2.原电池及其应用讲义（教师逐字稿）_05高考化学_通用版（老高考）复习资料_2023年复习资料_专项复习_思维导图破解高中化学（全国通用）（导图+PPT课件+逐字稿）

电化学讲义（学霸版） 第 1 课时 原电池及其应用 课程简介：即 PPT(第 1 页)：本节课我们主要学习：电化学的内容， 分 2 个课时进行。 电化学在高中化学各类模块中难度中等，高考出题方向为 1 道选 择题，或者会加上大题里的一问（常出现在工业流程大题或反应原理 大题中）。高考题目难度不大，属于必得分题目。电化学主要内容包 括反应原理（电极得失电子情况，做氧化剂还是还原剂，发生氧化反 应还是还原反应），电子和阴阳离子的移动方向，溶液 pH 的变化， 离子交换膜的选择，电极方程式的书写，结合转移电子数守恒计算等。 电化学所考查的题型相对比较固定，然而由于当下是电动车大力推广 使用的时代，因此高效新电池的研发是热潮，所以比较喜欢考查一些 新式的陌生电池。因此，除了把本章节的基本原理记牢外，更多的是 掌握核心方法，这样才可以做到举一反三。（敲黑板）是不是听到“喜 欢考查新东西”就有些慌了，其实核心方法很简单，也很固定，而且 选择题普遍用排除法就可以解答出来，所以只要细心，将核心方法掌 握到位，试题 so easy，基本是秒懂，咱们拭目以待吧~ PPT(第 2 页)：先来了解一下电化学模块的知识特点。 1、“点少且较易上手”；2、“模块分明但相通性高”；3、“题型 固定但内容新颖，方法是关键” 1、电化学的知识点不多，且抽象性不大，是必修一所学过的氧化还原反应和离子反应的综合应用，因此是有一定的基础铺垫，所以 即使是新课内容，学起来也比较好上手。 2、电化学的核心板块是原电池、电解池；两个装置的区分度很 高，即通过有无外加直流电源来区分。另外，两个装置的反应是相反 过程，所以两个板块所学习的知识点和考查的题型非常相似，相似度 在 90%以上，因此相通性非常高，基本是将较简单的原电池学完后， 所学的内容基本可以照搬到电解池的学习上。 3、电化学板块所考查的题型是非常固定的，基本可以说是一成 不变，因此只要将常考的几种题型练习掌握到位，基本可以将大部分 题目攻克。前面也提及了，电化学板块比较喜欢考“新东西”，这个 指 的 是 陌 生 的 电 化 学 方 程 式 。 比 如 说 考 查 应 用 “ Fe2HCl FeCl H ”原理所构成的 Fe—Cu 原电池时，这个方程 2 2 式是非常熟悉不过了，所以所考的题型都是小 case，心里非常有底。 但是，如果换成 ，或者是含有未 5MnO +2Ag+2NaCl= Na Mn O +2AgCl 2 2 5 10 知数的电化学方程式时，如 LiMO C Li C LiLi MO ，刚刚那股自 2 6 1x 6 1x 2 信的底气是继续在身上回流呢，还是直接跑到九霄云外了呢。（敲黑 板）换了方程式基本就是换汤不换药，分析方法和所考查的题型还是 跟原来一样，只是需要更细心的审题，看下有没有新的提示信息。因 此，电化学板块关键是掌握方法，这样才可以做到举一反三，信手拈 来。 PPT(第 3 页)：现在我们正式进入电化学模块的学习，分为原电池、 电解池、金属腐蚀及电化学防腐 3 个部分，我们按这个顺序先后学习。前两部分是核心内容，要重点掌握好，第三部分是基于第一二部分原 理的简单应用，属于“背多分”板块，因此只要掌握好前两部分的内 容，电化学模块就基本水到渠成。综上所述，电化学模块分为原电池、 电解池、金属腐蚀与电化学防腐 3 个部分，接下来，我们会分别去构 建各部分的知识点网络，同时会结合经典例题去熟悉常考题型，深化 方法的理解与应用。 