《金新学案》高三化学一轮复习 第六章 第3讲 化学能转化为电能-电池课件 鲁科

第3讲化学能转化为电能——电池最新展示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。热点定位1.原电池的工作原理分析，尤其是带盐桥的原电池装置。2.根据所给自发进行的反应设计原电池，并能绘制装置图。3.了解常用化学电源的构造及新型电源的工作原理。4.金属的腐蚀和防护是化学与社会联系的重要窗口，以此为素材考查原电池原理。一、原电池1．概念把

转化为

的装置。2．形成条件(1)

不同的两种金属(或金属与非金属)做两电极。(2)两电极插入同一(或用盐桥连通的不同)

中。(3)两极间形成

。(4)有自发氧化还原反应。

化学能电能有金属活性电解质溶液闭合回路3．原电池的电极名称及电极反应(以下图铜—锌原电池为例)电极材料锌铜电极名称..电极反应Zn―→Zn2＋＋2e－Cu2＋＋2e－―→Cu反应类型....带电粒子定向移动电子流向：..离子流向：....氧化反应负极正极还原反应由负极经导线流向正极阳离子向正极、阴离子向负极定向移动1.两个半电池构成的原电池中，盐桥的作用是什么？【提示】（1）使两个烧杯中的溶液形成一个通路。（2）使溶液保持电中性，氧化还原反应能顺利进行产生持续的电流。二、常见的化学电源1．分类(1)一次电池：锌锰干电池、碱性锌锰电池、锂电池等。(2)二次电池：铅蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等。(3)燃料电池：氢氧燃料电池、甲烷燃料电池等。2．常见的化学电源(1)一次电池(锌锰干电池)酸性碱性电极材料及电极反应式正C：2NH4＋＋2e－―→2NH3↑＋H2↑C：2MnO2＋2H2O＋2e－―→2MnOOH＋2OH－负Zn：Zn―→Zn2＋＋2e－Zn：Zn＋2OH－―→Zn(OH)2＋2e－填充物ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊做电解质溶液，另有MnO2和炭黑KOH代替了酸性锌锰干电池中的NH4Cl电池总反应式Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH优劣比较制作简单，价格便宜，但因发生自放电而存放时间短，电压下降快等电压稳定，持久耐用，但生产工艺要求高(2)二次电池(可充电电池)铅蓄电池是常见的二次电池，负极材料是

，正极材料是

。①放电时的反应负极反应：Pb＋SO42－―→PbSO4＋2e－正极反应：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－―→PbSO4＋2H2O电池反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O②充电时的反应阴极反应：PbSO4＋2e－―→Pb＋SO42－阳极反应：PbSO4＋2H2O―→PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－电解反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4PbPbO2(3)燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。酸性碱性负极反应式2H2―→4H＋＋4e－2H2＋4OH－―→4H2O＋4e－正极反应式O2＋4H＋＋4e－―→2H2OO2＋2H2O＋4e－―→4OH－电池总反应式2H2＋O2===2H2O2．根据下下列氧化化还原反反应设计计一个原原电池：：2FeCl3＋Fe===3FeCl2。要求：(1)画出此原原电池的的装置图图，装置置采用烧烧杯和盐盐桥。(2)注明原电电池的正正、负极极和外电电路中电电子的流流向。【提示】(1)装置图如如下：(2)电池的正正负极及及外电路路中电子子的流向向如图所所示。三、金属属的腐蚀蚀与防护护1．金属的的腐蚀(1)化学腐蚀蚀与电化化腐蚀比比较化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与干燥气体或非电解质直接接触不纯金属或合金跟

接触特点

电流产生

电流产生本质金属失电子变成金属阳离子而被氧化(M―→Mn＋＋ne－)金属被

的过程较活泼的金属被.的过程相互关系两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更严重电解质溶液液无有氧化氧化(2)电化腐蚀的的两种途径径比较(以钢铁生锈锈为例)吸氧腐蚀析氢腐蚀条件金属表面水膜呈.金属表面水膜.电极反应式正O2＋2H2O＋4e－―→4OH－2H＋＋2e－―→H2↑负2Fe―→2Fe2＋＋4e－Fe―→Fe2＋＋2e－

