高三一轮复习：原电池原理及其应用

高三化学第一轮复习专题6化学反应与能量变化6－2原电池原理及其应用电化学知识的试题有二个特点：1、综合性强，如联系到“化学实验现象的判断和分析、定量实验的操作要求、离子方程式的书写、氧化还原反应问题分析、元素化合物、化学计算”等。命题规律与趋势因此电化学知识是不可忽视的一个知识点。2、应用性强，如与生产生活（如金属的腐蚀和防护、电镀废液的危害与环保等）、新科学及新技术（新型电池）、利用电解原理实现用通常方法难以制备的物质的制备等问题相联系等。§1原电池§2化学电源§4金属的电化学腐蚀与防护电化学基础§3电解池氧化还原反应化学能转化为电能，自发进行电能转化为化学能，外界能量推动知识结构普通干电池手机电池钮扣电池笔记本电脑专用电池摄像机专用电池“神六”用太阳能电池一、原电池原理1.定义：化学能转化为电能的装置为原电池。从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池；２.电极名称：原电池相对活泼的电极为负极相对不活泼的电极为正极3.电极反应：原电池负极：正极：失电子的氧化反应得电子的还原反应4.原电池的形成条件（140）(4)形成闭合回路。（两电极用导线连接，或接触。）（1）能自发地发生的氧化还原反应：①电极和电解质溶液②两电极上分别有还原剂和氧化剂（燃料电池）（2）电解质溶液：参与电极反应或构成内电路（3）两导体作电极：①活动性不同的金属（或一种金属和一种非金属导体石墨），与电解质溶液反应的活泼金属为负极。②两不活泼的导体－石墨或Pt等。（燃料电池电极）练习：下列哪几个装置能形成原电池？CuFeH2SO4CuZnH2SO4CuFeNaCl溶液CuFeNaCl溶液CuZn酒精CuZnH2SO4H2SO4ABCDEFMnZnZ4OS2HNnZCu4OS2CuCuSO4√√√√想一想：是不是所有的化学反应均可设计才原电池？5.电子、离子的定向移动方向：原电池“负极出电子，电子回正极”必发生失电子的氧化反应必发生得电子的还原反应氧化反应M-ne－=Mn+产生电流失e-沿导线转移还原反应Nm++me－=N原电池的工作原理负极正极阴离子阳离子e－e－综述1、负极失电子发生氧化反应；溶液中氧化性较强的微粒在正极上得电子发生还原反应；2、电子由负极流向正极，电流方向是由正极流到负极（外电路）。例1、(2007年高考全国理综卷)在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用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D1.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是()A.MgB.FeC.AlD.CuB2.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的pH()A.不变B先变大后变小C逐渐变大D.逐渐变小C课堂练习：（２）盐桥的作用是什么？可提供定向移动的阴阳离子，使由它连接的两溶液保持电中性，盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。导线的作用是传递电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路。６、双液原电池的工作原理（有关概念）（１）盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出盐桥的作用：（1）形成闭合回路。（2）平衡电荷。(3)双液原电池的优点：能产生持续、稳定的电流。思考：左右烧杯内的电解质溶液换一换是否可以？为什么？例2、(2007年高考海南化学卷)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。盐桥XYACuSO4溶液电流计Ag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，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。铜(或Cu)AgNO3溶液正Ag＋＋e－→AgCu-2e－→Cu2＋负(Cu)正(Ag)例3、(2007年高考理综重庆卷)如图所示，下列叙述正确的是()ZnSO4隔膜(只允许SO42－通过)CuSO4滤纸(滴加了Na2SO4、酚酞溶液)表面皿YZnCu铜丝X(A)Y为阴极，发生还原反应(B)X为正极，发生氧化反应(C)Y与滤纸接触处有氧气生成(D)X与滤纸接触处变红A要点突破（一）原电池正负极的判断思考：1、“活泼性较强的金属一定做负极”是否正确？为什么？2、如何判定原电池的正负极？（二）原电池电极反应式的书写技巧“全线突破”P142例4：判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。AFeCl3溶液负极：Cu-2e－→Cu2+正极：2Fe3++2e-→2Fe2+－＋CuC＋MgAlA稀硫酸溶液NaOH溶液－（稀硫酸）负极:Mg-2e-→Mg2+正极：2H++2e-→H2↑（NaOH溶液）负极：2Al+8OH--6e-→2AlO2-+4H2O正极：6H2O+6e-→3H2↑+6OH-•方法一：根据电极材料的性质确定。•1.对于金属—金属电极，•活泼金属是负极，不活泼金属是正极；•2.对于金属—非金属电极，•金属是负极，非金属是正极，如干电池等；•3.对于金属—化合物电极，•金属是负极，化合物是正极。•方法二：根据电极反应的本身确定。•失电子的反应→氧化反应→负极；•得电子的反应→还原反应→正极。活学活用1、银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应为；正极发生的反应为；反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总反应方程式为Al-3e-→Al3＋Ag2S+2e-→2Ag+S2-3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al(OH)3↓+3H2S↑2,实验是化学的最高法庭。以镁条、铝片为电极，以稀NaOH溶液为电解质溶液构成的原电池，人们普遍认为铝是负极。