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文档简介
第四章
化学反应与电能第一节原电池
【回顾】1、什么是原电池?将化学能转化为电能的装置2、构成原电池的条件有哪些?一、原电池的工作原理稀硫酸ZnCuZn2+e-e-H+H+-+Zn-2e-=Zn2+Cu2++2e-=Cu氧化反应还原反应锌片:逐渐溶解铜片:有红色物质生成负极正极SO42-e-I外电路内电路阳离子阴离子3、原电池工作原理:电子不下水离子不上岸原电池的工作原理如何改进原电池装置?-------氧化剂与还原剂不直接接触ZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCuA?改进方法:搭建盐桥(U型管、由饱和KCl溶液和琼脂制成的胶冻)SO42-Zn2+e-e-SO42-Cu2+K+CuZnK+Cl-K+Cl-K+Cl-K+Cl-K+Cl-Cl-K+K+Cl-K+K+K+Cl-Cl-K+Cl-Cl-Cl-盐桥(双液)原电池的工作原理★盐桥的作用(1)离子通道,形成闭合回路。(2)避免电极与电解质溶液直接反应,减少电流的衰减。自主填写校本P118——原电池的工作原理现象锌片__________,铜片上________________,电流表的指针__________逐渐溶解有红色物质生成发生偏转微观探析(1)负极区:____失去电子变成______进入溶液。(2)正极区:______获得电子变成____沉积在铜片上。(3)导线上:电子由______流向______。(4)盐桥中:____移向CuSO4</m>
溶液,____移向ZnSO4</m>
溶液宏观解释负极:_________________(______反应)正极:_________________(______反应)总反应:_______________________负极正极氧化还原ZnZn2+Cu2+CuK+Cl-Zn-2e-=Zn2+Cu2++2e-=CuZn+Cu2+=Cu+Zn2+单液原电池盐桥(双液)原电池1.两个半反应在同一区域进行,电流不稳定。2.两个半反应在不同区域进行,电流持续、稳定。相同点:氧化还原反应原理;两个电极;都能产生电流;外电路均是电子的定向移动,内电路均是离子的定向移动。不同点:【自我诊断】校本P119(1)在原电池构成的闭合回路中,电子从原电池的正极通过导线流向负极(
)×(2)原电池的正极一定是化学性质较不活泼的金属(
)×(3)锌铜原电池中电子由锌电极经过溶液流向铜电极(
)×(4)在原电池中阳离子移向正极,阴离子移向负极(
)√(5)原电池工作时,正极上发生氧化反应,负极上发生还原反应(
)×
√2.下列说法正确的是(
)A.构成原电池正极和负极的材料必须是金属B.在原电池中,电子流出的一极是负极,该电极被还原C.实验室欲快速制取氢气,可利用粗锌与稀硫酸反应D.原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能C校本P121【学以致用】1.下列装置不能构成原电池的是()A.&2&
B.&3&
C.
D.&5&
校本P119C2.用铜片、银片设计成如图所示的一个原电池,其中盐桥里装有含琼胶的KNO3饱和溶液。下列说法正确的是()A.外电路中电子由铜片流向银片B.盐桥可以用装有含琼胶的KCl饱和溶液代替C.银片上发生的反应是Ag-e-=Ag+D.电路中每转移2mole-,正极增重108g校本P119相对原子质量;Ag——108A3.硝酸汞溶液和碘化钾溶液混合后会生成红色的碘化汞沉淀,为了探究硝酸汞溶液和碘化钾溶液之间能否发生氧化还原反应,研究人员设计了如下图所示的实验装置,结果电流计指针发生了偏转。下列分析正确的是A.电流方向是从C1流向C2</m>
B.C1为负极,发生的反应是2I--2e-=I2C.盐桥中K+向C1电极移动D.总反应是Hg2++2I-=HgI2↓
校本P119B1、比较金属活动性强弱:例:a、b、c、d四块金属浸入稀硫酸中,用导线两两相连组成原电池,若a、b相连时,a为负极;c、d相连时,电流由d到c;a、c相连时,c极上产生大量气泡;b、d相连时,b上有大量气泡产生,则四种金属的活动性顺序为(
)
A.a>b>c>dB.a>c>d>bC.c>a>b>dD.b>d>c>a二、原电池原理的应用一般原电池中,活泼金属为负极,发生氧化反应,较不活泼金属为正极,发生还原反应BAlMgNaOH溶液AlCu浓HNO3溶液2、比较反应速率:原电池中,氧化反应和还原反应分别在两极进行,使溶液中离子运动时相互干扰减小,反应速率增大
A.滴加几滴浓盐酸
B.滴加几滴浓硝酸C.滴加几滴硫酸铜溶液
D.加入少量锌粒A
A.&6&B.&7&C.&8&D.&9&A校本P1213、判断溶液或电极附近的离子浓度变化例:在Cu-Zn原电池中,200mLH2SO4溶液的浓度为0.125mol/L,若工作一段时间后,从装置中共收集到0.168L(标况)气体,则流过导线的电子为_________mol,溶液的pH值变为_________(溶液体积变化忽略不计)依据:原电池中正、负极反应方程式及元素守恒进行判断,4、设计原电池:
理论上,任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池(1)明确两极反应(2)选择电极材料(3)选择电解质溶液(4)画装置图eg:Cu与AgNO3反应设计原电池
选项正极负极电解质溶液ABCCDC
(1)若要使该反应的反应速率增大,下列措施可行的是___(填字母)。
C
正有气泡产生
负8.4
D
