第6章第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 工作原理 以锌 铜原电池为例 化学能 电能 Zn Zn2 2e Cu2 2e Cu 锌片铜片 氧化反应还原反应 锌片 铜片 负极 正极 3 原电池构成条件 1 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 活泼性不同 电解质溶液 闭合回路 1 盐桥的作用是什么 提示 盐桥的作用 避免负极失去的电子不经外电路直接转移给溶液中得电子的微粒 降低发电效率 维持电解质溶液中的电荷平衡 构成闭合回路 二 常见的化学电源1 一次电池 锌锰干电池 Mn OH 2 2OH Zn Zn2 2e 2 二次电池 可充电电池 常见的二次电池是铅蓄电池 又称可充电电池 负极材料是 电极反应式为 正极材料是 电极反应式为 电池反应方程式 充电时 负极接电源的极 正极接电源的极 Pb PbO2 负 正 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 2H2 4H 4e 2H2 4OH 4H2O 4e O2 4H 4e 2H2O O2 2H2O 4e 4OH 2 是否只能在O2中燃烧的物质才能设计成原电池 提示 否 H2和Cl2也能构成原电池 凡是氧化还原反应 理论上都可设计原电池 三 金属的腐蚀与防护1 金属的腐蚀 1 概念 金属表面与周围的物质发生化学反应或因作用而遭到破坏 2 实质 金属原子 M 失去电子而被氧化 M Mn ne 3 分类 电化学 直接 原电池 2 电化学腐蚀 1 的金属在空气中或跟接触时 形成发生的腐蚀 2 电化学腐蚀类型 不纯 潮湿的 电解质溶液 原电池 弱酸性或中性 较强酸 2H2O O2 4e 4OH 2H 2e H2 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 惰性电极作 3 改变内部结构 如制成不锈钢等 正极 负极 阴极 阳极 3 金属腐蚀的一般规律有哪些 提示 1 电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防护腐蚀措施的腐蚀 2 对同一种金属来说 腐蚀的快慢 强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液 3 活泼性不同的两金属 活泼性差别越大 腐蚀越快 4 对同一种电解质溶液来说 电解质溶液浓度越大 腐蚀越快 5 由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液 故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式 另外 只有在金属活动性顺序表中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀 而位于氢之后的金属腐蚀时只能是吸氧腐蚀 如铁锈的形成 铜绿的形成就属吸氧腐蚀 铜绿形成的原理是 负极 Cu 2Cu 2Cu2 4e 正极 Cu 2H2O O2 4e 4OH 2Cu 2H2O O2 2Cu OH 2 2Cu OH 2 CO2 Cu2 OH 2CO3 H2O 感受 鉴赏 1 2011 镇江模拟 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形管 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 解题指导 选该原电池中铜作负极 银作正极 负极反应式为Cu Cu2 2e 正极反应式为Ag e Ag 正确 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 错误 没有盐桥 原电池不能继续工作 错误 铜与AgNO3溶液的反应和该原电池反应都为Cu 2Ag Cu2 2Ag 正确 C 2 2011 济南模拟 可用于电动汽车的铝 空气燃料电池 通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液 铝合金为负极 空气电极为正极 下列说法正确的是 A 以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时 正极反应都为 O2 2H2O 4e 4OH B 以NaOH溶液为电解液时 负极反应为 Al 3OH Al OH 3 3e C 以NaOH溶液为电解液时 电池在工作过程中电解液的pH保持不变D 电池工作时 电子通过外电路从正极流向负极 解题指导 选B项 以NaOH为电解液时 不应生成Al OH 3沉淀 而应生成 Al OH 4 C项 由电池反应4Al 3O2 4OH 6H2O 4 Al OH 4 知电解液的pH应减小 D项 电子通过外电路从负极流向正极 A 3 2011 聊城期末 下列叙述正确的是 A 纯锌与稀硫酸反应时 加入少量CuSO4溶液 可使反应速率加快B 甲醇和氧气以及KOH溶液构成的新型燃料电池中 其负极上发生的反应为 CH3OH 6OH 6e CO2 5H2OC 在铁上镀铜时 金属铜作阴极D 电解精炼铜时 电解质溶液中铜离子浓度不变 解题指导 选A项中 加入少量CuSO4溶液发生反应 Zn CuSO4 ZnSO4 Cu 置换出的铜和锌 以及稀硫酸构成原电池 使反应速率加快 故A项正确 B项中甲醇作负极反应物 发生氧化反应 失去电子 正确的电极反应式为 CH3OH 8OH CO 6H2O 6e 故B项错误 电镀时 应该镀层金属作阳极 镀件作阴极 若在铁上镀铜 应该金属铜作阳极 故C项错误 电解精炼铜时 由于粗铜中含有Zn Fe等杂质 使电解质溶液中铜离子浓度减小 故D项错误 A 思考 领悟 教师备课园地 拓展 发现 原电池正负极的判断 感受 鉴赏 4 