一对一讲义原电池.doc

树人教育集团 专业中小学文化课辅导树人教育暑期班高一化学个性化辅导第八次讲义高一化学强化 第八讲 化学能与电能原电池一、化学能与电能的相互转化 化石燃料燃烧 蒸汽 发电机 1.火力发电： 化学能 热能 机械能 电能 （氧化还原反应） 化学电池2.化学电源： 化学能 电能 （氧化还原反应） 二、原电池1、概念：原电池是把化学能转化为电能的装置2、形成原电池的一般条件：(1)两极：活泼性不同的金属(或一种是金属，另一种是非金属导体) (2)电解质溶液：电极必与电解质溶液接触。(3)形成闭合回路：电极相互接触或用导线、盐桥连接。 (4)能发生自发的氧化还原反应例1：在下图所示的装置中，能够发生原电池反应的是（ ） E F练习1:下图所示的装置能够组成原电池且产生电流的是 （ ）3、原电池的工作原理锌铜原电池（为例）能量转换（实质）（两极分别发生氧化还原反应，产生电流）电极名称负 极（电子流出的一极）正 极（电子流入的一极）材料较活泼金属（Zn）较不活泼金属(Cu)电解液（H2SO4），通常能和某一电极发生反应电极反应负极（Zn）：Zn - 2e- = Zn2+ (氧化反应) 正极（Cu）：2H+ + 2e- = H2 (还原反应) 总反应：Zn+2H+=Zn2+H2该氧化还原反应的化学能转变为电能。负极：失去电子（氧化）正极：得到电子（还原）规律：负氧正还池内离子移向阳离子向 正 极作定向移动 阴离子向 负 极作定向移动 （池内）电流：由 负 极 到 正 极（溶液中无电子）电子迁移 （池外）电子流动：由 负 极到 正极 （池外）电流：由 正 极 到 负 极注意事项：电流流向电路：正极负极 内电路：负极正极 外电路：电子经导线流向：负极正极 内电路：阳离子流向正极阴离子流向负极电流形成闭合回路流动，外电路中是电子的定向移动传递电流，而内电路是由于离子的定向移动传递工作原理：一般的氧化还原反应是还原剂把电子直接转移给氧化剂，如：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2，反应中锌把电子直接转移给硫酸；原电池装置是把氧化还原反应的氧化剂和还原剂分开，使氧化反应和还原反应在两个不同的区域进行，通过外接导线使电子从还原剂区域流向氧化剂区域，从而在外电路形成电流。例2、关于如图所示装置的叙述，正确的是 （ ）A、铜是阳极，铜片上有气泡产 B、铜片质量逐渐减少C、电流从锌片经导线流向铜片 D、氢离子在铜片表面被还原例3. 如下图所示，电流表G发生偏转，同时A极质量增加，B极质量减少，C为电解质溶液。则A、B、C分别为（ ）A. A是Zn，B是Cu，C是稀硫酸 B. A是Cu，B是Zn，C是稀硫酸C. A是Fe，B是Ag，C是稀AgNO3溶液D. A是Ag，B是Fe，C是稀AgNO3溶液例4、已知空气锌电池的电极反应：锌片：Zn2OH2e ZnO H2O，石墨：1/2 O2H2O 2e2OH据次推断锌片是 （ ） A、负极，被氧化 B、负极，被还原 C、正极，被氧化 D、正极，被还原例5我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中 的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为：4A1+3O2+6H2O = 4A1（OH3， 下列说法不正确的是 （ ） A正极反应式为：O2+2H2O+4e =40H - B电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极 C以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积 D该电池通常只需更换铝板就可继续使用 三、原电池的正、负极的判断方法 1、由组成原电池的两极的电极材料判断。一般是活泼的金属是负极，活泼性较弱的金属或能导电的非 金属是正极。注意：如Mg、Al与NaOH溶液形成原电池；Fe、Cu与浓硝酸形成原电池。都是相对不活泼金属作负极。 2、根据电流方向或电子流动方向判断。电流是由正极流向负极，电子流动方向是由负极流向正极。 3、根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子流向负极。 4、根据原电池两极发生的电极反应判断5.据反应现象判断：溶解的一极为负极，增重或者有气泡放出的一极为正极。例6铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，锌片是（ D ） A阴极 B正极 C阳极 D负极例7在如图所示的装置中，a的金属性比氢要强，b为碳棒，关于此装置的各种叙述不正确的是 （ B ） A碳棒上有气体放出，溶液酸性变弱 Ba是正极，b是负极 C导线中有电子流动，电流从a极到b极 Da极上发生了还原反应例8、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四、原电池电池反应和电极反应的书写1、电池反应和电极反应的概念电极反应：别在负极和正极进行的氧化和还原反应叫做电极反应。电池反应：电池反应的总反应叫做总电池反应式或电池反应式。书写时，将两个电级反应式相加，消去电子，即得原电池的电池反应式。 2原电池电极反应的书写方法原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应，书写电极反应的方法归纳如下：(1)写出总化学反应方程式（即氧化还原反应方程式）；(2)根据总反应方程式从电子得失（或元素化合价升降）的角度，将总反应分成氧化反应和还原反应；(3)氧化反应在负极发生，还原反应在正极发生，注意介质可能参与反应；(4)验证；两电极反应式相加所得式子和原化学方程式相同，则书写正确。