北京专用高考化学一轮复习第18讲原电池化学电源.ppt

,教材研读,考点突破,栏目索引,第,18,讲原电池 化学电源,一、原电池工作原理及应用,1.概念,把,化学能,转化为,电能,的装置。,2.构成条件,(1)有两个,活泼性不同,的电极;,(2)将电极插入,电解质溶液,中并形成,闭合回路,。,(3)能自发进行的,氧化还原,反应。,教材研读,3.工作原理,如图是Cu-Zn原电池示意图,名师点睛,在原电池内电路中,阳离子移向正极,阴离子移向负极(包,括盐桥中的阴、阳离子)。这是因为负极发生的是失电子的反应,致使,该极附近有大量正电荷,所以溶液中的阴离子要移向负极;正极发生的,是得电子的反应,致使该极附近有大量负电荷,所以溶液中的阳离子要,移向正极。可以简记为“正正负负”,即带正电荷的移向正极,带负电,荷的移向负极。,4.原电池原理的应用,(1)比较金属的活动性强弱,原电池中,一般活动性相对较强的金属作负极,而活动性相对较弱的金,属(或导电的非金属)作正极。,(2)加快化学反应速率,由于形成了原电池,导致反应速率加快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时,可向溶液中滴加少量,CuSO,4,溶液,形成Cu-Zn原电池,加快反应速,率。,(3)用于金属的防护,使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如要保护一个铁,质的输水管道或钢铁桥梁,可将其与一块锌块相连,使,锌,作原电,池的负极。,(4)设计制作原电池,设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件:,a.必须是能自发进行的氧化还原反应。,b.根据氧化还原反应找出正、负极材料(一般,负极就是失电子的物质,正极用比负极活动性差的金属即可,也可以用石墨)及电解质溶液。,c.形成闭合回路。,名师点睛,(1)电极材料的选择,在原电池中,一般选择活动性相对较强的金属作负极;活动性相对较弱,的金属或导电的非金属作正极。,(2)电解质溶液的选择,电解质溶液一般要能够与负极材料发生反应,或者电解质溶液中溶解的,其他物质能与负极材料发生反应(如溶于溶液中的氧气)。如果两个半,反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则两个容器中的电解质溶,液应含有相应电极材料的阳离子。如在Cu-Zn原电池中,负极Zn浸泡在,含有Zn,2+,的电解质溶液中,而正极Cu浸泡在含有Cu,2+,的电解质溶液中。,自测1,判断正误,正确的划“”,错误的划“,”。,(1)在原电池中,发生氧化反应的一极是负极,(,),(2)在原电池中,正极材料一定不参与电极反应,负极材料一定会发生氧,化反应,(,),(3)其他条件均相同,带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池,电流持续时间长,(,),(4)在铜锌原电池中,因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路,所以有,电流产生,(,),(5)原电池的两极中较活泼的金属一定为负极,(,),(6)铜锌原电池工作时,外电路电子由负极流向正极,(,),(7)在原电池中,电子流出的一极是负极,被还原,(,),自测2,请运用原电池原理设计实验,验证Cu,2+,、Fe,3+,氧化性的强弱。请,写出电极反应式:负极,正极,并画出实验装置图,要求用烧杯和盐,桥,并标出外电路电子流向。,答案,Cu-2e,-,Cu,2+,2Fe,3+,+2e,-,2Fe,2+,2.铅蓄电池,一种二次电池,其负极是,铅(或Pb),正极是,二氧化铅(或PbO,2,),电解质溶液是H,2,SO,4,溶液,它的电池反应式为Pb+PbO,2,+2H,2,SO,4,2,PbSO,4,+2H,2,O。,3.碱性氢氧燃料电池的电极反应,负极反应式:,2H,2,+4OH,-,-4e,-,4H,2,O,;正极反应式:,O,2,+2H,2,O+,4e,-,4OH,-,;电池反应式:,2H,2,+O,2,2H,2,O,。,二、化学电源,1.分类,化学电源是能够实际应用的原电池。作为化学电源的电池有,一次,电池,、,二次电池(或充电电池),和,燃料电池,等。,自测3,充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接?,答案,充电时,充电电池的正极与外接电源的正极相连接,充电电池的,负极与外接电源的负极相连接。,自测4,(1)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时,工作一段时间,后,电解质溶液的浓度将,减小,溶液的pH,减小,。(填“减小”,“增大”或“不变”),(2)氢氧燃料电池以H,2,SO,4,溶液作电解质溶液时,工作一段时间后,电解质,溶液的浓度将,减小,溶液的pH,增大,。(填“减小”“增大”或,“不变”),考点突破,考点 原电池正、负极的判断及电极反应式的书写,1.原电池正、负极的判断,负极,正极,电极材料,一般是活动性较强的金属,一般是活动性较弱的金属或能导电的非金属,电子流向,电子流出的一极,电子流入的一极,离子移动方向,阴离子移向的一极,阳离子移向的一极,发生的反应,氧化反应,还原反应,反应现象,一般质量减小,质量增大或不变,考点 原电池正、负极的判断及电极反应式的书写,注意,原电池的正、负极不仅跟电极材料有关,还与电解质溶液的性,质有关,如Mg、Al在稀硫酸中构成原电池时,Mg作负极,Al作正极,但若,以NaOH溶液为电解质溶液,则Al为负极,Mg为正极。,2.