第9講原電池的工作原理化學電源,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,1.原電池 (1)原理圖解:,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,(2)原電池的判斷方法: 有外接電源的電化學裝置為電解池,無外接電源的可能為原電池。 依據(jù)形成原電池的條件判斷。 (3)原電池正負極的判斷:,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,(4)電極反應式的書寫: 一般電極反應式的書寫思路: 列物質標得失負極發(fā)生氧化反應,正極發(fā)生還原反應 , 兩式加驗總式兩電極反應相加,與總反應對照驗證,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,含碳燃料電池電極反應式的書寫: 首先標出燃料中碳元素的化合價,計算出失去的電子數(shù),根據(jù)溶液的介質情況寫出生成物,并根據(jù)碳原子守恒寫出生成物的化學計量數(shù),若堿性介質生成 ,若酸性介質生成CO2;然后根據(jù)電荷守恒配平電極反應式,電極反應式左邊減去幾個電子就相當于左邊帶幾個單位正電荷,配平電荷的方法有:電極反應式左邊加入帶負電荷的OH-以抵消左邊的正電荷數(shù)或右邊加入帶正電荷的H+以抵消右邊的負電荷數(shù),但要根據(jù)電解質溶液的酸堿性選擇使用上述方法;最后用觀察法配平其他物質。下面以堿性CH3OH燃料電池電極反應式的書寫為例進行說明:,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,2.常見的化學電源 .一次電池(既不能充電,也不能反復使用的一次性電池): (1)銀鋅紐扣電池: 銀鋅紐扣電池的電極分別為Ag2O和Zn,電解質溶液為KOH溶液,發(fā)生氧化還原反應后生成Ag和Zn(OH)2,則Zn為原電池的負極,發(fā)生氧化反應,電極反應式為Zn-2e-+2OH- Zn(OH)2;Ag2O為原電池的正極,發(fā)生還原反應,電極反應式為Ag2O+2e-+H2O 2Ag+2OH-;電池反應方程式為Zn+Ag2O+H2O Zn(OH)2+2Ag。,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,(2)堿性鋅錳干電池: 堿性鋅錳干電池比普通鋅錳干電池性能優(yōu)越,能量大,能提供較大電流并連續(xù)放電。 其負極是Zn,正極是MnO2,電解質是KOH。,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,.二次電池(可充電,可多次重復使用): 如鉛蓄電池:電解質是硫酸 (1)放電時:,(2)充電反應為電解過程,是放電反應的逆過程:,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,3.金屬的腐蝕與防護 (1)金屬的腐蝕:,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,(2)鋼鐵的析氫腐蝕與吸氧腐蝕:,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,注意:對于吸氧腐蝕,生成的Fe(OH)2進一步被O2氧化成Fe(OH)3,Fe(OH)3脫去一部分水生成Fe2O3nH2O,它就是鐵銹的主要成分;對于析氫腐蝕,如果鋼鐵表面水膜的酸性較弱,隨著氫氣的析出,水膜的pH上升,Fe2+與OH-結合生成Fe(OH)2,Fe(OH)2繼續(xù)與空氣中的O2作用,生成Fe(OH)3,進而形成鐵銹。,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,(3)金屬的防護: 改變金屬的內部結構,使其成為防腐蝕金屬,如制成不銹鋼等。 加防護層,如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。 電化學防護: a.犧牲陽極的陰極保護法原電池原理 (a)正極(陰極):被保護的金屬設備 (b)負極(陽極):比被保護的金屬活潑的金屬 b.外加電流的陰極保護法電解原理 (a)陰極:被保護的金屬設備 (b)陽極:惰性電極,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,注意:金屬腐蝕的本質是金屬原子失去電子而被氧化,從而發(fā)生腐蝕損耗。,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,難點釋疑 如何書寫燃料電池電極反應式? 提示 對于燃料電池來說,首先可寫出其總反應式,然后分析正極的電極反應式。要特別關注反應環(huán)境,由于電解質溶液中的H+參與反應還是OH-參與反應,決定了電極反應式往往不同。如: (1)氫氧燃料電池 用酸性電解質時:,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,用NaOH(aq)等堿性溶液作電解質溶液時:,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,注意:相同的燃料,在不同介質中發(fā)生的燃料電池反應,其電極反應式不同。,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,1.(20184浙江選考)鋰(Li)-空氣電池的工作原理如圖所示。下列說法不正確的是() A.金屬鋰作負極,發(fā)生氧化反應 B.Li+通過有機電解質向水溶液處移動,答案,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,2.(201711浙江選考)金屬(M)-空氣電池的工作原理如圖所示。下列說法不正確的是() A.金屬M作電池負極 B.電解質是熔融的MO,答案,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,答案,4.(201610浙江選考)在一塊表面無銹的鐵片上滴食鹽水,放置一段時間后看到鐵片上有鐵銹出現(xiàn)。鐵片腐蝕過程中發(fā)生反應的總化學方程式為2Fe+2H2O+O2 2Fe(OH)2,Fe(OH)2進一步被氧氣氧化為Fe(OH)3,再在一定條件下脫水生成鐵銹,其原理如圖。 