2018寒假高三第四讲原电池原理及其应用

1、第 1 页第四讲 原电池原理及其应用一、复习回顾1氧化还原反应的特征是什么？氧化还原反应的本质是什么？ 2电池在当今生产、生活和科技发展中广泛的用途3 Mg 条在空气中燃烧现象如何？过程中发生的能量变化有哪些？答：发出耀眼的强光，同时放出大量的热，化学能转变为光能、化学能转变为热能，这是一 个氧化还原反应， Mg 直接失电子给氧， 设想如果把 Mg 失去的电子通过导线递给氧， 线中不就有电流产生吗？该过程就是化学能转变成电能了。 那么到底通过何种途径、 置来实现这种转变呢？二、知识梳理考点 1 ：原电池的概念及组成1原电池定义：把化学能转变为电能的装置注意：原电池是一种装置，其能量转化形式是化

2、学能转化为电能。2典型装置 把锌粒放入稀硫酸中；铜片放入稀硫酸中；锌粒放在铜片上一起浸入稀硫酸中；锌片、铜片用导线连在灵敏电流计上一起浸入稀硫酸中。观察四个装置的现象。 如上图当闭合开关后可以看到 Zn 片溶解，电流计的指针偏转，说明有电流的形成；是电流在较短时间内就会衰减，说明该装置简单、效率低；在两个电极上都会有气体产生， 而且溶液的温度升高说明 Zn 可以直接与硫酸反应， 在 Cu 片上是溶液中的 H+得到电子生成 H2，因此在该装置中既有化学能转化为电能又有化学能转化为热能。在导何种装第 2 页如上图将 Zn 片和 Cu 片分别置于和 ZnSO4和 CuSO4溶液中，用导线连接，两烧杯

3、之 间用盐桥接通，发现电流计的指针偏转，说明有电流的形成；而且电流稳定持续时间较长， 说明该装置简单、效率高；在 Zn 表面有红色物质析出，因此在该装置中只有化学能转化为 电能。3.原电池的基本组成： 由电极材料和电解质溶液形成两个半电池，两个隔离的半电池通过导线连接。4 构成原电池条件（1）溶液相同，电极变化（2）电极相同，溶液变化：（3）电路是否闭合分析后得知构成原电池的条件：（ 1 ）两个电极：负极（较活泼的金属，失去电子的一极），正极（较不活泼的金属或非金属，得到电子的一极） ；（2）电解质溶液或者熔融电解质（两电极浸在其中）（3）闭合回路（4）电池反应应为自发的氧化还原反应考点 2

4、：原电池的工作原理1原电池原理：宏观上我们看到了两极上的变化，从微观上我们再来探讨一下就能够发现 作为负极的较活泼的金属不断失去电子变成阳离子进入溶液中， 而电子则沿着外电路也就是 导线转移到作正第 3 页极的较不活泼的金属上， 溶液中的阳离子会移向正极并在正极上获得电子发 生还原反应，溶液中的阴离子向负极移动，这样才会是完整的闭合回路，从而形成电流，化 学能转换为电能。 上面讲到的丹尼尔电池中盐桥的作用就是离子在其中可以移动而形成完整 的闭合回路。2 电子流向：负极T导线T正极3 离子迁移：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。4 电流流向：与电子移动方向相反5 电极反应与总反应：原电池将一个

5、完整的氧化还原反应分为两个半反应，负极发生氧化反应， 正极发生还原反应。 一般将两个电极反应中得失电子的数目写为相同， 相加后便得到 总反应方程式。以 Zn-Cu 原电池为例：电极反应：（ - ） Zn-2 e=Zn2+（+）2H+2 e=H2f电池总反应：Zn+2H+=H2f+zn+6 pH 的变化规律：若电极反应消耗 0H-（或者 H+）,则电极周围溶液的 pH 减小（或增 大）；若电极反应生成 0H-（或者 H+）,则电极周围溶液的 pH 增大（或减小）。若总反应 的结果是消耗 0H-（或者 H+）或生成 0H-（或者 H+）则溶液的 pH 减小（或增大）或增第 4 页大（或减小）。若两

