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《设计原电池化学电源》教学设计一、教材分析“化学能与电能”是高中化学必修课程中化学反应规律的内容，与元素化合物的知识相比，“化学能与电能”概念的建构过程具有丰富的化学学科核心素养的发展价值，是高中一年级全体学生都要重点学习的内容。
该内容可以安排2课时。
第1课时的教学重点是：理解氧化还原反应与原电池原理之间的关系，了解原电池的形成条件，分析简单原电池的工作原理；第2课时设计原电池与常见的化学电源。
新课标的内容要求：知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化，以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。
学业要求：能举出化学能转化为电能的实例，能辨识简单原电池的构成要素，并能分析简单原电池的工作原理。
因此，该节内容重点是要让学生体验作为不同角色的工作者，思考问题的不同角度，在不断解决问题的过程中，建构理论知识，增强实际分析、解决问题的能力和创新精神。
二、学情分析初中化学已经从燃烧的角度初步学习了“化学与能源”的一些知识，《化学能与电能》的第一课时学习了原电池的概念、原理、组成原电池的条件。
由于学生之前没有电化学的基础，理解原电池原理有一定的难度。
所以本课时设计：通过简单原电池装置的设计，增强学生的创新精神；然后了解生活中的各种化学电源的原理，电极材料，电子流向等，既增强了学生的分析、综合、应变能力，同时又促进了对原电池原理的进一步理解。
三、素养目标【教学目标】1.会设计简单的原电池。
2.知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电源的特点。
3.掌握构成电池的要素，了解不同电极材料对电池性能的影响。
【评价目标】1、科学探究：认识构成原电池的条件及其原理，判断原电池的正负极。
2、创新意识：利用原电池原理能设计原电池。
3、宏观辨识与微观探析：会分析物质化学变化中的能量变化与物质微观结构的关系。
四、教学重点、难点1．教学重点：简易原电池装置的设计2．教学难点：简易原电池装置的设计五、教学方法情境引入法、任务驱动法、实验探究法、归纳总结法、查阅资料法六、教学设计思路化学电源与学生的生活息息相关，通过换位思考，让学生担任不同的角色，导出生活中同学们熟悉的各种电池的发展过程，增强学生的创新精神；然后依次的分析，各种化学电源的原理，电极材料，电子流向，电池的缺陷，既增强了学生的分析，综合，应变能力，同时又促进了对原电池原理的进一步理解。
高二化学电源原电池知识点化学电源是指通过化学反应产生电流的装置，也被称为电池。
电池是现代社会中广泛应用的电能源，广泛应用于手机、电脑、手表等电子设备中。
在高中化学学习中，电源原电池是一个重要的知识点，本文将介绍与高二化学电源原电池相关的几个知识点。
1. 原电池的定义与组成原电池是由两种不同金属通过电解质连接而成的电池。
由于两种金属的化学性质不同，金属中的自由电子在电解质的影响下产生移动，形成电流。
原电池由金属片和电解质构成，其中金属片又分为原电极正极和原电极负极。
2. 原电池的工作原理原电池工作时，正极金属发生氧化反应，负极金属发生还原反应。
正极金属的电子被氧化成离子，并释放出电子。
这些电子通过外部电路流向负极金属，与负极金属中的离子发生还原反应。
整个过程中，金属通过电解质的传导使电子流动，从而产生电流。
3. 原电池的电动势和方向原电池的电动势是指原电池正极和负极之间的电势差，通常用E表示。
电动势决定了原电池的产生电流的能力，单位是伏特(V)。
电动势的方向与电流方向相同，即电流从正极流向负极。
4. 原电池的浓差电池和金属电池原电池可以分为浓差电池和金属电池两种类型。
浓差电池是利用电解质浓度差异产生电动势的电池，常见的浓差电池有酸浓差电池和氧化还原浓差电池。
金属电池是利用金属之间的氧化还原反应产生电动势的电池，例如铜锌电池和锂离子电池。
5. 原电池的电化学符号表示法为了简化原电池的表示，人们采用了电化学符号表示法。
以锌铜电池为例，锌作为负极金属被表示为Zn，铜作为正极金属表示为Cu，二者之间的电解质用“||”表示。
锌铜电池的符号表示为Zn | | Cu。
这种表示法能够清晰地表达原电池的组成和连接方式。
6. 原电池的电化学实验在化学实验中，可以通过原电池进行一些实验，例如测量电动势、观察金属溶解和析出等现象。
通过电化学实验可以验证原电池的工作原理和电动势的大小，进一步加深对原电池的理解。
7. 原电池的应用原电池是一种常见的电源装置，在日常生活和工业生产中都有广泛应用。
第2讲原电池化学电源【2021·备考】2017版课程标准素养落地1.了解原电池的构成，了解电极材料、电子导体、离子导体等电化学体系基本要素。
2．能分析、解释原电池的工作原理及应用，能设计简单原电池，能正确书写电极反应和总反应方程式。
3．能列举常见化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。
4．了解新型电池的开发在解决能源、能源危机、环境保护中的作用。
通过带盐桥的原电池的装置模型，认识原电池装置特点，认识两电极之间的联系，形成模型认知素养；通过参与有关化学问题的社会实践，形成科学态度与社会责任素养。
考点一原电池的工作原理及其应用『知识梳理』1.原电池的工作原理(1)概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。
(2)原电池的构成条件一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。
二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。
三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。
