資源簡介

(共47張PPT)
1
第2講　原電池　化學電源
課標要求 核心素養
1.理解原電池的構成、工作原理及應用 2.正確判斷原電池的兩極，能書寫電極反應式和總反應式 3.了解常見化學電源的種類及其工作原理，了解燃料電池的應用 1.宏觀辨識與微觀探析：認識原電池的本質是氧化還原反應，能多角度、動態分析原電池中物質的變化及能量的變化
2.變化觀念與平衡思想：能多角度、動態分析原池中發生的反應，并運用原電池原理解決實際問題
3.科學精神與社會責任：通過原電池裝置的應用，能對與化學有關的熱點問題做出正確的價值判斷，能參與有關化學問題的社會實踐
一、原電池原理
1. 原電池的概念：原電池是把①____________轉化為②__________的裝置。其反應本質是③______________反應。
化學能
電能
氧化還原
2. 原電池形成的條件：①有兩個活潑型有差異的電極
②有電解質溶液/熔融電解質
③構成閉合回路
④能__________的氧化還原反應。
自發
考點一　原電池原理
兩極一液一回路；
氧化還原是本質。
（1）裝置圖
簡單原電池Ⅰ 帶鹽橋的原電池Ⅱ
3. 工作原理（以鋅銅原電池為例）
（2）反應原理
電極名稱 負極 正極
電極材料 ⑤__________ ⑥__________
電極反應 ⑦________________________ ⑧________________________
電極質量變化 ⑨__________ ⑩___________
反應類型 ___________反應 ___________反應
電子流向 由 _________極沿導線流向 _________極 電流方向 從 _________極沿導線流向 _________極 離子移向 陽離子移向 _________極，陰離子移向 _________極 鋅片
銅片
減小
增大
氧化
還原
負
正
正
負
正
負
（3）鹽橋作用
連接內電路形成閉合回路。
維持兩電極電勢差（中和電荷），使電池能持續提供電流。
（4）圖解原電池工作原理
注意：“離子不上線，電子不下水”。
二、原電池原理的應用
1. 比較金屬的活動性強弱：原電池中，_________極一般是活動性較強的金屬，_________極一般是活動性較弱的金屬（或非金屬）。
負
正
2. 加快化學反應速率：氧化還原反應形成原電池時，反應速率___________。
加快
3. 用于金屬的防護：將需要保護的金屬制品作原電池的_________極而受到保護。
正
實驗裝置 部分實驗現象
a極質量減少；量增加
實驗裝置 部分實驗現象
b極有氣體產生；
c極無變化
d極溶解；
c極有氣體產生
實驗裝置 部分實驗現象
電流從a極
流向d極
典例2 有a、b、c、d四個金屬電極，有關的實驗裝置及部分實驗現象如下：
由此可判斷這四種金屬的活動性順序是(　　)
A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a
C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c
C
原電池正、
負極的判斷
4. 設計原電池
電解質溶液一般要能夠與負極發生反應
例：將2Ag++Cu=Cu2++2Ag
設計成原電池。
√
×
×
【易錯辨析】
判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”。
(1)理論上，任何自發的氧化還原反應都可設計成原電池。(　　)
(2)放熱反應都可設計成原電池。(　　)
(3)在鋅銅原電池中，因為有電子通過電解質溶液形成閉合回路，所以有電流產生。(　　)
×
√
√
（6）因為鐵比銅活動性更強，所以將鐵、銅用導線連接后放入濃硝酸中組成原電池，必是鐵作負極，銅作正極。( )
×
原電池的正極和負極與電極材料的性質有關，也與電解質溶液有關，活潑電極不一定作負極
(4)兩種活動性不同的金屬組成原電池的兩極，活潑金屬一定作負極。(　　)
(5)一般來說，帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池效率高。(　　)
(6)實驗室制備H2時，用粗鋅(含Cu、Fe等)代替純鋅與鹽酸反應效果更佳。(　　)
考向1　電極判斷和電極反應式書寫
典例1 (2020 ·全國Ⅰ卷)科學家近
年發明了一種新型Zn－CO2水介
質電池。電池示意圖如圖，電極
為金屬鋅和選擇性催化材料，放
電時，溫室氣體CO2被轉化為儲
氫物質甲酸等，為解決環境和能源問題提供了一種新途徑。
D
下列說法錯誤的是(　　)
D．充電時，正極溶液中的OH－濃度升高
電極反應式的書寫方法
[方法一]直接書寫
B
對點訓練1 (2022·泰安模擬)鎂－空氣電
池是一種新型燃料電池，其工作原理
如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．金屬Mg電極為負極，其電勢低于空
氣電極的電勢