6、极消耗等物质的量的0H-和 H+，则溶液的 pH 变化规律随溶液的酸碱性的不同而不同。考点 3 ：原电池正负极的判断方法1 由组成原电池的两级材料判断： 一般活泼的金属作为负极，相对不活泼的金属或能导电的非金属作为正极。2 根据电流方向或电子流动方向判断： 在外电路电流时由正极流向负极；电子是由负极流向正极。3 根据原电池里电解质溶液中离子的定向移动方向判断： 在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。4 根据原电池两级发生的变化来判断：原电池的负极总是失电子发生氧化反应，正极总是得电子发生还原反应。5 X 极增重或减轻：工作后， X 极质量增加，说明 X 极有物质析出， X 极

7、为正极；反之，明 X 极金属溶解， X 极为负极。6X 极有气泡冒出：工作后， X 极上有气泡冒出，是因为发生了析出H2的电极反应，说明7X 极附近 pH 的变化：X 极质量减少，说X 极为正极。析氢或吸氧的电极反应发生后， 均能使该电极附近电解质溶液的 pH 增大，因而工作后， X 极附近 pH 增大了说明 X 极为正极。8 特例：在根据金属活动性的规律判断的时候还得考虑溶液的酸碱性以及浓溶液、稀溶液等问题。考点 4 ：常见的化学电源及其电极反应1.化学电源分类：一次电池（发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后就不能再使用的电池，如普通锌 - 锰电池、银- 锌电池等干电池） ；二次电池（可多次

8、充、放电的电池，如铅蓄电池、镍-铬电池等蓄电池） ；燃料电池（利用燃料和氧化还原反应的电池，如氢氧燃料电池、甲醇燃料电 池等）2.电极反应式的书写（ 1）书写应遵循的原则：要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒。弱电解质、气体和 难溶物均写成化学式， 其余的以离子形式表示。 正极反应产物、 负极反应产物根据题意或化 学方程式确定，也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。（2）电极反应式的书写类型：根据装置书写电极反应式、给出总反应写出电极反应式（列出物质，标出电子的得失；选离子，配电荷；配个数，巧加水；两式加，验总式。 ）以 2H2 O2=2H2O 为例，当电解质溶液为 KOH 溶液时，根据总反

9、应方程式得到两 边化合价升高的物质是 H2转移电子数为 4e ，即负极反应式书写为 2H2-4e=4H+，根据 电解质溶液的酸碱性，用H+或 0H-或其他离子配平，使得两边电荷总数相等，即2H2-4e第 5 页第6页-+40H-=4H2O 在碱性溶液中，电极反应式中不能出现H+;同理正极反应式的书写是02+ 2H2O+4e=40H-。在碱性溶液中提供 H+的是水，要写成化学式的形式。将正负 极反应式相加若得到总反应方程式说明书写正确。注意：若反应式同侧出现不能共存的离子，如H+和 0H-要写成反应后的物质 H20。三、真题讲练【例题 1】（2019 四川）某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池

10、。放电时电池的总反应为：Lii-xCo02+LixC6=LiCo02+C6（x MnO+ SO2+ H+(未配平), 反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 _(2 )制备 Ag2O2的反应进行完全后， 经过滤、洗涤、干燥，即可得到 Ag2O2，检验 Ag2O2是否洗涤干净的方法是_(3 )一种银锌(Ag2O2、Zn)碱性电池的电解质溶液为 KOH 溶液，电池放电时正极生成 Ag , 负极只生成一种化合物(只含有 Zn、K、H、O)，其中 Zn 元素的质量分数为 30%，钾、锌 两种元素的质量比为78:65，则该电池的总反应方程式为 _ _【答案】(1)不是 5 2(2)取少量最后一次洗涤液，滴

11、加 12 滴硝酸酸化的 Ba(NO3)2溶液，若不出现白色浑浊，则表明已洗涤干净(3) 2Zn + Ag2O2+ 4KOH +2H2O=2K2Zn(OH)4+ 2Ag五、课后作业【基础】1 . (2019 江苏卷，10 题)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说 法正确的是( )第16页通电电解催化剂=反应=+ H2O=3H2+ CO,每消耗 1molCH4转移 12mol 电子点燃第17页B.电极 A 上 H2参与的电极反应为： H2+ 2OH2e=2H2OC. 电池工作时，CO32-向电极 B 移动D .电极 B 上发生的电极反应为：O2+ 2CO2+ 4e=2CO322

