全程学习方略高中化学 1.2.1 原电池的工作原理课件 鲁科版选修4.ppt

第二单元化学能与电能的转化第1课时原电池的工作原理化学电源 一 原电池1 原电池的概念和构成条件 1 概念 将 转化为 的装置 2 构成条件 化学能 电能 2 铜锌原电池 1 现象 锌片 铜片上有 电流表指针发生偏转 逐渐溶解 红色物质沉积 2 原理分析 负极 正极 失 得 流出 流入 氧化反应 还原反应 zn 2e zn2 cu2 2e cu zn cu2 zn2 cu 3 原电池的组成和工作原理 1 组成 两个半电池通过盐桥连接起来 两个半电池 包括电极材料和电解质溶液 其中相对活泼的金属作 较不活泼的金属或导电的非金属作 盐桥 znso4 cuso4 通路 负极 正极 2 工作原理 外电路 负极 电子 发生 反应 正极 电子 发生 反应 内电路 阴离子向 移动 阳离子向 移动 给出 氧化 得到 还原 负极 正极 二 化学电源1 化学电源的分类和特点 2 常见化学电源 1 银锌钮扣电池 zn ag2o koh zn 2oh 2e zn oh 2 2 普通锌锰干电池 锌筒 石墨棒 氯化铵 zn 2e zn2 3 碱性锌锰干电池 zn mno2 koh zn 2e 2oh zn oh 2 2mno2 zn 2h2o 2mnooh zn oh 2 4 铅蓄电池 构造 以两组平行的栅状铅合金极板为主架 负极板覆盖 正极板覆盖 原理 a 放电时 负极 反应 正极 反应 总反应 pbo2 pb 4h 2 2pbso4 2h2o pb 2e pbso4 pbo2 4h 2e pbso4 2h2o pb pbo2 氧化 还原 b 充电时 铅蓄电池的充电反应是放电反应的 阴极 反应 阳极 反应 总反应 2pbso4 2h2o pb pbo2 4h 2 c 充 放电总化学方程式 pbso4 2e pb pbso4 2h2o 2e pbo2 4h 逆过程 还原 氧化 pb pbo2 2h2so42pbso4 2h2o 特点 优点 性能优良 价格低廉 安全可靠 可多次充放电 缺点 比能量低 废弃物污染环境 5 燃料电池 以氢氧燃料电池为例 原理 a 碱性电解质 负极 正极 总电池反应 h2 o2 h2o h2 2e 2oh 2h2o b 酸性电解质 负极 正极 总电池反应 h2 o2 h2o 特点 能量转换效率高 排放废弃物少 h2 2e 2h 1 辨析下列说法的正误 1 原电池电解质溶液中 阳离子移向正极 2 锌铜原电池中 铜片得电子 3 二次电池的充 放电反应是可逆反应 4 锌与稀硫酸反应时 加几滴硫酸铜溶液 可加快反应速率 5 所有化学反应的化学能均可转化为电能 答案解析 1 分析 原电池电解质溶液中 阳离子移向正极 阴离子移向负极 2 分析 锌铜原电池中 铜为正极 但得电子的是溶液中的阳离子 而不是铜片 3 分析 二次电池的充 放电反应是相反的过程 但反应条件不同 因此不是可逆反应 4 分析 锌与硫酸铜反应置换出的铜附着在锌片上 构成锌铜原电池 加快了反应速率 5 分析 只有放热的氧化还原反应的化学能才能转化为电能 非氧化还原反应的化学能不能转化为电能 2 下列有关化学电源的叙述错误的是 a 干电池根据电池内的电解质分为酸性电池和碱性电池b 干电池中碳棒为正极c 铅蓄电池是可充电电池d 铅蓄电池中的pbo2为负极 解析 选d 干电池中碳棒为正极 电解质可为酸性 也可为碱性 a b正确 铅蓄电池是可充电电池 c正确 铅蓄电池中pbo2的电极反应为pbo2 4h 2e pbso4 2h2o 故该电极发生还原反应 为正极 d错 3 关于下图所示的原电池 下列说法正确的是 a 锌是电池的负极 发生还原反应b 盐桥中的阳离子向硫酸铜溶液中迁移c 电流从锌电极通过电流计流向铜电极d 铜电极上发生的电极反应是2h 2e h2 