电化学基础成品2

高2021级化竞资料之化学反应原理1第二讲：电化学基础一、原电池及其原理历史回顾一：伏打电池1800年，意大利科学家伏打发现只要将两片不同的金属片同时与电解质溶液接触，一旦形成闭合回路，就会产生电流，由此他发明了人类历史上第一个原电池。他认为电流产生的原因是“接触电”，即只要接触就有电流，不需要发生化学反应。实验一：揭示伏打电池操作现象Zn片：Cu片：Zn片：Cu片：操作现象灵敏电流计指针向偏转灵敏电流计指针向偏转伏打电池的工作原理：稀H2SO4稀H2SO4稀H2SO4稀H2SO4原来与Zn片相连的导线原来与Cu片相连的导线1432高2021级化竞资料之化学反应原理2历史回顾二：电池原理之争1836年，法拉第和他的好朋友丹尼尔提出电流产生的原因是“反应电”，从而纠正了长达36年的“接触电”之说。1．定义：将转化为的装置2．本质：将氧化反应和还原反应，并用合适的方式连接。3．工作原理：对于一般的原电池来说电极反应（氧化还原反应的半反应）负极：剂，e－，发生反应正极：剂，e－，发生反应外电路（液面上方）靠定向地从极转移到极而形成电流内电路（溶液中）靠的定向移动而形成电流向正极向负极实验二：探究原电池的形成条件用下列溶液与电极连接成原电池，观察灵敏电流计能否显著持久的偏转。溶液是否偏转电极Zn—ZnZn—FeZn—CuZn—C稀H2SO4CuSO4溶液酒精溶液4．形成条件：（1）（2）（3）（4）5．单液电池的缺点：（1）根源：高2021级化竞资料之化学反应原理3（2）历史回顾三：丹尼尔电池在提出“反应电”原理的同时，丹尼尔对伏打电池进行了改进，改进后的电池能将氧化剂和还原剂彻底分开，从而克服了伏打电池的缺点。改进后的示意图如下：思考：（1）双液电池对正、负两极区域的电解质溶液有何要求？（2）盐桥内填充了体积物质？有何作用？6．原电池原理的应用（1）设计、制作化学电源例2：分别将下面两反应设计为原电池：①Cu+2AgNO3==Cu(NO3)2+2Ag②2Fe3++Sn2+==2Fe2++Sn4+设计步骤：（2）判断金属的活泼性例3：有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极，活动性；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C，活动性；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡，活动性；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应，活动性；工作原理：高2021级化竞资料之化学反应原理4综上所述，这五种金属的活动性从强到弱的顺序为。（3）加快氧化还原反应的速率7．电极方程式的书写【课堂练习】例1：判断下列原电池的正、负极，并书写电极方程式。(1)(2)(3)(4)(5)书写步骤：9．化学电源稀盐酸AlMgNaOH(aq)AlMg浓HNO3CuFeNaCl(aq)CFe空气原子能电池化学电池太阳能电池电池燃料电池二次电池一次电池高2021级化竞资料之化学反应原理5（1）一次电池①普通锌锰电池碱性锌锰电池装置电极反应负极：正极：总反应：负极：正极：总反应：特点优点：制作简单，价格便宜；缺点：新电池会发生自动放电，使存放时间缩短，放电后电压下降较快优点：克服了普通锌锰干电池的缺点，单位质量所输出的电能多且储存时间长，适用于大电流和连续放电②纽扣式锌银电池（2）二次电池①铅蓄电池②锂离子电池负极：正极：总反应：负极：正极：总反应：高2021级化竞资料之化学反应原理6氢镍电池：NiOOH+MH===Ni(OH)2+M（M为储氢金属）（3）燃料电池练习：写出以CH4、N2H4为燃料时，在碱性电解质溶液中的电极方程式。思考：若将电解质改为固体氧化物或熔融碳酸盐，上述电极方程式应如何书写？【判断电池优劣的标准】主要看这种电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少[比能量，单位（W·h）/kg，（W·h）/L]，或者输出功率的大小（比功率，单位W/kg，W/L）。思考：为什么锂离子电池比较流行？【巩固提高】负极：正极：总反应：负极：正极：总反应：酸性负极：正极：总反应：碱性高2021级化竞资料之化学反应原理71．有关电化学知识的描述正确的是A．CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能B．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成C．从理论上讲，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池D．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生2．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑3．根据右图，下列判断中正确的是A．烧杯a中的溶液pH降低B．烧杯b中发生氧化反应C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑4．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。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．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态D．电流表读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极5．热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl－KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。下列有关说法正确的是A．正极反应式：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2B．放电过程中，Li＋向负极移动C．每转移0.1mol电子，理论上生成20.7gPbD．常温时，在正负极间接上电流表，指针不偏转6．一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是高2021级化竞资料之化学反应原理8A．反应CH4＋H2O=====催化剂△3H2＋CO，每消耗1molCH4转移12mol电子B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2OC．