电池反应式2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑弱酸性、中中性或碱性性酸性较高2.金属的防护护(1)，如不锈钢钢。(2)，如电镀、、喷漆。(3)电化学保护护法：①；②。改变金属的的组成结构构在金属表面面覆盖保护护层牺牲阳极的的阴极保护护法外加电流的的阴极保护护法1．(2009年广东高考考)出土的锡青青铜(铜锡合金)文物常有Cu2(OH)3Cl覆盖在其表表面。下列列说法正确确的是(多选)()A．锡青铜的的熔点比纯纯铜高B．在自然环环境中，锡锡青铜中的的锡可对铜铜起保护作作用C．锡青铜文文物在潮湿湿环境中的的腐蚀比干干燥环境中中快D．生成Cu2(OH)3Cl覆盖物是电电化学腐蚀蚀过程，但但不是化学学反应过程程【解析】合金的熔点点比成分金金属的低，，A错；金属的的电化学腐腐蚀属于化化学反应，，D错。【答案】BC2．(2009年北京高考考)下列叙述不不正确的是是()A．铁表面镀镀锌，铁作作阳极B．船底镶嵌嵌锌块，锌锌作负极，，以防船体体被腐蚀C．钢铁吸氧氧腐蚀的正正极反应：：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－D．工业上电电解饱和食食盐水的阳阳极反应：：2Cl－―→Cl2↑＋2e－【解析】选项A，铁作阳极极，铁要溶溶解，铁应应该作阴极极。选项B，Zn的活泼性比比Fe强，Zn失去电子而而保护了船船体。选项项C，钢铁发生生吸氧腐蚀蚀时，O2在正极获得得电子。选选项D，Cl－的失电子能能力强于OH－，电解饱和和食盐水时时，Cl－在阴极失去去电子变为为Cl2。【答案】A3．(2009年福建高考考)控制适合的的条件，将将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下下图所示的的原电池。。下列判断断不正确的的是()A．反应开始始时，乙中中石墨电极极上发生氧氧化反应B．反应开始始时，甲中中石墨电极极上Fe3+被还原C．电流计读读数为零时时，反应达达到化学平平衡状态D．电流计读读数为零后后，在甲中中溶入FeCl2固体，乙中中的石墨电电极为负极极【解析】由反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2可知，反应应开始时甲甲中Fe3＋发生还原反反应，乙中中I－发生氧化反反应；电流流计读数为为零，说明明单位时间间内由甲流流向乙的电电子数与由由乙流向甲甲的电子数数相等，生生成Fe3＋的物质的量量与消耗的的Fe3＋相等，则反反应达到了了平衡状态态，此时在在甲中溶入入FeCl2固体，则平平衡向逆反反应方向移移动，乙中中I2发生还原反反应，则乙乙中石墨电电极为正极极；故选D。【答案】D4．(2008年海南高考考)关于铅蓄电电池的说法法正确的是是()A．在放电时时，正极发发生的反应应是Pb(s)＋SO42－(aq)――→PbSO4(s)＋2e－B．在放电时时，该电池池的负极材材料是铅板板C．在充电时时，电池中中硫酸的浓浓度不断变变小D．在充电时时，阳极发发生的反应应是PbSO4(s)＋2e－―→Pb(s)＋SO42－(aq)【解析】A项中电池放放电时正极极应发生还还原反应，，电极反应应为：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－―→PbSO4＋2H2O；C项中电池充充电时硫酸酸的浓度应应不断增大大；D项中电池充充电时阳极极应发生氧氧化反应。。【答案】B一、原电池池的工作原原理1．原理图示示[以(－)Zn|CuSO4|Cu(＋)原电池为例]电池总反应方方程式：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu外电路：电子子从负极流出出，最后流回回正极，电流流从正极流出出，最后流向向负极。内电路：阴离离子移向负极极，阳离子移移向正极。外电路、内电电路共同形成成闭合电路，，形成电流，，从而使化学学能转化为电电能。2．原电池的判判断(1)先分析有无外外接电源，有有外接电源的的为电解池，，无外接电源源的可能为原原电池。(2)然后依据原电电池的形成条条件分析判断断，主要是““四看”：【应用指南】(1)考查原电池工工作原理时误误判“阳离子子移向负极、、阴离子移向向正极”是常常见的错误！！阳离子应移移向正极，阴阴离子移向负负极。(2)构成原电池的的条件之一为为：“有活泼泼性不同的金金属或非金属属导体”，燃燃料电池的电电极一般为惰惰性电极，但但两电极通入入的气体分别别为正、负极极电极材料。。