2017届第一轮复习第六章第2讲原电池化学电源

1、高考资源网,2016届高三化学第一轮复习第六章第2讲,原电池 化学电源,2020年7月16日星期四,高考资源网,工作原理的探究-动画演示,高考资源网,Zn+ 2H+ Zn2+ + H2,一.原电池 （一）原电池定义：将化学能转变为电能 的装置。,高考资源网,Zn2e=Zn2+,2H+2e=H2,氧化反应,还原反应,负极,正极,阳离子,失去电子,溶液中阳离子得到电子,阴离子,正极,负极,原电池工作原理,较活泼金属,不活泼金属或石墨,溶液中， 从负极定向移动到正极， 从正极定向移动到负极，形成闭合回路。,高考资源网,（二）电极名称：正极和负极,（三）电极反应： 在负极物质失去电子发生氧化反应 在

2、正极物质得到电子发生还原反应,（四）电荷流向： 1.外电路电子：负极 导线 正极 氧化剂 2.内电路（溶液）：阳离子 正极,（五）电极反应式： 负极：还原剂ne- =氧化产物 正极：氧化剂+ ne- =还原产物,（六）总的反应式： 还原剂+氧化剂=氧化产物+还原产物,高考资源网,例：在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是（ ） 正极附近的SO42离子浓度逐渐增大 B. 电子通过导线由铜片流向锌片 C. 正极有O2逸出 D. 铜片上有H2逸出,E铜是阳极，铜片上有气泡产生 F铜片质量逐渐减少 G电流从锌片经导线流向铜片 H氢离子在铜片表面被还原,D H,高考资源网

3、,（七）.原电池的形成条件： 有自发的氧化还原反应,(3)形成闭合回路。 (两电极用导线连接或接触),(2)电解质溶液(熔融电解质),(1)两导体作电极： 活动性不同的金属(金属和石墨)， 能与电解质溶液反应的活泼金属为负极。 两不活泼的导体石墨或Pt等(燃料电池电极) 金属和金属化合物,高考资源网,例1：下列哪几个装置能形成原电池？,A,B,C,D,E,F,M,N,CuSO4,高考资源网,(八)、原电池正负极的判断方法：,高考资源网,练习:下列装置是不是原电池?若是,指出正负极.,高考资源网,高考资源网,实验一,内容：将锌片和铜片分别用夹子夹好与电流表串联，再同时放入盛有CuSO4溶液的烧杯

4、中。,1.用砂纸打磨锌片和铜片,电解质溶液取约40mL 2.观察并记录实验现象 3.电池正负极与电流表正负极不能反接 4.实验完成后，用洗瓶将电极冲洗干净，用滤纸吸干电极表面的溶液。,要求：,高考资源网,现象：,电流表指针发生偏转,铜片表面有铜析出,锌片表面有铜析出,随着时间的延续，电流减小，电流不稳定,锌片表面逐渐被铜全部覆盖,高考资源网,思考与交流：,1.为什么电流会逐渐减小？,2.能否阻止Cu2+在锌片表面还原？,高考资源网,A,CuSO4溶液,ZnSO4溶液,Zn Cu,4.怎样能使电解质溶液连通构成原电池？,3.锌片可以插入什么溶液中?,高考资源网,科学视野,溶液的导电能力与离子的迁

5、移速率有关,阴阳离子的迁移速率接近可以提高导电能力,298.15K时一些离子在水溶液中的离子迁移率U(m2S-1 V-1),引自：物理化学南京大学物理化学教研室（第五版） 傅献彩 沈文霞 主编,高考资源网,盐桥中一般装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻; 胶冻的作用是防止管中溶液流出; K+和Cl-能在胶冻内自由移动。,高考资源网,此电池的优点：能产生持续、稳定的电流。其中,用到了盐桥。什么是盐桥？,盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻, 胶冻的作用是防止管中溶液流出。 盐桥的作用是什么？,盐桥可使由它连接的两溶液保持电中性,否则锌盐溶液会由于锌溶解成为Zn2+而带上正电,铜盐溶液会由于