说明：（1）写电极反应式要遵从客观事实，写出的电极反应式既要符合质量守恒又要符合电荷守恒： 两极得失电子数相等； 电极反应式常用“=”或用“”； 电极反应式中若有气体生成需加“”书写过程归纳：列物质，标得失 （列出电极上的物质变化，根据价态变化标明电子得失）。 选离子，配电荷 （根据介质选择合适的离子，配平电荷，使符合电荷守）。巧用水，配个数 （通常介质为水溶液，可选用水配平质量守恒）例9、镁铝电池：（负极Al，正极Mg，电解液KOH） 负极(Al)： 2Al + 8OH6e 2AlO2+4H2O 正极(Mg）： 6H2O + 6e 3H2+6OH总反应化学方程式： 2Al + 2OH + 2H2O 2AlO2+ 3H2例10、如图所示，若电极材料A是Mg，B是Al，判断该电池的正负极，并写出电极反应式。【1】若将电解质换成NaOH溶液，则该电池的正负极和电极反应有什么变化？【2】若将电极材料换成ACu，BAl呢？【3】若将电极材料换成ACu，BAl，且电解质换成浓HNO3呢？ 答案：负极Mg：Mg 2e=Mg2+；正极Al：2H+2e= H21负极Al：2Al+8OH6e=2AlO2+4H2O；正极Mg：6H2O+6e =3H2+6OH2负极Al：Al3e= Al 3+；正极Cu：2H+2e= H23负极Cu：Cu 2e=Cu2+；正极Al：4H+2NO3+2e=2NO2+2H2O。练习：如图所示，组成一个原电池。（1）当电解质溶液为稀硫酸时：Fe电极是 （填“正”或“负”）极，其电极反应 为 ，该反应是 （填“氧化”或“还原”）反应；Cu电极是 （填“正”或“负”）极，其电极反应为 ，该反应是 反应。（2）当电解质溶液为稀硝酸时：Fe电极是 极，其电极反应为 ，该反应是 反应。Cu电极是 极，其电极反应为 ，该反应是 反应。答案：（1）负Fe-2e-=Fe2+氧化正2H+2e-=H2还原（2）负Fe-3e-=Fe3+（或Fe-2e-=Fe2+）氧化 正4H+NO-3+3e-=NO+2H2O还原练习:依据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s) = Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如图所示。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。练习：铜锌硫酸原电池中，锌为 极， 电子，电极发生的是 反应（填氧化或还原），电极反应式为 ；铜为 极， 电子，电极发生的是 反应，电极反应式为 ，铜片上观察到的现象为 。例11:钢铁发生电化学腐蚀时,负极发生的反应 （ ）A2H+2e-=H2B2H2O+O2+4e-= 4OH- CFe-2e-=Fe2+ D4OH-+4e-=2H2O+O2五：原电池原理的应用1.比较金属的活动性原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。例如，有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，A为负极，B为正极，金属活动性AB。例12: 有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线联结起来，浸入电解质溶液中，B不易被腐蚀；将A、D分别投入到等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液中无明显变化；将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。据此可推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为 （ ）ADCAB BDABC CDBAC DBADC练习： X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成原电池时，Y为负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为（ ）A. X Y Z B. X Z Y C. Y X Z D. Y Z X练习：有A，B，C，D四种金属。将A与B用导线连接起来浸入电解质溶液中，B不易腐蚀，将A，D分别投入等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈，将铜浸入B的盐溶液中，无明显变化，若将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。据此判断这四种金属的活动性由强到弱的顺序是（ ） A. DCAB B. DABC C. DBAC D. BADC2.加快氧化还原反应速率（1）实验室用Zn和稀H2SO4（或稀HCl）反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快，原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4的溶液形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。（2）如果用纯锌，可以在稀H2SO4溶液中加入少量的CuSO4溶液，也同样会加快产生H2的速率，原因是Cu2+Zn=Cu+Zn2+，生成的Cu和Zn在稀H2SO4溶液中形成原电池，加快了锌的腐蚀，产生H2的速率加快。例13:100mL浓度为2 molL-1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是 （ ）A加入适量的6molL-1的盐酸 B加入数滴氯化铜溶液 C加入适量蒸馏水 D加入适量的氯化钠溶液3.设计原电池从理论上说，自发氧化还原反应都可以设计成原电池。