电极反应式的书写,(1)一般电极反应式的书写,(2)复杂电极反应式的书写,总体思路:复杂电极,反应式=总反应式-较简单一极,电极反应式,(3)燃料电池电极反应式的书写,.正极反应式的书写,正极通入的气体一般是氧气,根据电解质的不同,分以下几种情况:,在酸性溶液中生成水:O,2,+4H,+,+4e,-,2H,2,O;,在碱性溶液中生成氢氧根离子:O,2,+2H,2,O+4e,-,4OH,-,;,在固体电解质(高温下能传导O,2-,)中生成O,2-,:O,2,+4e,-,2O,2-,;,在熔融碳酸盐(如熔融K,2,CO,3,)中生成碳酸根离子:O,2,+2CO,2,+4e,-,2C 。,.负极反应式的书写,负极通入的是燃料,发生氧化反应,负极生成的离子一般与正极产物结,合,有以下几种情况:,若负极通入的气体是氢气,则,a.酸性溶液中:H,2,-2e,-,2H,+,;,b.碱性溶液中:H,2,-2e,-,+2OH,-,2H,2,O;,c.熔融氧化物中:H,2,-2e,-,+O,2-,H,2,O。,若负极通入的气体为含碳的化合物,如CO、CH,4,、CH,3,OH等,碳元素,均转化为正四价碳的化合物,在酸性溶液中生成CO,2,;在碱性溶液中生成,C,;熔融碳酸盐中生成CO,2,;熔融氧化物中生成C,。如CH,3,OH燃料,电池负极反应式在酸性溶液中为CH,3,OH-6e,-,+H,2,O,CO,2,+6H,+,在碱,性溶液中为CH,3,OH-6e,-,+8OH,-,C,+6H,2,O。,3.书写电极反应式时应注意的问题,(1)两电极得失电子数目相等。,(2)电极反应式常用“,”而不用“,”表示。,(3)书写电极反应式时要保证电荷守恒、原子守恒。,典例1,Li-SOCl,2,电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂,和碳,电解质是LiAlCl,4,-SOCl,2,。电池的总反应可表示为4Li+2SOCl,2,4LiCl+S+SO,2,。请回答下列问题:,(1)电池的负极材料为,发生的电极反应为,。,(2)电池的正极反应式为,。,答案,(1)锂4Li-4e,-,4Li,+,(2)2SOCl,2,+4e,-,4Cl,-,+S+SO,2,解析,分析各元素的化合价变化可知,Li失电子,被氧化,为还原剂;SOCl,2,得电子,被还原,为氧化剂。,(1)负极材料为Li(还原剂),电极反应式为4Li-4e,-,4Li,+,。,(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到:2SOCl,2,+4e,-,4Cl,-,+S+SO,2,。,1-1,分别写出甲烷燃料电池在下列环境下的电极反应式。,(1)在酸性条件下,燃料电池总反应式:CH,4,+2O,2,CO,2,+2H,2,O;,燃料电池正极反应式:O,2,+4H,+,+4e,-,2H,2,O;,则燃料电池的负极反应式为,。,(2)在碱性条件下,燃料电池总反应式:CH,4,+2O,2,+2OH,-,C,+3H,2,O;,燃料电池正极反应式:O,2,+2H,2,O+4e,-,4OH,-,;,则燃料电池的负极反应式为,。,(3)在固体电解质(高温下能传导O,2-,)环境下,燃料电池总反应式:CH,4,+2O,2,CO,2,+2H,2,O;,燃料电池正极反应式:O,2,+4e,-,2O,2-,;,则燃料电池的负极反应式为,。,(4)在熔融碳酸盐(如熔融K,2,CO,3,)环境下,燃料电池总反应式:CH,4,+2O,2,CO,2,+2H,2,O;,燃料电池正极反应式:O,2,+2CO,2,+4e,-,2C,;,则燃料电池的负极反应式为,。,答案,(1)CH,4,-8e,-,+2H,2,O,CO,2,+8H,+,(2)CH,4,+10OH,-,-8e,-,C,+7H,2,O,(3)CH,4,+4O,2-,-8e,-,CO,2,+2H,2,O,(4)CH,4,+4C,-8e,-,5CO,2,+2H,2,O,1-2,(1)铁是用途最广的金属材料之一,但生铁易生锈。请讨论电化学,实验中有关铁的性质。,某原电池装置如图所示,右侧烧杯中的电极反应式为,左侧烧杯中的,c,(Cl,-,),(填“增大”“减小”或“不,变”)。,已知下图甲、乙两池的总反应式均为Fe+H,2,SO,4,FeSO,4,+H,2,且,在同侧电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H,2,。请在两池上标,出电极材料(填“Fe”或“C”)。,(2)用高铁()酸盐设计的高铁()电池是一种新型充电电池,电解质溶,液为KOH溶液,放电时的总反应为3Zn+2K,2,FeO,4,+8H,2,O,3Zn(OH),2,+2,Fe(OH),3,+4KOH。,写出正极反应式:,。,用高铁()电池作电源,以Fe作阳极,Cu作阴极,对足量KOH溶液进行,电解,当电池中有0.2 mol K,2,FeO,4,反应时,在电解池中生成H,2,L,(标准状况)。,答案,(1)2H,+,+2e,-,H,2,增大,甲池中:左Fe,右C;乙池中:左Fe,右C,(2)Fe,+4H,2,O+3e,-,Fe(OH),3,+5OH,-,6.72,解析,(1)原电池中Fe作负极,石墨作正极,右侧烧杯中的电极反应式,为2H,+,+2e,-,H,2,。盐桥中的Cl,-,向负极迁移,故左侧烧杯中,c,(Cl,-,)增,大。装置乙是电解装置,根据题给总反应式可知Fe只能作阳极(左,侧)。由已知条件知,在装置甲中,Fe作原电池的负极,在左侧;C作原电池,的正极,在右侧。(2)以得失电子守恒规律为桥梁建立K,2,FeO,4,和H,2,的,物质的量的关系:2K,2,FeO,4,3H,2,由此可知生成H,2,0.3 mol,在标准状况下,的体积为6.72 L。,