高中化學(xué)主題3合理利用化學(xué)能源課題1電池探秘學(xué)案魯科版選修1

1、課題1 電池探秘1以銅鋅原電池為例理解原電池的工作原理。(重難點(diǎn))2認(rèn)識(shí)電池的構(gòu)成條件，掌握原電池正負(fù)極的判斷方法。(重點(diǎn))3學(xué)會(huì)應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析出生活中所使用的各種電池。(難點(diǎn))電池是怎樣工作的1.原電池的定義將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2原電池的工作原理(以銅鋅原電池為例)(1)工作原理鋅片失去電子，電子經(jīng)導(dǎo)線流向銅片，溶液中的H從銅片上得到電子被還原成氫原子，繼而結(jié)合成氫分子在銅片上放出。(2)電極名稱負(fù)極：電子流出的電極。(發(fā)生氧化反應(yīng)的一極)正極：電子流入的電極。(發(fā)生還原反應(yīng)的一極)(3)電極反應(yīng)式負(fù)極：Zn2e=Zn2正極：2H2e=H2總反應(yīng)式：Zn2H=Zn2H23原電池的構(gòu)成

2、條件(1)兩個(gè)活潑性不同的電極(或金屬與導(dǎo)電的非金屬)負(fù)極：活潑性強(qiáng)、失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。正極：活潑性弱、得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。(2)兩電極插入同一電解質(zhì)溶液中。(3)形成閉合回路。(4)能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)。4實(shí)質(zhì)原電池產(chǎn)生電流的實(shí)質(zhì)，是發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。電子由負(fù)極流向正極產(chǎn)生電流。5實(shí)際應(yīng)用紐扣電池及工作原理總反應(yīng)式：H2OZnHgO=Zn(OH)2Hg1將鋅片、銅片用導(dǎo)線連接插入乙醇中能形成原電池嗎，為什么？【提示】不能。因?yàn)橐掖际欠请娊赓|(zhì)，不導(dǎo)電，所以不能形成原電池。認(rèn)識(shí)幾種電池1.幾種電池比較電池種類工作原理利弊鋅錳干電池鋅筒做負(fù)極，失電子被氧化碳棒與頂端的金屬帽相連做正極，

3、電池內(nèi)部的MnO2得電子被還原使用時(shí)鋅筒逐漸消耗，引起電解質(zhì)滲漏電壓不斷下降，不能提供穩(wěn)定電壓鉛酸蓄電池鉛做負(fù)極，PbO2做正極，發(fā)生反應(yīng)為PbPbO22H2SO42PbSO42H2O，充電時(shí)PbSO4轉(zhuǎn)變?yōu)镻b和PbO2可通過(guò)檢查硫酸溶液的密度確定是否應(yīng)該充電這類電池充、放電方便，穩(wěn)定性強(qiáng)，但體積大，使用不方便，且壽命較短燃料電池(以氫氧燃料電池為例)在負(fù)極消耗燃料H2，在正極消耗O2，反應(yīng)為2H2O2=2H2O可以不間斷地輸入燃料和氧化劑，輸出電極反應(yīng)產(chǎn)物化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，能量轉(zhuǎn)換率高而且工作壽命長(zhǎng)，能夠大功率連續(xù)供電，無(wú)噪聲，無(wú)污染2廢舊電池污染的治理(1)廢舊電池必須回收。(2)開(kāi)

4、發(fā)使用無(wú)污染或污染小的新型電池，如太陽(yáng)能電池。2是不是所有的電池負(fù)極都參與原電池反應(yīng)？【提示】不一定。燃料電池中兩電極都不參加反應(yīng)。通入燃料的電極是負(fù)極，燃料失去電子被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)；通入氧化劑的電極是正極，氧化劑得到電子被還原，發(fā)生還原反應(yīng)。氫氧燃料電池、甲醇燃料電池等都是這類電池。原電池的工作原理與正負(fù)極的判斷【問(wèn)題導(dǎo)思】你能用圖示表示原電池的工作原理嗎？原電池正負(fù)極的判斷依據(jù)有哪些？【提示】如下圖所示原電池正負(fù)極的判斷依據(jù)有：a.電極材料b電流或電子流動(dòng)方向c電解質(zhì)溶液離子移動(dòng)方向d反應(yīng)類型e反應(yīng)現(xiàn)象1原電池的工作原理(以銅鋅原電池為例)2原電池正負(fù)極的判斷(1)由組成原電池兩極的電

