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第二節(jié) 原電池 化學(xué)電源,考綱要求 1.了解原電池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。2.了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理。,1．概念和反應(yīng)本質(zhì) 原電池是把 轉(zhuǎn)化為_______的裝置，其反應(yīng)本質(zhì)是______________________。 2．原電池構(gòu)成條件 (1)兩個活潑性不同的電極(常見為金屬或石墨)。 (2)將電極插入 溶液中。 (3)兩電極間構(gòu)成閉合回路。 (4)能發(fā)生_______的氧化還原反應(yīng)。,考點一 原電池的工作原理,化學(xué)能,電能,氧化還原反應(yīng),電解質(zhì),自發(fā),3．工作原理 (以銅鋅原電池為例)： (1)電極反應(yīng)： 鋅是 極， 電子發(fā)生 反應(yīng)，_________________； 銅是____極， 電子發(fā)生 反應(yīng)，__________________。,,負(fù),失,氧化,Zn－2e－===Zn2＋,正,得,還原,Cu2＋＋2e－===Cu,(2)電子方向和電流方向： 電子從負(fù)極流出經(jīng)外電路流入 ； 電流從正極流出經(jīng)外電路流入 。 (3)離子的遷移方向： 電解質(zhì)溶液中，陰離子向 極區(qū)遷移，陽離子向 極區(qū)遷移。 (4)兩種裝置的比較： ①鹽橋的作用：a.連接內(nèi)電路，形成閉合回路；b.平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。 ②裝置Ⅰ中Zn與Cu2＋直接接觸，會有部分Zn與Cu2＋直接反應(yīng)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，造成能量損耗；裝置Ⅱ中，Zn在負(fù)極區(qū)，Cu2＋在正極區(qū)，不存在Zn與Cu2＋的直接反應(yīng)，而造成的能量損耗，電流穩(wěn)定，且持續(xù)時間長。,正極,負(fù)極,負(fù),正,1．將Ⅱ中鹽橋換成銅導(dǎo)線是否可行？ 提示：不可行。原電池放電時，電子走陸路(導(dǎo)線)，離子走水路(溶液)，外電路是電子的定向移動，內(nèi)電路(溶液中)是陰、陽離子的定向移動，電子不通過內(nèi)電路。鹽橋是離子遷移通路，離子不能通過導(dǎo)線遷移。,2．判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“” (1)在原電池中，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極一定是負(fù)極( ) (2)不是所有化學(xué)反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池。( ) (3)在原電池中，負(fù)極材料的活潑性一定比正極材料強( ) (4)帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池電流持續(xù)時間長( ) 答案：(1)√ (2)√ (3) (4)√,1．(2015年長春調(diào)研)下圖為一原電池裝置，下列敘述中正確的是( ),考查原電池的工作原理,,A．銅離子在銅片表面被還原 B．鹽橋中的K＋移向ZnSO4溶液 C．電流從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片 D．銅是陽極，銅片上有氣泡產(chǎn)生 答案：A,2．有一種一面鍍鋅、一面鍍二氧化錳的超薄紙質(zhì)電池，在使用印刷與壓層技術(shù)后，變成一張可任意裁剪大小的“電紙”，紙內(nèi)的離子“流過”水和氧化鋅組成的電解質(zhì)溶液，電池總反應(yīng)式為Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH。下列說法不正確的是( ) A．該電池的負(fù)極材料為鋅 B．該電池反應(yīng)中二氧化錳發(fā)生了還原反應(yīng) C．電池的正極反應(yīng)式為MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－ D．當(dāng)有0.1 mol鋅溶解時，流經(jīng)電解質(zhì)溶液的電子數(shù)為1.2041023 解析：無論原電池還是電解池中電子均不流經(jīng)電解質(zhì)溶液。 答案：D,3．如圖所示的裝置能夠組成原電池產(chǎn)生電流的是________。 解析：只有B能產(chǎn)生電流，F(xiàn)中Zn與Cu直接接觸，電流表A不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 答案：B,,原電池工作原理中四個常見失分點的規(guī)避 (1)只有放熱的氧化還原反應(yīng)才能通過設(shè)計成原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 (2)電解質(zhì)溶液中陰、陽離子的定向移動，與導(dǎo)線中電子的定向移動共同組成了一個完整的閉合回路。 (3)無論在原電池還是在電解池中，電子均不能通過電解質(zhì)溶液。 (4)原電池的負(fù)極失去電子的總數(shù)等于正極得到電子的總數(shù)。,4．