高三化学一轮(梳理 通解 集训)第六章 化学反应与能量 电化学基础 第二讲 原电池 化学电源课件

1．了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。第二讲原电池化学电源1．新型电池的原理分析，电极判断，电极和电池反应式的书写。2．原电池在能源危机的作用。一、原电池1．装置特点：转化为。2．原电池的电极原电池的负极——金属——发生反应——向外电路电子原电池的正极——金属(或惰性电极如石墨)——发生——外电路提供的电子化学能电能活泼氧化不活泼还原反应接受提供3．原电池的构成条件(1)能自发地发生。(2)电解质溶液(构成电路或参加反应)。(3)由还原剂和导体构成极系统，由氧化剂和导体构成极系统。(4)形成(两电极接触或用导线连接)。氧化还原反应负正闭合回路4．工作原理(以锌—铜原电池为例，如图所示)电极名称负极正极电极材料电极反应反应类型氧化反应还原反应电子流向由沿导线流向______盐桥中离子流向阴离子流向负极，阳离子流向正极电池反应方程式ZnCuZn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu负极正极Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu原电池内部阴、阳离子如何移动？为什么？提示阴离子移向负极、阳离子移向正极，这是因为负极失电子，生成大量阳离子聚集在负极附近，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；正极得电子，该极附近的阳离子因得电子生成电中性物质而使该极附近带负电荷，所以溶液中阳离子要移向正极。原电池的模型中常用盐桥连接，它的作用是什么？能否用一导线代替？提示盐桥的作用是连接两烧杯中的电解质形成闭合回路，通过带电离子的定向移动，平衡烧杯中电解质溶液的电荷，不能用一根导线连接，因为导线是不能传递阴阳离子的。二、常见化学电源电池负极反应正极反应总反应式碱性锌锰电池2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－铅蓄电池Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2Pb(s)－2e－＋SO2－4(aq)===PbSO4(s)Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2PbO2(s)＋2e－＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)===PbSO4(s)＋2H2O(l)电池负极反应正极反应总反应式氢氧燃料电池酸性2H2－4e－===4H＋O2＋4e－＋4H＋===2H2O2H2＋O2==2H2O碱性2H2－4e－＋4OH－===4H2OO2＋4e－＋2H2O===4OH－固体2H2－4e－===4H＋O2＋4e－===2O2－可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？提示可充电电池充电时的电极接法为：一个作用·盐桥的作用(1)使整个装置构成闭合回路，代替两溶液直接接触。(2)平衡电荷。如在Zn/ZnSO4—Cu/CuSO4原电池中Zn失去电子Zn2＋进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液中因Zn2＋增多而带正电荷。同时，CuSO4溶液则由于Cu2＋变成Cu，使得SO2－4相对较多而带负电荷。通过盐桥中阴阳离子定向移动而使两极电解质溶液中正负电荷守恒而保持电中性。四个观察原电池的四个判定方法①观察电极——两极为导体且存在活泼性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极)；②观察溶液——两极插入溶液中；③观察回路——形成闭合回路或两极直接接触；④观察本质——原电池反应是自发的氧化还原反应。四个规律金属腐蚀的四个规律①电解池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。②对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。③活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。④对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。我的体会·原电池学习的关键是理解原电池的原理，大家可以画一画原电池的原理图，弄清离子的移向，电子的流向，两极的反应(负氧化正还原)。对于燃料电池要注意燃料在负极反应，O2在正极反应，要注意电解质溶液或传导介质的影响，如碱性条件下，CO2以CO2－3形式存在。问题征解在金属的电化学腐蚀中，做氧化剂的只有O2和H＋吗？提示不是。其他氧化性微粒也可以使金属发生电化学腐蚀。必考点47原电池正负极的判断方法和电极反应式的书写一、原电池的正负极的判断二、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复杂电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式如CH4酸性燃料电池中CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应式①2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正极反应式②①－②得：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……负极反应式【典例1】(2012·合肥调研)已知在酸性条件下发生的反应为AsO3－4＋2I－＋2H＋===AsO3－3＋I2＋H2O，在碱性条件下发生的反应为AsO3－3＋I2＋2OH－===AsO3－4＋H2O＋2I－。设计如图装置(C1、C2均为石墨电极)，分别进行下述操作：Ⅰ.向B烧杯中逐滴加入浓盐酸Ⅱ.向B烧杯中逐滴加入40%NaOH溶液结果发现电流表指针均发生偏转。试回答下列问题：(1)两次操作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Ⅰ过程中C1棒上发生的反应为________________________________________________________________________；(4)操作Ⅱ过程中C2棒上发生的反应为________________________________________________________________________。(5)操作Ⅱ过程中，盐桥中的K＋移向______烧杯溶液(填“A”或“B”)。解析由于酸性条件下发生反应AsO3－4＋2I－＋2H＋===AsO3－3＋I2＋H2O，碱性条件下发生反应AsO3－3＋I2＋2OH－===AsO3－4＋H2O＋2I－都是氧化还原反应。而且满足构成原电池的三大要素：①不同环境中的两电极(连接)；②电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应)；③形成闭合回路。