原电池 化学电源ppt课件.ppt

一、原电池1概念把化学能转化为电能的装置。2工作原理：(以锌铜原电池为例)。,3.原电池构成条件(1)两个活泼性不同的电极。(2)将电极插入电解质溶液中。(3)用导线连接电极构成闭合回路。(4)能自发进行氧化还原反应。,注意：理论上任何一个自发进行的氧化还原反应，都可以选择合适的电极和适当的电解质溶液，设计成原电池。二、常见的化学电源1一次电池碱性锌锰干电池(1)负极材料：Zn，正极材料：MnO2，电解质：KOH。(2)电极反应：负极：Zn2OH2e=Zn(OH)2，正极：2MnO22e2H2O=2MnOOH2OH，总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。,2二次电池(可充电电池)铅蓄电池负极材料是Pb，正极材料是PbO2。负极反应：PbSO422e=PbSO4正极反应：PbO24HSO422e=PbSO42H2O总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O3燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池。,1(2010年泉州模拟)如图所示的装置能够组成原电池产生电流的是()答案：B,2关于如图所示的原电池，下列说法正确的是()A电子从锌电极通过电流表流向铜电极B盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移C锌电极发生还原反应，铜电极发生氧化反应D铜电极上发生的电极反应是2H2e=H2答案：A,3世博会中国馆、主题馆等建筑使用光伏电池，总功率达4兆瓦，是历届世博会之最。下列有关叙述正确的是()A光伏电池是将太阳能转变为电能B光伏电池是将化学能转变为电能C电流从a流向bD图中N型半导体为正极，P型半导体为负极,解析：光伏电池是将太阳能直接转变为电能，A正确，B错误。根据图示，由正、负电荷的移动可知，P型半导体为正极，N型半导体为负极，则外电路中，电流从b流向a，C、D错误。答案：A,4铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解质溶液为稀硫酸。工作时该电池总反应式为Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)。根据上述情况判断：(1)工作时，电解质溶液的pH_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(2)工作时，电解质溶液中阴离子移向_极。(3)电流方向从_极流向_极。(4)写出负极的电极反应式：_。答案：(1)增大(2)负(3)正负(4)Pb(s)SO42(aq)2e=PbSO4(s),要点1原电池工作原理1原理图示以锌铜电池(电解液H2SO4溶液)为例：负极：Zn2e=Zn2；正极：2H2e=H2,对应学生用书126页,2原电池的判定(1)先分析有无外接电源，有外接电源者为电解池，无外接电源者可能为原电池。(2)再依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“四看”：一看电极，两极为导体且活泼性不同；二看溶液，两极插入电解质溶液中；三看回路：形成闭合回路或两极接触；四看本质：有无氧化还原反应发生,名师点睛：原电池的本质是氧化反应或还原反应分别在两个不同区域发生，反应中还原剂失去的电子通过导线转移给氧化剂，从而产生电流。,例1(双选)(2010年广东高考)铜锌原电池(如下图)工作时，下列叙述正确的是()A正极反应为：Zn2e=Zn2B电池反应为：ZnCu2=Zn2CuC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】Zn是负极，故A错；电池反应和没有形成原电池时的氧化还原反应相同，故B正确；根据闭合回路的电流方向，在外电路中，电子由负极流向正极，故C正确；在溶液中，阳离子向正极移动，故D错误。【答案】BC,迁移应用1用Cu片、Al片、Cu(NO3)2溶液、导线构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述不正确的是()A不用导线连接Cu片、Al片，不可能构成原电池B正极反应式为Cu22e=CuC其他条件不变，只将Cu片改为Ag片，Cu(NO3)2溶液改为AgNO3溶液，通过等量电子时，Ag片的质量变化大于Cu片的质量变化D其他条件不变，将Cu(NO3)2溶液改为浓HNO3溶液，负极电极反应式为Cu2e=Cu2,【解析】首先根据Cu、Al和Cu(NO3)2溶液的性质，判断出电池的正、负极，并推写出相应电极反应，然后分析选项C、D时要注意改变电极材料和电解质溶液对电极反应的影响。选项A，将Cu片、Al片直接接触并浸入Cu(NO3)2溶液中也可形成原电池。选项B，因Al的活泼性大于Cu的，所以Al失去电子，Al作电源负极：Al3e=Al3，溶液中Cu2在正极(Cu)获得电子而析出Cu；Cu22e=Cu。选项C,1molCu2得到2mol电子，Cu片质量增加64g，若2molAg得到2mol电子，Ag片质量增加216g，故正确。选项D，在浓HNO3溶液中，Cu失电子能力大于Al失电子能力，所以Cu片作原电池的负极，故正确。