PPT(第 4 页)：因为电化学是氧化还原反应和离子反应的综合应用， 因此在进入学习前，我们先复习下会涉及到这两种基本反应的一些细 节，避免碰壁。请看 PPT 里的内容，看下哪些细节还不太清楚的。（学 霸老师只需要回答学生有疑问的点，若无疑问，直接往后学习） PPT(第 5 页)：现在我们进入第一个部分（原电池）知识网络的构建。 PPT(第 6 页)：看，这就是原电池的知识网络图。原电池是将化学能 转化为电能的装置，我们会按构成条件、反应原理、电极方程式的书 写、化学电源分类等 4 个分支来一一论述。 PPT(第 7 页)：构成条件：原电池的基本构成条件有 3 个，我们参考 右图 Zn—Cu 原电池的装置来更好的认识：①两个活泼性不同的电极 （补充说明：简言之，即两种材料不同的电极，可以是两种不同的金 属，比如 Fe 和 Cu；也可以是 1 种金属和 1 种非金属，比如 Fe 和 C）； ②构成闭合回路（补充说明：开关闭合，两电极一端通过导线相连， 另一端同时插入电解质中，可以是电解质溶液，比如 NaCl 溶液，也 可以是熔融电解质，比如熔融 NaCl）；③能自发发生氧化还原反应 （补充说明：初中物理对电流产生的定义为带电粒子的定向移动，我们知道氧化还原反应的本质是电子的转移，因此电极材料中只要有一 极可以和电解质发生氧化还原反应，即发生电子的定向移动，这样就 可以形成电流）。 PPT(第 8—9 页)：反应原理：下面我们来具体分析反应原理，也是以 Zn—Cu 和硫酸溶液构成的原电池装置为例进行讲解。说白了，原电 池的反应本质即有一个电极和电解质发生氧化还原反应。如图装置， 我们知道这里面只有 Zn 可以跟硫酸反应，因此可以写出反应的方程 式来，即 ZnH SO ZnSO H 。很明显，这是个氧化还原反应方程 2 4 4 2 式，那么接下来我们找出反应物中的化合价升降的元素，并判断出转 移电子数（让学生先思考判断，接着学霸老师继续讲解）。这个方程 式里 Zn 的化合价升高，H 的化合价降低，整个式子共转移 2 个电子。 我们知道电池有正极和负极两个电极，那么它们是如何工作的呢？ （敲黑板，请好好听，这是重点内容）在原电池里，负极失电子，并 通过导线到达正极，此时负极失电子显正电，正极得电子显负电，由 于电荷异性相吸同性相斥的原理以及电解质体系要保持电中性，电解 质中带负电的阴离子跑向负极（显正电），带正电的阳离子跑向正极 （显负电），并且移向两极的电荷数与外电路通过的电子数相同。因 此，内外电路都发生电荷的定向移动且移动的电荷数相同，满足电流 的产生条件和电解质体系显电中性的条件，进而将化学能转化为电 能，这就是原电池的反应原理。电解质中阴阳离子的移动方向及数目 是一个常考点，我们可以简记为：正电跑正极，负电跑负极，并且移 向两极的电荷数与外电路通过的电子数相同，来便于快速判断。接下来，我们补充一下电极材料作负极的条件，也是常考点之一。 原电池反应的本质是负极材料和电解质发生氧化还原反应，而氧化还 原反应里有一个强者先行的原则，即氧化性强、还原性强的物质优先 发生反应，通俗点讲，即得电子能力强、失电子能力强的物质优先反 应。我们以①Mg—Al 和硫酸溶液、②Mg—Al 和 NaOH 溶液构成的 原电池为例说明下，①中由金属活动顺序表可知，活泼性Mg > Al > H， 因此 Mg 和 Al 都能和硫酸反应，根据强者先行的原则，活泼的优先反 应，因此这里 Mg 作负极，Al 作正极。如果将硫酸溶液换成②中的 NaOH 溶液呢？