(2010年镇江质检)用铜片、银片片、Cu(NO3)2溶液、、AgNO3溶液、、导线线和盐盐桥(装有琼琼脂KNO3的U型管)构成一一个原原电池池。以以下有有关该该原电电池的的叙述述正确确的是是()①在外电电路中中，电电流由由铜电电极流流向银银电极极②②正极极反应应为：：Ag＋＋e－―→Ag③实验验过程程中取取出盐盐桥，，原电电池仍仍继续续工作作④将铜铜片浸浸入AgNO3溶液中中发生生的化化学反反应与与该原原电池池反应应相同同A．①②②B．②③③C．②④④D．③④④【思路点点拨】依据原原电池池工作作原理理，确确定电电流方方向、、电极极反应应和原原电池池反应应，并并明确确盐桥桥的作作用。。【尝试试解解答答】该原原电电池池发发生生的的反反应应是是氧氧化化还还原原反反应应：：Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag，④④正正确确；；Cu为负负极极，，Ag为正正极极，，外外电电路路中中电电流流从从银银电电极极流流向向铜铜电电极极，，①①错错；；正正极极反反应应为为2Ag＋＋2e－―→→2Ag，负负极极反反应应为为：：Cu――→→Cu2＋＋2e－，②②正正确确；；撤撤掉掉盐盐桥桥，，原原电电池池处处于于断断路路状状态态，，不不能能继继续续工工作作，，③③错错。。【答案】C【拓展训练练】1．关于如如右图所所示装置置的叙述述，正确的是是()A．铜是阳阳极，铜铜片上有有气泡产产生B．铜片质质量逐渐渐减少C．电流从从锌片经经导线流流向铜片片D．氢离子子在铜片片表面被被还原【解析】铜是正极极，原电电池正极极发生还还原反应应：2H＋＋2e－―→H2↑，A不正确，，D正确，故故铜片质质量不变变，B不正确。。电流由由正极(铜片)经导线流流向锌片片(负极)，C不正确。。【答案】D二、原电电池电极极的判断断及电极极反应式式的书写写1．正、负负极判断断判断依据负极正极电极材料活泼性较强的金属活泼性较弱的金属或能导电的非金属电子流动方向电子流出极电子流入极电解质溶液中离子定向移动方向阴离子移向的极阳离子移向的极发生的反应氧化反应还原反应反应现象溶解的极增重或有气泡放出的极如CH4酸性燃料料电池中中，负极极反应式式为：CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应式式2O2＋8H＋＋8e－―→4H2O……正极反应应式CH4＋2H2O―→CO2＋8H＋＋8e－……负极反应应式【应用指南南】(1)原电池正、负负极判断的基基础是氧化还还原反应。如如果给出一个个方程式让判判断正、负极极，可以直接接根据化合价价的升降变化化来判断，发发生氧化反应应的一极为负负极，发生还还原反应的一一极为正极。。(2)判断原电池池的正、负负极时，除除考虑电极极材料金属属活性强弱弱外，还要要注意电解解质溶液与与两极材料料能否自发发反应等因因素，如Mg－Al(NaOH溶液)电池中，Al为负极材料料。(2009年海南高考考)Li－SOCl2电池可用于于心脏起搏搏器。该电电池的电极极材料分别别为锂和碳碳，电解液液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总总反应可表表示为：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。请回答下列列问题：(1)电池的负极极材料为________，发生的电电极反应为为_________；(2)电池正极发发生的电极极反应为___________________；(3)SOCl2易挥发，实实验室中常常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果果把少量水水滴到SOCl2中，实验现现象是_____________，反应的化化学方程式式为_______________________；(4)组装该电池池必须在无无水、无氧氧的条件下下进行，原原因是_____。【答案】锂Li―→Li＋＋e－(2)2SOCl2＋4e－―→4Cl－＋S＋SO2(3)出现现白白雾雾，，有有刺刺激激性性气气体体生生成成SOCl2＋H2O===2HCl↑↑＋SO2↑(4)锂是是活活泼泼金金属属，，易易与与H2O、O2反应应；；SOCl2也可可与与水水反反应应【拓展展训训练练】2.(2009年广广东东高高考考)可用用于于电电动动汽汽车车的的铝铝－－空空气气燃燃料料电电池池，，通通常常以以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液液，铝合金为为负极，空气气电极为正极极。