《原电池》教学设计
游云飞
一、考纲解读
化学是高考的常考知识点。本讲主要考点有：原电池原理、常用的化学电源和新型化学电池、原电池pH值的变化和简单计算。
今后的命题方向：运用原电池原理来解决新型的化学电池，如燃料电池、可充电池等。 二、考点整合
考点1 原电池的构成和原电池的基本原理 原电池 装置特点 构成条件 两极名称 两极反应 电子流向 离子移向 → ①两个活泼性不同的电极（燃料电池除外）；②电解质溶液（一般负极能与电解质溶液反应）；③形成闭合回路；④自发进行的氧化还原反应 负极：较活泼的金属—— 电子——发生 反应 正极：较不活泼的金属或能导电的非金属—— 电子——发生 反应 负极：发生氧化反应，常是电极本身失电子而被氧化（燃料电池除外）。 正极：发生还原反应，电极本身不参与反应（可充电电池除外）。 e??? 极（通过外电路导线传导） 极?溶液中(内电路)：阴离子→ ，阳离子→ 。 考点2 电极反应式的书写 1、原电池正、负极的确定
（1）由两极的相对活泼性确定：相对活泼性较强（针对电解质溶液而言）的金属为 极（一般地，负极材料与电解质溶液要发生反应），相对活泼性较差的金属或导电的非金属等为 极。如：Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al。（思考：Al—Cu—HCl溶液、Al—Cu—浓HNO3溶液构成的原电池中的负极分别为什么？） （2）根据本质来判断：发生氧化反应失电子的一定是负极（电子从负极发出），化合价升高。比如：Zn + 2MnO2 + NH4+ =Zn2+ + Mn2O3 + NH3 + H2O，Zn元素在反应中化合价升高（0→+2），所以Zn为负极。利用这种办法准确性较高。当然，这种方法需要知道大致的原电池反应方程式或者有图示提示（燃料电池一般是这样）。如两极都是惰性电极（一般用于燃料电池），则可以通过定义和总反应式来分析，发生氧化反应的气体（或对应物质）所对应的一极为负极。如碱性溶液中的甲醇燃料电池，其总反应式为：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O，CH3OH被氧化，则通入甲醇的一极为负极，通入氧气的一极为正极。 （3）原电池中电流方向与电子流向的判断：电子流向：负→正， 电流方向：正→负 （4）电解质溶液中离子运动方向的判断：阳离子:向正极区移动 阴离子:向负极区移动
（5）由电极变化情况确定：某一电极若不断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，则此电极为 极；若某一电极上有气体产生、电极的质量不断增加或不变，该电极发生还原反应，则此电极为 极。如：Zn—C—CuSO4溶液构成的原电池中，C电极上会析出紫红色固体物质，则C为此原电池的正极。
（6）根据实验现象确定：一般可以根据电极附近指示剂（石蕊、酚酞、湿润的KI–淀粉等）的显色情况来
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分析推断该电极发生的反应情况，是氧化反应还是还原反应，是H+还是OH或I等放电，从而确定正、负
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极。如用酚酞作指示剂，则溶液变红色的那一极附近溶液的性质为碱性，是H+放电导致c(OH)＞c(H+)，H+放电是还原反应，故这一极为正极。 2、书写电极反应式
原电池的电极名称一旦确定，则相应电极的电极反应式也随之确定。但书写电极反应式时还需注意以
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下几点：
① 两极电极反应式中的电子得失数目（一般）保持相等。
②注意电解质溶液的性质有时会引起电极反应的改变。如Al－Cu－NaHCO3溶液构成的原电池中，因Al失
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去电子生成的Al3+能与HCO3反应：Al3++3HCO3=Al(OH)3↓+3CO2↑，故铝件（负极）上发生的反应为：Al+3HCO3
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→Al(OH)3↓+3CO2↑+3e，而不是仅仅写为：Al→Al3++3e。还有如在书写燃料电池正极反应时，要注意电解－
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－质溶液的酸碱性。溶液为碱性时，电极反应式中不能出现H+，正极反应就写成O2＋2H2O＋4e-→4OH；－溶液为酸性时，电极反应式中不能出现OH，此时电极反应式应写为O2+4H++4e-→2H2O。所以有些电池若改变其电解质溶液的酸碱性，虽不会改变电池的正负极，但却改变了电极反应。 ③正负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的电极反应式（一般为负极），即得到较难写出的电极反应式。
④可充电电池是联系原电池与电解池的桥梁，它也是电化学知识的重要知识点。放电为原电池反应，充电为电解池反应。原电池的负极反应与电解池的阴极反应，原电池的正极反应与电解池的阳极反应互为逆反应。只要按前面方法能熟练书写放电(即原电池)的电极反应式，就能很快写出充电（即电解池）的电极反应式。
考点3常用的化学电源和新型化学电源 1、锌锰干电池：
①酸性锌锰干电池：负极是锌，正极是石墨棒，电解质是NH4Cl和ZnCl2，MnO2是去极剂，除去炭棒上的氢气膜，减小电池的内阻。电极反应是：
负极：Zn—2e-→ Zn2+ 正极：2 NH4++2e-+2 MnO2→2NH3+H2O+Mn2O3 电池反应：Zn+2 NH4++2 MnO2= Zn2++2NH3+ H2O+ Mn2O3