解析 选b 锌是负极 发生氧化反应 a错 cu为正极 盐桥中的阳离子移向正极 b正确 电子由锌极流向铜极 电流由铜极流向锌极 c错 铜电极上发生的反应为cu2 2e cu d错 4 关于原电池的说法正确的是 a 在正极上发生氧化反应b 某电极上有氢气产生 则此电极为正极c 在外电路电子流出的为正极d 在负极上发生还原反应 解析 选b 正极发生还原反应 a错 产生h2的电极上得电子 发生还原反应 是正极 b正确 外电路中电子由负极流向正极 c错 负极发生氧化反应 d错 5 微型钮扣电池在现代生活中有广泛应用 有一种银锌电池 其电极分别是ag2o和zn 电解质溶液为koh 电极反应为zn 2oh 2e zn oh 2 ag2o h2o 2e 2ag 2oh 根据上述反应式 判断下列叙述正确的是 a 在使用过程中 电池负极区溶液的c oh 增大b 使用过程中 电子由ag2o极经外电路流向zn极c zn是负极 ag2o是正极d zn电极发生还原反应 ag2o电极发生氧化反应 解析 选c 根据电极反应式 锌失电子为负极 负极消耗氢氧根 故负极区溶液的c oh 减小 a错 电子在外电路中由负极流向正极 应由锌极流向氧化银极 b错 锌为负极 发生氧化反应 氧化银为正极 发生还原反应 d错 一 原电池的工作原理和正 负极的判断1 原电池的工作原理 1 反应类型 负极发生氧化反应 正极发生还原反应 2 电子的移动方向 电子从负极流出 经导线流向正极 3 离子的移动方向 阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 2 原电池正负极的判断 点拨 燃料电池正 负极的判断对于燃料电池来说 因为一般情况下电极不参与反应 故判断时可依据电极的通入物 通入燃料的一极是负极 通入氧气或空气的一极是正极 微思考 1 原电池的负极材料一定会失去电子吗 提示 不一定 根据原电池原理 一般负极失电子发生氧化反应 但失去电子的不一定是电极材料 如燃料电池中 电极材料只起导体的作用 不失去电子 2 原电池中较活泼的金属电极一定是负极吗 提示 不一定 根据原电池原理 负极是失去电子发生氧化反应的一极 但负极的活泼性不一定比正极强 哪个电极作负极要根据原电池的工作原理来判断 若fe cu和浓硝酸构成原电池 因fe遇浓硝酸发生钝化 此时电池工作原理是cu与浓硝酸反应 故负极是cu 而fe作正极 过关题组 1 2014 重庆高二检测 镁条和铝片为电极 并用导线连接同时插入naoh溶液中 下列说法正确的是 a 镁条作负极 电极反应 mg 2e mg2 b 铝片作负极 电极反应 al 4oh 3e 2h2oc 电流从al电极沿导线流向mg电极d 铝片上有气泡产生 解题探究 1 判断原电池正 负极的根本依据是什么 提示 负极失去电子 正极得到电子 2 电解质溶液会影响原电池正 负极的判断吗 提示 会 电解质溶液不同 有时原电池的正 负极会发生变化 如mg al作电极 若电解质是强酸 则mg为负极 若电解质是强碱 则al为负极 解析 选b 该原电池的反应原理是2al 2naoh 2h2o 2naalo2 3h2 因此al为负极 失电子 a错 b正确 al为负极 外电路电流由mg电极流向al电极 c错 mg为正极 镁片上有气泡产生 d错 2 2014 杭州高二检测 如图所示装置 电流计的指针发生偏转 正极变粗 负极变细 符合这种情况的是 a 正极cu 负极zn s为稀硫酸b 正极zn 负极cu s为cuso4溶液c 正极ag 负极zn s为agno3溶液d 正极fe 负极cu s为agno3溶液 解析 选c a项负极zn会因消耗而变细 但正极氢离子得电子产生氢气 正极不会变粗 a错 b项组成的原电池zn应为负极 cu为正极 b错 c项负极zn会因消耗而变细 正极ag 