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考點39原電池原理及應用

1．復習重點

1．原電池的電極名稱及電極反應式，

2．對幾種化學電源的電極反應式的認識和書寫，

3．原電池原理的應用。

4．其中原電池原理及有關計算是高考的命題熱點。

2．難點聚焦

[復習提問]氧化還原反應的特征是什么？

氧化還原反應的本質是什么？

（答）元素化合價發生升降

（答）電子的轉移

復習舊知識，引入新知識。溫故而知新

[多媒體展示]原電池在當今生產、生活和科技發展中廣泛的用途

觀看屏幕

從教材中吸取信息，重視教材、閱讀教材，培養學生緊扣教材的思想

[講述]盡管這些電池大小、用途、功效各有不同，但設計原理是相同的

提出課題

第四節原電池原理及其應用

一、原電池原理

[設問]Mg條在空氣中燃燒現象如何？過程中發生的能量變化有哪些？

（答）發出耀眼的強光，同時放出大量的熱

（答）化學能轉變為光能、化學能轉變為熱能

幫助學生樹立能量轉化觀點

[講述]這是一個氧化還原反應，Mg直接失電子給氧，設想如果把Mg失去的電子通過導線遞給氧，在導線中不就有電流產生嗎？該過程就是化學能轉變成電能了。那么到底通過何種途徑、何種裝置來實現這種轉變呢？

學生思考

提出設想，激發學生學習的興趣和求知欲

原電池裝置是將化學能轉變為電能的裝置

原電池裝置就是幫助我們來實現這種轉變的裝置

[分組實驗]