6、铜的析出减少了Cu2+而带上了负电。 盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移,使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。 导线的作用是传递电子,沟通外电路。 而盐桥的作用则是沟通内电路。,原电池有2个半电池组成：半电池反应也就叫电极反应,高考资源网,实验二,内容：用盐桥将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液的烧杯连接起来，然后将锌片和铜片分别用导线与电流表相连。,要求：,1.用砂纸打磨锌片和铜片， 电解质溶液取约40mL 2.观察记录实验现象,高考资源网,观察提示,1、电流表指针偏转情况，工作一段时间 有无变化 2、电解质溶液的变化 3、电极表面的变化 4、取出盐桥后的变化 ,实

7、验完成后，用洗瓶将电极冲洗干净，用滤纸吸干电极表面的溶液；将试剂和仪器复原至实验托盘。,高考资源网,现象：,有盐桥存在时电流表指针偏移,铜片表面有铜析出,锌片逐渐溶解,随着时间的延续，能产生持续稳定的电流,取出盐桥无电流产生,高考资源网,带盐桥的原电池 工作原理,电流表,高考资源网,1.连接内电路，形成闭合回路构成通路,盐桥的作用,2.平衡电荷，使原电池不断产生电流， 避免断路时发生化学腐蚀(隔离作用)。,高考资源网,Zn2+,SO42-,高考资源网,化学反应,H2O,3.工作原理,锌,铜,Zn2e=Zn2,Cu22e=Cu,氧化,还原,负极,正极,ZnCu2=Zn2Cu,提醒：在原电池中活泼

8、性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。如MgAlNaOH溶液组成的原电池，Al作负极。 自发发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应，也可能是电极与溶解的氧气等发生反应，如将铁与石墨相连插入食盐水中。,高考资源网,问题：用铜、银和硝酸银溶液设计一个原电池，这个电池的负极是 ，电极反应式为 ， ，,铜,负极: Cu -2e- = Cu2+,正极: Ag+ +e- = Ag,（八）.设计原电池,Fe2(SO4)3溶液,碳棒,铜,Cu 2e = Cu2+,2Fe3+ + 2e = 2Fe2+,高考资源网,（九）、原电池原理的应用,（1）比较金属活动性强弱 两种金属分别做原电池的两极

9、时，一般做负极的金属比做正极的金属活泼性强,（2）用于金属的保护及金属腐蚀快慢比较 电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀,（4）化学电源,（3）加快氧化还原反应的速率 一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池 时反应速率大。,高考资源网,（ D ）,练习：在甲试管中盛有C(H+)为0.01mol/L的盐酸，乙、丙两支试管中分别盛有C(H+)0.01mol/L的醋酸，分别在甲、乙、丙试管中加入等质量的同样的锌并在丙试管中滴入几滴CuSO4溶液，充分反应，试比较反应所需时间的关系为：,甲 乙 丙,高考资源网,例3、把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连可以

10、组成几个原电池。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由强到弱为 （ ） Aabcd Bacdb Ccabd Dbdca,B,高考资源网,原电池电极反应式书写方法,1.确定反应的总方程式 2.找出反应的氧化剂、还原产物、还原剂、氧化产物 3.按总反应式写出正负极的电极反应式 （1）负极：还原剂- ne- _氧化产物 （2）正极：氧化剂+ne- _还原产物 4.关注反应环境对产物存在的影响，保证能与环境共存和电荷守恒质量守恒 5.两式总和=总反应式,高考资源网,书写电极反应式应注意以下几点：,1

