高中化学 1.3.1 原电池的工作原理 化学电源配套课件 鲁科版选修4.ppt

第1课时原电池的工作原理化学电源 1 理解原电池的工作原理及其构成条件 了解常见的化学电源 2 能判断原电池的正负极 3 掌握电极反应方程式的书写 4 能依据反应原理设计简单的原电池 一 原电池工作原理 1 锌片与硫酸铜溶液反应时的能量如何变化 2 为什么用导线连接后插入cuso4溶液会产生电流 1 两种铜锌原电池装置对比 偏转 减小 增加 锌 铜 化学 电 cu2 2e cu 还原 zn 2e zn2 氧化 zn cu2 zn2 cu 盐桥 不同 锌 铜 自由 移动离子 锌 铜 盐桥 2 原电池的构成条件 1 两个电极 活泼性不同的两种金属或一种金属与一种非金属导体 2 电解质溶液 3 形成闭合回路 二 化学电源 1 什么样的反应可以设计成化学电源 2 你了解生活中常见的各种化学电源吗 1 常见化学电源分类一次电池 只能 不能 二次电池 可充电电池 燃料电池 放电时 原电池反应充电时 电解池反应 放电 充电 2 常见电源 1 锌锰干电池 一次电池 酸性锌锰干电池负极 正极 总反应式 zn 2nh4cl zncl2 2nh3 h2 碱性锌锰干电池负极 正极 总反应式 zn mno2 h2o zno mn oh 2 zn 2e zn2 2nh4 2e 2nh3 h2 zn 2oh 2e zno h2o mno2 2h2o 2e mn oh 2 2oh 2 铅蓄电池 二次电池 放电时 原电池 负极 正极 总反应式 pb pbo2 2h2so4 2pbso4 2h2o充电时 电解池 阴极 电池的负极 阳极 电池的正极 总反应式 2pbso4 2h2o pb pbo2 2h2so4 pb so42 2e pbso4 pbo2 4h so42 2e pbso4 2h2o pbso4 2e pb so42 pbso4 2h2o 2e pbo2 4h so42 3 氢氧燃料电池 碱性电解液 负极 正极 酸性电解液 负极 正极 2h2 4oh 4e 4h2o o2 2h2o 4e 4oh 2h2 4e 4h o2 4h 4e 2h2o 中性电解液 负极 正极 总反应式 2h2 4e 4h o2 2h2o 4e 4oh 2h2 o2 2h2o 1 铜锌原电池中若将铜片抽走 则不会发生反应了 分析 原电池的反应都是自发的氧化还原反应 将铜片抽出后 cu2 与zn仍会反应 2 形成原电池可加快反应速率 分析 形成原电池后 得电子的还原反应转移到正极发生 加快了反应速率 3 原电池中外电路电子流动的方向是由正极流向负极 溶液中阳离子向正极移动 分析 负极失电子 电子沿导线流向正极 阳离子向正极移动 4 所有化学反应的化学能均能直接转换成电能 分析 只有放出能量的自发的氧化还原反应的化学能才有可能转换成电能 5 铜 锌 稀硫酸构成的原电池中 铜片是阳极 铜片上有气泡产生 分析 原电池中电极为正 负极 而电解池中电极为阴 阳极 铜片为原电池的正极 一 原电池正负极的判断依据1 依据电极材料的活泼性判断负极 活泼性相对强的一极正极 活泼性相对弱的一极2 依据电子流向或电流流向判断负极 电子流出或电流流入的一极正极 电子流入或电流流出的一极 3 依据溶液中离子移动的方向判断负极 阴离子移向的一极正极 阳离子移向的一极4 依据两极的反应类型判断负极 发生氧化反应的一极正极 发生还原反应的一极5 依据电极反应的现象判断负极 溶解或减轻的一极正极 增重或生成气体的一极 特别提醒 依据电极材料判断电极时 一看电极材料的活泼性 二看电解质溶液的情况 如 镁 铝 氢氧化钠溶液构成的原电池 由于常温下铝可与氢氧化钠溶液反应 而镁不发生反应 故铝为负极 镁为正极 典例1 将铝片和铜片用导线相连 一组插入浓硝酸溶液中 一组插入稀氢氧化钠溶液中 分别形成了原电池 则在两个原电池中正极分别为 a 铝片 铝片b 铜片 铝片c 铝片 铜片d 铜片 铜片 思路点拨 解答本题时要注意以下两点 1 电解质溶液对正 负电极的判断有影响 2 al在浓硝酸和稀氢氧化钠溶液中的特殊性质对电极判断的影响 解析 选c 当电解质溶液为浓硝酸时 铝在其中钝化 铜作负极 铝作正极 当电解质溶液为稀氢氧化钠溶液时 