[1]鋅粒放入稀硫酸中

[2]銅片放入稀硫酸中

[3]鋅粒放在銅片上一起浸入稀硫酸中

[4]鋅粒、銅片用導線連在靈敏電流計上

[5]用干電池證明[4]的正負極

動手實驗

描述現象

分析討論

現象解釋

培養學生的動手能力、敏銳的觀察力，提高學生分析、解決問題的能力，嚴密的邏輯推理能力

[多媒體動畫模擬] 鋅、銅原電池原理

學生觀察、分析、填表

變微觀現象為直觀生動，便于學生掌握

[多媒體動畫模擬]原電池組成實驗裝置的改變：

a、溶液相同，電極變化：

b、電極相同，溶液變化：

c、斷路：

思考：原電池裝置構成必須具備哪些條件？

培養學生類比，歸納、總結的自主學習的能力

[板書]原電池組成條件：

（-）較活潑的金屬

（a）電極

（+）較不活潑的金屬或非金屬

（b）電解質溶液

（c）閉合回路

培養學生分析問題的能力

從以上討論的原電池裝置中我們來總結一下：原電池原理

原電池原理：

電子

負極正極

（導線）

流出電子流入電子

發生氧化反應發生還原反應

培養學生分析、歸納能力

[設問]那么電極上的反應如何寫？書寫時要注意什么？

[講述]以Zn-Cu原電池為例

練電極反應式和電池總反應

強調注意點，作業規范化。

電極反應：（-）Zn-2e=Zn²⁺

（+）2H⁺+2e=H₂↑

電池總反應：Zn+2H⁺=H₂↑+Zn²⁺

練：Zn-Ag-CuSO₄

訓練基本功，培養學生良好的學習習慣。

宏觀上我們看到了兩極上的變化，從微觀上我們再來探討一下

學生分析

透過現象看本質

[多媒體動畫模擬]原電池中的微粒運動

微粒流向：

外電路：

電子：負極導線正極

內電路：

離子：陽離子向正極移動

[小結] 原電池是一種負極流出電子，發生氧化反應，正極流入電子，發生還原反應，從而實現化學能轉換為電能的裝置。

總結本節課內容，起到突出重點，首尾呼應作用。

[投影練習]結合原電池條件，將Fe+Cu²⁺=C+Fe²⁺設計成一個原電池

學生分析、練習

鞏固和應用，培養學生的知識遷移能力和發散能力

[作業] 1、課本P108（一）（1）（3）（三）1 2、練習冊P113 18題

[家庭實驗] 1、制作一水果電池

2、拆開一節廢舊干電池，觀察其構造

培養學生動手能力和解決生活中實際問題的能力

[研究性學習課題]調查常用電池的種類，使用范圍及電池中氧化劑和還原劑，了解回收廢電池的意義和價值。

培養學生綜合問題能力，使學生了解社會、關心生活，關注環境，增強主人翁意識。

板書設計

一、原電池原理

1、定義：原電池裝置是將化學能轉變為電能的裝置

2、構成要素

（-）較活潑的金屬

（a）電極

（+）較不活潑的金屬或非金屬

（b）電解質溶液

（c）閉合回路

3、原電池原理：電子

負極正極

活潑的一極（導線）不活潑的一極

流出電子流入電子

發生氧化反應發生還原反應

（1）電極反應Zn-2e=Zn²⁺ 2H⁺+2e=H₂↑

（2）電池總反應Zn+2H⁺=H₂↑+ Zn²⁺

（3）、微粒流向：外電路：電子：負極導線正極

內電路：離子：陽離子向正極移動

小結：原電池是一種負極流出電子，發生氧化反應，正極流入電子，發生還原反應，從而實現化學能轉換為電能的裝置。

3．例題精講

1．確定金屬活動性順序

例1．（1993年上海高考化學題）有A、B、C、D四種金屬，將A與B用導線聯結起來，浸入電解質溶液中，B不易被腐蝕；將A、D分別投入到等濃度的鹽酸中，D比A反應劇烈；將銅浸入B的鹽溶液中無明顯變化；將銅浸入C的鹽溶液中，有金屬C析出。據此可推知它們的金屬活動性由強到弱的順序為（）

A．D＞C＞A＞B B．D＞A＞B＞C

C．D＞B＞A＞C D．B＞A＞D＞C

解析：根據原電池原理，較活潑金屬作負極，較不活潑金屬作正極，B不易被腐蝕，說明B為正極，金屬活動性A＞B。另可比較出金屬活動性D＞A，B＞C。故答案為B項。

2．比較反應速率

例2．（2000年北京春季高考化學題）100mL濃度為2 mol?L^-1的鹽酸跟過量的鋅片反應，為加快反應速率，又不影響生成氫氣的總量，可采用的方法是（）

A．加入適量的6mol?L^-1的鹽酸

B．加入數滴氯化銅溶液

C．加入適量蒸餾水

D．加入適量的氯化鈉溶液

解析：向溶液中再加入鹽酸，H⁺的物質的量增加，生成H₂的總量也增加，A錯。加入氯化銅后，鋅置換出的少量銅附在鋅片上，形成了原電池反應，反應速率加快，又鋅是過量的，生成H₂的總量決定于鹽酸的量，故B正確。向原溶液中加入水或氯化鈉溶液都引起溶液中H⁺濃度的下降，反應速率變慢，故C、D都不正確。本題答案為B項。

3．書寫電極反應式、總反應式

例3．（2000年全國高考理綜題）熔融鹽燃料電池具有高的發電效率，因而受到重視，可用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融鹽混合物作電解質，CO為陽極燃氣，空氣與CO₂的混合氣體為陰極助燃氣，制得在650℃下工作的燃料電池，完成有關的電池反應式：

陽極反應式：2CO+2CO₃^2--4e^-== 4CO₂

陰極反應式：_________________，

電池總反應式：_______________。

解析：作為燃料電池，總的效果就是把燃料進行燃燒。本題中CO為還原劑，空氣中O₂為氧化劑，電池總反應式為：2CO+O₂==2CO₂。用總反應式減去電池負極（即題目指的陽極）反應式，就可得到電池正極（即題目指的陰極）反應式：O₂+2CO₂+4e^-== 2CO₃^2- 。

4．分析電極反應

例4．（1999年全國高考化學題）氫鎳電池是近年開發出來的可充電電池，它可以取代會產生污染的銅鎳電池。氫鎳電池的總反應式是：

(1/2)H₂+NiO(OH) Ni(OH)₂

根據此反應式判斷下列敘述中正確的是（）

A．電池放電時，電池負極周圍溶液的pH不斷增大　

B．電池放電時，鎳元素被氧化

C．電池充電時，氫元素被還原　　　　　　　　　

D．電池放電時，H₂是負極

解析：電池的充、放電互為相反的過程，放電時是原電池反應，充電時是電解池反應。根據氫鎳電池放電時的總反應式可知，電解質溶液只能是強堿性溶液，不能是強酸性溶液，因為在強酸性溶液中NiO(OH)和Ni(OH)₂都會溶解。這樣可寫出負極反應式：H₂+2OH^--2e^-== 2H₂O，H₂為負極，附近的pH應下降。放電時鎳元素由+3價變為+2價，被還原，充電時氫元素由+1價變為0價，被還原。故答案為C、D項。

