福建省三明市泰宁县高中化学 原电池及化学电源知识要点复习学案 新人教版选修4.doc

原电池及化学电源一、原电池1、定义：把化学能转化为电能的装置2实质：一个能自发进行的氧化还原反应。3.原电池的形成条件构成前提：两个电极中至少有一个可以和电解质溶液自发地发生氧化还原反应（1）活动性不同的金属（其中一种可以为非金属，即作导体用）作电极。（2）两电极插入电解质溶液中。（3）形成闭合回路。（两电极外线用导线连接，可以接用电器。）4原理： 电极名称负极正极电极材料zncu电极反应zn2e-= zn2+cu2+2e-=cu反应类型氧化反应还原反应电子方向和电流方向电子从负极流出经外电路流入正极；电流从正极流出经外电路流入负极。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离子迁移通路，导电。二、常见的化学电源1.一次电池（碱性锌锰干电池）反应原理：负极： zn zn + 2oh- - 2e- = zn(oh)2正极： mno2 2mno2+2h2o+2e-=2mnooh+2oh-总反应式：zn+ 2mno2+2h2o= 2mnooh+ zn(oh)22.二次电池（可充电电池）铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放电和充电两个过程（1）正负极材料 正极：pbo2 负极：pb 电解质：h2so4溶液（2）放电过程负极：pb(s)+so42- (aq)-2e-=pbso4(s) 氧化反应正极：pbo2(s)+4h+(aq)+so42- (aq)+2e-=pbso4(s)+2h2o(l) 还原反应放电过程总反应： pb(s)+pbo2(s)+2h2so4=2pbso4(s)+2h2o（l） 铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程（3）充电过程阴极：pbso4 (s) +2e- =pb(s) + so42-(aq)还原反应 接电源负极阳极： 2pbso4 (s)+2h2o -2e- = pbo2(s) + 4h+ 2so42-(aq)接电源正极 氧化反应充电过程总反应：2pbso4(s)+2h2o(l)=pb(s)+pbo2(s)+2h2so4(aq)铅蓄电池的充放电过程：pb+pbo2+2h2so42pbso4+2h2o 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。酸性碱性负极反应式2h2 - 4e- =4h+2h2 +4oh- 4e- = 4h2o正极反应式o2 + 4h+ + 4e-= 2h2oo2 + 2h2o + 4e-= 4oh-总反应式2h2 +2= 2h2o【热点难点全析】考点一 原电池的构成和电极反应式的书写1.原电池的构成两极是导体且存在活动性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极)；两极要用导线连接起来(或直接接触)插入电解质溶液中；必须有一个释放能量的(自发的)氧化还原反应发生作为电池反应。【特别提醒】多池相连，但无外接电源时，两极活动性差异最大的一池为原电池，其他各池可看做电解池。2.原电池的正负极的判断：3.电极反应式的书写(1)一般电极反应式的书写（2）复杂的电极反应式的书写对于复杂的电极反应式可由电池反应减去负极反应而得到正极反应。此时必须保证电池反应转移的电子数等于电极反应转移的电子数，即遵守电荷守恒和质量守恒和电子守恒规律。如ch4酸性燃料电池中，负极反应式为：ch42o2=co22h2o总反应式2o28h8e=4h2o正极反应式ch42h2o8e=co28h负极反应式【高考警示钟】(1)负极本身不一定都参加反应，如燃料电池中，作为负极的材料本身并不参加反应。(2)不注意电解质溶液的成分，容易误写电极反应式，如al负极，在酸性溶液中生成al3+，在碱性溶液中生成alo2-。(3)电子从负极经外电路流向正极，但电子不能通过电解液，是通过阴阳离子的移动形成闭合回路。(4)用总电极反应减去一极的电极反应时，须在两式电子转移数相等的前提下进行。【典例1】 根据下图，下列判断中正确的是 ()a烧杯a中的溶液ph降低b烧杯b中发生氧化反应c烧杯a中发生的反应为2h2e=h2d烧杯b中发生的反应为2cl2e=cl2解析由题给原电池装置可知，电子经过导线，由zn电极流向fe电极，则o2在fe电极发生还原反应：o22h2o4e=4oh，烧杯a中c(oh)增大，溶液的ph升高。烧杯b中，zn发生氧化反应：zn2e=zn2。答案b考点二 原电池工作原理的应用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，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，则金属a的金属活动性比b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cuzn原电池，加快反应进行3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。4设计制作化学电源 设计原电池时要紧扣构成原电池的条件(1)首要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或导电的非金属如石墨)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)，则左右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图。如根据2fe3+cu=2fe2+cu2+设计原电池： 负极：cu-2e-=cu2+正极：2fe3+2e-=2fe2+【高考警示钟】(1)能设计成原电池的反应一定是放热的氧化还原反应，吸热反应不可能将化学能转化为电能。(2)利用原电池原理可加快制氢气的速率，但可能影响生成氢气的量。需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决于酸的量。(3)设计原电池时，负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以。【典例2】控