例如，利用Cu+2FeCl3=2 FeCl2+CuCl2的氧化还原反应设计原电池，由反应式可知：Cu失去电子作负极，FeCl3（Fe3+）在正极上得到电子，且作电解质溶液，正极为活泼性比Cu弱的金属或导电的非金属等。如图该原电池的电极反应式为：负极（Cu）：CuCu2+2e（氧化反应）正极（C）：2Fe3+2e2Fe2+（还原反应）说明：原电池为什么能加快化学反应速率？ 以Fe与稀H2SO4溶液的反应为例说明。如下图所示：甲中，Fe失去e，变为Fe2+，Fe2+进入溶液，排斥了Fe片周围的H+，H+欲得电子须突破Fe2+形成的屏障，因而受到阻碍。乙中，Fe失去e，e转移到Cu片上，Cu片一侧没有Fe2+屏障，H+得e不受阻碍，故其化学反应速率较快。练习：下面是四个化学反应，你认为理论上不可用于设计原电池的是（ ）A.2Al+2NaOH+6H2O=2NaAl(OH)4+3H2 B.2H2+O2=2H2OC.Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3 D.CH4+2O2=CO2+2H2O练习.根据氧化还原反应方程式：2Fe3+Fe=3Fe2+,请将其设计成原电池：（1）电极的负极是 。（2）可用 等材料作正极。（3）正极发生的电极反应式是 。答案（1）Fe（2）活动性比铁弱的导体（3）Fe3+e-=Fe2+六：化学电源类型含义示例一次电池只能使用一次，不能充电复原继续使用的化学电池酸（或碱）性锌锰干电池、银锌钮扣电池二次电池放电后能充电复原继续使用的化学电池铅蓄电池、镍镉蓄电池、银锌蓄电池燃料电池将燃料燃烧的化学能直接转变成电能的电池氢氧燃料电池、铝空气电池、熔融盐电池七：与原电池有关的计算例14:. 对于锌铜稀硫酸组成的原电池装置中，当导线中有1 mol电子通过时，理论上的两极变化是 锌片溶解了32.5 g锌片增重32.5g 铜片上析出lg H2 铜片上析出1 mol H2A. 和 B. 和 C. 和 D. 和例15:由铜片、锌片和300ml稀硫酸组成的原电池中，若锌片只发生电化腐蚀，则当在铜片上共放出33.6L（标况）气体时，H2SO4恰好全部反应完则：（1）该原电池的总反应式为 Zn+H2SO4=ZnSO4+H2（2）产生上列气体共消耗锌多少克？（3）反应中外线路通过的电子数是多少？（4）原稀硫酸溶液的物质的量浓度是多少解：（1）锌能和稀硫酸发生氧化还原反应，生成硫酸锌和氢气，故答案为：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2（2）Zn+H2SO4 =ZnSO4 +H2 65g22.4L97.5克33.6L故答案为97.5克（3）Zn+H2SO4 =ZnSO4 +H2 转移电子22.4L 2NA33.6L 3NA故答案为：3NA（或：36.021023个）（4）Zn+H2SO4 =ZnSO4 +H2 1mol 22.4L1.5mol 33.6L C（H2SO4）=5mol/L 基础训练一、选择题 1铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，锌片是（ D ） A阴极 B正极 C阳极 D负极2人造地球卫星用到的一种高能电池银锌蓄电池，它在放电时的电极反应为：Zn + 2OH 2eZnO + H2O，Ag2O + H2O + 2e2Ag + 2OH，据此判断氧化银是（ B ） A负极，并被氧化 B正极，并被还原 C负极，并被还原 D正极，并被氧化3下列各组电极均用导线相连，分别插入对应溶质的溶液中，其中不能组成原电池的是（ ）ABCD电极与溶液Zn、C硫酸Cu、Ag硝酸银Zn、Cu蔗糖Mg、Al氢氧化钠4下列关于实验现象的描述不正确的是（ ）A.铜锌组成原电池中电子是从锌经过导线流向铜 B.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡C.把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁D.把锌片放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快5下列关于原电池的叙述中正确的是（ A ） A原电池能将化学能转变为电能 B原电池负极发生的电极反应是还原反应C原电池在工作时其正极不断产生电子并经外电路流向负极D原电池的电极只能由两种不同的金属构成6下列装置属于原电池的是（ BC ） 7下图中电流表的指针发生偏移，且B棒的质量增加，则可能的情况是（ ）A. B为正极，C为CuSO4溶液 B. A为正极，C为CuSO4溶液C. B为正极，C为稀H2SO4溶液 D. B为正极，C为稀AgNO3溶液8把a、b、c、d四块金属浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c为负极；a、c相连时，c为正极；b、d相连时，b为正极。则这四种金属活动性由大到小的顺序为（ ） A. abcd B. acdb C. cabd D. bdca9：某原电池发生的总的离子方程式为：Zn + Cu2= Cu + Zn2，那么该原电池的正确组合为 （ ）ABCD正极ZnCuZnFe负极CuZnZnZn电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4CuCl210电子计算器中所用的纽扣电池为银锌电池，其电极分别为Ag2O 和Zn ,电解质溶液为KOH溶液。电极反应式为：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2、Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-下列叙述中，正确的是（ ） A. 电流由锌经外电路流向氧化银 B. 锌是负极，氧化银是正极C. 