例5．（2000年全國高考理綜題）鋼鐵

發生電化學腐蝕時,負極發生的反應（）

A．2H⁺+2e^-==H₂ B．2H₂O+O₂+4e^-== 4OH^-

C．Fe-2e^-==Fe²⁺ D．4OH^-+4e^-==2H₂O+O₂

解析：鋼鐵在潮濕的空氣中發生電化學腐蝕時，負極為鐵，正極為碳，電解質溶液為溶有O₂或CO₂等氣體的水膜。當水膜呈弱酸性或中性時發生吸氧腐蝕，負極反應為：Fe-2e^-==Fe²⁺，正極反應為：2H₂O+O₂+4e^-== 4OH^-；當水膜呈酸性時發生析氫腐蝕，負極反應為：Fe-2e^-==Fe²⁺，正極反應為：2H⁺+2e^-==H₂。鋼鐵的電化學腐蝕以吸氧腐蝕為主。故答案為C項。

5．判斷原電池的電極

例6．（2001年廣東高考化學題）鎳鎘（Ni-Cd）可充電電池在現代生活中有廣泛應用，它的充放電反應按下式進行：

由此可知，該電池放電時的負極材料是（）

A．Cd(OH)₂ B．Ni(OH)₂

C．Cd D．NiO(OH)

解析：此電池放電時為原電池反應，所列反應由右向左進行，Cd元素由0價變為+2價，失去電子，被氧化，故Cd是電池的負極反應材料。本題答案為C項。

例7．（2001年上海高考化學題）銅片和鋅片用導線連接后插入稀硫酸中，鋅片是（）

A．陰極 B．正極 C．陽極 D．負極

解析：銅片和鋅片用導線連接后插入稀硫酸中形成了原電池，由于金屬活動性Zn＞Cu，故Zn為負極。答案為D項。

6．原電池原理的綜合應用

例8．（2004年天津高考理綜題）下圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘述不正確的是 ( )

A．a電極是負極

B．b電極的電極反應為：4OH^--4e^-== 2H₂O+O₂↑

C．氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源

D．氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內的新型發電裝置

解析：分析氫氧燃料電池原理示意圖，可知a極為負極，其電極反應為：2H₂-4e^-==4H⁺，b極為正極，其電極反應為：O₂+2H₂O+4e^-==4OH^-，電池總反應式為：2H₂+O₂==2H₂O。H₂為還原劑，O₂為氧化劑，H₂、O₂不需全部儲藏在電池內。故答案為B項。

例9．（2004年江蘇高考化學題）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)+H₂O(l) ==

Zn(OH)₂(s)+Mn₂O₃(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)+H₂O(1)+2e^-== Mn₂O₃(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O.2mol電子，鋅的質量理論上減小6.5g

解析：該電池的電解液為KOH溶液，結合總反應式可寫出負極反應式：Zn(s)+2OH^-(aq)-2e^-== Zn(OH)₂(s)，用總反應式減去負極反應式，可得到正極反應式：2MnO₂(s)+H₂O(1)+2e^-== Mn₂O₃(s)+2OH^-(aq)。Zn為負極，失去電子，電子由負極通過外電路流向正極。1molZn失去2mol電子，外電路中每通過O.2mol電子，Zn的質量理論上減小6.5g。故答案為C項。

4．實戰演練

一、選擇題

1.（2003年春季高考理綜題）家用炒菜鐵鍋用水清洗放置后，出現紅棕色的銹斑，在此變化過程中不發生的化學反應是?

A.4Fe(OH)₂＋2H₂O＋O₂===4Fe(OH)₃↓?

B.2Fe＋2H₂O＋O₂===2Fe(OH)₂↓?

C.2H₂O＋O₂＋4e^－===4OH^－?

D.Fe－3e^－===Fe³^＋?

練習冊

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小學