一轮复习_原电池原理完整

第八单元化学反应及能量原电池知识框图第八单元│电化学知识框图第八单元│电化学知识框图考纲导学考纲要求命题预测1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理。2.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。1.原电池的工作原理。运用原电池工作原理书写电极方程式或正误判断，以及金属腐蚀的类型判断与防护是近几年高考的重点，常以选择或填空的形式进行考查，难度中等。2.对新型化学电源的考查。近年来这一考点成为高考命题的必考点和区分点，通常是以新型(燃料电池、固体熔融电解质等)电池，对其工作原理分析及电极方程式的书写为主，难度较大。一原电池的工作原理【知识梳理】1．原电池把__________转化为________的装置。2．形成条件(1)两个电极由两种______________不同的金属或由__________________的材料(非金属或某些氧化物等)组成。(2)电解质溶液。(3)形成闭合回路。化学能电能金属活动性金属和其他导电本质条件：能自发进行的氧化还原反应►探究点一原电池CuFeH2SO4CuZnH2SO4CuFeNaCl溶液CuZn酒精CuZnH2SO4H2SO4ABCDEFMnZnZ4OS2HNuC4OS2H1.下列哪几个装置能形成原电池？VXVVXXXV习题：3．原电池的两极负极：活泼性______的金属，发生________反应。正极：活泼性______的金属或导体，发生________反应。4．电极反应式的书写和电子移动方向(如图20－1)强氧化弱还原(1)电极反应式负极：________，电极反应式：___________________。正极：________，电极反应式：___________________。电池反应：___________________________________________。(2)电子移动方向电子由________释放，经__________沿导线流入________，电解质溶液中的__________移向正极，在其表面得电子被________，形成一个闭合回路。Zn片Zn===Zn2＋＋2e－Cu片Cu2＋＋2e－===CuZn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu负极外电路正极阳离子还原此电池的优点：能产生持续、稳定的电流。盐桥的作用：（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。（2）平衡电荷。在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4则由于Cu2+变为Cu，使得SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或CuSO4溶液中的Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。电解质溶液和电极材料的选择①活泼性不同的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极②金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极③金属和化合物。如铅蓄电池，铅版作负极，PbO2作正极④惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt（电池的电极必须导电）电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子。与原电池相关的概念1.电路：外电路内电路电子流向：电流方向：阴离子：阳离子；2.电极：正极：负极：3.电极反应式：正极：负极：4.总反应式：Zn+2H+＝Zn2++H2↑负极流向正极正极流向负极向负极移动向正极移动电子流出的一极电子流入的一极Zn－2e-＝Zn2+2H++2e-＝H2↑请根据氧化还原反应:Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+设计成原电池。你有哪些可行方案?CuCu–2e-=Cu2+比Cu不活泼的金属或石墨2Fe3++2e-=2Fe2+Fe2(SO4)3、FeCl3等负极：正极：电解质溶液：若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是什么？试画出原电池的装置简图。•下列关于原电池的叙述正确的是（）•A、构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属•B、原电池是将化学能转变为电能的装置•C、原电池中电子流出的一极是负极，该极被还原•D、原电池放电时，电流的方向是从负极到正极B原电池电极的判断和电极方程式的书写原电池正负极的判断原电池的正负极的判断方法微观判断（根据电子流动方向）电子流出的极电子流入的极——负极——正极较活泼的电极材料较不活泼的电极材料质量增加的电极工作后质量减少的电极——负极——正极——正极——负极工作后，有气泡冒出的电极为正极发生氧化反应的极发生还原反应的极宏观判断：①根据电极材料②根据原电池电极发生的反应③根据电极增重还是减重④根据电极有气泡冒出：——负极——正极原电池电极方程式的书写原则与技巧①电极反应是氧化还原反应，要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒。另外还要遵守以下两个原则：a．共存原则：注意介质对电极产物的影响，物质得失电子后在不同的介质环境中所存在的形式不同。如电解质溶液的酸碱性不同，在酸性条件下，碳元素以CO2释放出去，而碱性条件下，碳元素则以CO2－3形式存在；O2放电时，在酸性溶液中它与H＋结合成H2O，在碱性溶液中与H2O结合成OH－。b．减法原则：若已知总反应方程式，要求写出某一极的电极反应方程式，可以先分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，然后写出较易书写的电极反应式，将这个反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去较易书写(一般为负极)的电极反应式，即得另一极的电极反应式。②燃料电池负极方程式的书写方法一：用总方程式减去正极电极方程式。燃料电池的总方程式就是该燃料在氧气中燃烧的方程式(但要注意如果电解质溶液是碱性，则生成的二氧化碳要与氢氧根离子继续反应，写成碳酸根离子)，而正极反应都是氧气得到电子：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－(碱性介质)或O2＋4H＋＋4e－＝2H2O(酸性介质)。拓展练习（1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的现象。两极反应式为：正极；负极。该装置将能转化为能。