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20原电池和化学电源一、考纲要求1．了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。
2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。
3．理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。
二、原电池的工作原理1. 原电池的基本概念（1）概念：原电池就是将转变成的装置。
（2）本质：通过自发进行的氧化还原反应，使反应中电子转移而产生电流，反应中的氧化反应和还原反应分别在两个电极上发生，这便形成了带电粒子按一定方向流动的闭合回路。
（3）形成条件：① 活动性不同的两电极（连接）：较活泼的金属作为负极，发生氧化反应，电子流出；较不活泼的金属或能导电的非金属(如石墨等)做正极，发生还原反应，电子流入，电极本身不发生改变；② 电解质溶液（插入其中并与电极自发反应）；③ 电极形成闭合电路；④ 能自发的发生氧化还原反应（有明显电流时需要此条件）。
★【注意】① 不能形成“活泼金属一定做负极”的思维定势，原电池中判断电极时的利用的是两电极的相对活泼性；② 原电池中，电池材料可能与电解质发生反应，也可能与电解质不反应；③ 形成闭合回路的方式有很多，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极直接接触；④ 有的原电池产生的电流比较大，可以对外做功；而有的原电池电极上发生的反应很慢，产生的电流极其微弱，不能对外做功。
2. 原电池的反应原理（1）电极反应：负极：金属电子，化合价，发生。
正极：溶液中离子电子或氧气得电子（吸氧腐蚀），化合价，发生。
正负极共同反应为发生氧化还原反应。
（2）电荷流向：外电路——电子由沿流向，电流则由沿流向负极。
内电路——阳离子向电极的移动，阴离子向电极移动，从而实现电荷的移动。
（3）原电池的判定：先分析有无外接电源，有外接电源者为电解池，无外接电源者可能为原电池；再依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看”：一看电极，两极为导体且活泼性不同；二看溶液，两极插入电解质溶液中；三看回路，形成闭合回路或两极接触。
2020-2021 年新高三化学一轮复习讲解《原电池与化学电源》【知识梳理】一、原电池负极正极2原理的应用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。
如在 Zn 与稀硫酸反应时 加入少量CuSO 4 溶液能使产生H 2 的反应速率加快两种金属分别作原电池的两极，一般作负极的金属比作正极的金属活泼使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。
如要保护一个铁制的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极设计制作化学电源，设计原电池时，负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以，电解质溶液一般能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能 与负极发生反应(如空气中的氧气)例题1、下列说法正确的是。
①电池工作时，负极失去的电子均通过溶液转移到正极上 ②在原电池中失去电子的一极是阴极，发生的是还原反应③原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成④铝比铁活泼，但铝制品比铁制品在空气中耐腐蚀⑤将铝片和镁片用导线连接后，插入盛有 NaOH 溶液，铝作负极 ⑥电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极 ⑦原电池工作时，正极和负极上发生的都是氧化还原反应⑧锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有 6.5 g 锌溶解，正极上就有 0.1 g 氢气生成 ⑨原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动⑩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，电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加⑪盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子⑫原电池装置 中，电极Ⅰ上发生还原反应作原电池的负极[指点迷津]原电池基础知识的易错点：(1) 负极本身不一定都参加反应，如燃料电池中，作为负极的材料本身并不参加反应。