铝可以溶于稀氢氧化钠溶液 铝作负极 铜作正极 变式备选 普通水泥在固化过程中自由水分子减少并产生ca oh 2 溶液呈碱性 根据这一物理化学特点 科学家发明了电动势法测水泥初凝时间 此方法的原理如图所示 反应的总方程式为 2cu ag2o cu2o 2ag 下列说法正确的是 a 普通水泥的主要成分是na2o cao 6sio2b 测量原理示意图中 ag2o为负极c 负极的电极反应为2cu 2oh 2e cu2o h2od 电池工作时 oh 向正极移动 解析 选c a项中普通水泥的主要成分为2cao sio2 3cao sio2和3cao al2o3 由反应原理可知cu失电子作负极 结合电解质溶液可知电极反应为2cu 2oh 2e cu2o h2o ag2o作正极 电极反应为ag2o h2o 2e 2ag 2oh 正极生成oh 负极消耗oh oh 向负极移动 二 原电池电极反应的书写1 书写电极反应的原则电极反应是氧化还原反应 要遵循质量守恒 电子守恒及电荷守恒 另外还遵循 1 加和性原则 两电极反应相加 消去电子后得电池总反应式 利用此原则 电池总反应式减去已知的一电极反应得另一电极反应 2 共存原则 碱性溶液中 co2不可能生成 也不会有h 参加反应或生成 同样酸性溶液中 不会有oh 参加反应或生成 根据此原则 物质得失电子后在不同的电解质环境中所存在的形式不同 2 电极反应的书写技巧 1 一般采用加减法 若已知总反应和一个电极反应 总反应 电极反应 另一个电极反应 注意 电极反应转移电子必须相等 2 由金属 pt除外 作电极的原电池 活泼金属为负极 有两种写法 一般电极反应 负极 m ne mn 若电解质为碱性 则电极反应 负极 m noh ne m oh n 注意 al在naoh溶液中作负极时的电极反应 al 3e 4oh al oh 4 要注意al fe在不同的电解质溶液中的活泼性的变化 正极材料总是被保护 一般不参与反应 正极材料是金属氧化物除外 如铅蓄电池 电极反应一般为溶液中的阳离子放电 则电极反应有 正极 am me a2h 2e h2 如果负极材料与电解质溶液发生反应 正极反应按上述书写 若负极材料与电解质溶液不发生反应时 则正极反应为吸氧腐蚀 如铁棒在食盐水中生锈 3 有h2参加反应的原电池 石墨或pt为电极 通入h2一极为负极 有三种写法 一般电极反应 负极 h2 2e 2h 若电解质为碱性 则电极反应 负极 h2 2oh 2e 2h2o 若电解质为熔融的氧化物 则电极反应 负极 h2 o2 2e h2o 4 有o2参加反应的原电池 o2一定为正极反应物 有三种写法 一般电极反应 正极 o2 4e 2h2o 4oh 若为酸性电解质溶液时 正极 o2 4e 4h 2h2o 若为熔融状态下的氧化物时 正极 o2 4e 2o2 特别提醒 原电池放电时 正极区 负极区ph变化及产物的判断 1 正极区 负极区ph变化是看产生h 还是消耗h 是产生oh 还是消耗oh 2 正极区 负极区产物的判断看电极产物是否要与溶液中的离子结合生成新物质 3 看原电池总反应是看产生h 还是消耗h 是产生oh 还是消耗oh 是产生h2o还是消耗h2o 典例2 甲醇燃料电池 dmfc 可用于笔记本电脑 汽车 遥感通讯设备等 它的一极通入甲醇 一极通入氧气 电解质是质子交换膜 它能传导氢离子 h 电池工作时 甲醇被氧化为二氧化碳和水 氧气在电极上的反应是o2 4h 4e 2h2o 下列叙述中不正确的是 a 负极的反应式为ch3oh h2o 6e co2 6h b 电池的总反应式是2ch3oh 3o2 2co2 4h2oc 电池工作时 h 由正极移向负极d 电池工作时 电子从通入甲醇的一极流出 经外电路再从通入氧气的一极流入 思路点拨 解答本题注意以下三点 1 在燃料电池中 o2一定在正极反应 2 电解质为能传导h 的质子交换膜 3 在原电池中 阳离子移向正极 阴离子移向负极 解析 选c 首先判断通入甲醇的一极失去电子作为负极 通入氧气的一极得到电子作正极 根据 电池总反应式 负极反应式 正极反应式 b项电池的总反应式是正确的 减去氧气在正极的反应式 就得到了负极的反应式 a项也正确 电池工作时 h 