工作时，负极区溶液pH减小,正极区pH增大D. 溶液中OH-向正极移动，K+、H+向负极移动11、下列关于原电池的叙述,错误的是 （ ）A.构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属B.原电池是将化学能转变为电能的装置 C.在原电池中,电子流出的一极是负极,发生氧化反应D.原电池放电时,电流的方向是从负极到正极 12、某原电池总反应离子方程式为2Fe3 + Fe = 3Fe2能实现该反应的原电池是 （ ）A.正极为铜，负极为铁，电解质溶液为FeCl3溶液B.正极为铜，负极为铁，电解质溶液为Fe(NO3)2溶液C.正极为铁，负极为锌，电解质溶液为Fe2(SO4)3 D.正极为银，负极为铁，电解质溶液为CuSO413、氢氧燃料电池用于航天飞船，电极反应产生的水，经过冷凝后可用作航天员的饮用水，其电极反应如下：负极：2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O 正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH，当得到1.8L饮用水时，电池内转移的电子数约为 ( ) A.1.8mol B.3.6mol C.100mol D.200mol14实验室中制取氢气，最好的方法是 ( ) A纯锌与稀硫酸反应 B纯锌与浓硫酸反应C纯锌与稀盐酸反应 D粗锌(含铜、银)与稀硫酸反应15某金属能和盐酸反应生成氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，则该金属可能为( )。 A铝 B铜 C锡 D硅16将锌片和铜片用导线连接于同一稀硫酸溶液中。下列叙述正确的是( ) A正极附近硫酸根离子的浓度逐渐增大 B负极附近硫酸根离子的浓度逐渐增大 C正极、负极硫酸根离子的浓度基本不变 D正极附近硫酸根离子的浓度逐渐减少17由铝，铁，铜，银和稀硫酸，可以组成原电池的总数为 ( ) A3种 B4种 C5种 D6种18.某原电池的总反应是Zn+Cu2+=Zn2+Cu，该原电池的正确组成是 （ ）AB CD正极ZnCuZnCu负极CuZnCuZn电解质溶液CuCl2CuCl2ZnCl2ZnCl219.有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：（1）A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；（2）C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流方向：D导线C；（3）A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；（4）B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应。据此，判断四种金属的活动性顺序是 （ ）A.ABCD B.ACDB C.CABD D.BDCA20.某原电池由M、N两根电极、导线和电解质溶液组成，工作时，M电极变粗，N电极变细，由此判读该电池中电极材料和电解质溶液可能是 （ ）M电极N电极电解质溶液A锌铜稀硫酸B铜铁稀盐酸C银锌硝酸银溶液D锌铁硝酸铁溶液21如图所示装置：（1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的现象为 。两极反应式为：正极 ；负极 。该装置将 能转化为 能。（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，则负极为 ，总反应方程为 答案：（1）镁逐渐溶解，铝极上有气泡冒出，电流表指针发生偏转； 正极：2H+2e=H2 负极：Mg2e=Mg2+ 化学能、电能 （2）Al；2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2知能训练1、由铜、锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的pH怎样变化 （ ）A不变 B.先变小后变大 C.逐渐变大 D.逐渐变小2、对铜-锌-稀硫酸构成的原电池中,当导线中有1mol电子通过时,理论上的两极变化是锌片溶解了32.5g锌片增重了32.5g铜片上析出1g H2铜片上析出1molH2A. B. C. D. 3、 X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成的原电池时，Y为电池的负极，则X、Y、Z三种金属的活动顺序为 A.X Y Z B. X Z Y C. Y X Z D. Y Z X4、将铜棒和铝棒用导线连接后插入浓硝酸溶液中，下列叙述正确的是 A.该装置能形成原电池，其中铝是负极 B该装置能形成原电池，其中铜是负极C该装置不能形成原电池 D.以上说法均不正确5、碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛使用，锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应为：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)下列说法错误的是 A电池工作时，锌失去电子B电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-Mn2O3(s)+2OH-(aq)C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g6、微型锂电池可作植入某些心脏病人体内的心脏起博器所用的电源，这种电池中的电解质是固体电解质LiI，其中的导电离子是I-.下列有关说法正确的是 A正