福建省福鼎市第二中学高中化学 13《化学能转化为电能 电池》课件 鲁科版选修4.ppt

第3节化学能转化为电能 电池 一 原电池 1 概念把 转化为 的装置 2 构成条件 1 有两个 的电极 常见为金属或石墨 2 将电极插入 中 3 两电极间构成闭合回路 化学能 电能 活泼性不同 电解质溶液 3 工作原理如图是两种cu zn原电池示意图 请填空 1 电极 负极为 正极为 2 电极反应 负极 正极 3 电子移动方向和电流方向 电子从 流出经外电路流入 电流从 流出经外电路流入 4 离子的迁移方向 电解质溶液中 阴离子向 迁移 阳离子向 迁移 5 两种装置的比较 装置 中还原剂zn与氧化剂cu2 直接接触 易造成能量损耗 装置 能避免能量损耗 装置 中盐桥的作用是提供 的通路 导电 cu zn 2e zn2 cu2 2e cu 正极 正极 负极 负极 正极 离子迁移 负极 二 化学电源的种类及其工作原理 1 一次电池 以碱性锌锰干电池为例 碱性锌锰干电池的工作原理如图 zn 2oh 2e zno h2o mno2 2h2o 2e mn oh 2 2oh 2 二次电池 以铅蓄电池为例 1 放电时的反应 负极反应 正极反应 总反应 pb pbo2 2h2so4 2pbso4 2h2o 2 充电时的反应 阴极反应 阳极反应 总反应 2pbso4 2h2o pb pbo2 2h2so4 3 燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池 可分为酸性和碱性两种 2h2 4e 4h 2h2 4oh 4e 4h2o o2 4h 4e 2h2o o2 2h2o 4e 4oh 三 金属的腐蚀与防护 1 化学腐蚀和电化学腐蚀的比较 原电池 较活泼金属 无 有 2 两类电化学腐蚀的比较 钢铁腐蚀 酸性 弱酸性或中性或碱性 fe 2e fe2 2h 2e h2 2h2o o2 4e 4oh 3 金属的防护 1 加防护层 如在金属表面加上耐腐蚀的油漆 搪瓷 陶瓷 沥青 塑料 橡胶及电镀 喷镀或表面钝化等方法 2 电化学防护 牺牲阳极保护法 原电池原理被保护的金属设备作 比被保护的金属活泼的金属作 阴极电保护法 电解原理被保护的金属设备作 废铁作 3 改变内部结构 如制成不锈钢等 正极 负极 阴极 阳极 思考辨析 1 原电池的两电极中 较活泼的电极一定为负极 分析 不一定 如铝 镁和naoh溶液构成的原电池 铝作原电池的负极 镁作原电池的正极 2 2012 江苏高考 zn具有还原性和导电性 可用作锌锰干电池的负极材料 分析 电池的电极应能导电 负极上发生氧化反应 3 2012 广东高考 碘可用作锂碘电池的材料 该电池反应为2li s i2 s 2lii s 则碘电极作该电池的负极 分析 碘在反应中的化合价降低 发生还原反应 碘作正极 4 2011 江苏高考 铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应 分析 铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应 5 2012 海南高考 锌与稀硫酸反应时 要加大反应速率可滴加少量硫酸铜 分析 反应混合物中加入硫酸铜之后 锌与硫酸铜反应生成铜单质 生成的铜与锌和稀硫酸形成原电池 从而加快反应速率 6 2010 天津高考 在入海口的钢铁闸门上装一定数量的铜块可防止闸门被腐蚀 分析 铜和铁组成的原电池 铁作负极被腐蚀 7 阴极电保护法是将被保护金属接在直流电源的正极 分析 接直流电源的正极相当于电解池的阳极 发生氧化反应 使金属腐蚀得更快 考点1原电池正负极的判断和电极反应式的书写 1 原电池正 负极判断 四角度 2 电极反应式书写的步骤和规律 1 一般电极反应式书写的 三步骤 2 复杂电极反应式的书写 如ch4酸性燃料电池中 电极反应式为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 典例1 2012 福建高考 将如图所示实验装置的k闭合 下列判断正确的是 a cu电极上发生还原反应b 电子沿zn a b cu路径流动c 片刻后甲池中c 增大d 片刻后可观察到滤纸b点变红色 解题指南 解答本题时应明确以下4点 1 甲和乙装置形成原电池作电源 电解饱和硫酸钠溶液 2 原电池的负极和电解池的阳极发生氧化反应 3 阴离子分别移向原电池的负极和电解池的阳极 4 电子在原电池中由负极移向正极 在电解池中由阳极移向阴极 但是不经过电解质溶液 解析 选a k闭合后 甲和乙装置通过盐桥形成原电池 zn是负极 发生氧化反应 cu是正极 发生还原反应 a选项正确 电子不经过溶液 b选项错误 