高三一轮复习原电池

高三一轮复习原电池工作原理（2）电极材料均浸入电解质溶液中（3）形成闭合电路（4）分开进行的氧化还原反应1构成原电池的条件：（1）活动性不同的两种金属作电池的正负极（不活泼金属可换作C棒或金属氧化物）注意：燃料电池中两极可同选石墨或铂一原电池氧化反应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－总结：（1）电子流向：（2）电流方向：（3）电极反应的类型：极发生氧化反应，极发生还原反应（4）电解质溶液中离子定向移动方向：阳离子→，阴离子→（5）电极反应现象可用于判断原电池正负极例1:（2007全国Ⅱ理综）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CuZn稀硫酸E．铜是阳极，铜片上有气泡产生F．铜片质量逐渐减少G．电流从锌片经导线流向铜片H．氢离子在铜片表面被还原DH例题解析考点一：原电池的工作原理递进题组原电池正、负极的判断1.下列有关原电池的说法中正确的是()A.在内电路中，电子由正极流向负极B.在原电池中，相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极C.原电池工作时，正极表面一定有气泡产生D.原电池工作时，可能会伴随着热能变化D（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。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。负极：正极：总反应：Zn－2e-＝Zn2+Cu2++2e-＝CuZn+Cu2+＝Zn2++Cu2电极反应及电子流向请写出电极反应及总反应半反应：负氧正还外电路电子流向：内电路离子流向：由负极到正极阴离子流向负极阳离子流向正极盐桥：Cl-流向硫酸锌溶液K+流向硫酸铜溶液概念：利用原电池原理制造的供电装置化学电源普通锌锰电池碱性电池干电池（一次电池）纽扣电池负极：Zn+2OH--2e-＝Zn(OH)2正极：2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)21碱性锌锰电池缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电单位质量的电极材料放出电能的大小电解质是KOH:负极：Zn，正极：MnO2，银锌电池—纽扣电池该电池使用寿命较长，广泛用于电子表和电子计算机。其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液。其电极反应式为：银锌电池负极反应：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正极反应Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag2铅蓄电池负极：Pb(s)+SO42-(aq)－2e-=PbSO4(s)正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l)总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)放电过程铅蓄电池是二次电池，能放电也能充电，充电是放电的逆过程充电过程：阳极：PbSO4(s)-2e-+2H2O(l)＝PbO2(s)+SO42-(aq)+4H+(aq)阴极：PbSO4(s)+2e-＝Pb(s)+SO42-(aq)总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)放电Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)充电燃料电池小型高性能燃料电池（微型氢氧燃料电池）燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与氧气或空气进行反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类原电池。3氢氧燃料电池总反应方程式：2H2＋O2＝2H2O不能写条件两个电极均为惰性电极（石墨/铂）燃料和氧化剂连续不断地由外部供给，在电极上不断地反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能。•H2~O2燃料电池(碱性环境)•电极材料为活性铂电极、活性石墨电极•或多孔镍板•电解质溶液:20%~40%的KOH溶液•负极：2H2+4OH––4e-=4H2O•正极：O2+2H2O+4e-=4OH–•电池反应:2H2+O2=2H2O•特点：•(1)该电池的标准电池电动势为1.229V•(2)不产生污染物质•(3)KOH的物质的量没有损失燃料电池---氢氧燃料电池（碱性）•电解质溶液:磷酸•负极：2H2–4e-=4H+•正极：4H++O2+4e-=2H2O•电池反应：2H2+O2=2H2O•氢氧燃料电池由于电解质溶液不同，因此电极反应有区别，但是总电池反应相同，反应实质相同。实际应用中常用碱做电解质溶液。质子交换膜燃料电池燃料电池---氢氧燃料电池（酸性）4氢氧燃料电池总反应：2H2+O2=2H2O酸性（磷酸）负极正极中性负极正极碱性（KOH）负极正极2H2-4e-=4H+O2+4H++4e-=2H2O2H2-4e-=4H+O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-5甲烷燃料电池两极为多孔镍板,电解质溶液为KOH，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，所以总反应为：CH4+2KOH+2O2=K2CO3+3H2O。负极：CH4+10OH--8e-==CO32-+7H2O正极：O2+2H2O+4e-==4OH-掌握了甲烷燃料电池的电极反应式，就掌握了其它气态烃燃料电池的电极反应式CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。（1）碱性电解质正极：总反应:6甲醇燃料电池负极：CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2OO2+2H2O+4e-=4OH–甲醇、水与空气相互反应而产生电能。