必修一里学过 Al 是两性金属，可以和强酸强碱反应， 而 Mg 只能和强酸反应，因此这里反而是较不活泼的 Al 作负极。跟 ②一样的特例还有“常温下，Fe—Cu（或 Al—Cu）和浓硝酸构成的 原电池”，此时由于常温下 Fe（或 Al）遇浓硝酸会发生钝化，因此 是较不活泼的 Cu 作负极；但是随着反应的进行，只要酸的浓度变得 足够稀，剧情就反转了，变成较活泼的 Fe（或 Al）作负极了。综上 所述，我们可以看出材料做负极要结合金属的活泼性和电解质综合考 虑，我们可以总结如下，如果两个电极材料都可以和电解质反应，那 么活泼的作负极；如果只有一极可以发生反应，那么该极作负极，这 里需要记好刚刚提到的两个特例。 PPT(第 10—12 页)：电极方程式的书写：前两部分都是简单的记忆， 现在正式进入核心方法的学习。电极方程式的书写才是原电池的根 基，基本所有题型都是围绕它来展开，也是高考题新颖多变的原因所 在。原电池方程式分为总方程式、正极方程式、负极方程式 3 块，是氧化还原反应和离子反应的综合应用，因此遵循化合价升降守恒、电 荷守恒、原子守恒 3 个原则，这 3 个原则就是方法的关键。我们还是 以最简单的 Zn—Cu—H SO 原电池模型为例进行分析。总方程式就是 2 4 负极材料与电解质反应的化学方程式，即 ZnH SO ZnSO H ，把 2 4 4 2 它改写成离子方程式，即Zn2H Zn2 H ，那么正负极方程式就 2 是在离子方程式的基础上进行拆分。根据前面讲过的反应原理，负极 失电子，化合价升高，正极得电子，化合价降低。结合本方程式分析 可得，Zn 化合价升高，产物为 Zn2+，H + 化合价降低，产物为 H ，共转 2 移 2 个电子。所以可写出电极方程式如下：负极：Zn2e  Zn2 ，正 极：2H 2e  H 。正负极方程式叠加后就是总反应的离子方程式， 2 这就是 3 个方程式的关系，即知二求一。现在我们将书写方法总结如 下： ①先明确总方程式中哪些物质可拆成保留下来的离子形式。 ②找出反应物和生成物中化合价升降的元素及对应的转移电子 数，书写电极方程式雏形：x 反应物 ± ye－ = z 生成物，注意式 子里 x、y、z 三个系数一定要匹配，这是非常关键的，不然后续的工 作都是白费！！！关于转移电子数的判断，这是一个很容易疏忽出错 的点，这里教给同学一个迅速的判断技巧：转移电子数等于方程式中 所有化合价升高的元素的价态变化之和，或者等于所有化合价降低的 元素的价态变化之和！！！这点一定要记清楚。因此转移电子数的判 断有两个方向可寻，可以只找升高的，也可以只找降低的，在这里， 我们只找熟悉的物质来判断即可。5MnO +2Ag+2NaCl= Na Mn O +2AgCl 举个例子，对于 2 2 5 10 这个方程 式，我们可以非常清楚知道只有 Ag 化合价升高，并且其对应的物质 价态我们也非常熟悉，因此整个方程式共转移 2 个电子。 ③根据②中的式子判断等号两边的电荷情况，同时结合电解质 可提供的微粒情况，在等号两边添加合适的介质，先用电荷守恒配平 带电介质，再用原子守恒配平不带电介质（H O 系数最后配）。（酸 2 溶液：H+、H O 碱溶液：OH — 、H O 熔融氧化物：O2—） 2 2 这三步曲环环相扣，因此每一步都要细心，不然后面的工作都是 徒劳无功，前面的工作基本都要推倒重建。我们再举一个例子，加深 大家对方法的理解应用，就拿 Mg—Al 和 NaOH 溶液构成的原电池来 讲解。（务必看视频，学霸不必过多讲解） PPT(第 13—14 页)：例题和答案解析。 