高考化学 6.2原电池的工作原理化学电源备考课件 苏教版.ppt

一 原电池的工作原理1 定义原电池是将转化为的装置 2 形成条件 1 两个活泼性的电极 二者或 插入中 2 形成回路 3 总反应为能自发发生的反应 化学能 电能 不同 直接接触 用导线相连 电解质溶液 闭合 氧化还原 3 原电池的两极负极 活泼性的金属 发生反应 正极 活泼性的金属或导体 发生反应 4 电极反应式的书写和电荷移动方向 强 氧化 弱 还原 1 电极反应式的书写负极 电极反应式为 正极 电极反应式为 电池反应为 2 电荷移动方向电子由释放 经沿导线流入 电解质溶液中的移向正极 在其表面得电子被 或活泼负极失电子 形成一个闭合回路 zn cu zn 2e zn2 cu2 2e cu zn cuso4 znso4 cu 负极 外电路 正极 阳离子 还原 阴离子 想一想 用活泼性不同的两种金属作为电极形成原电池时 较活泼的金属一定是原电池的负极吗 提示 不一定 如将镁 铝插入氢氧化钠溶液中形成原电池 镁较活泼 但因为镁不与氢氧化钠溶液反应 而铝与氢氧化钠溶液发生氧化还原反应 铝被氧化是负极 则镁条为正极 二 化学电源1 一次电池 不能充电 不能反复使用 1 银锌纽扣电池 电极材料分别为ag2o和zn 电解质溶液为koh溶液 负极 zn 正极 ag2o 电池反应方程式 zn 2e 2oh zno h2o ag2o h2o 2e 2ag 2oh 2 碱性锌锰电池负极 zn 正极 mno2 电池反应方程式 2mno2 zn 2h2o 2mnooh zn oh 2 2mno2 2h2o 2e 2mnooh 2oh zn 2e 2oh zn oh 2 2 二次电池 可充电 可多次重复使用 铅蓄电池 h2so4作电解质溶液 1 放电时负极 正极 电池反应 pb pbo2 4h 2so42 2pbso4 2h2o pb so2 4 2e pbso4 pbo2 so2 4 4h 2e pbso4 2h2o 2 充电时阴极 阳极 总反应 2pbso4 2h2o pb pbo2 4h 2so42 pbso4 2e pb so2 4 pbso4 2h2o 2e pbo2 4h so2 4 3 燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池 可分酸性和碱性两种 原电池工作原理 正负极的判断及电极反应式的书写1 原理图示 2 原电池的判断方法 1 先分析有无外接电源 有外接电源的为电解池 无外接电源的可能为原电池 然后依据原电池的形成条件分析判断 主要是 四看 看电极 两极为导体且存在活泼性差异 燃料电池的电极一般为惰性电极 看溶液 两极插入溶液中 看回路 形成闭合回路或两极直接接触 看本质 有无氧化还原反应发生 2 多池相连 但无外电源时 两极活泼性差异最大的一池为原电池 其他各池可看作电解池 3 原电池正负极的判断 灵犀一点 原电池反应的实质是负极发生氧化反应 失去电子 正极发生还原反应 得到电子 对于具体问题要具体分析 不能想当然 不然就会落入出题者的陷阱当中 如 铁 铜和浓硝酸组成的电池 虽然铁的活泼性比较强 但fe与浓hno3发生钝化 而铜不可以 因此铜做负极 铁做正极 镁 铝和naoh溶液组成原电池 做负极的应该是铝 而不是镁 4 原电池电极反应式的书写书写电极反应式时 按照负极发生氧化反应 正极发生还原反应 首先正确判断出电极反应产物 然后结合反应物及转移电子数量写出反应式 再结合质量守恒 电荷守恒配平各电极反应式 两电极反应式相加则得总反应式 1 根据两个电极反应式写出总反应式 使两个电极反应式得失电子数相等后 将两式相加 消去相同的化学式 2 根据总反应式写电极反应式一般分四个步骤 列物质 标得失 选离子 配电荷 配个数 巧用水 两式加 验总式 灵犀一点 原电池电极反应式的书写应注意以下几点 明确电池的负极反应物是电极本身还是其他物质 反应产物及化合价的变化 确定电池的正极反应物是电解质溶液中的离子 还是其他物质 如溶有或通入的氧气 判断是否存在特定的条件 如介质中的微粒h oh 非放电物质参加反应 进而推断电解质溶液的酸碱性的变化 总的反应式是否满足质量守恒 得失电子守恒 电荷守恒 案例1 2010 广东理综 铜锌原电池 如图 工作时 下列叙述正确的是 正极反应为 zn 2e zn2 电池反应为 zn cu2 zn2 cu 在外电路中 电子从负极流向正极 盐桥中的k 移向znso4溶液a b c d 解析 本题考查原电池 意在考查考生对原电池工作原理的分析能力 该电池中zn为负极 电极反应为 zn 2e zn2 cu为正极 电极反应为 cu2 2e cu 错误 电池总反应为 zn cu2 zn2 cu 正确 原电池工作时 外电路中电子由负极流出经导线流向正极 正确 负极上由于zn放电 znso4溶液中zn2 的浓度增大 故盐桥中的cl 移向znso4溶液 错误 答案 b 规律方法 原电池是将化学能转化为电能的装置 构成原电池的条件 能自发地发生氧化还原反应 电解质溶液 构成电路或参加反应 由还原剂和导体构成负极系统 由氧化剂和导体构成正极系统 形成闭合回路 两电极接触或用导线连接 即时巩固1 2008 广东化学 用铜片 银片 cu no3 2溶液 agno3溶液 导线和盐桥 装有琼脂 kno3的u型管 构成一个原电池 以下有关该原电池的叙述正确的是 