下列說法正確的是() A.鐵片發(fā)生還原反應而被腐蝕 B.鐵片腐蝕最嚴重區(qū)域應該是生銹最多的區(qū)域 C.鐵片腐蝕中負極發(fā)生的電極反應:2H2O+O2+4e- 4OH- D.鐵片里的鐵和碳與食鹽水形成無數(shù)微小原電池,發(fā)生了電化學腐蝕,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,答案,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,5.(20164浙江選考)Mg-H2O2電池是一種化學電源,以Mg和石墨為電極,海水為電解質溶液,示意圖如下。下列說法不正確的是() A.石墨電極是該電池的正極 B.石墨電極上發(fā)生還原反應 C.Mg電極的電極反應式:Mg-2e- Mg2+ D.電池工作時,電子從Mg電極經導線流向石墨電極,再從石墨電極經電解質溶液流向Mg電極,答案,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,1.(2018紹興選考適應性考試)下圖為一種特殊的熱激活電池示意圖,當無水LiCl-KCl混合物受熱熔融后即可工作。該電池的總反應為PbSO4(s)+2LiCl+Ca(s) CaCl2(s)+Li2SO4+Pb(s)。下列說法不正確的是() A.PbSO4電極發(fā)生還原反應 B.負極電極反應式:Ca+2Cl-2e- CaCl2 C.放電時,Li+、K+向正極移動 D.用LiCl和KCl水溶液代替無水LiCl-KCl,可將該電池改為常溫使用的電池,答案,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,2.(2018余姚中學月考)LED系列產品是一類新型節(jié)能產品。圖甲是NaBH4/H2O2燃料電池的裝置示意圖,圖乙是LED發(fā)光二極管的裝置示意圖。下列敘述錯誤的是() A.電池應選用陽離子交換膜,Na+向A極區(qū)移動 B.電池A極區(qū)的電極反應式為H2O2+2e- 2OH- C.每有1 mol NaBH4參加反應,轉移電子數(shù)為4NA D.要使LED發(fā)光二極管正常發(fā)光,圖乙中的導線a應與圖甲中的B極相連,答案,解析,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,3.完成下列問題: (1)鋰錳電池的體積小、性能優(yōu)良,是常用的一次電池。該電池反應原理如圖所示,其中電解質LiClO4溶于混合有機溶劑中,Li+通過電解質遷移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。,外電路的電流方向是由極流向極(填字母)。 電池正極反應式為。,基礎梳理,感悟選考,對點訓練,是否可用水代替電池中的混合有機溶劑?(填“是”或“否”),原因是。 (2)二甲醚(CH3OCH3)直接燃料電池具有啟動快、效率高等優(yōu)點。若電解質為酸性,二甲醚直接燃料電池的負極反應為。 (3)高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種強氧化劑,可作為水處理劑和高容量電池材料。與MnO2-Zn電池類似,K2FeO4-Zn也可以組成堿性電池,K2FeO4在電池中作為正極材料,其電極反應式為, 該電池總反應的離子方程式為。,答案,解析,忽視原電池反應的自發(fā)性 【易錯題】 根據(jù)形成原電池的條件,下列對原電池的判斷,正確的是() A.用多孔石墨電極、H2、O2不能形成原電池 B.銅、石墨棒用導線連接后,插入盛有稀硫酸的燒杯中,可構成原電池 C.銅、石墨棒用導線連接后,插入盛有FeCl3溶液的燒杯中,可構成原電池 D.常溫下,鐵、鋁用導線連接后,插入盛有濃硝酸的燒杯中,可構成原電池,錯因剖析:本題極易忽視構成原電池的兩個電極中至少有一個電極能與電解質發(fā)生氧化還原反應這個重要條件,只關注兩個活潑性不同的電極以及電解質溶液,于是錯選B。 正確解答:燃料電池的兩個電極材料可以相同,B中物質不能發(fā)生氧化還原反應,不能形成原電池。D中,常溫下,鐵與鋁都能被濃硝酸鈍化,不能形成原電池。 答案:C 糾錯筆記對于氫氧燃料電池,兩個電極的活動性可以相同,如都使用鉑電極、多孔石墨電極等,不能一味強調兩個電極的活潑性不同。只有存在自發(fā)進行的氧化還原反應,才能形成原電池。,2,3,4,1,1.(2018嘉興二模)鎂-空氣電池的工作原理如圖所示,電池反應方程式為2Mg+O2+2H2O 2Mg(OH)2。有關該電池的說法不正確的是() A.通入氧氣的電極為正極 B.放電時,溶液中的OH-由正極移向負極 C.負極的電極反應式為Mg-2e-+2OH- Mg(OH)2 D.當電路中轉移0.04 mol電子時,參加反應的O2的物質的量為0.02 mol,答案,2,3,4,1,5,2.(2018浙江十校聯(lián)盟選考模擬)最近一家瑞典公司發(fā)明了一種新型充電器“Power Trekk”,僅僅需要一勺水,它便可以產生維持手機使用10小時的電量。其反應原理為Na4Si+5H2O 2NaOH+Na2SiO3+4H2,則下列說法正確的是() A.該電池可用晶體硅作電極材料 B.Na4Si在電池的負極發(fā)生還原反應,生成Na2SiO3 C.電池正極發(fā)生的反應為2H2O+2e- H2+2OH- D.當電池轉移0.2 mol電子時,可生成標準狀況下1.12 L H2,答案,解析,2,3,4,1,3.(2018溫州選考二模)某電化學氣敏傳感器的工作原理如圖所示,下列說法不正確的是() A.a極為負極 B.b極的電極反應式為O2+4e-+2H2O 4OH- C.電解質溶液中的OH-移向a極 D.該傳感器工作一段時間后,電解質溶液的pH將變大,答案,解析,2,3,4,1,4.(2018溫州六校聯(lián)考)甲醇燃料電池由于結構簡單、能量轉化率高、對環(huán)境無污染,可作為常規(guī)能源的替代品而越來越受到關注,其工作示意圖如下,其總反應為2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O。下列說法不正確的是() A.電極A是負極,物質a為甲醇 B.電池工作時,電解質溶液中的H+通過質子交換膜向電極B遷移 C.放電前后電解質溶液的pH增大 D.物質b在電極上發(fā)生的電極反應式為O2+4e-+2H2O 4OH-,答案,解析,