移向正极而不是移向负极 所以c项错误 解题流程 原电池 电极反应和电池反应书写 解题流程首先准确判断原电池的正 负极 可通过电子得失 电流方向 反应类型 电子流动方向 电极材料的活泼性等条件加以判断 其次 根据正 负极的情况 正确书写电极反应 注意电解质的状态 酸碱性以及电极在电解质中的特殊性质 然后 根据题目要求做相应解答 按照上述归纳 再做一做下面的练习熟悉一下解题流程吧 变式训练 高铁电池是一种新型可充电电池 与普通高能电池相比 该电池能长时间保持稳定的放电电压 高铁电池的总反应为 3zn 2k2feo4 8h2o3zn oh 2 2fe oh 3 4koh下列叙述不正确的是 a 放电时负极反应为 3zn 6e 6oh 3zn oh 2b 放电时正极反应为 2feo42 6e 8h2o 2fe oh 3 10oh c 放电时每转移3mol电子 正极有1molk2feo4被氧化d 放电时正极附近溶液的碱性增强 放电充电 解析 选c 放电时充当原电池 只看正反应方向 在正极上 得电子 发生还原反应 物质被还原 c错 1 下列装置能形成原电池的是 a b c d 解析 选d 原电池的构成条件 活泼性不同的两个电极 电解质溶液或熔融电解质 形成闭合回路 中未形成闭合回路 中乙醇为非电解质 中为同种电极材料 均错 2 2012 长沙高二检测 将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间 以下叙述正确的是 a 两烧杯中铜片表面均无气泡产生b 甲中铜片是正极 乙中铜片是负极c 两烧杯中溶液的ph均增大d 产生气泡的速度甲比乙慢 解析 选c 甲图为原电池 乙图不是 原电池中锌片失去电子转移到铜片上 h 在铜片上得电子产生氢气 甲中锌为负极 铜为正极 a b均错 形成原电池可以加快反应速率 d错 两烧杯中均发生反应zn 2h zn2 h2 溶液的ph均增大 c对 3 a b c是三种金属 根据下列 两个实验 将a与b浸在稀硫酸中用导线相连 a上有气泡逸出 b逐渐溶解 电解物质的量浓度相同的a c盐溶液时 阴极上先析出c 使用惰性电极 确定它们的还原性强弱顺序为 a a b cb b c ac c a bd b a c 解析 选d 原电池装置 负极逐渐溶解 负极活泼性更强 还原性 b a 电解池装置 阳离子氧化性强的先析出 阳离子氧化性越强 对应的单质还原性越弱 还原性 a c 4 科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池 利用细菌将有机物转化为氢气 氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电 该电池负极反应为 a h2 2oh 2e 2h2ob o2 4h 4e 2h2oc h2 2e 2h d o2 2h2o 4e 4oh 解析 选c 燃料电池中可燃性气体参与负极反应 氧气参与正极反应 排除掉b d 因电解质为磷酸 酸性环境 排除掉a 5 设计出燃料电池 使汽油氧化直接产生电流是对21世纪最富有挑战性的课题之一 最近有人制造了一种燃料电池 一个电极通入空气 另一电极通入汽油蒸气 电池的电解质是掺杂了y2o3的zro2晶体 它在高温下能传导o2 回答如下问题 1 以壬烷 c9h20 代表汽油 这个电池放电时发生反应的化学方程式是 2 这个电池的正极发生的反应是 负极发生的反应是 固体电解质里的o2 的移动方向是 向外电路释放电子的电极是 思路点拨 解答本题时要注意以下两点 1 电解质为固体 导电的为o2 2 壬烷在反应中要失去电子 参与负极反应 书写时注意负极产物为co2 解析 1 燃料电池在固体电解质条件下的总反应式即为该物质的燃烧方程式 2 正极o2得电子 生成的产品在该题目条件下为o2 原电池电解质中阴离子移向负极 负极失去电子 答案 1 c9h20 14o2 9co2 10h2o 2 o2 4e 2o2 c9h20 28o2 56e 9co2 10h2o向负极移动负极 含盐桥原电池的构成及分析下图为锌铜原电池装置 思考探究 1 该装置中电子移动方向如何 溶液中的so42 通过盐桥移向锌极吗 提示 该原电池中负