(2) 忽视电极材料与电解质溶液的反应关系，容易误写电极反应式，如Al 负极，在酸性溶液中生成Al 3＋，在碱性溶液中生成 AlO －。
化学电源的类别
化学电源是一种将化学能转化为电能的装置。
根据其化学反应方式和电极材料的不同，化学电源可以分为多种类别。
一、原电池：原电池是指利用不可逆化学反应的化学电池，如干电池和锌碳电池等。
二、可充电电池：可充电电池是指可以通过外部电源进行反向充电的化学电池，如镍镉电池和镍氢电池等。
三、燃料电池：燃料电池是指通过氧化还原反应将燃料和氧气转化为电能的化学电池，如氢燃料电池和甲醇燃料电池等。
四、太阳能电池：太阳能电池是指通过半导体材料的光电作用将太阳光转化为电能的化学电池，如硅太阳能电池和染料敏化太阳能电池等。
五、生物燃料电池：生物燃料电池是指通过微生物催化将生物质能转化为电能的化学电池，如微生物燃料电池和葡萄糖燃料电池等。
化学电源具有高能量密度、长寿命、环保等优点，在现代生活和工业生产中得到广泛应用。
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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。
高一化学必修二原电池、化学电源在我们高一化学必修二的学习中，原电池和化学电源可是非常重要且有趣的部分。
这两个概念不仅与我们的日常生活息息相关，还为我们打开了化学世界中能量转化的神秘大门。
首先，咱们来聊聊原电池。
原电池是将化学能直接转化为电能的装置。
它的构成要件包括两个不同的电极、电解质溶液以及形成闭合回路。
想象一下，有两根不同的金属棒插进了一杯溶液里，这就有可能构成一个简单的原电池。
比如说，锌铜原电池，锌棒和铜棒插入硫酸铜溶液中。
锌比铜活泼，在这个原电池里，锌会失去电子变成锌离子进入溶液，电子就会通过外电路流向铜棒。
在铜棒这一端，溶液中的铜离子得到电子变成铜单质沉积在铜棒上。
这个过程中，电子的定向移动就产生了电流，我们也就得到了电能。
这里面有个关键的概念——电极反应。
在锌铜原电池中，锌棒这一端发生的是氧化反应，叫做负极，电极反应式为：Zn 2e⁻＝ Zn²⁺；而铜棒这一端发生的是还原反应，称为正极，电极反应式为：Cu²⁺＋2e⁻＝ Cu 。
原电池的工作原理其实就是氧化还原反应中的电子转移。
只不过，通过特定的装置和条件，让这些电子的转移形成了电流，为我们所用。
那原电池在生活中有哪些应用呢？其实很多地方都能看到它的身影。
比如我们常见的干电池，就是一种原电池。
还有汽车里使用的铅蓄电池，也是利用原电池的原理来工作的。
接下来，咱们再深入了解一下化学电源。
化学电源是能够将化学能转化为电能的装置的统称。
常见的化学电源有一次电池、二次电池和燃料电池。
一次电池就是只能使用一次，放电后不能充电再用的电池，像前面提到的干电池就是典型的一次电池。
干电池里常用的是锌锰电池，它里面的主要成分有锌筒、石墨棒、氯化铵和二氧化锰等。
在使用过程中，锌逐渐被消耗，电池的电能也就逐渐减少，直到无法再使用。
二次电池则不同，它在放电后可以通过充电的方式使电池内部的物质发生逆反应，恢复到放电前的状态，从而能够再次使用。
最常见的二次电池就是铅蓄电池。
第九讲原电池及化学电源1原电池1.1原电池的组成利用氧化还原反应，将化学能转化为电能的装置叫做原电池(primary cell)。
电池的设计证明了氧化还原反应确实发生了电子的转移。
一个原电池包括两个半电池，每个半电池又称为一个电极。
其中放出电子的一极称为负极(negative electrode)，发生氧化反应；另一极是接受电子的一极称为正极(positive electrode)，发生还原反应。
电极上分别发生的氧化还原反应，称为电极反应（electrode reaction）。
一般说来，由两种金属电极构成的原电池，较活泼的金属做负极，另一金属做正极。
负极金属失去电子成为离子而进入溶液，所以它总是逐渐溶解。
原电池的两个电极的溶液通过盐桥连通，盐桥有两方面的作用，一方面它可以消除因溶液直接接触而形成的液接电势，另一方面它可使联接的两溶液保持电中性。
1.2原电池的符号为表达方便通常将原电池的组成以规定的方式书写，称为电池符号表示式。
其书写原则规定：①把负极写在电池符号表示式的左边，以“（－）”表示；正极写在电池符号表示式的右边，并以“（+）”表示。
②以化学式表示电池中各物质的组成，溶液要标上浓度或活度（mol·L—1），若为气体物质应注明其分压（Pa）。
如不特殊指明，则温度为298 K，气体分压为101.325 kPa，溶液浓度为1 mol·L—1。
③以符号“|”表示不同物相之间的接界，用“‖”表示盐桥。
同一相中的不同物质之间用“，”表示。
