極反應。②當氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物由多種元素組成時，還應考慮電解質是否參與了反應。③若有一個電極反應式較難寫出，可先寫出較易寫出的電極反應式，然后再用總反應式減去該電極反應式即得到另一電極反應式?！纠?】(2023·湖北省黃石一中高一期中)(1)如圖為氫氧燃料電池的構造示意圖，根據(jù)電子運動方向，可知氧氣從______口通入(填“a”或“b”)，X極為電池的________(填“正”或“負”)極。(2)某種氫氧燃料電池是用固體金屬氧化物陶瓷作電解質，兩極上發(fā)生的電極反應分別為A極：2H2＋2O2－－4e－=2H2OB極：O2＋4e－=2O2－則A極是電池的________極；電子從該極________(填“流入”或“流出”)。(3)若將(1)中燃料電池改為甲烷—空氣燃料電池，該電池工作時，負極反應式為____________，電池總反應式為_________________________________________________________________。1.(2023·福建省莆田一中高一期末)固體氧化物燃料電池是以固體氧化鋯－氧化釔為電解質，這種固體電解質在高溫下允許O2－在其間通過。該電池的工作原理如下圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應。下列判斷正確的是()①多孔電極a為負極②a極對應的電極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－③b極的電極反應式為H2－2e－＋O2－=H2O④該電池的總反應式為2H2＋O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2H2OA．①②B．②④C．②③D．③④1．（2023下·上海奉賢·高一期中）下列電池工作時能量轉化形式與其他三個不同的是A．鋅錳堿性電池B．硅太陽能電池C．氫燃料電池D．鉛蓄電池2．（2023下·陜西西安·高一統(tǒng)考期末）下列有關裝置的說法正確的是A．裝置Ⅰ中為原電池的負極B．裝置Ⅱ為一次電池C．裝置Ⅲ可構成原電池D．裝置Ⅳ工作時，電子由鋅通過導線流向碳棒3．（2023下·山西太原·高一統(tǒng)考期中）同學們設計了以下水果電池，其中正確的是A． B．C．D．4．（2023下·廣東執(zhí)信中學高一校聯(lián)考）某同學設計的番茄電池如圖，下列說法正確的是A．將左側鋅片換成銅片也會產(chǎn)生電流 B．該電池工作時，銅片逐漸溶解C．番茄中的液體物質作電解質溶液 D．該電池工作時，鋅電極被還原5．（2023下·甘肅天水·高一統(tǒng)考期中）汽車的啟動電源常用鉛酸蓄電池，其結構如圖所示。放電時的電池反應：PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。下列說法中，正確的是A．Pb作電池的負極B．PbO2作電池的負極C．PbO2得電子，被氧化D．電池放電時，溶液酸性增強6．（2023下·海南海口長流中學期中）下列關于干電池的描述錯誤的是A．最早的干電池是鋅錳電池B．普通干電池可以多次充電反復使用C．普通鋅錳干電池在使用過程中外殼逐漸變薄是因為：Zn→Zn2++2eD．普通干電池是一種將化學能轉變成電能的裝置7．（2023·湖北武漢·高一統(tǒng)考期中）堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應用。鋅錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應式為Zn(s)+2MnO2(s)+2H2O(l)=Zn(OH)2(s)+2MnOOH(s)，下列說法錯誤的是A．電池工作時，鋅失去電子B．電池正極的電極反應式為2MnO2(s)+2H2O(l)+2e－=2MnOOH(s)+2OH－(aq)C．電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極D．外電路中每通過0.2mol電子，鋅的質量理論上減小6.5g8．（2023下·四川成都七中高一期末）下列可設計成原電池的化學反應是A．H2O(l)+CaO(s)＝Ca(OH)2(s)B．Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl＝BaCl2+2NH3·H2O+8H2OC．BaCl2+Na2SO4＝BaSO4↓+2NaClD．CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)9．（2023下·四川眉山·高一校聯(lián)考期中）普通鋅錳干電池的簡圖如圖所示，它是用鋅皮制成的鋅筒作為電極，中央插一根石墨棒，石墨棒頂端加一銅帽。在石墨棒周圍填滿二氧化錳和炭黑的混合物，并用離子可以通過的長纖維紙包裹作隔膜，隔膜外是用氯化鋅、氯化銨和淀粉等調(diào)成糊狀作電解質溶液。該電池工作時的總反應為Zn+2NH+2MnO2=[Zn(NH3)2]2++2MnO(OH)。下列關于鋅錳干電池的說法中正確的是A．當該電池電壓逐漸下降后，利用電解原理能重新充電復原B．電池負極反應為2MnO2+2NH+2e=Mn2O3+2NH3+H2OC．原電池工作時，電子從負極通過外電路流向正極D．外電路中每通過0.1mol電子，鋅的質量理論上減少6.5g10．（2023下·河北唐山曹妃甸一中期中）原電池的電極名稱不僅與電極材料的性質有關，也與電解質溶液有關。下列說法中不正確的是A．由Al、Cu、稀硫酸組成原電池，其負極反應式為Al3e－=Al3+B．由Mg、Al、NaOH溶液組成原電池，其負極反應式為Al3e－+4OH－=AlO+2H2OC．由Fe、Cu、FeCl3溶液組成原電池，其負極反應式為Cu2e－=Cu2+D．由Al、Cu、濃硝酸組成原電池，其負極反應式為Cu2e－=Cu2+11．（2023下·福建莆田一中聯(lián)考期中）X、Y、Z、M代表四種金屬元素，金屬X和Z用導線連接放入稀硫酸中時，Z極上有放出；單質Z可以從Y的鹽溶液中置換出單質Y；又知的氧化性強于。則這四種金屬的活動性由強到弱的順序為A． B．C． D．12．（2023下·河北邯鄲大名一中期中）如圖為銀鋅紐扣電池，其電池的電池反應式為：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag，下列說法不正確的是A．鋅作負極B．正極發(fā)生還原反應C．負極的電極方程式為：Zn2e=Zn2+D．電池工作時，電流從Ag2O經(jīng)導線流向Zn13．（2023下·湖南長沙·高一校聯(lián)考）某同學根據(jù)化學反應Fe+2H+=Fe2++H2↑，并利用實驗室材料制作原電池。下列關于該原電池組成的說法正確的是選項ABCD正極鋅棒鐵棒石墨棒鐵棒負極鐵棒石墨棒鐵棒銅棒電解質溶液H2SO4溶液H2SO4溶液H2SO4溶液H2SO4溶液14．（2023下·廣東汕頭金山中學高一期末）圖示為一種積層型鋰聚合物電池的結構。這是將正極(LiCoO2)/凝膠型聚合物電解質/碳和石墨系電池組疊加成平板，并用鋁積層包封的電池結構。其中電池內(nèi)的高分子聚合物能讓Li