装置工作时只排出水蒸汽和碳氧化合物，因此比起传统的电池它常被视为一种绿色能源。只需要更换甲醇匣就可以在数秒之内重新补充能源。6甲醇燃料电池负极：2CH3OH-12e-+2H2O=12H++2CO2正极：3O2+12e-+12H+=6H2O总反应:2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O（2）酸性电解质7铝-空气燃料电池负极：4Al－12e－=4Al3+；正极：3O2+6H2O+12e－=12OH－总反应式为：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3我国首创以铝–空气–海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断被氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光。（1）电解质溶液：海水，中性负极材料：铝正极材料：石墨、铂网等（1）电解质溶液：NaOH负极材料：铝正极材料：石墨、铂网等负极：4Al－12e－+16OH-=4AlO2-+8H2O；正极：3O2+6H2O+12e－=12OH－总反应：4Al+3O2+4OH-=4AlO2－+2H2O总结(1)C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32－形式存在。(2)三价铝在酸性条件下以Al3+形式存在，在中性条件下以Al(OH)3形式存在，在碱性条件下以AlO2-形式存在。不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化的腐蚀叫做电化学腐蚀。三、金属的电化学腐蚀1化学腐蚀2电化学腐蚀金属与接触到的干燥气体（如O2,Cl2,SO2）或非电解质液体(石油)等直接发生化学反应引起的腐蚀叫做化学腐蚀。（更普遍且危害大）金属腐蚀本质:金属与周围物质发生氧化还原反应钢铁在干燥的空气里长时间不易被腐蚀,但在潮湿的空气里却很快被腐蚀,这是什么原因呢?在潮湿的空气里,钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜。水膜中溶解有来自大气中的CO2、SO2、H2S等气体使水膜中含有一定量的H+H2O+CO2⇌H2CO3⇌H++HCO3-H2O⇌H++OH-这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜,它跟钢铁里的铁和少量的碳构成无数微小的原电池。（1）钢铁腐蚀的原因钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图负极（Fe）：Fe—2e—=Fe2+正极（C）：①水膜酸性较强2H++2e—=H2②水膜酸性很弱或呈中性2H2O+O2+4e—=4OH—电解质溶液钢铁其中铁作负极,碳作正极析氢腐蚀吸氧腐蚀条件电极反应负极Fe(-)正极C(+)总反应进一步反应联系5钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较水膜呈酸性水膜酸性很弱或呈中性2H+2e=H2+_2Fe-4e=2Fe2+_Fe-2e=Fe2+_O2+2H2O+4e=4OH__2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2Fe+2H=+Fe+H22+4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3通常两种腐蚀同时存在，但以吸氧腐蚀为主。Fe2O3·nH2O设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：1．首先将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应。2．根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料及电解质溶液。(1)电极材料的选择一般电池中的负极能够与电解质溶液反应，因此负极一般是活泼的金属材料。正极和负极之间只有产生电势差，电子才能定向移动，所以正极和负极一般不能用同一种材料。两个电极的构成分为以下四种情况：原电池的设计①活动性不同的两种金属。例如，锌铜原电池中，锌板作原电池的负极，铜板作原电池的正极。②金属和非金属。例如，锌锰干电池中，锌片作原电池的负极，石墨棒作原电池的正极。③金属和化合物。例如，铅蓄电池中，铅板作原电池的负极，二氧化铅作原电池的正极。④惰性电极。例如，氢氧燃料电池中，两电极均可用Pt。(2)电解质溶液的选择电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。如在铜锌构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的电解质溶液中。3．按要求画出原电池装置图。如根据以下反应设计的原电池：原理装置图化学反应：CuCl2＋Fe===FeCl2＋Cu电极反应：负极：Fe－2e－===Fe2＋正极：Cu2＋＋2e－===Cu(1)自发进行的氧化还原反应不一定都能设计成原电池，如：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O等。(2)原电池中的电解质溶液不一定参与反应，如氢氧燃料电池中，电解质溶液不参与反应。铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式_______________________________________。(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应：______________________________________；负极反应：_______________________________________。2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋Cu－2e－===Cu2＋形成条件工作原理应用比较金属活动性强弱加快化学反应速率金属的腐蚀和防护原电池（四点记住）放热的氧化还原反应活泼性不同的两种金属或金属和非金属导体（石墨）做电极闭合回路电解质溶液电极反应式的书写负极正极设计制作化学电源