特点：制作简单，价格便宜，但会发生自放电而使存放时间缩短，放电后电压下降比较快。 ②碱性锌锰电池：负极是锌,正极是MnO2,电解质是KOH。电极反应是：
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负极：Zn+2OH—→Zn(OH)2+2e；正极:2MnO2+2H2O+2e→2MnO(OH)+2OH 电池反应:Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2
特点:单位质量所输出的电能多且储存时间较长，适用于大电流和连续放电。 2、铅蓄电池（放电），负极是Pb，正极是PbO2，H2SO4是电解质。正负极生成的Pb2+同时SO42-结合生成难溶的PbSO4。
负极：Pb→Pb2++2e-， Pb2++ SO42-→PbSO4，合并得：Pb+ SO42-→ PbSO4 +2e-
+2-- 正极：PbO2+4H+ SO4+2e→ PbSO4+2 H2O
总电池反应：Pb+ PbO2+4H++2 SO42-=2 PbSO4+2 H2O 写出铅蓄电池充电时的电极反应
阴极 ；阳极 总反应式： 3、镍一镉碱性蓄电池: 放电时镉(Cd)为负极，正极是NiO(OH)，电解液是KOH溶液。
总反应式为：Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2
放电时：负极:Cd+2OH-→Cd(OH)2+2e-； 正极:2NiO(OH)+2H2O+2e-→2Ni(OH)2+2OH-
充电时：阴极 ；阳极 4、钮扣式电池(银锌电池)（KOH溶液作电解质溶液），总反应：Zn+Ag2O+H2O
放电充电Zn(OH)2+2Ag
放电时：负极： ；正极： ；
充电时：阴极 ；阳极 注意：可充电还有镍铁碱性电池：Fe+NiO2+2H2O
放电充电Fe(OH)2+Ni(OH)2、氢镍电池：H2+2NiO(OH)
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Ni(OH)2、 高铁电池：3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH和锂电池等。
5、氢氧燃料电池：氢、氧电极都是双层多孔镍电极(内外层孔径不同)，加铂或氧化钴作催化剂，电解质用酸或碱。总电池反应是：2H2 +O2 =2H2O。
①用40%的H2SO4溶液作电解质溶液：负极： ； 正极： 。 ②用35％苛性钾溶液作电解质溶液：负极： ； 正极： 。
注意：在酸性环境中，H+能稳定存在，O2-会与H+结合成H2O；在碱性环境中，H+不能稳定存在，会与OH-结合成H2O，而O2-也不能稳定存在，会与水结合形成OH-。
例1、氢氧燃料电池，固体电解质在熔融状态分别能传导O2- 或H+。书写时要依据电解质的性质。
（Ⅰ）在能传导O2-的固体电解质中 ：负极： ； 正极： 。
注意：在能传导O2-的固体电解质中：由于O2-能存在，而H+会与固体电解质中O2-结合形成水 （Ⅱ）在能传导H+的固体电解质中 ：负极： ； 正极： 。
总反应都是：2H2+ O2=2H2O
6、甲烷燃料电池：甲烷燃料电池以多孔镍板为两极,电解质溶液为KOH溶液。由于生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，所以总反应为：CH4 + 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3H2O。书写过程如下： 负极：CH4+ 8OH- →CO2 + 6H2O+8e-， CO2 + 2OH- → CO32- + H2O，合并得：
CH4 + 10 OH- + 8e- →CO32- + 7H2O 。
正极：O2 + 4e- → 2O2- ，O2- + H2O→2OH- ，合并得：正极的电极反应式为：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-。 例2、一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2-。
负极： ； 正极： 。 总电池反应： 。 7、甲醇燃料电池：以铂为两极，用碱或酸作为电解质。 ①碱性电解质（KOH溶液为例）
正极：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- 负极：CH3OH +8OH- → CO32-+ 6H2O +6e- 总反应式：2 CH3OH + 3O2 +4KOH= 2K2CO3 + 6H2O ②酸性电解质（H2SO4溶液为例）
正极： ；负极： 。 总反应: 。 说明：乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同
例3、甲醇、空气（含CO2）燃料电池，用熔融的碳酸盐(Li2CO3和Na2CO3熔融盐混和物)作电解质。 正极： ；负极： 。
总反应：2CH3OH+3 O2=2CO2+4H2O
提示：在熔融的碳酸盐环境中，O2-离子也不能单独存在，O2-离子可结合CO2生成CO32-离子。
8、铝–空气–海水电池：我国首创以铝–空气–海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断被氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光。电源负极材料为铝，电源正极材料为石墨、铂网等能导电的惰性材料。
正极： ；负极： 。 总反应式为：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3(说明:铝板要及时更换，铂做成网状是为了增大与氧气的接触面积)
