《原电池原理及其应用》

高三化学第一轮复习专题化学反应与能量变化第1节原电池原理及其应用【考试说明要求】1、理解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2、了解常见的化学电源种类及其工作原理。普通干电池手机电池钮扣电池笔记本电脑专用电池摄像机专用电池“神六”用太阳能电池一、原电池工作原理例：如右图所示，组成的原电池：（1）当电解质溶液为稀H2SO4时：Zn电极是____（填“正”或“负”）极，其电极反应为_______________，该反应是______（填“氧化”或“还原”，下同）反应；Cu电极是______极，其电极反应为_______________,该反应是_________反应。（2）当电解质溶液为CuSO4溶液时：Zn电极是____极，其电极反应为_____________，该反应是________反应；Cu电极是____极，其电极反应为_______________,该反应_________反应.负Zn－2e-=Zn2+氧化正2H++2e-=H2↑还原负Zn－2e-=Zn2+氧化正Cu2++2e-=Cu还原CuZn-Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+----------Zn2+H+SO42-负极正极静电作用原电池工作原理氧化反应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Cu2++2e-=Cu阴离子阳离子总反应：负极正极Cu2++2e-=CuZn-2e-=Zn2+Zn+Cu2+=Zn2++CuZn+CuSO4=ZnSO4+Cu(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）阳离子原电池原理外电路内电路构成原电池的条件(4)形成闭合回路两电极用导线连接或直接接触（1）能自发地发生的氧化还原反应：①电极和电解质溶液②两电极上分别有还原剂和氧化剂（燃料电池）（2）电解质溶液或熔融态离子化合物：参与电极反应或构成内电路（3）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如石墨），与电解质溶液反应的活泼金属为负极。②两不活泼的导体，如石墨或Pt等。（燃料电池电极）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√√√√想一想：是不是所有的化学反应均可设计成原电池反应？思考：下列哪些反应可能成为原电池反应？１、MnO2+4HCl==MnCl2+Cl2↑+2H2O2、2CH3OH+3O2==2CO2+4H2O3、2NH4HSO4+2NaOH==(NH4)2SO4+Na2SO4+2H2O为什么?原电池反应的基础是氧化还原反应，故从理论上说任何一个自发进行的氧化还原反应因都会有电子转移的存在，都可能成为原电池反应原电池的正负极的判断方法（1）根据两极材料的活泼性判断（2）根据电极反应判断（3）根据外电路电子或电流的方向断（4）根据内电路阴、阳离子移动的方向断（5）根据两极反应时所产生的现象判断（6）根据通入的物质判断。如：原电池中通入燃料的一极为负极，通入助燃剂（O2）的一极为正极。或：通入还原剂的一极为负极，通入氧化剂的一极为正极。（２）盐桥的作用是什么？使Cl-向锌盐方向移动，K+向铜盐方向移动，使Zn盐和Cu盐溶液一直保持电中性，从而使电子不断从Zn极流向Cu极。氧化还原反应得以继续进行。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。用盐桥链接内电路的原电池（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)盐桥连接内电路原电池的优点：避免了电极与电解质溶液反应，可以更彻底的将反应所释放能量转化为电能思考：左右烧杯内的电解质溶液换一换是否可以？为什么？•燃料电池•熔融盐电池二、化学电源常规电池｛•一次电池•二次电池新型电池｛1、酸性锌锰干电池干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作电解质溶液，还填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的H2，防止产生极化现象。电极总的反应式为：2NH4Cl+Zn+2MnO2=ZnCl2＋2NH3↑+Mn2O3+H2O(一)一次电池练：写出锌锰干电池的电极反应方程式。负极————————————————正极————————————————总反应———————————————通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能正常供电了？_____________________________我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能是干电池中的什么成分起了作用？Zn-2e-=Zn2+2NH4++2e-=2NH3+H2Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H2锌筒变软，电池表面变得不平整2MnO2+H2==Mn2O3+H2O负极（锌筒）：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正极（石墨）：2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH–总反应：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH2、碱性锌锰干电池金属棒普通锌锰干电池缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液。碱性锌锰电池的优点：电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。3、锂电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S负极：；正极：。用途：质轻、高能(比能量高)、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S1、铅蓄电池电极材料及原料电解质溶液正极：PbO2负极：PbH2SO4溶液负极（Pb）:Pb-2e-+SO42-=PbSO4Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O正极（PbO2）:PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O总反应：放电——原电池反应(二)二次电池(可充电)2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充电——电解池反应PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)还原反应阴极：阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)氧化反应接电源负极接电源正极充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)铅蓄电池的充放电过程：放电充电2、银锌蓄电池正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液KOH。反应式为：2Ag+Zn(OH)2Zn+Ag2O+H2O充电放电银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O放电充电此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD电极反应：负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-3、镍镉电池NiO2+Cd+2H2ONi(OH)2+Cd(OH)2放电充电负极材料：Cd；正极材料：涂有NiO2，电解质：KOH溶液。反应式如下：特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。镍镉可充电电池可发生如下反应：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，该电池的负极材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电充电A.Cd（A）B.NiO(OH)D.Ni(OH)2C.Cd(OH)2电极反应：负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-电解液H2O2e-2e-氢气氧气H+OH-A负极正极O2H2H2O（三）燃料电池：1、氢氧燃料电池介质电池反应：2H2+Ｏ2=2H2O酸性负极正极中性负极正极碱性负极正极2H2-4e-=4H+O2+4H++4e-=4H2O2H2-4e-=4H+O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-它是以两根金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通入甲烷和氧气。电极反应为：负极：正极：电池总反应：2O2+4H2O+8e-=8OH-CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2OCH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O2、甲烷燃料电池分析正负极区、溶液的pH如何变化？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1、增大氧化还原反应速率原电池原理应用练习.X、Y、Z、W四种金属片浸入稀盐酸中,用导线连接,可以组成原电池,实验结果如下图所示:则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为________________ZYXW2、比较金属活动性强弱。3、用于金属的保护4、设计原电池例：(2007年高考理综重庆卷)如图所示，下列叙述正确的是()ZnSO4隔膜(只允许SO42－通过)CuSO4滤纸(滴加了Na2SO4、酚酞溶液)表面皿YZnCu铜丝X(A)Y为阴极，发生还原反应(B)X为正极，发生氧化反应(C)Y与滤纸接触处有氧气生成(D)X与滤纸接触处变红A（2010全国卷1）右图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。电池的一个电极由有机光敏燃料（S）涂覆在纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为：22TiO/STiO/Sh(激发态)+-22TiO/STiO/S+e3I+2e3I2232TiO/S3I2TiO/S+I下列关于该电池叙述错误的是：A．电池工作时，是将太阳能转化为电能B．电池工作时，I-离子在镀铂导电玻璃电极上放电C．电池中镀铂导电玻璃为正极D．电池的电解质溶液中I-和I3-的浓度不会减少B活学活用银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应为；正极发生的反应为；反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总反应方程式为Al-3e-→Al3＋Ag2S+2e-→2Ag+S2-3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al(OH)3↓+3H2S↑例：(2013年高考海南化学卷)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