当加酸时，c(H＋)增大，C1：2I－－2e－===I2，这是负极；C2：AsO3－4＋2H＋＋2e－===AsO3－3＋H2O，这是正极。当加碱时，c(OH－)增大，C1：I2＋2e－===2I－，这是正极；C2：AsO3－3＋2OH－－2e－===AsO3－4＋H2O，这是负极。答案(1)两次操作中均能形成原电池，化学能转变成电能。(2)(Ⅰ)加酸，c(H＋)增大，AsO3－4得电子，I－失电子，所以C1极是负极，C2极是正极。(Ⅱ)加碱，c(OH－)增大，AsO3－3失电子，I2得电子，此时，C1极是正极，C2极是负极。故发生不同方向的反应，电子转移方向不同，即电流表指针偏转方向不同。(3)2I－－2e－===I2(4)AsO3－3＋2OH－－2e－===AsO3－4＋H2O(5)A①原电池正、负极的判断基础是自发进行的氧化还原反应，如果给出一个化学反应方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断，发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。②判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如：a.Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；b.Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。——原电池正负极判断的注意点【应用1】(2013·保定质检)原电池正、负电极的极性不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列由不同材料组成的原电池，电极反应正确的是()。A．由Fe、Cu与稀硫酸组成的原电池，其负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋B．由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池，其负极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2C．由Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池，其正极反应式为Cu－2e－===Cu2＋D．由Al、Cu与浓硝酸组成的原电池，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋答案D解析由Fe、Cu与稀硫酸组成的原电池，Fe作负极，电极反应式为：Fe－2e－===Fe2＋，A错；由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池，电池总反应为2Al＋2H2O＋2NaOH===2NaAlO2＋3H2↑，Al作负极，电极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO－2＋2H2O，B错；由Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池，正极为Pb，电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，C错；由Al、Cu与浓硝酸组成的原电池，Al遇浓硝酸钝化，Cu作负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，D对。必考点48原电池原理在化工、农业生产及科研中的应用1．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增大。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。2．比较金属活动性强弱两种金属分别做原电池的两极时，一般做负极的金属比做正极的金属活泼。例如，有两种金属a、b，用导线连接后插入到稀H2SO4中，观察到a溶解，b极上有气泡产生，则推测a为负极，b为正极，则金属活动性a＞b。3．用于金属的防护使被保护的金属制品做原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌做原电池的负极。4．设计电池，制造化学电源如根据以下反应设计的原电池如下表所示：原理负极正极电解质溶液电极反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2CuC(Fe3＋)FeCl3溶液负极：Cu－2e－===Cu2＋正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋5.探究金属腐蚀的快慢规律不同类型的腐蚀规律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【典例2】(2012·吉林期末质检)实验发现，298K时，在FeCl3酸性溶液中加入少量锌粒后，Fe3＋立即被还原成Fe2＋。某化学兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示的原电池装置。下列有关说法中正确的是()。A．该原电池的正极反应是：Zn—2e－===Zn2＋B．左烧杯中溶液的红色逐渐褪去C．该电池铂电极上有气泡出现D．该电池总反应为：3Zn＋2Fe3＋===2Fe＋3Zn2＋解析正极是得电子的反应，A错误；左烧杯中的电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，B正确、C错误；因为在金属活动性顺序中铁排在H的前面，在酸性溶液中不会生成Fe，D错误。答案B理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极。(2)确定电极材料,如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。,发生还原反应的电极材料必须不如负极材料活泼。(3)确定电解质溶液,一般选用反应物中的电解质溶液即可。(4)构成闭合回路。【应用2】(2013·青岛模拟)控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如右图所示的原电池。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答案D解析由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流计读数为零时Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态；D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。原电池反应的本质就是氧化还原反应。因此正确书写氧化还原反应方程式并能标出电子转移的方向和数目是正确书写电极反应式的基础，通过电池反应中转移电子的数目可确定电极反应中得失的电子数目，通过电池反应中的氧化剂、还原剂和氧化产物、还原产物可确定电极反应中的反