下列有關(guān)原電池的說法中正確的是( ) A．在內(nèi)電路中，電子由正極流向負(fù)極 B．在原電池中，相對較活潑的金屬作負(fù)極，不活潑的金屬作正極 C．原電池工作時，正極表面一定有氣泡產(chǎn)生 D．原電池工作時，可能會伴隨著熱能變化 答案：D,原電池正負(fù)極的判斷,5．分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結(jié)論正確的是( ) A．①②中Mg作負(fù)極，③④中Fe作負(fù)極 B．②中Mg作正極，電極反應(yīng)式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ C．③中Fe作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋ D．④中Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑,,答案：B,原電池正、負(fù)極判斷方法,,說明：(1)活潑性強的金屬不一定作負(fù)極，但負(fù)極一定發(fā)生氧化反應(yīng)。 (2)溶液中的離子不能通過鹽橋。 (3)負(fù)極本身不一定參加反應(yīng)，如燃料電池中，作為負(fù)極的材 料不參加反應(yīng)，只起到了導(dǎo)電的作用。,1．比較金屬活動性強弱 兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作 的金屬比作____的金屬活潑。 如有兩種金屬A和B，用導(dǎo)線將A和B連接后，插入到稀硫酸中，一段時間后，若觀察到A極溶解，而B極上有氣體放出，則說明A作負(fù)極，B作正極，則可以斷定金屬活動性AB。 2．加快氧化還原反應(yīng)的速率 一個 進行的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計成原電池時反應(yīng)速率_____。例如，在Zn與稀H2SO4反應(yīng)時加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反應(yīng)速率加快。,考點二 原電池原理的應(yīng)用,負(fù)極,正極,自發(fā),增大,3．用于金屬的防護 使被保護的金屬制品作原電池 而得到保護。例如，要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅做原電池的負(fù)極。 4．設(shè)計制作化學(xué)電源 (1)首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個半反應(yīng)。 (2)根據(jù)原電池的反應(yīng)特點，結(jié)合兩個半反應(yīng)找出正、負(fù)極材料和電解質(zhì)溶液。,正極,如：根據(jù)反應(yīng)2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2設(shè)計的原電池為：,,1．有A、B、C、D四種金屬，做如下實驗：①將A與B用導(dǎo)線連接起來，浸入電解質(zhì)溶液中，B不易腐蝕；②將A、D分別投入等物質(zhì)的量濃度的鹽酸中，D比A反應(yīng)劇烈；③將銅浸入B的鹽溶液里，無明顯變化，如果把銅浸放C的鹽溶液里，有金屬C析出。據(jù)此判斷它們的活動性由強到弱的順序是( ) A．ABCD B．CDAB C．DABC D．ABDC 答案：C,判斷金屬活動性及反應(yīng)速率,2．一定量的稀鹽酸跟過量鋅粉反應(yīng)時，為了加快反應(yīng)速率又不影響生成H2的總量，可采取的措施是( ) A．加入少量稀NaOH溶液 B．加入少量CH3COONa固體 C．加入少量NH4HSO4固體 D．加入少量CuSO4溶液 答案：D,改變Zn與H＋反應(yīng)速率的方法 (1)加入Cu或CuSO4，形成原電池，加快反應(yīng)速率，加入Cu不影響Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量減少，是否影響產(chǎn)生H2的量，應(yīng)根據(jù)Zn、H＋的相對量多少判斷。 (2)加入強堿弱酸鹽，由于弱酸根與H＋反應(yīng)，使c(H＋)減小，反應(yīng)速率減小，但不影響生成H2的量。,3.將鎘(Cd)浸在氯化鈷(CoCl2)溶液中，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq)(aq表示溶液)，如將該反應(yīng)設(shè)計為如圖的原電池，則下列說法一定錯誤的是( ),設(shè)計原電池,,A．Cd作負(fù)極，Co作正極 B．原電池工作時，電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極 C．根據(jù)陰陽相吸原理，鹽橋中的陽離子向負(fù)極(甲池)移動 D．甲池中盛放的是CdCl2溶液，乙池中盛放的是CoCl2溶液 答案：C,4.(2015年無錫模擬)根據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設(shè)計的原電池如圖所示，其中鹽橋為瓊脂飽和KNO3鹽橋。 請回答下列問題： (1)電極X的材料是________；電解質(zhì)溶液Y是________。 (2)銀電極為電池的________極，寫出兩電極的電極反應(yīng)式： 銀電極：________；X電極：________。,,答案：(1)Cu AgNO3 (2)正 2Ag＋＋2e－===2Ag Cu－2e－===Cu2＋ (3)Cu Ag (4)B,1．