某研究性学习小组为探究该原电池究竟谁是负极，发生怎样的电极反应，进行了如下实验：如图，剪取约8cm的镁条及大小相近的铝片，用砂纸去膜，使镁条与铝片分别与量程为500μA的教学演示电表的“－”、“＋”端相连接，迅速将两电极插入盛有1mol/LNaOH溶液的烧杯中。开始，电表指针向右偏移约500μA，铝片表面有许多气泡，很快电流逐渐减小至0；随后，指针向左偏移，且电流逐渐增大至约400μA，此时，铝片表面气泡有所减少，但镁条表面只有极少量的气泡产生。根据以上实验现象，回答下列问题：MgAl－＋1mol/LNaOH溶液(1)开始阶段，原电池的正极是_______（填“Mg”或“Al”）片；铝片表面产生的气泡是__________；负极发生的反应是。(2)随后阶段，铝片发生的电极反应式是______________________________；镁条表面只有极少量的气泡产生，其原因是：2H2O+2e-=H2↑+2OH-（极少），试判断此电极发生的主要反应是_________________________；铝片表面气泡有所减少，但未消失，产生这一现象的可能原因是。AlH2Mg+2OH--2e-=Mg(OH)2或Mg-2e-=Mg2+Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2OO2+2H2O+4e-=4OH-铝片中含有杂质，构成原电池。活学活用3,“嫦娥一号”的成功发射，标志着我国航天技术已达到了一个新的领域。在航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为2H2+O2=2H2O，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为2H2-4e-=4H+，则其正极反应式为_______________。碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表示为____________。O2+4e-+4H+=2H2O2H2-4e-+4OH-=4H2O二、原电池原理的应用(三)比较金属的活泼性；构建原电池，测出正负极，负极金属活泼性正极(四)加快某些化学反应的反应速率；(一)设计原电池，制做化学电源；(二)金属腐蚀的原理及金属腐蚀的防护。1，利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2，设计一个单液原电池，一个双液原电池（使用盐桥），画出原电池的示意图，并写出电极反应。参考答案负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极（Pt或C）：2Fe3++2e-=2Fe2+（还原反应）FeCl3溶液(+)(-)GZnPtZn(+)(-)盐桥CZnCl2溶液FeCl3溶液G2，请将氧化还原反应Cu+2Ag+=Cu2++2Ag设计成一个能产生持续、稳定电流的原电池装置。CuCuSO4AgAgNO3•燃料电池•熔融盐电池化学电源常规电池｛•一次电池•二次电池新型电池｛Zn+2OH--2e-→Zn(OH)22MnO２+2H２O+2e-=2MnO(OH)+2OH-Zn+2MnO２+2H２O=Zn(OH)2+2MnO(OH)负极正极总反应2、碱性锌锰电池一次电池负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+，正极（石墨）:2NH4++2MnO2+2e-=2NH3↑+Mn2O3+H2O总反应：Zn+2NH4++2MnO2=Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O1、干电池（NH4Cl糊状物为电解质）3、银锌电池（电解质为KOH）负极：Zn+2OH-－2e-=Zn(OH)2正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag4、海水电池（电解质溶液为海水）负极：4Al-12e-=4Al3+，正极：3O2+6H2O+12e-=12OH-总反应：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)31、铅蓄电池PbO2+4H++SO42-+2e-→PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O总反应式为：Pb+SO42--2e-→PbSO4负极：正极：放电当向外提供0.5mol电子时，消耗硫酸的物质的量为0.5mol二次电池2PbSO4+2H2O==Pb+PbO2+2H2SO4PbSO4+2H2O-2e-→PbO2+4H++SO42-PbSO4+2e-→Pb+SO42-阳极阴极总反应充电1、铅蓄电池2、锂电池（非水有机溶剂电解液）负极：2Li-2e-=2Li+，正极：I2+2e-=2I-，总反应：2Li+I2=2LiI跟相同质量的其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。电解液H2O1、氢氧燃料电池2e-2e-氢气氧气H+OH-A负极正极O2H2H2O燃料电池：1、氢氧燃料电池2H2+4OH--4e-→4H2OO2+2H2O+4e-→4OH-总反应式：2H2+O2=2H2O碱性燃料电池KOHO2H2OH2H2O负极：正极：2H2－4e-→4H+O2+4e-+4H＋→2H2O总反应式：2H2+O2=2H2O酸性H2SO4O2H2OH2OH2负极：正极：1、氢氧燃料电池2、甲烷燃料电池（电解质为KOH）负极：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O正极：2O2+4H2O+8e-=8OH-总反应：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O课堂练习1、宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应为2H2+O2=2H2O，电解质溶液为KOH，反应保持在高温下，使H2O蒸发，正确叙述正确的是：（）A．H2为正极，O2为负极B．电极反应（正极）：O2+2H2O+4e-=4OH-C．电极反应（负极）：2H2+4OH-=4H2O-4e-D．负极发生氧化反应，正极发生还原反应BD2、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是：1/2H2+NiO(OH)＝Ni(OH)2根据此反应判断，下列叙述中正确的是（）A、电池放电时，负极