5、極材料判斷。一般是活潑性較強(qiáng)的金屬為負(fù)極，活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。在特殊情況下，正負(fù)極的判斷還要考慮電解質(zhì)溶液的性質(zhì)。如()Al|NaOH(aq)|Mg()原電池中Al做負(fù)極，在強(qiáng)堿性條件下，Al比Mg活潑。(2)根據(jù)電流方向或電子流動(dòng)方向判斷。在外電路上，電流是由正極流向負(fù)極；電子流動(dòng)方向是由負(fù)極流向正極。(3)根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的移動(dòng)方向判斷。在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽(yáng)離子移向的極是正極，陰離子移向的極是負(fù)極。(4)根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來(lái)判斷，原電池的負(fù)極總是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，其正極總是得電子發(fā)生還原反應(yīng)。(5)依據(jù)現(xiàn)象判斷。一般溶解的一極為負(fù)極，增重或者有

6、氣體放出的一極為正極。燃料電池除外。1在內(nèi)電路中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。2電子只流經(jīng)外電路，流向?yàn)椋贺?fù)極導(dǎo)線正極。3電流方向與電子流向相反。4只有根據(jù)能自發(fā)進(jìn)行且放出能量的氧化還原反應(yīng)才能設(shè)計(jì)原電池。下列有關(guān)原電池的說(shuō)法中，正確的是()A在正極上發(fā)生氧化反應(yīng)B化學(xué)性質(zhì)較活潑的金屬為負(fù)極C正極是電子流出的極D是由電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置【解析】原電池是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。在原電池工作時(shí)，較活潑的負(fù)極失電子被氧化，即電子流出；較不活潑的正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，即電子流入?！敬鸢浮緽判斷原電池正負(fù)極時(shí)，不要盲目的根據(jù)活潑金屬做負(fù)極去判斷，必要時(shí)應(yīng)根據(jù)正負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)進(jìn)行判斷。1如圖

7、，在盛有稀硫酸的燒杯中放入用導(dǎo)線連接的電極X、Y，外電路中電子流向如圖所示，關(guān)于該裝置的下列說(shuō)法正確的是()A外電路的電流方向?yàn)閄外電路YB若兩電極分別為Fe和碳棒，則X為碳棒，Y為FeCX極上發(fā)生的是還原反應(yīng)，Y極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)D若兩電極都是金屬，則它們的活動(dòng)性順序?yàn)閄Y【解析】外電路的電子流向?yàn)閄外電路Y，電流方向與其相反。X極失電子，做負(fù)極，Y極上發(fā)生的是還原反應(yīng)，X極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)。若兩電極分別為Fe和碳棒，則Y為碳棒，X為Fe?！敬鸢浮緿原電池工作原理的應(yīng)用【問(wèn)題導(dǎo)思】原電池的工作原理有哪些應(yīng)用？利用原電池工作原理保護(hù)金屬時(shí)，被保護(hù)金屬作原電池的哪一極？【提示】原電池工作原理

8、可用于：a.加快化學(xué)反應(yīng)速率b比較金屬的活潑性c用于金屬的防護(hù)原電池工作時(shí)，正極金屬被保護(hù)，所以被保護(hù)金屬做原電池的正極。1加快化學(xué)反應(yīng)速率理論上，氧化還原反應(yīng)均可設(shè)計(jì)成原電池，因有電流產(chǎn)生，加快了電子的轉(zhuǎn)移，從而加快了化學(xué)反應(yīng)速率，如：實(shí)驗(yàn)室利用Zn與稀硫酸反應(yīng)制取H2時(shí)，稀硫酸中滴入幾滴CuSO4溶液，置換出的單質(zhì)銅與鋅形成原電池從而加快了H2的逸出。2比較金屬的活潑性根據(jù)溶解(或質(zhì)量減輕)的為負(fù)極，質(zhì)量增加(或產(chǎn)生氣泡)的為正極，結(jié)合負(fù)極活潑性正極活潑性，便可作出結(jié)論。3用于金屬的防護(hù)使被保護(hù)的金屬制品作原電池正極而得到保護(hù)。例如，要保護(hù)一個(gè)鐵制的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可將其與鋅塊相連接