11、.电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的 所有规则（如“拆”、“平”）；,3.负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32形式存在）；,2.将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；,高考资源网,负极： 2Al+ 8OH6e- =2Al O2 +4H2O 正极：6H2O + 6 e- = 3H2 + 6OH 总：2Al+ 2OH +2H2O =2Al O2 + 3H2 ,稀 硫 酸,负极： Mg 2e- = Mg2+ 正极： 2H+ + 2e- = H2 总：Mg

12、+2H+ = Mg 2+ + H2 ,(2)分类,（一）化学电源(1)定义：将_转化为 _的装置。,(3)优点 化学电池的_较高，供能稳定可靠。 可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池 及电池组。 使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。 (4)判断电池优劣的主要标准 比能量：即单位质量或单位体积所能_ 的多少 单位是Wh1kg1或Wh1L1。 比功率：即单位质量或单位体积所能_的大小， 单位是Wkg1或WL1。 电池的_的长短。 (5)化学电池回收利用 废旧电池中含_和_等有害物质， 应回收利用，既减少污染，又节约能源。,高考资源网,1.干电池(普通锌锰电池）,干电池用锌制桶形外壳作

13、负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作电解质溶液，还,填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的H2，防止产生极化现象。电极总的反应式为：,Zn+2MnO2 + 2NH4Cl = ZnCl2+ Mn2O3+2NH3+H2O,请写出各电极的电极反应。,二. 化学电源 （一） 一次电池,高考资源网,练：写出锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程式。 负极 正极 总反应 通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能正常供电_我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能是干电池中的什么成分起了作用？,Zn-2e-=Zn2+,2NH4+2e-=

14、2NH3+H2 ， H2 +2MnO2=Mn2O3+H2O,锌筒变软，漏液，气胀,MnO2,Zn+2MnO2+2NH4Cl = ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O,高考资源网,碱性锌-锰干电池,负极：,正极：,电池反应：,电解质：,KOH,Zn,MnO2,Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2,2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-,Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2,思考该电池的正负极材料和电解质,高考资源网,2、迷你型电池,优点：电压高、稳定，低污染。,用途：手表、相机、心率调节器,HgO（S）+Zn（S）=Hg（l）+ZnO（S）,A

15、g2O（S）+Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S）,高考资源网,3、锂电池,锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S 负极： ；正极： 。,用途：质轻、高能(比能量高)、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。,8Li-8e-=8Li+,3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S,高考资源网,铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池,1.铅蓄电池,1)正负极材料,正极：PbO2,负极：Pb,2)工作机制,电解质：H2SO4溶液,铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放电和充电两个过程,（二）、二次电池

16、,高考资源网,放电过程总反应：,Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O,Pb(s) + SO42- -2e- =PbSO4 (s),正极：,PbO2(s) + 4H+SO42- +2e- =PbSO4 (s) +2H2O,氧化反应,还原反应,负极：,放电过程,铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程,高考资源网,Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l),充电过程,PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42-,还原反应,阴极：,阳极：,2PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + 4H+ 2SO4

17、2-,氧化反应,接电源负极,接电源正极,充电过程总反应：,2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4,铅蓄电池的充放电过程：,高考资源网,3)优缺点简析,缺点：,比能量低、笨重、废弃电池污染环境,优点：,可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉,其它二次电池,镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池,高考资源网,2、银锌蓄电池,1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。 1975-1983, 为美国海军生产潜水艇用银锌电池。 1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。 1998-1992, 为美国海军发展世界上

18、最大的镍镉电池用于核潜水艇。,高考资源网,银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：,2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O,此电池放电时，负极上发生反应的物质是（ ）,A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn,D,电极反应：,负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2,正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-,高考资源网,3.镉镍电池,负极材料：Cd； 正极材料：涂有NiO2， 电解质：KOH溶液。 反应式如下：,写出电极反应式。,特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。,高考资源网,镍镉可充电电池可发生如下反应：,Cd+2NiO(OH