充电充电放电放电【随堂练习】
1、（2010安徽卷）某固体酸燃料电池以CaHSO4固体为电解
＋
质传递H，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：2H2＋O2＝2H2O，下列有关说法正确的是（ ）
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A.电子通过外电路从b极流向a极
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B.b极上的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e→4OH C.每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2 ＋
D.H由a极通过固体酸电解质传递到b极
（08江苏卷）镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH2、
放电溶液，其充、放电按下式进行：Cd + 2NiOOH +2H2O 充电Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2 有关该电池的说法正确的是（ ）
A．充电时阳极反应：Ni(OH)2 + OH → NiOOH + H2O+e B．充电过程是化学能转化为电能的过程 C．放电时负极附近溶液的碱性不变
D．放电时电解质溶液中的OH-向正极移动 3、（2010福建卷）铅蓄电池的工作原理为：Pb＋PbO2＋2H2SO4＝2PbSO4＋2H2O。研读右图，下列判断不正确的是（ ）
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A．K闭合时，Ⅱ中SO42向c电极迁移
B．当电路中转移0.2 mol电子时，Ⅰ中消耗的H2SO4为0.2 mol
－
C． K闭合时，d电极反应式：PbSO4＋2H2O－2e→PbO2＋4H+－
＋SO42
D．K闭合一段时间后，Ⅱ可单独作为原电池，d电极为正极
Pb--
KaPbbPbcPbdPbPbO2PbSO4Ⅰ30%H2SO4Ⅱ4、据报道，美国正在研究的新电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，它具有容量大等优点，其电池反应为2Zn＋O2=2ZnO，原料为锌粒、电解液和空气，则下列叙述正确的是（ ）
＋－
A. B.负极反应为Zn→Zn2+2e C. D.电解液肯定不是强酸 5、某燃料电池以熔融的K2CO3（其中不含O和HCO3）为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。试回答下列问题：
（1）写出该燃料电池的化学反应方程式 。 （2）写出该燃料电池的电极反应式 。 （3）为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此，必须在通入的空气中加入一种物质，加入的物质是什么？它从哪里来？ 。
6、在如右图所示的实验装置中，E为一张淀粉、碘化钾和酚酞混合溶液润湿的滤纸，C、D为 夹在滤纸两端的铂夹，X、Y分别为直流电源的两极。 在A、B中充满KOH溶液后倒立于盛有KOH溶液的水槽中，再分别插入铂电极。切断电源开关S1，闭合开关S2，通直流电一段时间后，请回答下列问题：
(1)标出电源的正、负极：X为 极，Y为 极。 (2)在滤纸的C端附近，观察到的现象是 ，在滤纸的D端附近，观察到的现象是 。 （3)写出电极反应式：A中 ；B中 ；C中 ；D中 。
(4)若电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极，此时切断开
关S2，闭合开关S1，则电流计的指针是否发生偏转 （填“偏转”或“不偏转”）。
(5)若电流计指针偏转，写出有关的电极反应式（若指针不偏转，此题不必回答）：A中 ；B中 。若电流计指针不偏转，请说明理由（若指针偏转，此题不必回答）
2--
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【教学反思】
原电池这部分内容是高中生学习的难点，也是教师教学的重点和难点。本学期进行到这部分的教学时，考虑到实际情况，针对高三（7）班和高三（8）学生特点，特设计了“以学生自主自学、教师引导，师生共同探讨”的教学模式，一改以往教师讲解为主的教学模式。从实际授课情况来看，学生能积极探讨问题，提出了很多具有建设性的建议，从中更深刻地理解了原电池反应的原理。同时这节课还有两个亮点：一是打破了课堂教学空间和时间的局限性，注重激发学生学习的主动性，采用课前发提纲的形式让学生提前做好预习，在预习中发现问题，本人在收集好问题在课堂有针对性的教学，教学效果非常好；二是本人在设计时，采用学案+随堂练习方式，联系实际，归纳出的化学电源比较全面和有代表性，教学环节设计比较合理，通过讲练结合，让学生逐个突破重难点，基本达到了本人预期的教学目标。
不过，本节课的教学仍然有很多不足之处：1、课堂上学生活动时间稍显不足，有些学生讨论和思考得不够充分；2、有些练习拓展比较大比较宽，难度太大，不大适合学习中下的学生理解和掌握；3、教师对学生原电池学习方法和规律的引导和总结还不够些，造成部分学生理解比较混乱。
综上所述，对本节课的教学，本人突破传统的课堂教学模式，作了一些有效的尝试，对本人今后尝试更多的教学模式积累了一些宝贵的经验，也提高了驾驭课堂的能力。同时通过课前和课后的研究和反思，本人也存在许多不足，今后会加以改正。
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原电池教学设计