B．電子流向：Mg電極→導線→空氣電極→電解質溶液→Mg電極
C．電池總反應為2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2
D．回收后的氫氧化鎂經一系列轉化，可重新制成鎂錠循環利用
對點訓練2 化學電源在日常生活和高科技領域中都有廣泛應用。
A
下列說法不正確的是(　　)
A．甲：Zn2＋向Cu電極方向移動，Cu電極附近溶液中H＋濃度增大
B．乙：正極的電極反應式為Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
C．丙：鋅筒作負極，發生氧化反應，鋅筒會變薄
D．?。菏褂靡欢螘r間后，電解質溶液的酸性減弱，導電能力下降
知能點二　化學電源
總反應： 。
負極材料：①___________。
電極反應：②___________________________________。
正極材料：碳棒。
電極反應：③___________________________________。
1．一次電池(堿性鋅錳干電池)
堿性鋅錳干電池的工作原理如圖：
總反應： 。
（1）放電時——原電池
負極反應：⑨_________________________________；
正極反應：⑩_________________________________。
（2）充電時——電解池
陰極反應： ____________________________________；
陽極反應： ____________________________________。
2．二次電池(以鉛蓄電池為例)
（3）.圖解二次電池的充放電
（4）.二次電池充放電規律
①充電時電極的連接：充電的目的是使電池恢復其供電能力，因此負極應與電源的負極相連以獲得電子，可簡記為負接負后作陰極，正接正后作陽極。
②工作時的電極反應式：同一電極上的電極反應式、電池的總反應式，在充電與放電時，形式上恰好相反（同一電極周圍，充電與放電時電解質溶液中 的變化趨勢也恰好相反）。
三、“高效、環境友好”的燃料電池
1. 氫氧燃料電池
氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分為酸性和堿性兩種。
種類 酸性 堿性
負極反應式 _________________________ _____________________________
正極反應式 ___________________________ ______________________________
電池總反應式 備注 燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用
燃料電池的正負極判斷：通燃料一極是負極，通空氣/氧氣以極是正極。
② KOH溶液：
負極：CH4＋10OH－－8e－====CO32－＋7H2O
正極：2O2＋4H2O＋8e－====8OH－
總反應式：CH4+2O2+2OH-====CO32-+3H2O
① H2SO4溶液：
負極：CH4＋2H2O－8e－====CO2＋8H+
正極：2O2＋8H＋＋8e－====4H2O
總反應式：CH4+2O2====CO2+2H2O
2.甲烷燃料電池
用導線連接的兩個鉑電極插入電解質溶液中，然后向兩極分別通入CH4和O2，該電池的反應式：
3.甲醇（CH3OH）燃料電池
一個電極通入甲醇，一個電極通入氧氣，固體電解質，高溫時能傳導O2-。
負極：CH3OH-6e-+3O2-====CO2+2H2O
正極：O2+4e-====2O2-
總反應式：2CH3OH+3O2====2CO2+4H2O
4.熔融鹽燃料電池
一極通入CO，一極通入空氣和CO2混合氣體，以Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽作電解質。
負 極:2CO+2CO32--4e-====4CO2
正 極：O2+2CO2+4e-====2CO32-
總反應式:2CO+O2====2CO2
【特別提醒】(1)書寫燃料電池電極反應時要特別注意電解質溶液的離子參與電極反應，要寫入電極反應式中。
（2）溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它與H+結合成H2O、在堿性或中性溶液中它與水結合成OH-；
書寫燃料電池電極反應式的步驟如下：
(1)第一步：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，若產物能和電解質反應，則總反應為加和后的反應。
如甲烷燃料電池(電解質為NaOH)的反應式為
CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O②
①式＋②式得燃料電池總反應式：CH4＋2O2＋2NaOH=== Na2CO3＋3H2O。
(2)第二步：寫出電池的正極反應式