④非金属或气体不导电，因此非金属元素在不同价态时构成的氧化还原电对作半电池时，需外加惰性金属（如铂等）做电极导体。
其中，惰性金属不参与反应，只起导电的作用。
例如Zn―Cu原电池的电池符号为：（－）Zn（s）|Zn2+（c1）‖Cu2+（c2）|Cu(s)（＋）1.3原电池的电极判断1.4原电池常用电极类型①金属一金属离子电极将金属片插入含有同一金属离子的盐溶液中构成的电极。
如Zn2+／Zn氧化还原电对所组成的电极。
其电极符号为：Zn |Zn2+（c1）电极反应式Zn2+ ＋2e－= Zn②金属一金属难溶盐一阴离子电极将金属表面涂以该金属的难溶盐，浸入与其盐具有相同阴离子的溶液中组成的电极。
如氯化银电极和甘汞电极。
在一定温度下，它们电极的电势稳定，再现性好，装置简单，使用方便，广泛用做参比电极。
氯化银电极 电极符号：Ag(s ) | AgCl(s ) |Cl —(c ))电极反应式：AgCl ＋ e － = Ag ＋ Cl —甘汞电极 电极符号：Hg(l ) | Hg 2Cl 2(g ) | KCl(c )电极反应式：Hg 2Cl 2 ＋ 2e － = 2Hg ＋ 2Cl —③气体—离子电极该类电极是将气体通入其相应离子溶液中，气体与其溶液中的阴离子形成平衡体系。
因气体不导电，需借助不参与电极反应的惰性金属铂组成电极。
常见有氢电极和氯电极。
氯电极 电极符号： Pt(s ) | Cl 2(p ) | Cl —(c )电极反应式：Cl 2 ＋ 2e －= 2Cl —④氧化还原电极习惯上将其还原态不是金属态的电极称为氧化还原电极。
它是将惰性电极（如铂或石墨）浸入含有同一种元素不同氧化态的两种离子的溶液中构成的。
Fe 3+/Fe 2+电极 电极符号： Pt(s ) | Fe 3+(c 1)，Fe 2+(c 2)电极反应式：Fe 3+ + e －= Fe 2+ 1.5电池电动势电池正、负电极之间没有电流通过时的电势差称为电池电动势（electronmotive fore 符号E 池 表示）。
电池电动势是衡量氧化还原反应推动力大小的判据，这与热力学上使用反应体系的吉布斯自由能变化ΔG 作为反应自发倾向的判据是一致的。
E 池 = E (+)－ E (—)原电池的电动势与系统的组成有关。
当原电池中的各物质均处于标准态时，测得的原电池的电动势称为标准电动势，用0MF E 表示。
MFE =0)(+E －0)(-E 例如，25℃时在铜–锌原电池中，当c (Cu 2+) =1.0 mol·L－1, c (Zn 2+) =1.0 mol·L－1时，测得的电池电动势0MF E =1.10 V 。
1.6电极和电池反应书写①明确电池的负极反应物是电极本身还是其他物质、反应产物及化合价的变化；②确定电池的正极反应物是电解质溶液中的离子，还是其他物质（如溶有或通入的氧气）；③判断是否存在特定的条件（如介质中的微粒H +、OH —非放电物质参加反应），进而推断电解质溶液的酸碱性的变化；④总的反应式是否满足质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒。
【例1】银锌碱性电池的电解质溶液为KOH 溶液，电池放电时正极的Ag 2O 2 转化为Ag ， 负极的Zn 转化为K 2Zn(OH)4，写出该电池反应方程式：解：Ag 2O 2＋2Zn ＋4KOH ＋2H 2O ＝2K 2Zn(OH)4＋2Ag2化学电源2.1锌锰干电池锌锰干电池是最常见的化学电源。
干电池的外壳（锌）是负极，中间的碳棒是正极，在碳棒的周围是细密的石墨和去极化剂MnO 2的混合物，在混合物周围再装入以NH 4Cl 溶液浸润的ZnCl 2、NH 4Cl 和淀粉或其他填充物（制成糊状物）。
为了避免水的蒸发，干电池用蜡封好。
干电池在使用时的电极反应为锌锰干电池负极：锌片（锌皮）正极：MnO2、石墨棒（碳棒）电解质：NH4Cl 、ZnCl2 、淀粉电极反应负极：Zn－2e－= Zn2+正极：2NH4+ +2e－= 2NH3 + H2H2 + 2MnO2 = 2MnO(OH)总反应：Zn + 2MnO2 + 2NH4+ = 2MnO(OH) + 2NH3 + Zn2+从反应式看出：加MnO2是因为碳极上离子NH4+获得电子产生H2，妨碍碳棒与NH4+的接触，使电池的内阻增大，即产生“极化作用”。
添加MnO2就能与H2反应生成MnO(OH)。
这样就能消除电极上氢气的集积现象，使电池畅通。
所以MnO2起到消除极化的作用，叫做去极剂。
2.2蓄电池蓄电池和干电池不同，它可以通过数百次的充电和放电，反复作用。
所谓充电，是使直流电通过蓄电池，使蓄电池内进行化学反应，把电能转化为化学能并积蓄起来。
充完电的蓄电池，在使用时蓄电池内进行与充电时方向相反的电极反应，使化学能转变为电能，这一过程称为放电。
常用的蓄电池是铅蓄电池，铅蓄电池的电极是用铅锑合金制成的栅状极片，正极的极片上填充着PbO2，负极的极片上填塞着灰铅。