【答案】A,要点2原电池正、负极的判断与电极反应式的书写1正、负极的判断,2电极反应式的书写(1)一般电极反应式的书写,名师点晴：(1)原电池正、负极的判断基础是氧化还原反应，如果给出一个方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断。发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。(2)判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如：Al在强碱性溶液中比Mg更易失去电子，Al作负极，Mg作正极；Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。,例2(2010年浙江高考)LiAl/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：2LiFeS2e=Li2SFe。有关该电池的下列说法中，正确的是()ALiAl在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为1B该电池的电池反应式为：2LiFeS=Li2SFeC负极的电极反应式为：Al3e=Al3D充电时，阴极发生的电极反应式为：Li2SFe2e=2LiFeS,【解析】该电池的负极材料为Li单质，则负极电极反应为Lie=Li，故A、C错误，充电时阴极应发生得电子反应，故D错误。【答案】B,迁移应用1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：O22H2O4e=4OHB以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al3OH3e=Al(OH)3C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,【解析】B项，以NaOH溶液为电解液时，不应生成Al(OH)3沉淀，而应生成AlO2。C项，电解液的pH应减小。D项，电子通过外电路从负极流向正极。【答案】A,要点3原电池原理的应用1加快化学反应速率理论上，氧化还原反应均可设计成原电池，因有电流产生，加快了电子的转移，从而加快了化学反应速率。如：实验室利用Zn与稀H2SO4反应制取H2时，稀H2SO4中滴入几滴CuSO4溶液，从而加快了H2的逸出。2比较金属的活泼性根据溶解(或质量减轻)的为负极，质量增加(或产生气泡)的为正极，结合负极活泼性正极活泼性，便作出结论。,3用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，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原电池的构成条件。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及电解质溶液。,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。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含有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的溶液中。,(3)按要求画出原电池装置图。如根据以下反应设计的原电池：,名师点晴：设计该原电池时，若氧化还原反应无明确的电解质溶液，可用水作电解质，为了增强其导电性，要加入强碱或强酸以增加水的导电性。如燃料电池，在水中一般要加入NaOH或H2SO4或Na2SO4溶液等。,例3已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、NaOH溶液、盐酸。按要求回答下列问题。(1)电工操作上规定不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。说明原因：_。(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铜溶液，外加导线，能否构成原电池？_，若能，请写出电极反应式，负极_，正极_。(若不能，后面两空不填)。,(3)通常说的燃料电池都以铂为电极，将燃烧反应的化学能转化为电能，在燃料电池中，可燃物在_极反应，_在另一极反应。【解析】本题主要考查原电池原理的应用。(1)铜和铝的活泼性不同，潮湿的环境可以形成原电池，加快铝的腐蚀。(2)铜虽然是活泼性弱的金属，但不是惰性电极，铜与石墨经导线连接在盐溶液中可以构成原电池，铜作负极。正极反应是溶解在溶液中的氧气得电子，酸性溶液中的电极反应为：O24H4e=2H2O，中性或弱碱性溶液中的电极反应式为：O22H2O4e=4OH,(3)燃料电池中都是燃料在负极反应，助燃物在正极反应。【答案】(1)铜铝接触在潮湿的环境中形成原电池反应，加快了铝腐蚀的速率，易造成电路断路(2)能2Cu4e=2Cu2O24H4e=2H2O(3)负助燃物,迁移应用3请运用原电池原理设计实验，验证Cu2、Fe3氧化性的强弱。请画出实验装置图并写出电极反应式。【答案】正极反应：2Fe32e=2Fe2负极反应：Cu2e=Cu2,易错点1对有关原电池的相关概念不理解，导致错误例1下列有关电池的说法不正确的是()A手机上用的锂离子电池属于二次电池B铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D锌猛干电池中锌电极是负极,对应学生用书127页,【错因分析】如果不理解“二次电池”的含义，则会错选A项。