根據燃料電池的特點，一般在正極上發生還原反應的物質是O2，隨著電解質溶液的不同，其電極反應式有所不同，大致有以下四種情況：
①酸性電解質溶液環境下的電極反應式：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
②堿性電解質溶液環境下的電極反應式：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
③固體電解質(高溫下能傳導O2－)環境下的電極反應式：
O2＋4e－===2O2－
④熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環境下的電極反應式：
(3)第三步：根據電池總反應式和正極反應式，寫出負極反應式
電池總反應式－電池正極反應式＝電池負極反應式。因為O2不是負極反應物，因此兩個反應式相減時要徹底消除O2。
√
×
√
√
【易錯辨析】
判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”。
(1)太陽能電池不屬于原電池。(　　)
(2)可充電電池中的放電反應和充電反應互為可逆反應。(　　)
(3)鉛酸蓄電池工作時，當電路中轉移0.1 mol電子時，負極增重4.8 g( 　　)
(4)燃料電池的電極不參與反應，起導電作用。(　　)
考向1　化學電源電極反應式書寫
典例1 二氧化硫—空氣質子交換膜燃料電池實現了制硫酸、發電、環保三位一體的結合，原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
D
A．該電池放電時H＋從Pt2電極經過內電路移向Pt1電極
B．Pt1電極附近發生的電極反應為SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋
C．Pt2電極附近發生的電極反應為O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．相同條件下，放電過程中消耗的SO2和O2的體積比為2∶1
D
A．三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高
B．充電時陽極反應為Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O
C．放電時負極反應為Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O
D．放電過程中OH－通過隔膜從負極區移向正極區
考向2　新型化學電源
典例2 (2022·?？谀M)微生物燃料電池(MFC)是
以微生物為催化劑將碳水化合物[用(CH2O)n表
示]中的化學能轉化為電能的裝置，其工作原理
如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．b電極為正極
B．a極的電極反應式為(CH2O)n＋nH2O－4ne－
===nCO2↑＋4nH＋
C．a電極的電勢高于b電極
D．MFC本質上是利用微生物代謝過程中轉移
的電子并傳遞而產生電流的系統
C
1．新型燃料電池
(1)新型燃料電池的分析模板
2．可充電電池的思維流程
對點訓練2 以KOH溶液為電解質溶液，分別組成CH3OH－O2、N2H4－O2、CH4－O2清潔燃料電池，下列說法正確的是(　　)
A．放電過程中，K＋均向負極移動
B．放電過程中，KOH的物質的量均減小
C．消耗等質量的燃料，CH4－O2燃料電池的理論放電量最大
D．消耗1 mol O2時，理論上N2H4－O2燃料電池氣體產物的體積在標準狀況下為11.2 L
答案：C
03
真 題 考 場
C
(2022·廣東卷)科學家基于Cl2易溶于CCl4
的性質，發展了一種無須離子交換膜的
新型氯流電池，可作儲能設備(如圖所
示)。充電時電極a的反應為NaTi2(PO4)3
＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列說
法正確的是(　　)
A．充電時電極b是陰極
B．放電時NaCl溶液的pH減小
C．放電時NaCl溶液的濃度增大
D．每生成1 mol Cl2，電極a的質量理論上增加23 g
1．(2022·湖南卷)海水電池在海洋能源領域備受
關注，一種鋰－海水電池構造示意圖如圖所示。
下列說法錯誤的是(　　)
A．海水起電解質溶液作用
B．N極僅發生的電極反應：2H2O＋2e－===
2OH－＋H2↑
C．玻璃陶瓷具有傳導離子和防水的功能
D．該鋰－海水電池屬于一次電池
答案：B
答案：A
(原創題)一種Zn－PbO2電池工作原理如裝置圖所示。
答案：D
下列說法正確的是(　　)
A．電極a為負極，發生還原反應
B．放電過程中電極a區溶液的pH增大
C．電池工作一段時間后K2SO4濃度減小

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