(3)工作原理以锌铜原电池为例：①反应原理：电子流向由Zn片沿导线流向Cu片电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu反应类型氧化反应还原反应②原电池中的三个方向电子流动方向：从负极流出沿导线流入正极；电流流动方向：从正极沿导线流向负极；离子迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。
名师提示你1.原电池仍然体现的是反应过程中的能量守恒，是化学能与热能的知识延伸，是化学能与电能的转化。
2.原电池反应必须是氧化还原反应，但自行发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应，也可能是电极与溶解的氧气等发生反应，如将铁与石墨相连插入食盐水中。
2.原电池原理的应用(1)加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。
第二节 原电池 化学电源1．了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。
2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。
基础自查(理一理)1．原电池装置能量转化特点转化为 。
2．原电池的电极原电池的负极—— 金属——发生 反应——向外电路 电子原电池的正极—— 金属(或惰性电极如石墨)——发生 —— 外电路提供的电子 3．原电池的构成条件(1)能自发地发生 。
(2)电解质溶液(构成电路或参加反应)。
(3)由还原剂和导体构成负极系统，由氧化剂和导体构成 极系统。
(4)形成 (两电极接触或用导线连接)。
4．原电池工作原理以稀H2SO4作为电解质溶液的Cu —Zn 原电池为例： (1)电极： 为负极， 为正极 (2)电极反应：Zn 为负极：发生 反应： ； Cu 为正极，发生 反应： 。
(3)电子和电流方向：电子从 流出经 流入 ；电流从 流出经外电路流入 。
(4)离子的迁移方向电解质溶液中，阴离子向 迁移，阳离子向 迁移。
原电池的工作原理和电子流向可用下列图示表示：联动思考(想一想)1．如何判定原电池装置？原电池原理联动思考(想一想)2．燃料电池在工作时燃烧吗？3．燃料电池与普通化学电池有何不同？(2010·潍坊预测)镁/H2O2酸性燃料电池采用海水作电解质(加入一定量的酸)，下列说法不正确的是() A．此燃料电池的总反应为：Mg＋H2O2===Mg(OH)2B．正极发生的电极反应为：H2O2＋2H＋＋2e－―→2H2OC．工作时，正极周围海水的pH增大D．电池工作时，溶液中的H＋向正极移动有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。
电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是()①每消耗1 mol CH4可以向外电路提供8 mol e－②负极上CH4失去电子，电极反应式：CH4＋10OH－－8e－―→CO2－3＋7H2O ③负极上是O2获得电子，电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－④电池放电后，溶液pH不断升高A．①② B．①③ C．①④ D．③④化学电源(2009·江苏单科，12)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。
课时28原电池、化学电源（含燃料电池）知识点一原电池的工作原理及应用【考必备·清单】1．原电池(1)概念：原电池是把化学能转化为电能的装置。
(2)构成条件电极两极为导体，且存在活动性差异溶液两极插入电解质溶液中回路形成闭合回路或两极直接接触本质看能否自发地发生氧化还原反应(3)工作原理(以锌、铜原电池为例)电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu 电极质量变化减小增大反应类型氧化反应还原反应电子流向由Zn沿导线流向Cu盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极a.连接内电路形成闭合回路。
盐桥作用b.维持两电极电势差(中和电荷)，使电池能持续提供电流。
(4)负极与正极①负极：发生氧化反应或电子流出的电极。
②正极：发生还原反应或电子流入的电极。
(5)两个移动方向①电子定向移动方向和电流方向a．电子从负极流出经外电路流入正极；b．电流从正极流出经外电路流入负极；故电子定向移动方向与电流方向正好相反。
②离子移动方向阴离子向负极移动(如SO2－4)，阳离子向正极移动(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)。
[名师点拨]①自发发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应，也可以是电极与溶解的O2等发生反应，如将铁与石墨相连插入食盐水中。
②无论是原电池还是电解池，电子均不能通过电解质溶液。
③双液铜、锌原电池(带盐桥)比单液原电池的最大优点是Zn与氧化剂(Cu2＋)不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，放电时间长。
2．原电池原理的四大应用(1)加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。
例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液置换出的Cu能与Zn形成原电池使产生H2的反应速率加快。
(2)比较金属活动性强弱如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A溶解，而B上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，即可以断定金属活动性：A＞B。
第二讲原电池化学电源1．理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。
2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。
原电池及其工作原理[知识梳理]1．定义原电池是把化学能转化为电能的装置。