12、. （ 2019 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（SO42）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3 . （2019 新课标I）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能 转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的 说法错误的是（）A .正极反应中有 CO2生成B. 微生物促进了反应中电子的转移C. 质子通过交换膜从负极区移向正极区D.电池总反应为 C6H12O6+6O2=6CO2

13、+6H2O【巩固】.阳海子1 moPL第18页1. （ 2019 江苏启东月考）碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，故得到广泛应用。锌锰碱性电池以 KOH 溶液为电解液，电池总反应式为：Zn（s） + 2MnO2（s） +2H2O(I)=Z n(OH)2(s) + 2MnO OH(s)下列说法错误的是()A .电池工作时，锌失去电子B.电池正极的电极反应式为：2MnO2(s) +2H2O(I) + 2e=2MnOOH(s) + 2OH (aq)C.电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D .外电路中每通过 0.2 mol 电子，锌的质量理论上减小6.5 gF 列说法正确的是（）A .正极反

14、应为 AgCl + e= Ag + C|B.放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C.若用 NaCl 溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变D .当电路中转移 0.01 mol e时，交换膜左侧溶液中约减少3 . （ 2019 海南卷，16 题）（9 分）锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，ab2 . (2019 福建卷,11 题）某原电池装置如右图所示，电池总反应为2Ag + Cl2= 2AgCl。第19页Li+通过电解质迁移入 MnO2晶格中，生成 LiMnO2。回答下列问题：（1 ）外电路的电流方向是由 _ 流向

15、 _。（填字LiLiClO.MnOj点燃第 20 页母）2 ）电池正极反应式为 _。_3 ）是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？ _ （填“是”或“否”）原因是（4）MnO2可与 KOH 和 KClO4在高温条件下反应，生成 K2MnO4，反应的化学方程式为_ nO4在酸性溶液中歧化，生成 KMnO4和 MnO2的物质的量之比为 _【拔高】1 （ 2019 北京清华附中期中）高效能电池的研发制约电动汽车的推广有一种新型的燃料 电池，它以多孔镍板为电极插入 KOH 溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反应式为：2C2H6+7O2+8KOH 4K2CO3+ IOH2O,有关此电池的推断正确的

16、是（）A .负极反应为：14H2O+7O2+28e一 28OHB. 放电过程中 KOH 的物质的量浓度不变C. 每消耗 ImolC2H6，则电路上转移的电子为 14molD 放电一段时间后，负极周围的pH 升高2.（2019 江苏）一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的（）通电 电解催化剂=反应=+ H2O=3H2+ CO,每消耗 ImolCH4转移 12mol 电子B.电极 A 上 H2参与的电极反应为： H2+ 2OH2e=2H2O第21页C. 电池工作时，CO32向电极 B 移动D .电极 B 上发生的电极反应为：02+ 2CO2+ 4e=2C0323.（2019

17、 新课标H）（14 分）酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳 棒，其周围是有碳粉，二氧化锰，氯化锌和氯化铵等组成的填充物，该电池在放电过程 产生 MnOOH，回收处理该废电池可以得到多种化工原料，有关数据下图所示： 溶解度/（g/100g 水）温度 /X化合物020406080100NH4Cl29.337.245.855.365.677.3ZnCl2343395452488541614化合物Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Ksp 近似值10-1710-1710-39回答下列问题:（1 ）该电池的正极反应式为 _ ，电池反应的离子方程式为： _（2）维持电流强度为 0.

18、5A，电池工作五分钟， 理论消耗 Zn _g。（已经 F=96500C/mol ）（3 ）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有氯化锌和氯化铵，两者可以通过_ 离回收，滤渣的主要成分是二氧化锰、 _ 和_ ，欲从中得到较纯的二氧化锰，最简便的方法是 _，其原理是 _。（4 ）用废电池的锌皮制作七水合硫酸锌，需去除少量杂质铁，其方法是：加入新硫酸和双氧水，溶解，铁变为 _ 加碱调节 PH 为_，铁刚好完全沉淀（离子浓度小于1X1（-5mol/L 时，即可认为该离子沉淀完全）。继续加碱调节 PH 为_，锌开始沉淀（假定 Zn2+浓度为 O.1mol/L ）。若上述过程不加双氧水的后果是 _，原因是_ 。第22页【答案】第23页【基础】1 . D 2. C 3. A【巩固】1 . C 2. D