高三一轮复习原电池学案

1第三节化学能转化为电能---电池【考点分析】本节的重点内容为原电池工作原理及其应用．原电池工作原理的考查往往以新型能源电池或燃料电池为载体，考查原电池正负极的判断、电极反应式的书写、电子或电流的方向及溶液pH的变化等；原电池原理的应用主要考查原电池的设计、电化学腐蚀以及解释某些化学现象等．预计实物图分析、新型电池分析、电解池与原电池的联系以及设置趣味电化学实验是近年高考的热点.【课前延伸】一、原电池1．概念：把能转化为能的装置．2.工作原理：(以锌—铜原电池为例)。电极名称负极正极电极材料电极反应反应类型反应反应电子流向由沿导线流向离子移动方向3．构成条件(1)两个的电极．(2)将电极插入中．(3)用导线连接电极构成．(4)能自发进行反应．二、化学电源1．一次电池——碱性锌锰干电池2．二次电池(可充电电池)铅蓄电池是常见的二次电池，电池总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O(1)放电时负极材料是，正极材料是.①负极反应：②正极反应：（2）充电时①阴极反应：②阳极反应：3．燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种.酸性碱性负极反应式正极反应式电池总反应式2H2＋O2===2H2O三、金属的腐蚀与防护1．金属腐蚀的定义2金属与周围的气体或液体物质发生反应而引起损耗的现象。2．金属腐蚀的实质金属电子被。3．金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀：金属直接跟周围的物质接触发生化学反应。(2)电化学腐蚀：当两种金属相接触且又同时暴露在潮湿空气里或与电解质溶液接触时，由于形成而腐蚀。电化学腐蚀很普遍。4．常见的电化学腐蚀(以钢铁为例)类型析氢腐蚀吸氧腐蚀发生条件电极反应5.金属的防护(1)加防护层如在金属表面加上耐腐蚀的油漆、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料、橡胶及电镀、喷镀或表面钝化等方法。(2)电化学防护①牺牲阳极的阴极保护法。如在船舶的外壳装上锌块：锌作原电池的极(阳极)，铁作为原电池的极(阴极)。②外加电流的阴极保护法。如钢闸门被保护：阳极为惰性电极(如石墨)，与电源正极相连；阴极为，与电源负极相连。(3)改变金属的内部结构。如不锈钢。【课前检测】1.在盛有稀H2SO4的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是A．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2．(2010·广东高考)铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是A．正极反应为：ZnZn2++2e-B．电池反应为：Zn＋Cu2+===Zn2+＋CuC．在外电路中，电流从负极流向正极D．盐桥中的K+移向ZnSO4溶液3.（2009·上海卷）茫茫黑夜中，航标灯为航海员指明了方向。航标灯的电源必须长效、稳定。我国科技工作者研制出以铝合金、Pt-Fe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中①铝合金是阳极②铝合金是负极③海水是电解液④铝合金电极发生还原反应A．②③B．②④C．①②D．①④3【课堂探究】一、原电池工作原理1.原理图示负极：（反应）正极：（反应）总反应方程式：外电路：电子从负极流向正极，电流从正极流向负极内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极2.原电池的正负极的判断：①根据电子流动方向判断。在原电池中，电子流出的一极是负极；电子流入的一极是正极。②根据两极材料判断。一般活泼性较强的金属为负极；活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。③根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。④根据原电池两极发生的变化来判断。负极发生氧化反应；正极发生还原反应。⑤根据现象判断。溶解的一极为负极，质量增加或放出气体的一极为正极。例1.日本茨城大学研制了一种新型的质子交换膜二甲醚燃料电池(DDFC)，该电池有较高的安全性。电池总反应为：CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意如图，下列说法不正确的是()A．a极为电池的负极B．电池工作时电流由b极沿导线经灯泡再到a极C．电池正极的电极反应为：4H+＋O2＋4e-===2H2OD．电池工作时，1mol二甲醚被氧化时就有6mol电子转移二、原电池电极反应式的书写与化学电源一般来讲，书写原电池的电极反应式应注意如下四点：1、准确判断原电池的正负极如果电池的正负极判断失误，则电极反应式必然写错，这是正确书写电极反应式的前提。一般而言，较活泼的金属成为原电池的负极，但不是绝对的。如将铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原电池时，铜却是原电池的负极被氧化，因为铝在浓硝酸中表面产生了钝化。此时，其电极反应式为：负极：Cu==Cu2++2e-正极：2NO3-+4H++2e-==2NO2+2H2O又如将镁铝合金放入6mol/L的NaOH溶液中构成原电池时，尽管镁比铝活泼，但镁不和NaOH溶液反应，所以铝成为负极。2、高度注意电解质的酸碱性在正、负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种，在酸溶液中负极反应式为：2H2==4H++4e-正极反应式为：O2+4H++4e-==2H2O;如是在碱溶液中，则不可能有H+出现，在酸溶液中，也不可能出现OH-。3、牢牢抓住总的反应方程式从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。而两个电极反应相加即得总的反应方程式。所以，对于一个陌生的原电池，只要知道总反应方程式和其中的一个电极反应式，即可迅速写出另一个电极反应式。4、不能忽视电子转移数相等在同一个原电池中，负极失去的电子数必等于正极得到的电子数，所以在书写电极反应式时，要注意电荷守恒。这样可以避免由电极反应式写总反应方程式，或由总反应方程式改写成电极反应式所带来的失误，同时，也可避免在有关计算中产生误差。一次电池：4即电池中的反应物质在进行一次电化学反应放电之后就不能再次使用了。（1）锌锰电池—干电池该电池的负极材料是锌，正极材料是碳棒，电解质是MnO2、NH4Cl、ZnCl2组成的糊状物。