一次電池(堿性鋅錳干電池)。 堿性鋅錳干電池的工作原理如圖：,考點三 化學(xué)電源,2．二次電池(以鉛蓄電池為例)。,,3．燃料電池 (1)氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池。 (2)燃料電池的電極本身不參與反應(yīng)，燃料和氧化劑連續(xù)地由______供給。,外部,1．二次電池放電和充電時的反應(yīng)是否可逆反應(yīng)？ 提示：不是。因反應(yīng)不是同一條件。,2．判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“” (1)太陽能電池不屬于原電池。( ) (2)鉛蓄電池放電時的負(fù)極和充電時的陽極均發(fā)生氧化反應(yīng)。( ) (3)鉛蓄電池工作時，當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子時，消耗的H2SO4為0.1 mol。( ) (4)鉛蓄電池工作時，當(dāng)電路中轉(zhuǎn)換0.1 mol電子時，負(fù)極增加48 g。( ) (5)在原電池中，正極本身一定不參與電極反應(yīng)，負(fù)極本身一定要發(fā)生氧化反應(yīng)。( ) 答案：(1)√ (2)√ (3) (4)√ (5),化學(xué)電源中電極反應(yīng)式的書寫,2.將Mg和Al用導(dǎo)線連接放入NaOH溶液中組成電池如圖。則： (1)Mg是________極，電極反應(yīng)式為________________________ _______________________________________________________。 (2)Al是________極，電極反應(yīng)式為_________________________ _______________________________________________________。 (3)總反應(yīng)的離子方程式為________________________________。,,“加減法”書寫電極反應(yīng)式 (1)先確定原電池的正負(fù)極，列出正負(fù)極上的反應(yīng)物質(zhì)，并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失。 (2)根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理寫出電極反應(yīng)式： ①負(fù)極反應(yīng)： 負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。注意負(fù)極反應(yīng)生成的陽離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存。若不共存，則該電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式。,②正極反應(yīng)： 正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。當(dāng)正極上的反應(yīng)物質(zhì)是O2時： 若電解質(zhì)溶液為中性或堿性，則水必須寫入正極反應(yīng)式中，O2生成OH－，寫為O2＋2H2O＋4e－===4OH－；若電解質(zhì)溶液為酸性，則H＋必須寫入正極反應(yīng)式中，O2生成水，寫為O2＋4H＋＋4e－===2H2O。,(3)寫出電池總反應(yīng)方程式： 結(jié)合電子守恒將正負(fù)極電極反應(yīng)式相加即得到電池總反應(yīng)方程式。 (4)若已知電池反應(yīng)的總反應(yīng)式，可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式，即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。 特別提醒 書寫電極反應(yīng)式時，注意介質(zhì)是否參加反應(yīng)。堿性介質(zhì)的電極反應(yīng)中不能出現(xiàn)H＋，酸性介質(zhì)的電極反應(yīng)中不能出現(xiàn)OH－。 若是堿性條件，一般一極要消耗OH－，另一極生成OH－！酸性亦然。,3．以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書寫方法： (1)酸性條件： 燃料電池總反應(yīng)式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O① 燃料電池正極反應(yīng)式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O② ①－②2，得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式：______________________。 (2)堿性條件： 燃料電池總反應(yīng)式： CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O① 燃料電池正極反應(yīng)式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－② ①－②2，得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式：______________________。