在外电路中 电流由铜电极流向银电极 正极反应为ag e ag 实验过程中取出盐桥 原电池仍继续工作 将铜片浸入agno3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同a b c d 解析 cu作负极 ag作正极 负极 cu 2e cu2 正极 ag e ag 在外电路中 电子由cu电极流向ag电极 而电流方向与电子流向相反 所以 错 没有盐桥 原电池不能继续工作 错 无论是否为原电池 反应实质相同 均为氧化还原反应 对 答案 c 原电池原理的应用1 比较不同金属的活动性强弱根据原电池原理可知 在原电池反应过程中 一般活动性强的金属作负极 而活动性弱的金属 或碳棒 作正极 若有两种金属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 则说明在原电池工作过程中 a被氧化成阳离子而失去电子作负极 b作正极 则可以断定金属a的金属活动性比b的强 2 加快化学反应速率由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反应且有电流产生 因而反应速率加快 如zn与稀h2so4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 3 设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的三个条件 具体方法是 1 首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应 2 根据原电池的电极反应特点 结合两个半反应找出正负极材料 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 电解质溶液的选择电解质是使负极放电的物质 因此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 如空气中的氧气 但如果两个半反应分别在两个容器中进行 中间连接盐桥 则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子 如在铜 锌 硫酸构成的原电池中 负极金属锌浸泡在含有zn2 的电解质溶液中 而正极铜浸泡在含有cu2 的电解质溶液中 电极材料的选择在原电池中 选择还原性较强的物质作为负极 氧化性较强的物质作为正极 并且 原电池的电极必须导电 电池中的负极必须能够与电解质溶液反应 容易失去电子 因此负极一般是活泼的金属材料 也可以是还原性较强的非金属材料如h2 ch4等 3 按要求画出原电池装置图 如根据以下两反应设计的原电池 灵犀一点 应用原电池原理可以判断两种金属活泼性的强弱 但同时要注意电解质溶液的选择 应用原电池原理可以设计任一自发的氧化还原反应的电池 但有的电流相当微弱 同时要注意电解质溶液不一定参与反应 如燃料电池 水中一般要加入naoh h2so4或na2so4 案例2 2009 福建理综 控制适合的条件 将反应2fe3 2i 2fe2 i2设计成如下图所示的原电池 下列判断不正确的是 a 反应开始时 乙中石墨电极上发生氧化反应b 反应开始时 甲中石墨电极上fe3 被还原c 电流计读数为零时 反应达到化学平衡状态d 电流计读数为零后 在甲中溶入fecl2固体 乙中石墨电极为负极 解析 本题中涉及带有盐桥的原电池 盐桥可使氧化还原反应在不同反应容器中同时发生 大大提高电流效率 但其工作原理和不带盐桥的原电池的一样 即负极失电子发生氧化反应 正极得电子发生还原反应 对于本题 甲中石墨作正极 发生还原反应 电极反应式为2fe3 2e 2fe2 乙中石墨作负极 发生氧化反应 电极反应式为2i 2e i2 当反应达到平衡时 正逆反应速率相等 此时电路中电流强度的和为零 故灵敏电流计的读数为零 选项a b c均正确 当灵敏电流计读数为零后 在甲中再溶入fecl2固体 导致化学平衡逆向移动 即把该反应的逆反应设置成原电池 甲中石墨作负极 发生氧化反应 电极反应式为2fe2 2e 2fe3 乙中石墨作正极 发生还原反应 电极反应式为i2 2e 2i d错 答案 d 规律技巧 氧化还原反应与原电池的关系 1 在原电池中发生的反应均是通常情况下能自发进行的氧化还原反应 反之 理论上能自发进行的氧化还原反应均可以设计成原电池的反应 将一个氧化还原反应变成原电池反应 就是使氧化反应和还原反应分别在两个电极上发生 电子的转移通过连接两电极的导线来完成 2 以zn和稀h2so4的反应与铜锌原电池比较 相同点 二者反应结果是一样的 都是zn 2h zn2 h2 不同点 后者有电流产生 可做电池 而前者无此作用 后者产生h2的速率比前者快 后者的氧化还原反应是在两个电极上发生的 电子的转移是通过外电路进行的 而前者的电子是由锌片直接转移给h 即时巩固2 1 将等质量的两份锌粉a b分别加入过量的稀硫酸 同时向a中加少量cuso4溶液 下列各图中产生h2的体积v l 与时间t min 的关系基本正确的是 2 有a b c d四块金属 将a与b用导线连接起来 浸入稀h2so4溶液中 a上有气体产生 将a与c分别投入等浓度的盐酸中 a比c反应剧烈 将铜浸入c的盐溶液中 无明显变化 将铜浸入d的盐酸溶液中 有金属d析出 