9、，使鋅作原電池的負(fù)極。4制作化學(xué)電源理論上，任何放熱的氧化還原反應(yīng)均可設(shè)計(jì)成原電池。如生活中常見(jiàn)的鋅錳干電池、鉛蓄電池、各種手機(jī)電池及燃料電池等，都是根據(jù)原電池原理制作而成的化學(xué)電源。 四種金屬片兩兩相連浸入稀H2SO4中都可組成原電池。相連時(shí)，外電路電流從流向；相連時(shí)，為正極；相連時(shí)，上有氣泡逸出；相連時(shí)，的質(zhì)量減少。據(jù)此判斷這四種金屬活動(dòng)性由大到小的順序是()ABC D【解析】由題意知：相連時(shí)，外電路電流從流向，則大于；相連時(shí)為正極，則大于；相連時(shí)，有氣泡逸出，則大于；相連時(shí)，的質(zhì)量減少，則大于。答案：?！敬鸢浮緽2100 mL濃度為2 molL1的鹽酸跟過(guò)量的鋅片反應(yīng)，為加快反應(yīng)速率，又

10、不影響生成氫氣的總量，可采用的方法是()A加入適量的6 molL1的鹽酸B加入數(shù)滴氯化銅溶液C加入適量蒸餾水D加入適量NaCl溶液【解析】A項(xiàng)中增大，反應(yīng)速率加快。n(H)增大，生成氫氣的總量增大。B項(xiàng)中Cu2Zn=CuZn2，Cu、Zn在鹽酸中形成原電池，反應(yīng)速率加快。本來(lái)鋅是過(guò)量的，有少量Zn被Cu2氧化并不影響生成氫氣的總量。C、D兩項(xiàng)中均減小，n(H)未變，反應(yīng)速率降低，生成氫氣的總量不變?！敬鸢浮緽1由鋅片、鐵片、銅片、銀片和稀硫酸可以構(gòu)成原電池的數(shù)目是()A3種B4種C5種 D6種【解析】根據(jù)構(gòu)成原電池的條件知，以上原料可以構(gòu)成：鐵鋅稀硫酸原電池、銅 鋅稀硫酸原電池、銀鋅稀硫酸原電

11、池、銅鐵稀硫酸原電池、銀鐵稀硫酸原電池；由于銅、銀均不與稀H2SO4反應(yīng)，所以無(wú)法構(gòu)成銀銅稀硫酸原電池，故選C項(xiàng)?！敬鸢浮緾2在右圖所示的檸檬水果電池中，外電路上的電流從電極X流向電極Y。若X為鐵，則Y可能是()A鋅B石墨C銀 D銅【解析】電流的方向與電子的移動(dòng)方向相反，故電子由電極Y流向電極X，因此Y電極的活潑性強(qiáng)于鐵，故Y電極只能為選項(xiàng)中的鋅。【答案】A3鋅錳干電池在放電時(shí)，電池總反應(yīng)方程式可以表示為：Zn2MnO22H=Zn2Mn2O3H2O在此電池放電時(shí)，正極(碳棒)上發(fā)生還原反應(yīng)的是()AZnB碳棒CMnO2DH【解析】MnO2得電子生成Mn2O3，發(fā)生了還原反應(yīng)?！敬鸢浮緾4有A、B、C三種金屬，兩兩分別接觸并同處于稀硫酸中，反應(yīng)冒氣泡，判斷三種金屬活動(dòng)性順序()(A)(B) (C)AACB BBACCCAB DCBA【解析】由(A)圖知活潑性BA，由(B)圖知活潑性CA，由(C)圖知活潑性CB，故三種金屬活動(dòng)性順序?yàn)镃BA。【答案】D5在銀鋅原電池中，以硫酸銅溶液為電解質(zhì)溶液，鋅為_(kāi)極，電極上發(fā)生的是_反應(yīng)(