电池工作时，CO2－3向B电极移动D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO2－37．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是A．铜电极上发生氧化反应B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO2－4)减小C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡8．2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是A．a为电池的正极B．电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLiC．放电时，a极锂的化合价发生变化D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移10．下面4种燃料电池的工作原理示意图，其中正极的反应产物为水的是11．微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是高2021级化竞资料之化学反应原理9A．正极反应中有CO2生成B．微生物促进了反应中电子的转移C．质子通过交换膜从负极区移向正极区D．电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O12．有关下图装置的说法中正确的是A．氧化剂与还原剂必须直接接触，才能发生反应B．乙池中电极反应式为NO－3＋4H＋＋e－===NO2↑＋2H2OC．当铜棒质量减少6.4g时，甲池溶液质量增加6.4gD．当铜棒质量减少6.4g时，向乙池密封管中通入标准状况下1.12LO2，将使气体全部溶于水13．金属（M）–空气电池（如图）具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：4M+nO2+2nH2O=4M(OH)n。已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确．．．的是A．采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面B．比较Mg、Al、Zn三种金属–空气电池，Al–空气电池的理论比能量最高C．M–空气电池放电过程的正极反应式：4Mn++nO2+2nH2O+4ne–=4M(OH)nD．在M–空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜14．某原电池装置如右图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2＝2AgCl。下列说法正确的是A．正极反应为AgCl＋e－＝Ag＋Cl－高2021级化竞资料之化学反应原理10B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变D．当电路中转移0.01mole－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子15．全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。下列说法错误的是A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14gC．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多16．液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小，无需气体存储装置等优点。一种以肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH作为电解质。下列关于该燃料电池的叙述不正确的是A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极B．负极发生的电极反应式：N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2OC．该燃料电池的电极材料应采用多孔导电材料，以提高电极反应物质在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触D．该燃料电池持续放电时，K＋从负极向正极迁移，因而离子交换膜需选用阳离子交换膜17．已知：锂离子电池的总反应为：锂硫电池的总反应为：有关上述两种电池说法正确的是A．锂离子电池放电时，Li+向负极迁移B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应C．理论上两种电池的比能量相同D．右图表示用锂离子电池给锂硫电池充电18．（1）Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。请回答下列问题：高2021级化竞资料之化学反应原理11①电池的负极材料为，发生的电极反应为。②电池正极发生的电极反应为。（2）一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池(如下图所示)的碳电极。该电池的电解质溶液为6mol·L－1的KOH溶液。写出放电时的正、负极电极反应式。19．锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：(1)外电路的电流方向是由(填字母，下同)极流向极。(2)电池正极反应式为。(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？(填“是”或“否”)，原因是。20．(1)某研究性学习小组为探究Fe3＋与Ag反应，进行如下实验：按下图连接装置并加入药品(盐桥中的物质不参与反应)。①K闭合时，指针向左偏转，石墨作(填“正极”或“负极”)。②当指针归零后，向左侧U形管中滴加几滴FeCl2浓溶液，发现指针向右偏转，写出此时银电极的反应式：。高2021级化竞资料之化学反应原理12③结合上述实验分析，写出Fe3＋和Ag反应的离子方程式：。④丙同学进一步验证其结论：当指针归零后，向右侧U形管中滴加数滴饱和NaCl溶液，可观察到的现象是。(2)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如下图所示：①HS－在硫氧化菌作用下转化为SO2－4的反应式是。②若维持该微生