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化學(xué)反應(yīng)與能量,第六章,第17講 原電池 化學(xué)電源,1．原電池裝置中的能量轉(zhuǎn)化 ________轉(zhuǎn)化為________。 2．原電池的電極 原電池的負極——______金屬——發(fā)生______反應(yīng)——向外電路______電子。 原電池的正極——________金屬(或惰性電極如石墨)——發(fā)生______反應(yīng)——______外電路提供的電子。,原電池及工作原理,化學(xué)能,電能,活潑,氧化,提供,不活潑,還原,接受,3．原電池的構(gòu)成條件 (1)能自發(fā)地發(fā)生 ________________。 (2)電解質(zhì)溶液(構(gòu)成電路或參加反應(yīng))。 (3)由還原劑和導(dǎo)體構(gòu)成______極系統(tǒng)，由氧化劑和導(dǎo)體構(gòu)成______極系統(tǒng)。 (4)形成__________(兩電極接觸或用導(dǎo)線連接)。 4．工作原理(以銅鋅原電池為例),氧化還原反應(yīng),負,正,閉合回路,,Zn,Cu,Zn－2e－===Zn2＋,Cu2＋＋2e－===Cu,氧化,還原,負極,正極,正極,負極,負極,正極,Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu,1．下列裝置可以形成原電池的是________(填字母)，并寫出形成原電池的電極材料及電極反應(yīng)式。正極：__________ ________；負極：____________________。 【答案】B 銀片：2Ag＋＋2e－===2Ag 銅片：Cu－2e－===Cu2＋,,2．分析下圖所示的4個原電池裝置，其中結(jié)論正確的是( ),,A．①②中Mg作負極，③④中Fe作負極 B．②中Mg作正極，電極反應(yīng)式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ C．③中Fe作負極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋ D．④中Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑ 【答案】B,1．堿性鋅錳干電池——一次電池 負極：____________________________； 正極：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。 電池反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH。,化學(xué)電源,Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2,3．氫氧燃料電池(堿性介質(zhì)中) (1)構(gòu)造 負極：氫氣；正極：氧氣；電解質(zhì)溶液：氫氧化鉀溶液。 (2)電極反應(yīng) 負極：_______________________________； 正極：_______________________________。 電池反應(yīng)：______________________________。 (3)優(yōu)點：______________________________________(寫一條)。,2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 2H2＋O2===2H2O,能量的利用率高、無污染、原料來源廣泛等,(4)鋅與稀硫酸反應(yīng)時，要加大反應(yīng)速率可滴加少量硫酸銅( ) (2012海南卷—5B) (5)鋰碘電池的反應(yīng)為2Li(s)＋I2(s)===2LiI(s)，則碘電極作該電池的負極( ) (2012廣東卷—31) 【答案】(1)√ (2)√ (3)√ (4)√ (5)×,小,48,PbO2,Pb,對換,一、原電池正、負極判斷及電極反應(yīng)式的書寫 1．原電池工作原理圖,,2．原電池的判定方法 (1)先分析有無外接電源，有外接電源者為電解池，無外接電源者可能為原電池；再依據(jù)原電池的構(gòu)成條件分析判定，主要思路是“四看”： 一看電極，兩極為導(dǎo)體且活潑性不同(燃料電池的電極一般為惰性電極)； 二看溶液，兩極插入電解質(zhì)溶液中； 三看回路，形成閉合回路或兩極接觸； 四看本質(zhì)，有無能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生。 (2)多池相連。無外接電源時，兩極活潑性差異最大的一池為原電池，其他各池可看作是電解池。,3．原電池正、負極的判斷 (1)根據(jù)電極材料判斷：相對活潑的電極作負極，相對不活潑的電極作正極。 (2)根據(jù)電子和電流流向判斷：電子由負極經(jīng)外電路流向正極(注意溶液中無電子移動)，電流由正極經(jīng)外電路流向負極。 (3)根據(jù)電解質(zhì)溶液中的陰、陽離子遷移方向判斷：陽離子移向正極，陰離子移向負極。,(4)根據(jù)電極反應(yīng)類型判斷：負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。 (5)根據(jù)現(xiàn)象判斷：負極一般質(zhì)量減少，變細；正極一般質(zhì)量增加或有氣泡產(chǎn)生。 (6)燃料電池中通入燃料的一極為負極，通入氧氣的一極為正極。,,,易錯提醒：電極反應(yīng)式正誤判斷 (1)一看反應(yīng)類型是否正確，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。 (2)二看得失電子數(shù)目是否正確，一般要求正負極得失電子數(shù)守恒。 (3)三看電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)：酸性環(huán)境，方程式中無OH－；堿性環(huán)境，方程式中H＋、CO2；電解質(zhì)溶液環(huán)境，方程式中無O2－等。,微型銀鋅電池是電子表和電子計算器的常用電源，其電極分別是Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液是氫氧化鉀溶液，電極反應(yīng)式分別是Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。由此判斷，下列說法錯誤的是( ) A．鋅是負極，氧化銀是正極 B．在外電路中電流由氧化銀流向鋅極 C．原電池工作過程中，電解質(zhì)溶液的pH減小 D．原電池反應(yīng)的化學(xué)方程式是Ag2O＋Zn===2Ag＋ZnO,【解析】根據(jù)原電池原理，負極失電子，正極得電子，A選項正確；外電路中電流由正極流向負極，即由氧化銀流向鋅極，B選項正確；原電池總反應(yīng)為Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag，因此原電池工作過程中，溶液的pH不變。 【答案】C,(2013江蘇卷)Mg-H2O2電池可用于驅(qū)動無人駕駛的潛航器。該電池以海水為電解質(zhì)溶液，示意圖如下圖。該電池工作時，下列說法正確的是( ),,A．Mg 電極是該電池的正極 B．H2O2 在石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng) C．石墨電極附近溶液的pH增大 D．溶液中Cl－向正極移動 【答案】C,【答案】D,二、原電池原理的應(yīng)用 1．加快氧化還原反應(yīng)的速率 一個自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計成原電池時反應(yīng)速率加快。例如，在Zn與稀硫酸反應(yīng)時，加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的速率加快。 2．比較金屬活動性強弱 兩種金屬分別作原電池的兩極，一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑。 3．用于金屬的防護 將金屬制品作原電池的正極而得到保護。例如，在輪船底部鑲上鋅塊，用于防護船體在海水中發(fā)生腐蝕。,4．設(shè)計電池，制造化學(xué)電源 理論上能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池，設(shè)計原電池要緊扣構(gòu)成原電池的四個條件： (1)首先將已知氧化還原反應(yīng)拆分為兩個半反應(yīng)。 (2)根據(jù)原電池的電極反應(yīng)特點，結(jié)合兩個半反應(yīng)找出相應(yīng)的正、負極材料及電解質(zhì)溶液。 ①電極材料的選擇。 在原電池中，選擇活潑性較強的金屬作負極；活潑性較弱的金屬或石墨作正極，并且原電池的電極必須導(dǎo)電。一般來說，負極應(yīng)該跟電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)。,②電解質(zhì)溶液的選擇。 電解質(zhì)溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應(yīng)或電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負極發(fā)生反應(yīng)(如溶解在溶液中的空氣)。但如果兩個半反應(yīng)分別在兩個容器中進行(中間應(yīng)連接鹽橋)，則左右兩個容器中的電解質(zhì)溶液選擇與電極材料相同的陽離子。如在Cu－Zn－硫酸銅全同構(gòu)成的原電池中，負極Zn浸泡在含有Zn2＋的電解質(zhì)溶液中，而正極Cu浸泡在含有Cu2＋的電解質(zhì)溶液中。,鐵及鐵的化合物應(yīng)用廣泛，如FeCl3可用作催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血劑等。 (1)寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式：______________________________。 (2)若將(1)中的反應(yīng)設(shè)計成原電池，請畫出原電池的裝置圖，標(biāo)出正、負極，并寫出電極反應(yīng)式。 負極反應(yīng)：________________________ 正極反應(yīng)：________________________,(4)某科研人員發(fā)現(xiàn)劣質(zhì)不銹鋼在酸中腐蝕緩慢，但在某些鹽溶液中腐蝕現(xiàn)象明顯。請從上表提供的藥品中選擇兩種(水可任選)，設(shè)計最佳實驗，驗證劣質(zhì)不銹鋼易被腐蝕。 