得电子产生ag 附着在ag电极上而使正极变粗 c正确 d项组成的原电池fe应为负极 cu为正极 d错 互动探究 1 题1中 将电解质改为稀硫酸 哪一极是负极 提示 此时电池原理是mg和稀硫酸反应 镁条失电子 故负极是镁条 2 题2中 d项构成的原电池中 电流表指针发生偏转 哪一极变粗 提示 d项构成原电池的原理是fe和agno3溶液 ag 在正极析出 故cu极变粗 变式训练 2014 天津高二检测 铜锌原电池如图工作时 下列叙述正确的是 a 正极反应为zn 2e zn2 b 电池反应为zn cu2 zn2 cuc 在外电路中 电流从负极流向正极d 盐桥中的k 移向znso4溶液 解析 选b 该原电池的总反应为zn cu2 zn2 cu 故zn为负极 a错 b正确 外电路中 电流由正极流向负极 c错 盐桥中 阳离子移向正极 故k 应移向cuso4溶液 d错 二 原电池电极反应式的书写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 根据装置书写电极反应式 首先根据题目给定的图示装置特点 结合原电池正负极的判断方法 确定原电池的正负极及放电的物质 1 负极反应 活泼金属或h2 或其他还原剂 失去电子生成金属阳离子或h 或其他氧化产物 若电解质溶液中的阴离子与生成的金属阳离子或h 能反应 则该阴离子应写入电极反应式 如 铅蓄电池的负极反应是pb 2e pbso4 h2参加反应的原电池 碳或pt为电极 通入h2的一极为负极 有三种写法 若为中性或酸性电解质溶液 h2 2e 2h 若为碱性电解质溶液 h2 2oh 2e 2h2o 若为熔融状态下的氧化物 h2 o2 2e h2o 2 正极反应 阳离子得电子生成单质或氧气得电子 若是氧气得电子 要考虑电解质溶液的情况 若为中性或碱性电解质溶液 o2 2h2o 4e 4oh 若为酸性电解质溶液 o2 4h 4e 2h2o 若为熔融状态下的氧化物 o2 4e 2o2 3 电池总反应方程式 结合电子守恒 将正 负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式 3 根据电池总反应式书写各电极反应式 1 一般书写步骤 列物质 标得失 根据总反应方程式列出总式两边化合价变化的物质 并根据化合价变化确定转移电子数 选离子 配电荷 根据电解质溶液的酸碱性 用h 或oh 或其他离子配平 使两边电荷总数相等 配个数 巧用水 利用h2o使两边的元素守恒 两式加 验总式 将正 负极反应式相加 若得到总反应式 说明写法正确 2 实例 以2h2 o2 2h2o为例 当电解质溶液为koh溶液时的电极反应式的书写步骤如下 负极反应 根据总反应方程式列出总式两边化合价升高的物质为h2 转移电子数为4e 可表示为2h2 4e 4h 因电解质溶液呈碱性 生成的h 与oh 反应生成h2o 所以应书写为2h2 4oh 4e 4h2o 正极反应 同理 正极反应式的书写如下 o2 4e 2o2 在碱性溶液中 h2o提供h 使o2 变为oh 所以应书写为o2 2h2o 4e 4oh 将正 负极反应式相加 可以得到总反应式2h2 o2 2h2o 说明写法正确 微思考 1 怎样计算电极反应式的电荷守恒 提示 电极反应式中 等号左边失去电子显正价 得到电子显负价 即减去2个电子则为 2价 然后判断等号两边离子所带电荷是否相等 2 原电池的正极反应一定是电解质电离出的阳离子得电子吗 提示 不一定 如氢氧燃料电池的正极就是通入的氧气得电子 过关题组 1 2014 漳州高二检测 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 电池负极反应为 a h2 2e 2oh 2h2ob o2 4h 4e 2h2oc h2 2e 2h d