（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，则负极为，总反应方程为。镁逐渐溶解，铝极上有气泡冒出，电流表指针发生偏转；Al+4OH—-3e—=AlO2-+2H2OMg－2e—=Mg2+化学能电能Al2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑例1[2010·广东卷]铜锌原电池(如图20－4)工作时，下列叙述正确的是()【典例精析】BCA．正极反应为Zn－2e－===Zn2＋B．电池反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuC．在外电路中，电子从负极流向正极D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液[2010·宁夏卷]根据图20－5可判断出下列离子方程式中错误的是()A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s)B．Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq)C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2＋(aq)D．2Ag＋(aq)＋Co(s)===2Ag(s)＋Co2＋(aq)A►探究点二化学电源【知识梳理】1．一次电池碱性锌—锰干电池电池反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2负极：________，正极：________，电解质：KOH。负极反应：______________________________________。正极反应：______________________________________。ZnMnO2Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)22MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－2．二次电池铅蓄电池(1)总反应式：PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O(2)放电的电极反应为：负极：__________________________________________；正极：__________________________________________。(3)充电的电极反应为：阳极：__________________________________________；阴极：__________________________________________。Pb＋SO2－4－2e－＝PbSO4PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－＝PbSO4＋2H2OPbSO4＋2H2O－2e－＝PbO2＋4H＋＋SO2－4PbSO4＋2e－＝Pb＋SO2－43．燃料电池(1)燃料电池与前几种电池的差别：①氧化剂与还原剂在工作时；②反应产物；③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。(2)氢氧燃料电池①酸性电解质负极：；正极：；总反应：。不断补充不断排出2H2－4e－===4H＋O2＋4H＋＋4e－===2H2O2H2＋O2===2H2O②碱性电解质负极：；正极：；总反应：。2H2－4e－＋4OH－===4H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－2H2＋O2===2H2O【要点深化】1．二次电池和燃料电池的几个注意事项(1)可充电电池(二次电池)充电时，电池正极接电源正极，电池负极接电源负极。(2)可充电电池(二次电池)放电时负极发生氧化反应，充电时该极(阴极)发生还原反应；放电时正极发生还原反应，充电时该极(阳极)发生氧化反应。(3)燃料电池的负极为通入燃料的一极，正极为通入助燃剂的一极(一般为氧气)，电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。例2[2010·浙江卷]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式为：2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe。有关该电池的下列说法中，正确的是()【典例精析】A．Li­Al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＋FeC．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＋＋FeSB一、金属腐蚀：是金属或合金与周围接触到的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。M-ne-=Mn+二、金属腐蚀的类型：（1）化学腐蚀金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。（2）电化学腐蚀不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。►探究点三金属的腐蚀与防护化学腐蚀和电化学腐蚀的比较相互关系反应现象条件电化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀和电化学腐蚀同时发生，但电化学腐蚀更普遍较活泼的金属被氧化金属被氧化有微弱的电流产生不产生电流不纯金属或合金跟电解质溶液接触金属跟接触的物质反应正极：2H++2e-=H2↑负极：Fe-2e-=Fe2+总反应Fe+2H+=Fe2++H2↑析氢腐蚀：当钢铁处于酸性氛围中负极：Fe-2e-=Fe2+正极：O2+2H2O+4e-=4OH-总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2吸氧腐蚀：中性或酸性很弱条件下发生。后续反应：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O+(3-n)H2O钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较Fe2O3·nH2O（铁锈）水膜呈酸性水膜呈中性或酸性很弱Fe-2e--=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+2H++2e--=H2↑O2+2H2O+4e-=4OH-Fe+2H+=Fe2++H2↑2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3金属的腐蚀以电化腐蚀为主，电化腐蚀又以吸氧腐蚀为主析氢腐蚀吸氧腐蚀条件电极反应负极Fe(-)正极C(+)后续反应联系牺牲