,燃料電池電極反應(yīng)式的書寫,(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)： 燃料電池總反應(yīng)式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O① 燃料電池正極反應(yīng)式：O2＋4e－===2O2－② ①－②2，得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式：______________________。 ①－②2，得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式：______________________。,燃料電池電極反應(yīng)式的書寫 第一步：寫出電池總反應(yīng)式。 燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加和后的反應(yīng)。 如甲烷燃料電池(電解質(zhì)為NaOH溶液)的反應(yīng)式為： CH4＋2O2===CO2＋2H2O① CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O② ①式＋②式得燃料電池總反應(yīng)式為： CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O,第二步：書寫燃料電池的正極反應(yīng)式 根據(jù)燃料電池的特點，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是O2，隨著電解質(zhì)溶液的不同，其電極反應(yīng)有所不同，其實，我們只要熟記以下四種情況： (1)酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下正極反應(yīng)式： O2＋4H＋＋4e－===2H2O (2)堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下正極反應(yīng)式： O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)環(huán)境下正極反應(yīng)式： O2＋4e－===2O2－,新型電池和可充電電池 1．新型電池“放電”時正、負(fù)極的判斷,2．可充電電池電極方程式的書寫 可充電電池有充電和放電兩個過程，放電發(fā)生的是原電池反應(yīng)，充電發(fā)生的是電解池反應(yīng)。充電的電極反應(yīng)與放電的電極反應(yīng)過程相反，充電時的陽極反應(yīng)為放電時正極反應(yīng)的逆過程，充電時的陰極反應(yīng)為放電時負(fù)極反應(yīng)的逆過程。以鉛蓄電池為例，該過程可結(jié)合圖示分析。,,由此可見，放電過程中，作為負(fù)極的Pb需轉(zhuǎn)化成PbSO4，鉛化合價升高，被氧化，Pb為負(fù)極；當(dāng)放電完畢時，可看作Pb極轉(zhuǎn)化成了PbSO4，充電時需讓PbSO4轉(zhuǎn)化為Pb，鉛的化合價降低，被還原，PbSO4一極為陰極，所以，放電時的負(fù)極就是充電時的陰極，同理可分析放電時：,即放電時的正極就是充電時的陽極，如圖。,,典例 鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時的總反應(yīng)為Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2，下列有關(guān)該電池的說法不正確的是( ) A．該電池的電解質(zhì)溶液為堿性溶液，正極為Ni2O3，負(fù)極為Fe B．該電池放電時，負(fù)極反應(yīng)為Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2 C．該電池充電過程中，陰極附近溶液的pH降低 D．該電池充電時，陽極反應(yīng)為：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O,解析,答案 C,,A．鋰離子電池放電時，Li＋向負(fù)極遷移 B．鋰硫電池充電時，鋰電極發(fā)生還原反應(yīng) C．理論上兩種電池的比能量相同 D．右圖表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電 解析：放電時為原電池，陽離子向正極遷移，A項錯誤；充電時，鋰電極做陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，B正確；同質(zhì)量產(chǎn)生的電量不相同，C項錯誤；鋰離子電池為電解池，鋰硫電池為原電池，D項錯誤。 答案：B,,下列說法正確的是( ) A．NiMH電池放電過程中，正極的電極反應(yīng)式為NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－ B．充電過程中OH－離子從陽極向陰極遷移 C．充電過程中陰極的電極反應(yīng)式：H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H被M還原 D．NiMH電池中可以用KOH溶液、氨水等作為電解質(zhì)溶液,解析：NiMH放電時正極發(fā)生還原反應(yīng)，分析化合價可知正極為NiOOH得電子生成Ni(OH)2，可知A選項正確；OH－由陰極向陽極移動，B項錯；M是金屬，無負(fù)價，只能失電子，C項錯誤，D項由已知信息可知NiOOH與氨水反應(yīng)，D項錯誤。 答案：A,