2．工作原理以锌铜原电池为例：构成条件可概括为“两极一液一线一反应”。
4．盐桥原电池的组成和作用(1)盐桥原电池中半电池的构成条件：电极金属和其对应的盐溶液。
一般不要任意替换成其他阳离子盐溶液，否则可能影响效果。
盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。
(2)盐桥的作用①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电荷，使原电池不断产生电流。
5．三个方向1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)活泼性强的金属一定为负极。
()(2)电解质溶液中的离子通过盐桥移向两极。
()(3)由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池中，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。
()(4)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应。
()(5)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生。
()(6)反应CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能。
()(7)在内电路中，电子由正极流向负极。
()(8)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液。
()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×(7)×(8)×2．(教材改编题)如图所示是一位同学在测试水果电池，下列有关说法错误的是()A．若金属片A是正极，则该金属片上会产生H2B．水果电池的化学能转化为电能C．此水果发电的原理是电磁感应D．金属片A、B可以一个是铜片，另一个是铁片答案：C规避原电池基础中的五个失分点(1)原电池电解质溶液中阴、阳离子的定向移动与导线中电子的定向移动共同组成一个完整的闭合回路，电子由负极沿导线移向正极，电解质溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极。
原电池的闭合回路有多种形式，如两电极相接触也是一种闭合。
(2)盐桥使两半电池相连接，构成闭合回路，但不能用导线替换。
(3)只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池，把化学能转化成电能。
(4)无论在原电池还是电解池中，电子均不能通过电解质溶液。
(5)两个电极即使都是石墨，也可构成原电池，如一些燃料电池。
(2015·高考天津卷)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是()A．铜电极上发生氧化反应B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO2－4)减小C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡[解析]A．Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO2－4不参加电极反应，故甲池的c(SO2－4)基本不变，错误；C.电池工作时，甲池反应为Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64 g Cu析出，则进入乙池的Zn2＋为65 g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。
[答案] C某兴趣小组设计了如图所示原电池装置(盐桥中吸附有饱和K2SO4溶液)。
下列说法正确的是()A．该原电池的正极反应式为Cu2＋＋2e－===CuB．甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅C．盐桥中的SO2－4移向甲烧杯D．若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸，电流表指针反向偏转解析：选B。
A项，正极Fe3＋得电子，发生还原反应，电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，故A错；B项，左边烧杯中发生Fe3＋＋e－===Fe2＋，则左边烧杯中溶液的红色逐渐变浅，故B正确；C项，阴离子向负极移动，故C错；D项，若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸，可氧化Cu，Cu为负极，电流表指针偏转方向不变，故D错。
1.图解原电池工作原理2.原电池中正、负极的判断判断原电池的正、负极需抓住闭合回路和氧化还原反应进行分析，如图：注意)原电池的正负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成思维定式——活泼金属一定是负极。
如Al、Mg和NaOH溶液构成的原电池中，Al为负极，Mg 为正极。
题组一原电池及其工作原理1．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是________。
解析：①中缺1个电极，且无闭合回路；③不能形成闭合回路；⑤酒精为非电解质；⑧电极相同，且不能形成闭合回路。
答案：②④⑥⑦2.如图，在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是()A．外电路的电流方向为X→外电路→YB．若两电极分别为铁和碳棒，则X为碳棒，Y为铁C．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应D．若两电极都是金属，则它们的活动性强弱为X＞Y解析：选D。
外电路电子流向为X→外电路→Y，电流方向与其相反，X极失电子，作负极，发生氧化反应，Y极得电子，作正极，发生还原反应。
