高中化学原电池-化学电源

考纲要求命题走向1.了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．了解常见化学电源的种类及其工作原理。1.纵览2019～2019年的广东高考：(1)原电池原理；(2)电极反应的书写；(3)新型化学电源分析；多以选择题呈现，试题难度较大。2．2019年预测：预计高考仍将以传统选择题为主，题目选材会更加新颖。基于此，我们在复习时注重从原电池原理角度分析新型化学电源，以“负极氧化正还原”原则从理论上进行分析。复习重点和难点1、原电池的构成的条件和电极的判断2、常见的化学电源的构成原理和电极反应3、燃料电池的电极反应方程式：4、原电池电解质溶液离子的移动方向的判断①氢氧燃料电池②有机燃料电池在酸碱环境中的书写方法和技巧（难点）5、原电池原理的应用（1）金属单质的活泼性（2）金属与酸反应的速度问题（3）氧化还原反应二次电池的问题（4）胶体的电泳现象和矿尘的净化（5）金属的腐蚀和防护3.原电池构成条件:(1)两个___________的电极。(2)将电极插入___________中。(3)用导线连接电极构成__________。(4)能自发进行的_____________。1.原电池装置能量转化：转化为。2.原电池的电极:(1)原电池的负极——金属——发生反应——向外电路电子(2)原电池的正极——金属(或惰性电极如石墨)——发生——外电路提供的电子化学能电能活泼氧化提供不活泼还原反应接受活泼性不同电解质溶液闭合回路氧化还原反应一、原电池及其工作原理电极名称负极正极电极材料______电极反应————————反应类型氧化反应还原反应电子流向由沿导线流向_____盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极4．工作原理(以锌—铜原电池为例，如图所示)ZnCu负极正极Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu【要点2】如何判断原电池的正负极？原电池判定：先分析有无外接电源，有外接电源者为电解池，无外接电源者可能为原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“四看”：①一看电极：两极为导体且活泼性不同；②再看溶液：两极插入电解质溶液中；③三看回路：形成闭合回路或两极接触；④四看本质：有无自发氧化还原反应发生。【要点1】如何判定原电池装置？1．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑大本P122B2．(1)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将______，溶液的pH______(填“变小”“增大”或“不变”)。(2)氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将______，溶液的pH______(填“变小”“增大”或“不变”)。大本P122变小增大变小变小电池负极反应正极反应总反应式碱性锌锰电池（一次电池）___________________________2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－____________________________________________铅蓄电池（二次电池/可充电电池）——————————————————————————————————————Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)＋2H2O(l)Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2Pb(s)－2e－＋SO2－4(aq)===PbSO4(s)PbO2(s)＋2e－＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)===PbSO4(s)＋2H2O(l)二、常见化学电源电池负极反应正极反应总反应式氢氧燃料电池2H2－4e－===4H＋2H2＋O2=2H2O碱性：O2＋4e－＋2H2O===4OH－2H2－4e－===4H＋固体：O2＋4e－===2O2－酸性：O2＋4e－＋4H＋===2H2O2H2－4e－＋4OH－===4H2O熔融碳酸钠？负极：CH4＋4CO32－－8e－=5CO2＋2H2O正极：2O2+8e－＋4CO2=4CO32－碳酸钠溶液？负极：CH4＋9CO32－＋3H2O－8e－=10HCO3－正极：2O2+8e－＋8HCO3－=8CO32－＋4H2O练习（1）银锌电池1970-1975,开发了先进的银锌、镍镉电池技术。1975-1983,为美国海军生产潜水艇用银锌电池。1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。1992-2019,为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。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：Zn+Ag2O+2Ag+ZnO放电充电写出放电时的电极反应式:负极反应：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；（2）镉镍电池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：写出放电时电极反应式：负极反应：Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2；正极反应：NiO2＋2H2O＋2e－===Ni(OH)2＋2OH－；可充电电池原理示意图【难点1】燃料电池与普通化学电池有何不同？提示：燃料电池和普通电池不同，必须使用辅助电极，电极本身不参与反应，所采用的燃料一般为H2、CH4、CH3OH等，助燃剂一般为O2(或空气)。例如：CH30H和氢氧化钾溶液的的燃料电池负极：CH30H-6e-+8OH-===CO32-+6H2O正极：02+4e-+2H2O===4OH-一、正负极的判断4、根据反应判断。负极：失电子发生氧化反应，正极：得电子发生还原反应(不一定是电极本身得失电子，特别是正极)。5、根据现象判断。溶解的一极为负极，增重或有气泡生成的一极为正极。6、根据电池总反应判断，反应中的还原剂是负极的活性物质，对应的电极为负极；氧化剂则是正极的活性物质，对应的电极为正极。1、由电极材料判断。