PPT(第 15 页)：接下来我们来对比下原电池的两种组装形式，同时补 充下盐桥的作用及选择要求，这部分内容只要求简单记忆。这两个装 置都是发生 Zn 置换出 CuSO 溶液中 Cu2+的反应。区别在于Ⅰ装置中 Zn 4 直接与 CuSO 溶液接触，因此 Zn 失去的电子有两个走向，一是通过导 4 线形成电流，二是直接给了 CuSO 溶液中的 Cu2+置换出 Cu，这个过程 4 中化学能转化为电能和热能。而装置Ⅱ中由于 Zn 失去的电子只能通 过导线，所以化学能只能转化为电能，因此装置Ⅱ能量损失少，使用 效率更高，在实际应用中也是采用装置Ⅱ的形式。盐桥中通常装有含 电解质溶液的琼脂，例如：KCl、KNO 等，离子能在里面移动。盐桥 3 只有两个作用：1、连接内电路构成闭合回路，2、平衡两侧电解质溶液中的电荷（盐桥内阴阳离子移动方向：正电找正极，负电找负极）； 盐桥的选择要求是琼脂内的电解质溶液不与两侧的电解质溶液反应， 这点切记。 PPT(第 16 页)： 化学电源分类：最后我们介绍下化学电源的简单分类， 化学电源分为干电池、充电电池、燃料电池 3 类。 PPT(第 17 页)： 干电池又叫一次电池，只能使用一次，常见普通锌锰 电池、碱性锌锰电池、银锌电池等。 PPT(第 18 页)： 充电电池又叫二次电池，顾名思义，可反复使用，常 见铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等蓄电池。 PPT(第 19-20 页)： 燃料电池是重点，它有以下特点；总方程式是燃 料与氧气的反应，从方程式来看就跟燃料完全燃烧一模一样，但是却 没有燃烧过程，这个过程只是将化学能直接转化为电能，并且产物绿 色无污染，能量转化高效，很符合可持续发展的方针。 燃料电池是考试重点，这里补充一下燃料电池中几个常考点： ①燃料电池一般是燃料跟氧气反应，因此燃料作负极，氧气作正极， 转移电子数由氧气分子决定，1 个氧气分子转移 4 个电子，因此总方 程式中有多少个氧气分子参与反应，则转移电子数为氧气分子个数的 4 倍。②常见的产物判断，一般来讲，如果题目没有说明，均按下列 情况处理即可：在酸溶液中，C 最终变为 CO ，在碱溶液中，C 最终 2 变为 CO 2—，在碳酸盐溶液中，C 最终变为 HCO —。接下来，我们来 3 3 具体看下常考的氢氧燃料电池和甲烷燃料电池在各种电解质中电极 方程式的书写。PPT(第 21 页)：技巧总结。（学霸照读 PPT） PPT(第 22 页)：我的原电池知识网络已交织成型了，你的知识网络交 织得如何了，要修整的赶紧修整下哦。 下面我们一起来小试牛刀，看一下如何运用原电池知识网络来解 题吧！这里选取了常考的各种题型，检测下大家对知识点的掌握吸收 情况。（务必看视频，学霸不必过多讲解） PPT(第 23—24 页)：第 1 道练习和答案解析。 PPT(第 25—26 页)：第 2 道练习和答案解析。 PPT(第 27—28 页)：第 3 道练习和答案解析。 PPT(第 29—30 页)：第 4 道练习和答案解析。 PPT(第 31 页)：回顾落实。看完视频题目后，有没有学会如何运用知 识网络来解题？我们再次总结一下知识网络的要点吧。 PPT(第 32 页)：要点总结（学霸照 PPT 读即可）。 PPT(第 33 页)：注意事项提醒（4 个 tip，学霸照 PPT 读即可）。 PPT(第 34 页)：课后作业布置，请完成我们为你准备的经典习题。 PPT(第 35 页)：结束。