o2 2h2o 4e 4oh 解题指南 解答本题应注意以下两点 1 电解质不同 燃料电池的电极反应式可能不同 2 原电池负极失电子 正极得电子 解析 选c 原电池的负极失电子 酸性电解质中氢气失电子生成氢离子 2 2014 洛阳高二检测 1 有人设想用下图所示装置做直流电源 并将气体so2转化为重要化工原料 该设想中负极的电极反应式为 2 通过nox传感器可监测nox的含量 其工作原理示意图如下 pt为 填 正极 或 负极 发生的是反应 填 氧化 或 还原 nio为 填 正极 或 负极 电极反应式为 解析 1 结合题意和示意图 可知该原电池是so2和o2反应生成h2so4 根据化合价变化可知so2作负极失电子 负极反应式为so2 2h2o 2e 4h 正极反应式为o2 4h 4e 2h2o 2 从示意图上可以看出 no结合o2 转化为no2 氮元素化合价升高 失去电子 故nio为负极 电极反应式为no o2 2e no2 o2转化为o2 氧元素化合价降低 得到电子 故pt为正极 发生还原反应 答案 1 so2 2h2o 2e 4h 2 正极还原 负极no o2 2e no2 变式训练 2014 济宁高二检测 研究人员最近发明了一种 水 电池 这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电 在海水中电池总反应可表示为5mno2 2ag 2nacl na2mn5o10 2agcl 下列 水 电池在海水中放电时的有关说法正确的是 a 正极反应式 ag cl e agclb 每生成1molna2mn5o10转移2mol电子c na 不断向 水 电池的负极移动d agcl是还原产物 解析 选b 根据电池总反应可知ag失电子化合价升高 故ag为负极 a错 根据电池总反应 每生成1molna2mn5o10转移2mol电子 b正确 原电池中阳离子移向正极 c错 ag失电子被氧化 故agcl是氧化产物 d错 备选要点 常见的几种燃料电池 1 丁烷燃料电池及电极反应 一个电极通入丁烷 一个电极通入氧气 用掺杂了y2o3 三氧化二钇 zro2 二氧化锆 的晶体作电解质 晶体高温时能传导o2 负极 2c4h10 52e 26o2 8co2 10h2o 正极 13o2 52e 26o2 总反应式 2c4h10 13o2 8co2 10h2o 2 乙醇燃料电池 用导线连接的两个铂电极插入电解质溶液中 分别向两极通入乙醇和氧气 koh作电解质 负极 c2h5oh 16oh 12e 2 11h2o正极 3o2 12e 6h2o 12oh 总反应式 c2h5oh 3o2 4oh 2 5h2o 酸作电解质 负极 c2h5oh 3h2o 12e 2co2 12h 正极 3o2 12h 12e 6h2o总反应式 c2h5oh 3o2 2co2 3h2o 3 熔融盐燃料电池 一极通入co 一极通入空气和co2混合气体 以li2co3和na2co3的熔融盐作电解质 电极反应为负极 2co 2 4e 4co2正极 o2 2co2 4e 2总反应 2co o2 2co2 4 海水电池 以铝 空气 海水为材料组成的新型电池 用海水为电解质 靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流 负极 4al 12e 4al3 正极 3o2 6h2o 12e 12oh 总反应式 4al 3o2 6h2o 4al oh 3 微思考 1 燃料电池都是在常温下工作的吗 提示 不一定 有些燃料电池工作时需要一定的温度 如某些熔融盐为电解质的燃料电池就需要在高温下工作 被称为高温燃料电池 2 ch3oh作燃料 naoh作电解质溶液时 电池的总反应式和电极反应式如何书写 提示 负极反应 2ch3oh 16oh 12e 2 