由两种金属(或一种金属与一种非金属)作电极时，一般情况下较活泼的金属为负极。2、根据电流方向或电子流动方向判断。电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。3、根据电解质溶液内离子的定向移动判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。考点一、正负极的判断与电极方程式的书写列物质标得失—↓看环境配守恒—↓两式加验总式—列物质标得失—↓看环境配守恒—列物质标得失—↓看环境配守恒—按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，加碱性介质中生成的H+应让其结合OH-生成水。电极反应式要遵守电荷守恒和质量守恒，得失电子守恒等加以配平。↓两式加验总式—两电极反应式相加，与总反应离子方程式对照验证。1.一般电极反应式的书写二、电极反应式的书写如CH4酸性燃料电池中CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应式2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正极反应式CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……负极反应式2.复杂电极反应式的书写复杂电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式【练习1】(2019·浙江)Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe。有关该电池的下列说法中，正确的是()。A．Li-Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为＋1价B．该电池的电池反应式为：2Li＋FeS===Li2S＋FeC．负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋D．充电时，阴极发生的电极反应式为：Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS3.原电池（特别是燃料电池）电极反应式的书写——考点、热点B(2019·济宁质检)一种新型熔融盐燃料电池具有高发电效率。现用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，一极通CO气体，另一极通O2和CO2混合气体，其总反应为：2CO＋O2===2CO2。则下列说法中正确的是()。A．通CO的一极是电池的正极B．负极发生的电极反应是：O2＋2CO2＋4e－===2CO32-C．负极发生的电极反应是：CO＋CO－2e－===2CO2D．正极发生氧化反应【练习2】►C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：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．③④【练习3】►CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2OA1．Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为________，发生的电极反应为___________________________________________。(2)电池正极发生的电极反应为______________________________________________。大本P122锂(或Li)Li－e－=Li＋2SOCl2＋4e－=4Cl－＋S＋SO21、加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如：在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。2、比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。例如：有两种金属a、b，用导线连接后插入到稀H2SO4中，观察到a溶解，b极上有气泡产生，则金属a作负极，比金属b活泼。3、用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如：要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。考点二、原电池原理的应用4、设计电池，制造化学电源理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极。(2)确定电极材料：如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。发生还原反应的电极材料必须不如负极材料活泼。(3)确定电解质溶液：一般选用反应物中的电解质溶液即可。(4)构成闭合回路。如根据以下两个反应设计的原电池如下表所示：原理负极正极电解质溶液电极反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2CuC(Fe3＋)FeCl3负极：Cu－2e－===Cu2＋正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋装置图？Pt(H2)Pt(O2)KOH负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－2H2＋O2=======碱性溶液2H2OH2CCuFeCl3CuSO45、探究金属腐蚀的快慢规律(1)不同类型的腐蚀规律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护措施的腐蚀(2)电化学腐蚀规律①对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。②活动性不同的两金属：活动性差别越大，活泼金属腐蚀越快。③对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快，且氧化剂的浓度越高，腐蚀越快。④对于不同氧化剂来说，氧化性越强，金属腐蚀越快。高考中的新型电池，有“氢镍电池”“高铁电池”“锌-锰碱性电池”、我国首创的“海洋电池”“燃料电池”(如新型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