某原电池总反应的离子方程式为2Fe3 Fe 3Fe2 能实现该反应的原电池是 解题指导 选实现反应2Fe3 Fe 3Fe2 的原电池 必须铁为负极 Fe3 的盐溶液为电解质溶液 A符合 A 5 下列事实与电化学腐蚀无关的是 A 光亮的自行车钢圈不易生锈B 黄铜 Cu Zn合金 制的铜锣不易产生铜绿C 铜 铝电线一般不连接起来作导线D 生铁比熟铁 几乎是钝铁 容易生锈 解题指导 选本题涉及到原电池的构成 B C D三项中都能构成原电池 能用电化学知识来解释 A 6 2011 广东模拟精选 一种新型燃料电池 其电解质是掺杂氧化钇 Y2O3 的氧化锆 ZrO2 晶体 在熔融状态下能传导O2 两极分别通入空气 丁烷 下列对该燃料说法正确的是 A 通入空气的一极是正极 电极反应为 O2 2H2O 4e 4OH B 通入丁烷的一极是正极 电极反应为 C4H10 26e 13O2 4CO2 5H2OC 在熔融电解质中 O2 移向负极D 电池的总反应是 2C4H10 13O2 8CO2 10H2O 解题指导 选燃料电池就是借助于燃料燃烧的氧化还原反应来设计的 故此反应的总反应式 2C4H10 13O2 8CO2 10H2O 又根据信息可知氧气得电子后转变成了O2 那就可以写出正极反应 O2 4e 2O2 用总反应式减去电极的正极反应式就得到负极的反应式 C4H10 13O2 4CO2 5H2O 26e CD 思考 领悟 教师备课园地 拓展 发现 原电池原理的应用 1 加快氧化还原反应的速率例如 在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快 2 比较金属活动性强弱例如 有两种金属a和b 用导线连接后插入到稀H2SO4中 观察到a极溶解 b极上有气泡产生 根据现象判断出a是负极 b是正极 由原电池原理可知 金属活动性a b 3 设计化学电池例如 以2FeCl3 Cu 2FeCl2 CuCl2为依据 设计一个原电池 考情分析 原电池工作原理和化学电源知识是电化学知识中的重要内容之一 也是中学化学教学中的重点内容之一 因此成为历年高考的必考内容 题型为选择题和非选择题 其中选择题重点考查判断电极 判断离子或电子的移动方向 电极上发生的反应类型 电极附近或整个溶液的酸碱性 电极反应式的正误等 非选择题重点考查电极反应式和电池反应式的书写 利用原电池工作原理和化学电源知识解释电化学腐蚀与防护 某些反应速率加快的原因 画原电池的装置图和进行简单的有关计算等 高考要求考生通过分析和综合 能够用自然科学的基础知识解释人类生活和社会发展中遇到的某些问题 近几年出现的新技术 新科技有很多与原电池相关 如宇宙飞船上使用的燃料电池 耐用的锂电池等 同时原电池与生物 物理知识相互渗透 如生物电池 废旧电池的危害 化学能与电能的转化等都将是高考试题的热点内容 考题印证 1 2010 江苏高考 右图是一种航天器能量储存系统原理示意图 下列说法正确的是 A 该系统中只存在3种形式的能量转化B 装置Y中负极的电极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH C 装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D 装置X Y形成的子系统能实现物质的零排放 并能实现化学能与电能间的完全转化 解析 本题考查能量转换的知识 意在考查考生综合运用原电池 电解池原理的能力 A项 该系统中存在太阳能与电能 电能与机械能 化学能与电能 电能与化学能等多种形式的能量转化关系 不正确 B项 装置Y是将化学能转化为电能的燃料电池装置 负极应该是H2发生氧化反应 故不正确 C项 装置X为电解水产生氢气和氧气 故正确 D项 装置X Y形成的子系统可以实现物质的零排放 但不可能实现化学能与电能间的完全转化 能量总是有损失的 故不正确 答案 C 2 2010 安徽高考 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 2H 2e 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 3 2010 福建高考 铅蓄电池的工作原理为 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 研读下图 下列判断不正确的是 答案 C 4 2010 广东高考 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 电子从负极流向正极D 盐桥中的K 移向ZnSO4溶液 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 A项错误 电池总反应为 Zn Cu2 Zn2 Cu B项正确 原电池工作时 外电路中电子由负极流出经导线流向正极 C项正确 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 D项错误 答案 BC 5 2010 浙江高考 Li Al FeS电池是一种正在开发的车载电池 该电池中正极的电极反应式为 2Li FeS 2e Li2S Fe 有关该电池的下列说法中 正确的是 A Li Al在电池中作为负极材料 该材料中Li的化合价为 1价B 该电池的电池反应式为 2Li FeS Li2S FeC 负极的电极反应式为 Al 3e Al3 D 充电时 阴极发生的电极反应式为 Li2S Fe 2e 2Li FeS 解析 本题考查原电池知识 意在考查考生分析新型原电池工作原理的能力 从组成材料看 负极应该是单质锂 电极反应为 Li e Li A C项不正确 充电时 阴极即为原电池的负极 但是反应恰好相反 Li e Li D项不正确 答案 B 6 2010 北京崇文1月统练 2008年10月8日 美籍华裔科学家钱永健获得2008年度诺贝