19、)+2H2O,由此可知，该电池的负极材料是,Cd(OH)2+2Ni(OH)2,A. Cd,（ A ）,B. NiO(OH),D. Ni(OH)2,C. Cd(OH)2,电极反应：,负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2,正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-,高考资源网,4.镍氢可充电电池：它是NiO(OH)作为正极，以能够自由吸收、释放H2的储氢金属合金为负极，电解液为KOH溶液。,正极： 2NiO(OH)2H2O2e- 2Ni(OH)2 2OH-,负极：H2 2OH- 2e- 2H2O,（-）Ni（多孔） KOH（溶液） NiO2 (+）,高考资源网,（

20、三）燃料电池,优点：能量转化率高，可持续使用，保护环境,用途：宇宙飞船，应用前景广阔,负极 : 2H2+4OH-4e-4H2O,正极 : O2+2H2O4e-4OH-,总反应方程式 ： 2H2O22H2O,高考资源网,航天技术上使用的一种电池，它具有高能、轻便、不污染环境等优点。用Pt做电极，KOH溶液做电解液，因其反应与氢氧燃烧相似，故称为氢氧燃烧电池。请写出各电极的电极反应。,氢氧燃料电池,若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应,高考资源网,燃 料 电 池,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 2H2O + 4e

21、-= 4OH-,2H2 +4OH- 4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,高考资源网,固体燃料电池,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O,2H2 - 4e- +2O2= 2H2O,O2 + 4e-= 2O2,高考资源网,将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为_，这一极的电极反应为_；通入氧气的一极为_，电极反应为 _， 总反应为_。,负极,CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O,正极,O2

22、+4e-+2H2O=4OH-,CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应,高考资源网,2、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极燃气，制得在65下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式： 负极反应式：2CO+2CO32-=4CO2+4e 正极反应式： 总反应式：,O2+4e-+2CO2=2CO32-,2CO+O2=2CO2,命题点一明原理判装置,1.已知反应Cu(s)2Ag(aq)=Cu2(aq)2Ag(s)为自发进行的氧化还原反应，将其设计成如图

23、所示的原电池。下列说法中正确的是(),A.铜电极是正极，其电极反应为Cu2e=Cu2 B.银电极上发生还原反应， 电极质量增加 C.当铜电极质量减少0.64 g时，电解质溶液中有0.02 mol 电子通过 D.外电路中电子由银电极流向铜电极,B,2.根据下图，下列判断中正确的是(),A.烧杯a中的溶液pH降低 B.烧杯b中发生氧化反应 C.烧杯a中发生的反应为2H2e=H2 D.烧杯b中发生的反应为2Cl2e=Cl2 解析由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：O22H2O4e=4OH，烧杯a中c(OH)增大，溶液的pH升高。烧杯b中，Zn发生

24、氧化反应：Zn2e=Zn2。,B,【练后归纳】 盐桥电池的两大特点 1.盐桥的作用：连接内电路，形成闭合回路，平衡电荷，使原电池不断产生电流，避免断路时发生化学腐蚀(隔离作用)。 2.盐桥中有关电极的判断：同原电池电极的判断一致，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。对于活泼金属和不活泼金属，则活泼金属作负极，不活泼金属作正极；对于金属与非金属，则是金属作负极，非金属作正极；对于还原性不同的物质，则是还原性强的作负极，还原性弱的作正极。,命题点二可逆反应中的“盐桥” 3.控制适合的条件，将反应2Fe32I 2Fe2I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是(),A.反应开始时，乙中石墨电极上

25、 发生氧化反应 B.反应开始时，甲中石墨电极上 Fe3被还原 C.电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D.电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极,D,试回答下列问题： (1)两次操作过程中指针为什么发生偏转？_ _。 (2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？试用化学平衡移动原理解释之。_ _。 (3)操作过程中，盐桥中的K移向_烧杯溶液(填“A”或“B”)。 (4)操作过程中，C1棒上发生的反应为_。,【对比归纳】 单池原电池和盐桥原电池的对比,图1和图2两装置的比较：,高考资源网,【例1】 LiAl/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应