这两组极片交替地排列在蓄电池中，并浸泡在30%的H2SO4（密度为1.2 kg·L－1）溶液中。
蓄电池放电时（即使用时），正极上的PbO2被还原为Pb2+，负极上的Pb被氧化成Pb2+。
Pb2+离子与溶液中的SO42—离子作用在正负极片上生成沉淀。
反应为电极反应负极(Pb极)：Pb－2e- + SO42—= PbSO4正极（PbO2极）：PbO2 + 4H+ + SO42—+ 2e- = PbSO4 + 2H2O总反应：PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O随着蓄电池放电，H2SO4的浓度逐渐降低，这是因为每1 mol Pb参加反应，要消耗2 mol H2SO4，生成2 mol H2O。
当溶液的密度降低到1.05 kg·L–1时蓄电池应该进行充电。
蓄电池充电时，外加电流使极片上的反应逆向进行。
充电时的电极反应阴极(Pb极)：PbSO4+ 2e- = Pb + SO42—阳极（PbO2极）：PbSO4－2e- + 2H2O = PbO2 + 4H+ + SO42—总反应：2 PbSO4 + 2H2O = PbO2 + Pb + 2H2SO4蓄电池经过充电，恢复原状，可再次使用。
2.3燃料电池燃料电池和其他电池中的氧化还原反应一样都是一种自发的化学反应。
目前像氢氧燃料电池已应用于宇宙飞船和潜艇中。
它的基本反应是：H2 (g) + 1/2O2 (g) = H2O(1)从原则上说燃烧1 mol H2可以转换成237kJ的电能。
如果通过加热蒸汽间接得到电能，则所产生的电能最多不超过237 kJ×40% = 95 kJ。
若将它设计成一个电池，一般可以得到200 kJ电能，电能的利用率较一般发电方式增加了一倍。
在氢氧燃料电池中用多孔隔膜把电池分成三部分。
电池的中间部分装有75%的KOH溶液，左侧通入燃料H2，右侧通入氧化剂O2，气体通过隔膜，缓慢扩散到KOH溶液中并发生以下反应：正极：1/2O2 (g) + H2O + 2e－= 2OH－负极：H2 (g) + 2OH－= 2H2O +2e－总反应：H2 (g) + 1/2O2 (g) = H2O燃料电池的突出优点是把化学能直接转变为电能而不经过热能这一中间形式，因此化学能的利用率很高而且减少了环境污染。
教育感言：只要坚持下去，就会海阔天平，也许天空里没有留下我们的痕迹，但我们毕竟努力过，无怨无悔！──────────迮思泉习题1.以Li2CO3和Na2CO3熔融物为电解质，一极通入CO，另一极通入CO2和O2，组成燃料电池。
则下列说法中，正确的是( )A.正极反应为O2+2CO2+4e—=2CO32—B.负极反应为CO+4OH—+ 2e—→CO32—+2H2OC.正极反应为O2+4e—→2O2—D.负极反应为CO+ CO32—+2e—→2CO22.镍镉充电电池，电极材料是Cd和NiO(OH)，电解质是KOH，电极反应分别是：Cd＋2OH—－2e—＝Cd(OH)2，2NiO(OH)＋2H2O＋2e—＝2Ni(OH)2＋2OH—下列说法不正确的是( )A.电池放电时，负极周围溶液的pH不断增大B.电池的总反应是Cd＋2NiO(OH)＋2H2O＝Cd(OH)2＋2Ni(OH)2C.电池充电时，镉元素被还原D.电池充电时，电池的正极和电源的正极相连接3.用二根铂丝作电极插入KOH溶液中，分别向两极通入甲烷和氧气，可作为一种燃料电池的模拟装置。
试判断下列说法正确的是( )A.通氧气的铂极为负极B.此电池反应为CH4+2O2= CO2+2H2OC.此电池放电时，KOH浓度不变D.此电池放电时，KOH浓度会发生变化4.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1molCH4可以向外电路提供8mole-②负极上CH4失去电子，电极反应式CH4+10OH—－8e—=CO32—+7H2O③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.①②B.①③C.①④D.③④5.电子表钮扣电池材料为Zn、Ag2O，反应方程式为：Ag2O+Zn+H2O= 2Ag+Zn(OH)2为负极，为正极，电极反应式为：负极，正极6.今有2H2+O2=2H2O的反应，电解质溶液为KOH构成燃料电池，则负极应通入气，正极通入气，电极反应为：负极正极如把KOH改为H2SO4作导电物质则电极反应为：负极____________ 正极如把H2改为CH4，KOH作导电物质则电极反应为：负极______________正极_____________ 总反应式7.摩托罗拉公司研制出一种由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池，电量可达现用镍—氢电池或锂电池的10倍，可连续使用一个月才充一次电。