若两电极分别为铁和碳棒，则Y为碳棒，X为铁。
题组二带盐桥的原电池3．(2018·广东粤西四校联考)锌铜原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是()A．一段时间后，铜棒上有红色物质析出B．正极反应为Zn－2e－===Zn2＋C．在外电路中，电流从负极流向正极D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液解析：选A。
Cu为正极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，铜棒上有红色物质析出，A 项正确，B项错误；在外电路中，电流从正极流向负极，C项错误；CuSO4溶液中c(Cu2＋)降低，正电荷减少，故盐桥中的K＋移向CuSO4溶液，D项错误。
4．控制合适的条件，将反应Fe3＋＋Ag Fe2＋＋Ag＋设计成如图所示的原电池(盐桥装有琼脂-硝酸钾溶液；灵敏电流计的0刻度居中，左右均有刻度)。
已知接通后观察到电流计指针向右偏转。
下列判断正确的是()A．盐桥中的K＋移向乙烧杯B．一段时间后，电流计指针反向偏转，越过0刻度，向左偏转C．在外电路中，电子从石墨电极流向银电极D．电流计指针居中后，往甲烧杯中加入一定量的铁粉，电流计指针将向左偏转解析：选D。
该原电池中，Ag失电子作负极，石墨作正极，盐桥中K＋移向正极(甲烧杯)；一段时间后，原电池反应结束，电流计指针指向0；原电池外电路电子由负极流向正极，所以电子从银电极流向石墨电极；电流计指针居中后，往甲烧杯中加入一定量的铁粉，由2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，c(Fe3＋)降低，c(Fe2＋)增大，该平衡向左移动，故电流计指针向左偏转。
(1)盐桥中的离子不断移动到两个池中，逐渐失去导电作用，需定期更换盐桥。
(2)要明确盐桥中离子的移动方向；明确原电池中电流与可逆反应平衡移动方向的关系，当v正＝v逆时可逆反应达平衡，此时电流表读数为零。
(3)带盐桥的原电池中有关电极的判断：同一般原电池电极的判断一致，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。
对于活泼金属和不活泼金属，则是活泼金属作负极，不活泼金属作正极；对于金属与非金属，则是金属作负极，非金属作正极；对于还原性不同的物质，则是还原性强的作负极，还原性弱的作正极。
原电池原理的应用[知识梳理]1．加快氧化还原反应速率一个自发的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率加快。
例如：Zn与稀硫酸反应时，加入少量的CuSO4溶液能使产生氢气的速率加快。
2．比较金属活动性强弱金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属活动性比正极的强。
3．金属的防护使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。
例如：保护铁制输水管或钢铁桥梁，可用导线将其和一块锌块相连，使Zn作原电池的负极。
4．设计制作化学电源[自我检测]1．M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。
则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是() A．P＞M＞N＞E B．E＞N＞M＞PC．P＞N＞M＞E D．E＞P＞M＞N解析：选A。
金属的活动性越强，其还原性越强。
由①知，金属活动性：M＞N；M、P 用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：P＞M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N＞E，故金属的还原性：P>M>N>E。
2．(2018·衡水模拟)一个原电池的总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池的合理组成是()解析：选C。
原电池中，相对活泼的金属作负极，发生氧化反应；不活泼金属作正极，发生还原反应。
所以根据原电池的总反应的离子方程式Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu知，该原电池中，锌为负极，活泼性比Zn弱的金属或非金属导体为正极，铜盐溶液作电解质溶液，则选项C正确。
(2018·阳泉模拟)某校化学兴趣小组进行探究性活动：将氧化还原反应2Fe3＋＋2I －2Fe2＋＋I设计成带盐桥的原电池。
提供的试剂：FeCl3溶液，KI溶液；其他用品任选。
2请回答下列问题：(1)请画出设计的原电池装置图，并标出电极材料，电极名称及电解质溶液。
(2)。
(3)反应达到平衡时，外电路导线中________(填“有”或“无”)电流通过。
(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中电极变为________(填“正”或“负”)极。
[解析](1)先分析氧化还原反应，找出正、负极反应，即可确定正、负极区的电解质溶液。
(2)发生氧化反应的电极是负极，I－失电子变成I2。
(3)反应达到平衡时，无电子流动，故无电流产生。
(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时Fe2＋失电子，电极变成负极。
[答案] (1)如下图(2)2I －－2e －===I 2 (3)无 (4)负上述例题中：(1)外电路电流为零时，反应是否停止？________(填“是”或“否”)。
(2)该盐桥原电池反应达到平衡时，若向两个半电池中加入淀粉溶液，________(填“正极区”或“负极区”)溶液变蓝。
解析：(1)反应达到平衡时，电流为零，该平衡是动态平衡，反应仍在进行。
(2)2I －－2e －===I 2，碘在负极区生成，负极区溶液变蓝。
答案：(1)否 (2)负极区原电池装置图常见失分点(1)没有注明电极材料名称或元素符号。