12h2o正极反应 3o2 6h2o 12e 12oh 总反应式 2ch3oh 3o2 4oh 2 6h2o 过关题组 1 2014 泉州高二检测 某氢氧燃料电池的电解液是热的koh溶液 在正极上氧气被还原 在负极上氢气被氧化 下列有关该电池的叙述正确的是 a 负极反应式为h2 2oh 2e 2h2ob 正极反应式为o2 4h 4e 2h2oc 工作一段时间后 koh溶液的浓度不变d 电池工作时 电子由正极通过外电路流向负极 解析 选a 电解质是koh溶液 则负极氢气失电子 结合oh 生成h2o 正极氧气得电子 结合h2o生成oh 故a正确 b错 原电池反应的原理是氢气和氧气反应 生成的水会稀释电解质溶液 故koh浓度变小 c错 在外电路 电子由负极流向正极 d错 2 2014 邯郸高二检测 氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置 下图为电池示意图 该电池电极表面镀一层细小的铂粉 铂吸附气体的能力强 性质稳定 请回答 1 氢氧燃料电池的能量转化主要形式是 在导线中电子流动方向为 用a b表示 2 负极反应式为 3 电极表面镀铂粉的原因为 解析 1 燃料电池 一般通入燃料的一极为负极 通入空气或氧气的一极为正极 故该电池中a为负极 b为正极 2 碱性条件下 负极氢气失电子 与氢氧根结合生成水 3 根据题意 铂吸附气体的能力强 性质稳定 故电极表面镀铂粉是为了增大电极单位面积吸附h2 o2的分子数 加快电极反应速率 答案 1 化学能转化为电能由a到b 2 h2 2oh 2e 2h2o 3 增大电极单位面积吸附h2 o2的分子数 加快电极反应速率 提分必备关键点 1 原电池原理 负极失电子 发生氧化反应 正极得电子 发生还原反应 外电路中电子由负极流向正极 内电路中阳离子移向正极 阴离子移向负极 2 原电池正 负极判断要点 负极一般是活泼性较强的金属 流出电子 发生氧化反应 阴离子流向的极 电极不断溶解 质量减少 的一极 3 电极反应式的书写思路 电池总反应 还原剂 氧化剂 介质 氧化产物 还原产物 其他 负极 还原剂 介质 ne 氧化产物 正极 氧化剂 介质 ne 还原产物 含盐桥的原电池构成与分析 真题判断 在括号内打 或 1 2013 江苏高考 mg h2o2电池以海水为电解质溶液 示意图如右 该电池工作时 mg电极是该电池的正极 分析 该原电池原理是mg和h2o2反应 故mg是负极 失电子 石墨为正极 2 2013 海南高考 mg agcl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池 电池反应方程式为2agcl mg mg2 2ag 2cl 则负极反应式为agcl e ag cl 分析 根据电池总反应 mg失电子 mg为负极 负极反应式为mg 2e mg2 3 2013 安徽高考 热激活电池的电解质是licl kcl混合物 该电池总反应为pbso4 2licl ca cacl2 li2so4 pb 放电过程中 li 向负极移动 分析 原电池电解质中 阳离子移向正极 阴离子移向负极 4 2012 福建高考 将下图所示实验装置的k闭合 cu电极上发生还原反应 分析 k闭合时 zn作负极 cu作正极构成原电池 故cu电极上发生还原反应 案例探究 下图为锌铜原电池装置 请结合图示回答有关问题 请思考回答下列问题 1 该装置中电子移动方向如何 溶液中的通过盐桥移向锌极吗 提示 该原电池中负极是锌 正极是铜 电子由锌极流向铜极 盐桥中的k 向正极移动 cl 向负极移动 从而平衡电荷 溶液中的不会通过盐桥移向锌极 2 取出盐桥 检流计指针还会偏转吗 提示 取出盐桥 不能构成闭合回路 检流计指针不会偏转 3 将盐桥改为铜导线连接两种溶液 检流计指针还能偏转吗 提