在原电池中阴离子由正极移向负极 盐桥中的cl 向甲池移动 k 向乙池移动 两池中的c 均不变 c选项错误 a是电解池的阴极 电极反应式为2h 2e h2 由于h 来自于水的电离 所以h 放电的同时溶液中产生了oh 所以滤纸的a点变红 d选项错误 考点2原电池工作原理的 四大应用 应用一 比较金属的活动性强弱原电池中 一般活动性强的金属作负极 而活动性弱的金属 或非金属 作正极 如有两种金属a和b 用导线将a和b连接后 插入到稀硫酸中 一段时间后 若观察到a极溶解 而b极上有气体放出 则说明a作负极 b作正极 则可以断定金属活动性a b 应用二 加快化学反应速率由于形成了原电池 导致反应速率加快 如zn与稀硫酸反应制氢气时 可向溶液中滴加少量cuso4溶液 形成cu zn原电池 加快反应进行 应用三 用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护 例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁 可用导线将其与一块锌块相连 使锌作原电池的负极 应用四 设计制作化学电源设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件 1 必须是能自发进行且放热的氧化还原反应 2 根据氧化还原关系找出正负极材料 负极就是失电子的物质 正极用比负极活泼性差的金属即可 也可以用石墨 及电解质溶液 电极材料的选择在原电池中 选择活泼性较强的金属作为负极 活泼性较弱的金属或非金属作为正极 并且原电池的电极必须导电 一般来说 负极应该跟电解质溶液发生反应 电解质溶液的选择电解质溶液一般要能够与负极发生反应 或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应 如溶解于溶液中的空气 但如果两个半反应分别在两个容器中进行 中间连接盐桥 则两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子 如在cu zn 硫酸构成的原电池中 负极zn浸泡在含有zn2 的电解质溶液中 而正极cu浸泡在含有cu2 的电解质溶液中 3 按要求画出原电池装置示意图 如根据2fe3 cu 2fe2 cu2 设计原电池 负极 cu 2e cu2 正极 2fe3 2e 2fe2 典例2 2013 泉州模拟 某校化学兴趣小组进行探究性活动 将氧化还原反应 2fe3 2i 2fe2 i2 设计成带盐桥的原电池 提供的试剂 fecl3溶液 ki溶液 其他用品任选 请回答下列问题 1 请画出设计的原电池装置图 并标出电极材料 电极名称及电解质溶液 2 发生氧化反应的电极反应式为 3 反应达到平衡时 外电路导线中 填 有 或 无 电流通过 4 平衡后向fecl3溶液中加入少量fecl2固体 当固体全部溶解后 则此时该溶液中电极变为 填 正 或 负 极 解题指南 解答本题需要掌握以下2个关键点 1 盐桥原电池的构成条件 2 原电池原理 解析 1 先分析氧化还原反应 找出正负极反应 即可确定正负极区的电解质溶液 2 发生氧化反应的电极是负极 i 失电子 3 反应达到平衡时 无电子流动 故无电流产生 4 平衡后向fecl3溶液中加入少量fecl2固体 平衡逆向移动 此时fe2 失电子 电极变成负极 答案 1 如下图 2 2i 2e i2 3 无 4 负 备选考点 原电池 电解池 电镀池的比较 高考警示 1 判断是原电池和电解池的关键是看是否有外加电源 若无外加电源 两个装置串联时 存在自发进行氧化还原反应的装置相当于电源 另一个装置则是电解池 2 二次电池的放电过程是原电池 充电过程是电解池 典例1 如图 将纯铁棒和石墨棒插入1l饱和nacl溶液中 下列说法中正确的是 a 将m n用导线直接相连 在溶液中滴入酚酞试液 c电极周围溶液变红b m接电源正极 n接电源负极 当两极产生气体总量为22 4ml 标准状况 时 则生成0 001molnaohc m接电源正极 n接电源负极 将c电极换成cu电极 电解质溶液换成cuso4溶液 则可实现在铁上镀铜d m接电源正极 n接电源负极 若把烧杯中溶液换成cuso4溶液 反应一段时间后 烧杯中产生蓝色沉淀 解析 选a 将m n用导线直接相连 形成原电池 发生吸氧腐蚀 c电极为正极 电极附近产生大量oh 溶液显碱性 a项正确 b项中阳极不产生气体 阴极产生气体为h2 总量为22 4ml 标准状况 时 电子转移的物质的量为0 002mol 则应生成0 002molnaoh b项不正确 铁上镀铜时 铁应作阴极 m应接电源负极 c项不正确 m接电源正极 电极反应为fe 2