26、式为：2Li+FeS+2e-=Li2S+Fe。有关该电池的下列说法中，正确的是() ALiAl在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为+1价 B该电池的电池反应式为2Li+FeS=Li2S+Fe C负极的电极反应式为Al-3e-=Al3+ D充电时，阴极发生的电极反应式为Li2S+Fe-2e-=2Li+FeS,高考资源网,解析 A、Li和Al都属于金属，所以Li-Al应该属于合金而不是化合物，因此化合价为0价，故A错误；B、根据正极反应2Li+FeS+2e-=Li2S+Fe与负极反应2Li-2e-=2Li+相加可得反应的电池反应式为：2Li+FeS=Li2S+Fe，故B正确；C、由正极反应

27、式知负极应该是Li失去电子而不是Al，故C错误；D、充电时为电解池原理，阴极发生还原反应，正确的反应式是2Li+2e-=2Li，故D错误；故选：B,高考资源网,A电极b为电池负极，电极反应式为：O24e2O2 B固体氧化物的作用是让电子在电池内通过 C若H2作为燃料气，接触面上发生的反应为： H22OH2e2H2O D若C2H4作为燃料气，接触面上发生的反应为： C2H46O212e2CO22H2O,D,高考资源网,化学腐蚀与电化 腐蚀,金属的腐蚀 金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程，即为金属的腐蚀。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。,三金属的腐蚀及其防护,高考

28、资源网,析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）,O2+2H2O+4e- =4OH,2H+2e- =H2,Fe+2H+=Fe2+H2,2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,Fe - 2e = Fe2+,高考资源网,（3）金属防护的几种重要方法 改变金属内部的组织结构，制成合金。 在金属表面覆盖保护层。 电化学保护法，即将金属作为原电池的正极或电解 池的阴极而受到保护。,在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下： 电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀 防腐措施由好到坏的顺序如下： 外接电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法有一般防腐条件的腐蚀无防腐条件的腐蚀,小结,高考资源

29、网,例题： 下列装置中的纯锌棒都浸在相同浓度的稀硫酸中，锌棒腐蚀速度从快到慢的顺序是 A B C D ,D,高考资源网,练习：,下图各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为（ ） A.B. C.D.,C,高考资源网,中性或碱性,吸氧,Fe2e-Fe2+,O2+2H2O+4e-4OH,酸性,析氢,Fe2e-Fe2+,2H+2e-H2,高考资源网,1 (2013江苏卷).Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航 器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如下。该电池工 作时，下列说法正确的是 A.Mg电极是该电池的正极 B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应 C.石墨电极附近溶液的pH增大 D.

30、溶液中Cl向正极移动 2(2013海南卷) Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次 性贮备电池，电池反应方程式为： 2AgCl+ Mg = Mg2+ 2Ag +2Cl-。 有关该电池的说法正确的是 AMg为电池的正极 B负极反应为AgCl+e-=Ag+Cl- C不能被KCl 溶液激活 D可用于海上应急照明供电,C,D,高考资源网,3（2013安徽卷）热激活电池可用作火箭、导弹的工作 电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电 解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输 出电能。该电池总反应为： PbSO4+2LiCl+Ca CaCl2+Li2SO4+Pb。 下列有关说法正确的是 A正极反应式：Ca+2Cl- - 2e- CaCl2 B放电过程中，Li向负极移动 C每转移0.1mol电子，理论上生成20.7gPb D常温时，在正负极间接上电流表或检流计,指针不偏转,D,高考资源网,4.二甲醚直接燃料电池具有启动快，效率高等优点， 其能量密度高于甲醇直接燃烧燃料电池 （5.93kWhkg-1），若电解质为酸性，二甲醚直接 燃料电池的负极反应为_。 一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生_ 个电子的电量；该电池理论输出电压1.20V， 能量密度E=_（列式计算， 能