下列说法法正确的是()A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液液时，正极反反应都为：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－B．以NaOH溶液为电解液液时，负极反反应为：Al＋3OH－―→Al(OH)3↓＋3e－C．以NaOH溶液为电解液液时，电池在在工作过程中中电解液的pH保持不变D．电池工作时时，电子通过过外电路从正正极流向负极极【解析】B项，以NaOH为电解液时，，不应生成Al(OH)3沉淀，而应生生成[Al(OH)4]－。C项，电解液的的pH应减小。D项，电子通过过外电路从负负极流向正极极。【答案】A3．如图所示装装置中，观察察到电流计指指针偏转；M棒变粗；N棒变细，由此此判断表中所所列M、N、P物质，其中可可以成立的是是()【解析】在装置中电流流计指针发生生偏转，说明明该装置构成成了原电池，，根据正负极极的判断方法法，溶解的一一极为负极，，增重的一极极为正极，所所以M棒为正极，N棒为负极，且且电解质溶液液能析出固体体，则只有C项正确。【答案】C三、原电池原原理的应用1．加快化学反反应速率由于原电池将将氧化还原反反应拆成两个个半反应且有有电流产生，，因而反应速速率加快。如如Zn与稀H2SO4反应制氢气时时，可向溶液液中滴加少量量CuSO4溶液能使产生生H2的速率加快。。2．比较金属活活动性强弱若有两种金属属A和B，用导线将A和B连接后，插入入到稀硫酸中中，一段时间间后，若观察察到A极溶解，而B极上有气体放放出，则说明明A被氧化成阳离离子而失去电电子作负极，，B作正极，则可可以断定金属属A的金属活动性性比B的强。3．用于金属的的防护如要保护一个个铁闸，可用用导线将其与与一锌块相连连，使锌作原原电池的负极极，铁闸作正正极。4．设计原电池池设计原电池时时要紧扣原电电池的三个条条件。具体方方法是：(1)首先将已知氧氧化还原反应应拆分为两个个半反应。(2)根据原电池的的电极反应特特点，结合两两个半反应找找出正负极材材料及电解质质溶液。①电解质溶液的的选择电解质溶液一一般要能够与与负极发生反反应，或者电电解质溶液中中溶解的其他他物质能与负负极发生反应应(如空气中的氧氧气)。但如果两个个半反应分别别在两个容器器中进行(中间连接盐桥桥)，则左右两个个容器中的电电解质溶液选选择与电极材材料具有相同同金属元素的的阳离子。②电极材料的的选择电池中的负极极材料必须能能够与电解质质溶液反应，，容易失去电电子，一般是是活泼的金属属材料。正极极材料为金属属活泼性较负负极弱的材料料或氧化性较较强的物质，，并且，原电电池的电极必必须导电。(3)构成闭合回路路。5．寻求和制造造干电池和蓄蓄电池等化学学能源。【应用指南】设计原电池确确定正极材料料时主要有以以下两种情况况：(1)电解质溶液中中的成分发生生正极反应时时，正极材料料只要保证金金属活动性比比负极材料差差即可。(2)正极材料发生生电极反应时时，正极材料料的载体一般般为惰性电极极，如燃料电电池中正极材材料的载体一一般为石墨或或铂电极。已知电极材料料：铁、铜、、银、石墨、、锌、铝；电电解质溶液：：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、盐酸。。按要求回答下下列问题：(1)电工操作上规规定：不能把把铜导线和铝铝导线连接在在一起使用。。请说明原因因：_________________________。(2)用一个离子方方程式说明Fe3＋的氧化性比Cu2＋的强：______________________________________。用所给材料设设计出一个原原电池，请画画出原电池的的装置图，标标出正、负极极，并写出电电极反应式。。【名师解析】(1)铜、铝导线连连接一起在潮潮湿空气中易易发生电化学学腐蚀。(2)用反应2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋可证明氧化化性Fe3＋>Cu2＋。设计原原电池时时，应用用Cu作负极，，选择比比铜还不不活泼的的金属或或碳棒作作为正极极，含Fe3＋的可溶性性盐溶液液作电解解质溶液液。【答案】(1)铜、铝导导线连接接在一起起易形成成原电池池，加快快铝的腐腐蚀速率率(2)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋【拓展训练练】4.将等质量量的两份份锌粉a、b分别加入入过量的的稀硫酸酸，同时时向a中加少