化学反应与电能（讲义）

化学反应与电能一、原电池工作原理概念将化学能转化为电能的装置实验装置实验现象Zn片不断溶解Cu片有气泡产生小灯泡变亮Zn片不断溶解Cu片有红色固体析出电流表指针偏转实验结论导线中有电流通过，化学能转化为电能原理分析外电路(电子转移)Zn比Cu活泼，Zn把e-给CuZn失e-被氧化成Zn2+，进入溶液Zn比Cu活泼，Zn把e-给CuZn失e-被氧化成Zn2+，进入溶液内电路(离子转移)溶液中H+被Cu片上的e-吸引H+在Cu片上得e-生成H2溶液中Cu2+被Cu片上的e-吸引Cu2+在Cu片上得e-生成Cu正负极负极：升-失-氧正极：降-得-还电极反应负极：Zn-2e-=Zn2+正极：2H++2e-=H2↑负极：Zn-2e-=Zn2+正极：Cu2++2e-=Cu电池反应Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu电极材料负极：一般为活泼金属正极：活泼性弱于负极的金属或石墨二、原电池正负极判断电极材料电极现象电极反应移动方向负极：活泼金属负极：化合价升高【特例】①Fe、Cu、浓HNO3：Cu做负极②Mg、Al、NaOH：Al做负极【例1】如图所示电流表的指针发生偏转，同时A极的质量减小，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是() B.A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸 【答案】C三、原电池构成条件1.自发的氧化还原反应2.两种活泼性不同的材料3.闭合回路(导线连接或两电极接触)4.电解质溶液【例2】下图所示各种装置中能构成原电池的是()A.①②③ B.④⑤⑥C.①③⑤ D.②④⑥【答案】C四、原电池应用活泼性：负极>正极Zn与稀H2SO4制H2加入几滴CuSO4溶液，置换出的Cu能与Zn形成原电池，使产生H2的反应速率加快【例3】有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：实验装置实验现象a极质量减小，b极质量增大b极有气体产生，c极无变化d极溶解，c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是() A.a>b>c>d B.b>c>d>aC.d>a>b>c D.a>b>d>c【答案】C【例4】将等质量的两份锌粉a、b分别放入两支相同的试管中，然后加入等体积等物质的量浓度且均过量的稀硫酸，同时向a中加入少量CuSO4溶液，产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系用图像表示如下，其中正确的是()【答案】A五、化学电源普通锌锰电池碱性锌锰电池图示材料负极：Zn正极：石墨电解质溶液：NH4Cl负极：Zn正极：石墨电解质溶液：KOH负极Zn-2e-=Zn2+Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正极2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-总反应Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++2NH3+Mn2O3+H2OZn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2【例5】右图是生活中常用的锌锰干电池的示意图，下列有关说法中不正确的是() B.锌是负极，石墨棒是正极 【答案】C2.充电电池铅蓄电池装置放电

化学能→电能负极：Pb+SO42--2e-=PbSO4

正极：PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O

总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O充电

电能→化学能阳极：PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-

阴极：PbSO4+2e-=Pb+SO42-

总反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4电池反应Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O【例6】液流式铅酸蓄电池以可溶性的甲基磺酸铅[(CH3SO3)2Pb]代替硫酸作为电解质，该电池充放电的总反应为2Pb2++2H2OPb+PbO2+4H+，下列说法不正确的是()A.放电时，电极质量均减小 B.放电时，正极反应是PbO2+4H++2e-Pb2++2H2OC.放电时，溶液中Pb2+向Pb极移动 D.充电时，阳极周围溶液的pH减小【答案】C【解析】电池放电时，负极反应为Pb-2e-Pb2+，正极反应为PbO2+4H++2e-Pb2++2H2O，则放电时，电极质量均减小，A、B正确；放电时阳离子向正极(PbO2)移动，C错误；充电时，阳极反应为Pb2++2H2O-2e-PbO2+4H+，阳极周围溶液的pH减小，D正确。3.燃料电池(1)氢氧燃料电池酸性介质碱性介质负极2H2-4e-=4H+2H2-4e-+4OH-=4H2O正极O2+4H++4e-=2H2OO2+2H2O+4e-=4OH-总反应2H2+O2=2H2O2H2+O2=2H2O(2)甲烷燃料电池酸性介质碱性介质负极CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O正极2O2+8e-+8H+=4H2O2O2+8e-+4H2O=8OH-总反应CH4+2O2=CO2+2H2OCH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O(3)乙醇燃料电池酸性介质碱性介质负极C2H5OH-12e-+3H2O=2CO2+12H+C2H5OH+16OH--12e-=2CO32-+11H2O正极3O2+12e-+12H+=6H2O3O2+12e-+6H2O=12OH-总反应C2H5OH+3O2=2CO2+3H2OC2H5OH+3O2+4OH-=2CO32-+5H2O(4)甲醇燃料电池酸性介质碱性介质负极2CH3OH-12e-+2H2O=12H++2CO22CH3OH-12e-+16OH-=2CO32-+12H2O正极3O2+12e-+12H+=6H2O3O2+12e-+6H2O=12OH-总反应2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O【例7】燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)发生反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是()A.负极反应式：O2+2H2O+4e-OH-B.负极反应式：CH4+8OH--8e-CO2+6H2OC.随着放电的进行，溶液的氢氧根离子浓度不变D.放电时溶液中的阴离子向负极移动【答案】D【解析】O2+2H2O+4e-4OH-应为正极反应式，A错误。燃料被氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根离子，所以负极反应式为CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O，B错误。由于部分碱液和二氧化碳反应，所以溶液的c(OH-)将减小，C错误。CH4、O2、Na2CO3熔融盐电池CH4、O2、Na2O熔融盐电池负极CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2OCH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O正极2O2+8e-+4CO2=4CO32-2O2+8e-=4O2-总反应CH4+2O2=CO2+2H2OCH4+2O2=CO2+2H2O【例8】固体氧化物燃料电池是由美国西屋公司研制开发的。它以固体氧化锆-氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是()A.有O2放电的a极为电池的负极B.有H2放电的