高三一轮复习：《原电池工作原理》

2020/2/14化学基本理论滦平一中高三化学组原电池的工作原理(第一课时）考点一．原电池的工作原理：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（3）形成闭合回路（两电极用导线连接，或接触。）（2）电解质溶液（1）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）;②两不活泼的导体－石墨或Pt等（燃料电池电极）;③金属和金属氧化物(铅蓄电池，银锌电池）.4、原电池的形成条件5.定向移动方向：电子、离子原电池“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√√√√氧化反应Zn-2e=Zn2+铜锌原电池电解质溶液盐桥失e，沿导线传递，有电流产生还原反应2H++2e-=H2↑阴离子阳离子总反应：负极正极2H++2e-=H2↑Zn-2e-=Zn2+Zn+2H+=Zn2++H2↑Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑(离子方程式）（化学方程式）电极反应正极：负极：（氧化反应）（还原反应）阳离子外电路内电路6.工作原理：（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。7.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。【小试牛刀】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)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(+)(-)GZnPtFeCl3溶液负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极（Pt或C）：2Fe3++2e-=2Fe2+（还原反应）(+)(-)盐桥ZnCZnCl2溶液FeCl3溶液G考点二、原电池的设计：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例1：判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。考点三：电极的判断及电极反应式的书写AFeCl3溶液负极：Cu-2e－→Cu2+正极：2Fe3++2e-→2Fe2+－＋CuCMgAlA＋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-+4H2O2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑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。考点三：电极的判断及电极反应式的书写考点四：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。燃料电池熔融盐电池一：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、氢氧燃料电池负极：2H2+4OH--4e-→4H2O正极：O2+2H2O+4e-→4OH-总反应式：2H2+O2=2H2O——碱性燃料电池KOHO2H2OH2H2O负极：2H2－4e-→4H+正极：O2+4e-+4H＋→2H2O总反应式：2H2+O2=2H2OH2SO4O2H2OH2OH21、氢氧燃料电池——酸性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，负极周围溶液的pH不断增大B、电池放电时，镍元素被氧化C、电池充电时，氢元素被还原D、电池放电时，H2是负极放电充电CD课堂练习3、有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是()•①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-•②负极上CH4失去电子，电极反应式：•CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O•③负极上是O2获得电子，电极反应式为：•O2+2H2O+4e-=4OH-•④电池放电后，溶液pH不断升高•A.①②B.①③C.①④D.③④A课堂练习4、熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物做电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：阳极反应式：2CO+2CO32-→4CO2+4e-阴极反应式：总电池反应：2CO2+O2+4e-→2CO32-2CO+O2=2CO2课堂练习（二）金属的腐蚀及防腐蚀1、金属的腐蚀：金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。化学腐蚀电化腐蚀条件现象本质联系（1）化学腐蚀与电化腐蚀化学腐蚀电化腐蚀条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍（1）化学腐蚀与电化腐蚀（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）析氢腐蚀吸氧腐蚀条件电极反应负极正极总反应式水膜酸性较强（pH＜4.3)水膜酸性很弱或中性Fe-2e-=Fe2+2H++2e-=H2↑O2+2H2O+4e-=4OH-Fe+2H+=Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2练习：请你根据原电池原理，写出钢铁吸氧腐蚀的电极反应式及电池反应方程式。负极：2Fe-4e-→2Fe2+正极：O2+2H2O+4e-→4OH-电池反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O进一步反应：2H++2e-→H2↑Fe-2e-→Fe2+Fe+2H+=Fe2++H2↑析氢腐蚀：负极：正极：电池反应：当钢铁处于酸性环境中析氢腐蚀和吸氧腐蚀都属于电化学腐蚀。2、金属防护的几种重要方法3、金属腐蚀速率大小①改变金属内部的组成结构，将金属制成合金，增强抗腐蚀能力。②在金属表面覆盖保护层，使金属和周围物质隔离开来。③电化学保护法：利用电解池反应将需要保护的金属作为电解池的阴极而受到保护或者利用原电池反应将需要保护的金属作为电池的正极而受到保护。电解池阳极＞原电池负极＞化学腐蚀④还可以利用电化学反应使金属钝化而受到保护？下列各情况下，其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是。(5)(2)(1)(3)(4)在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀练习：2000年5月，保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是[Cu2(OH)2CO3]这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可能的是()A、它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；B、环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；C、铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；D、它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；D