其电极反应式为：负极：Zn==Zn2++2e-正极：2MnO2+2NH4++2e-==Mn2O3+2NH3+H2O总反应式为：Zn+2MnO2+2NH4+==Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O电池中MnO2的作用是将正极上NH4+还原生成的H氧化成为水，以免产生H2附在石墨表面而增加电池内阻。由于反应中锌筒不断消耗变薄，且有液态水生成，故电池用久后会变软。（2）银锌电池—钮扣电池该电池使用寿命较长，广泛用于电子表和电子计算机。其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液。总反应式为：Zn+Ag2O==ZnO+2Ag负极：正极：（3）高能电池—锂电池该电池是20世纪70年代研制出的一种高能电池。由于锂的相对原子质量很小，所以比容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大，使用寿命长，适用于动物体内（如心脏起搏器）。因锂的化学性质很活泼，所以其电解质溶液应为非水溶剂。如作心脏起搏器的锂—碘电池的总反应式为：2Li+I2==2LiI。则电极反应式为：负极：正极：（4）海水铝电池该电池是1991年我国首创以“铝-空气-海水”电池为能源的新型航海标志灯。这种灯以海水为电解质溶液，靠空气中氧气使铝不断氧化而产生电流，只要把灯放入海水中就能发出耀眼的闪光，其能量比干电池高20—50倍。其电极反应式为：负极：正极：总反应式为2、蓄电池：可以多次反复使用，放电后可以充电复原，又称二次电池。可充电电池电极反应式的书写可充电电池是联系原电池与电解池的桥梁，它也是电化学知识的重要知识点。放电为原电池反应，充电为电解池反应。原电池的负极反应与电解池的阴极反应，原电池的正极反应与电解池的阳极反应互为逆反应。只要学生按前面方法能熟练书写放电(即原电池)的电极反应式，就能很快写出充电(即电解池)的电极反应式。（1）铅蓄电池：铅蓄电池是一种常见的可充电池，在工农业生产和日常生活中有广泛的应用。该电池以Pb和PbO2作电极材料，H2SO4作电解质溶液。总反应式为：Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O试写出充放电时的电极反应放电时：正极：负极：充电时：阳极：阴极：3、燃料电池：（1）氢氧燃料电池：主要用于航天领域，是一种高效低污染的新型电池，一般用金属铂（是一种惰性电极，并具有催化活性）或活性炭作电极。①如用KOH溶液做电解质负极：正极：②如用H3PO4作电解质负极：正极：总反应式均为：（2）甲烷燃料电池：①如用KOH溶液做电解质负极：正极：5总反应式为：②如用H3PO4作电解质负极：正极：总反应式为：（3）熔融盐燃料电池：该电池用Li2CO3和的Na2CO3熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在6500C下工作的燃料电池。熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。其电极反应式为：负极：正极：总反应式为：2CO+O2==2CO2（4）固体氧化物燃料电池：该电池是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O2-在其间通过其电极反应式为：负极：正极：总反应式为：2H2+O2=2H2O三、原电池原理在化工、农业生产及科研中的应用。1．比较不同金属的活动性强弱根据原电池原理可知，在原电池反应过程中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或碳棒)作正极．若有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A极溶解，而B极上有气体放出，说明在原电池工作过程中，A被氧化成阳离子而失去电子作负极，B作正极，则金属A的金属活动性比B强．2．加快化学反应速率由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反应且有电流产生，因而反应速率加快．如Zn与稀H2SO4反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu－Zn原电池，加快反应进行．3．用于金属的防护要保护一个铁制闸门，可用导线将其与一锌块相连，使锌作原电池的负极，铁制闸门作正极．4．设计制作化学电源设计原电池时要紧扣构成原电池的条件．(1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；(2)电极材料的选择在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应。(3)电解质溶液的选择电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。如在铜—锌—硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2+的溶液中。(2007年高考海南卷)依据氧化还原反应：2Ag+(aq)＋Cu(s)=Cu2+(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。请回答下列问题：(1)电极X的材料是________；电解质溶液Y是___________；(2)银电极为电池的________极，6发生的电极反应为_________________X电极上发生的电极反应为____________________________；(3)外电路中的电子是从_______电极流向________电极。【课后拓展】1.（2011·福建高考·11）.研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是A.水既是氧化剂又是溶剂B.放电时正极上有氢气生成C.放电时OH-向正极移动D.总反应为：22222LiHOLiOHH2.（2011·新课标全国卷·11）铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe+Ni2O3+3H2O=====Fe（OH）2+2Ni（OH）2下列有关该电池的说法不正确．．．的是A.电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3，负极为FeB.电池放电时，负极反应为Fe+2OH--2e-=Fe（OH）2C.电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低D.电池充电时，阳极反应为2Ni（OH）2+