有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________ ________________________。劣質(zhì)不銹鋼腐蝕的實驗現(xiàn)象______________________________________。 思路指導(dǎo)：根據(jù)自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)式，設(shè)計原電池，畫出裝置圖；除去Fe2＋雜質(zhì)時常先把它氧化成Fe3＋，再調(diào)節(jié)pH至3.2～4.7，除掉Fe3＋同時不會沉淀Cu2＋。,(4)不銹鋼在某些鹽溶液中比在酸溶液中腐蝕明顯，說明這些鹽溶液中的金屬陽離子的氧化性比H＋的氧化性強，即這些金屬在金屬活動性順序中位于氫的后面。要設(shè)計實驗驗證劣質(zhì)不銹鋼易被腐蝕，需要有容易與鐵反應(yīng)的鹽。,【答案】(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ (2) Cu－2e－===Cu2＋ 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ (3)①通入足量氯氣將Fe2＋氧化成Fe3＋；②加入CuO調(diào)節(jié)溶液的pH至3.2～4.7；③過濾[除去Fe(OH)3] (4)CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O，CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu 不銹鋼表面有紫紅色物質(zhì)生成,(2015廣州調(diào)研)下列敘述正確的是( ) A．氫氧燃料電池中O2通入負極 B．鉛蓄電池在放電時，其負極的電極反應(yīng)為Pb－2e－===Pb2＋ C．堿性鋅錳電池在工作時，電解質(zhì)中的OH－移向正極 D．在海輪外殼鑲嵌鋅塊保護外殼不受腐蝕是采用了犧牲陽極的陰極保護法 【答案】D,判斷下列說法是否正確(對的畫“√”，錯的畫“×”)。 (1)如在Zn與稀H2SO4反應(yīng)時加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反應(yīng)速率加快( ) (2)兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑( ),(3)有兩種金屬a、b，用導(dǎo)線連接后插入到稀H2SO4中，觀察到a溶解，b極上有氣泡產(chǎn)生，則金屬a作負極，比金屬b活潑( ) (4)如要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負極( ) 【答案】(1)√ (2)√ (3)√ (4)√,原電池、化學(xué)電源的考查 高考對原電池及化學(xué)電源能力的考查以接受、吸收、整合化學(xué)信息的能力為主，試題難度中等偏上。從近年來的高考命題來看，對于原電池的考查往往結(jié)合實用電池進行。解答這類題目，首先要抓住原電池的根本原理——氧化還原反應(yīng)，然后從這個角度分析題目已知條件及問題。 常見的考點：①原電池的工作原理及應(yīng)用；②原電池的電極判斷與材料選擇；③實用化學(xué)電源特別是燃料電池的分析。,氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。下圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍一層細小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強，性質(zhì)穩(wěn)定。請回答：,,【解析】(2)負極H2被氧化，寫電極反應(yīng)式時要注意電解質(zhì)溶液的組成。 (3)本題考查讀題能力，鉑粉作用在題設(shè)中有說明，在學(xué)習(xí)中要注意自學(xué)能力的培養(yǎng)。 (4)反應(yīng)中Li從0價升至＋1價，作還原劑；H2O中的H從＋1價降至H2中0價，作氧化劑。 【答案】(1)由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 由a到b (2)2H2＋4OH－－4e－===4H2O (3)增大電極單位面積吸附H2、O2分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率 (4)Li H2O,(2012四川卷)一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計的酒精檢測儀，負極上的反應(yīng)為CH3CH2OH－4e－＋H2O ===CH3COOH＋4H＋。下列有關(guān)說法正確的是( ) A．檢測時，電解質(zhì)溶液中的H＋向負極移動 B．若有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移，則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗 4.48 L 氧氣 C．電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH3CH2OH＋O2=== CH3COOH＋H2O D．正極上發(fā)生的反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 【答案】C,