三、化学电源生活中的电池(一)化学电源概述(1)化学电源的分类①一次电池:也叫做干电池,是一类放电后不可再充电的电池。②二次电池:又称可充电电池或蓄电池,是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。③燃料电池:一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。(2)电池优劣或是否适合某种用途的判断标准(3)化学电池回收利用的原因及意义废旧电池中常含有重金属、酸和碱等物质,如果随意丢弃,会对生态环境和人体健康造成危害。重视废旧电池的回收利用,既可以减少环境污染,又可以节约资源。【自我诊断】校本P122(1)干电池根据电解质的性质又可分为酸性电池、碱性电池和中性电池(
)√(2)具有高比能量和高比功率的电池称为高能电池(
)√(3)钠硫电池比锂硫电池的比能量高(
)×(4)废旧电池须进行集中处理的目的是防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染(
)√1.干电池(普通干电池)普通锌锰干电池、锌银电池(钮扣电池)等(二)一次电池不可充电电极:电解液:电极方程式:负极(Zn):Zn-2e-=Zn2+正极(C):2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3↑+H2O优点:便于携带,价格低总反应:Zn+2MnO2+2NH4+=Mn2O3+2NH3↑+H2O+Zn2+
缺点:使用寿命短,易泄露NH4Cl和淀粉糊Zn为负极,碳棒为正极2、干电池(碱性锌锰电池)负极:Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正极:2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-碱性锌锰电池构造示意图总反应:Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2缺点:多数只能一次使用,不能充电;价格较贵优点:
比能量和储存时间有所提高,适用于大电流和连续放电学以致用
提升关键能力
校本P122
D
A
D常见的可充电电池:
铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池(三)二次电池(可充电电池、蓄电池)化学能放电充电电能放电过程:原电池充电过程:电解池1、铅酸蓄电池(铅蓄电池)总反应式:Pb+PbO2+4H++2SO42-2PbSO4+2H2O放电充电1、铅酸蓄电池——放电过程:总反应式:Pb+PbO2+4H++2SO42-2PbSO4+2H2O放电充电电解液:
电极:
电极方程式
正极(PbO2):负极(Pb):H2SO4溶液PbO2是正极;Pb是负极PbO2+2e-+SO42-+4H+=PbSO4+2H2OPb-2e-+SO42-=PbSO4
增大减小铅酸蓄电池——充电过程总反应式:PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-
阴极:(还原反应)阳极:(氧化反应)接电源负极接电源正极2PbSO4(s)+2H2O-2e-=PbO2(s)+H++SO42-2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4学以致用
提升关键能力校本P1231.下列关于铅酸蓄电池的说法正确的是(
)
B总反应式:Li+MnO2=LiMnO2,负极(Li):Li-e-==Li+正极(MnO2):MnO2
+e-==
MnO2-2、锂电池电极方程式
【思考】是否可用水代替电池中的混合有机溶剂?【练习】锂电池是一代新型高能电池,它以质量轻、能量高等优点而受到了重视,目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应为Li+MnO2===LiMnO2,下列说法正确的是A.Li是正极,电极反应为Li-e-===Li+B.Li是负极,电极反应为Li-e-===Li+C.MnO2是负极,电极反应为MnO2+e-===D.Li是负极,电极反应为Li-2e-===Li2+B
正钴酸锂晶体正负石墨
B
D燃料电池是一种将燃料(如H2、CH4、乙醇)和氧化剂(如O2)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置,具有清洁、安全、高效等特点。燃料电池的能量转化率可以达到80%
以上。(四)燃料电池电解液:酸或碱
电极:负极:燃料
(如氢气、烃、肼、醇、氨气、煤气等)
正极:氧气(如O2)校本P1251.(2023·成都高二期中)下列有关电池的说法错误的是(
)A.废旧电池中含有重金属、酸和碱等有害物质,不能随意丢弃B.化学电池可以将化学能全部转化为电能C.日常生活中使用的手机电池是二次电池D.燃料电池无需将燃料贮存在电池内部B1、燃料电池——氢氧燃料电池H2SO4为电解质溶液(酸性)KOH为电解质溶液(碱性)负极:正极:O2+4e-+4H+
=2H2OO2+4e-+2H2O=4OH-负极:正极:H2
-2e-
=2H+2H2-4e-+4OH-=4H2O总反应:2H2+O2
=2H2O中性条件下?电池反应:2H2+O2
=2H2O酸性负极正极中性负极
正极碱性负极正极2H2-4e-=4H+
O2+4H++4e-=2H2O2H2-4e-=4H+
O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-燃料电池——氢氧燃料电池固体燃料电池介质电池反应:
2H2+O2=2H2O
负极正极负极
正极2H2-4e-+2O2-=2H2O
O2+4e-=2O2-
2H2-4e-=4H+
O2+4H+
+4e-=2H2O学以致用
提升关键能力校本P124
D3.(2023·绵阳高二检测)我国研制的某款新型
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