据此可推知它们的活动顺序由强到弱为 a a b c db b a c dc b a d cd a c b d 解析 1 由于zn cuso4 znso4 cu 形成cu zn原电池 反应速度加快 但由于zn与cuso4反应 与h 反应的zn的质量减小了 产生的h2的体积减小 因此a中反应速率快但放出的h2少 2 依题意知 a b作为电极构成原电池时 a上有气体产生 说明金属活动性b a a与盐酸反应比c剧烈 说明金属活动性a c 将铜分别浸入c和d的盐溶液中 只能置换出d 说明金属活动性c d 答案 1 a 2 b 化学电源电极反应式的书写1 根据装置书写电极反应式 1 先分析题目给定的图示装置 确定原电池的正负极上的反应物质 2 电极反应式的书写 负极 活泼金属或h2失去电子生成阳离子 若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存 则该阴离子应写入负极反应式 如铅蓄电池 负极 pb so42 2e pbso4 正极 阳离子得到电子生成单质或o2得到电子 若反应物是o2 则有以下规律 电解质是碱性或中性 o2 2h2o 4e 4oh 电解质是酸性 o2 4h 4e 2h2o 3 正负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式 2 给出总反应式 写电极反应式如果题目给定的是总反应式 可分析此反应中的氧化反应或还原反应 即分析有关元素的化合价变化情况 再选择一个简单变化情况去写电极反应式 另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式 用总反应式减去已写出的电极反应式 即得结果 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 1 根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况 确定2molh2失掉4mol电子 初步确定负极反应为 2h2 4e 4h 2 根据电解质溶液为碱性 与h 不能共存 反应生成水 推出oh 应写入负极反应式为 2h2 4oh 4e 4h2o 3 用总反应式2h2 o2 2h2o减去负极反应式得正极反应式为 2h2o o2 4e 4oh 3 可充电电池电极反应式的书写在书写可充电电池电极反应式时 要明确电池和电极 放电为原电池 充电为电解池 1 原电池的负极与电解池的阳极均发生氧化反应 对应元素化合价升高 2 原电池的正极与电解池的阴极均发生还原反应 对应元素化合价降低 案例3 2010 安徽理综 某固体酸燃料电池以cshso4固体为电解质传递h 其基本结构如图 电池总反应可表示为 2h2 o2 2h2o 下列有关说法正确的是 a 电子通过外电路从b极流向a极b b极上的电极反应式为 o2 2h2o 4e 4oh c 每转移0 1mol电子 消耗1 12l的h2d h 由a极通过固体酸电解质传递到b极 解析 本题考查原电池知识 意在考查考生的分析能力 该原电池的化学原理是h2被氧化 在负极 a极 发生反应 h2 2e 2h h 由a极转移到b极 d项正确 o2发生还原反应 在正极 b极 发生反应 o2 4h 4e 2h2o 则电子从a极流向b极 a b两项不正确 c项因未指明气体所处的温度和压强 不正确 答案 d 规律方法 无论金属 有机物还是可燃性物质与o2构成的燃料电池 其命题背景都与教材中提供的氢氧燃料电池的工作原理相同 在复习备考中应重视教材的基础性地位 这样才能提高复习效率 即时巩固3 2008 宁夏理综 一种燃料电池中发生的化学反应为 在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳 该电池负极发生的反应是 a ch3oh g o2 g 2e h2o l co2 g 2h aq b o2 g 4h aq 4e 2h2o l c ch3oh g h2o l 6e co2 g 6h aq d o2 g 2h2o l 4e 4oh aq 解析 在酸性溶液中根据甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳设计的燃料电池中ch3oh在负极上发生氧化反应 即2ch3oh g 2h2o l 12e 2co2 g 12h aq 而o2在正极上发生还原反应 即3o2 g 12h aq 12e 6h2o l 答案 c 有关原电池的实验设计案例探究 案例4 依据氧化还原反应2ag aq cu s cu2 aq 2ag s 设计的原电池如下图所示 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电极上发生的电极反应为 3 外电路中的电子是从 电极流向 电极 解析 本题主要考查对原电池原理的理解 着重考查知识迁移与运用能力 根据所给氧化还原反应方程式 结合原电池反应原理以及所给原电池装置 cu应做负极 agno3溶液为电解质溶液 从而推知x为铜 y是agno3溶液 银为原电池的正极 发生的电极反应式为ag e ag x电极上发生的电极反应式为cu 2e cu2 外电路中的电子从x cu 电极流向y ag 电极 答案 1 铜agno3溶液 2 正ag e agcu 2e cu2 3 x