【正确解答】本题考查电池原理，涉及电池分类、电子流向、能量转化形式、电极判断等。二次电池也就是可充电电池，A项正确；铜锌原电池中，铜为正极，锌为负极，锌失电子，电子通过外电路导线流向铜电极(正极)，B项错误；燃料电池可将化学能转化为电能，C项正确；锌锰干电池中锌为负极，D项正确。答案B,易错再练张明在超市看到一种电池外壳的纸层包装，印有如右图所文字。有关说法错误的是()A该电池不是可充电干电池B随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程。其首要原因是防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染,C该电池含有的金属元素中毒性最大的是HgD此电池工作时，外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小3.25g【解析】电池工作时，锌失去电子，电极反应式为Zn=Zn22e，所以外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上应减少6.5g，所以D项错。【答案】D,易错点2忽略介质的作用例2某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液。下列有关该电池的叙述不正确的是()A正极反应式为：O22H2O4e=4OHB工作一段时间后，电解液中的KOH的物质的量不变C该燃料电池的总反应方程式为：2H2O2=2H2OD用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24LCl2(标准状况)时，有0.1mol电子转移,【错因分析】易错选A，注意碱性条件下和酸性条件下氢氧燃料电池的正极反应式是不相同的，碱性条件下该式是正确的。【正确解答】氢氧燃料电池的总反应式是：2H2O2=2H2O，电解液为KOH溶液，故其正极的反应式为：O22H2O4e=4OH，负极的反应式为：2H24OH4e=4H2O，反应过程中生成和消耗的OH的量相等，故KOH的物质的量不变，A、B、C均正确；D中根据电解CuCl2溶液时各离子的放电顺序，可知阳极产生的是Cl2，电极反应式为：2Cl2e=Cl2，故产生2.24L氯气时转移电子应为0.2mol。答案：D,易错再练用除去氧化铝的铝片与镁片作电极，在X电解质溶液中构成原电池，如表所示：其中正确的是_(填序号)，由此推知金属作电极不仅与本身性质相关，而且与_有关。,【解析】当电解质为强碱溶液时，AlMg电池的负极为Al，而不是Mg，A项正确；B项中的负极为Mg，错误；C项中的电极判断正确，但电极反应式书写错误，正确的反应式为：正极2NO34H2e=2NO22H2O，负极Mg2e=Mg2。【答案】A电解质性质,1(2010年陕西高考)根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是()A2Ag(s)Cd2(aq)=2Ag(aq)Cd(s)BCo2(aq)Cd(s)=Co(s)Cd2(aq),对应学生用书128页,C2Ag(aq)Cd(s)=2Ag(s)Cd2(aq)D2Ag(aq)Co(s)=2Ag(s)Co2(aq)解析：由原电池的正负极材料可知，金属活动性有：CdCoAg，则A中原理错误。答案：A,2(2010年江苏高考)下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：O22H2O4e=4OHC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,3(2010年安徽高考)某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：2H2O2=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Bb极上的电极反应式为：O22H2O4e=4OHC每转移0.1mol电子，消耗1.12L的H2DH由a极通过固体酸电解质传递到b极解析：首先明确a为负极，这样电子应该是通过外电路由a极流向b极，A选项错；B选项反应应为O24e4H=2H2O；C选项没有告知是否在标准状况下。答案：D,4利用水果(如苹果)可以制作原电池，如图所示。以下说法正确的是()A电流计指针偏转时，说明发生了氧化还原反应B苹果汁中无电解质C两个电极的材料可以相同D水果电池工作时氧化反应和还原反应在同一处进行,解析：水果电池工作时发生氧化还原反应，所以A正确；据原电池的构成条件知B、C错误；原电池工作原理是发生气体还原反应，但氧化反应和还原反应分别在两极上进行，故而D错误。答案：A,5如图所示，最近美国医学家利用人体自身环境设计了心脏起博器，其动力由人体体液中的能量物质提供。下列有关说法正确的是()A图中“？”为人体中的脂肪BO2极为心脏起博器的负极C产生的CO2使人体血液呈酸性，长期使用对人体有害D电池正极的电极反应式为O22H2O4e=4OH,解析：本题将原电池原理进行拓展和创新，所以解答时首先要了解人体体液中的能量物质，其次要根据原电池原理来分析心脏起博器的正、负极。选项A，人体体液中的能量提供者是葡萄糖，不是脂肪。选项B，体液中的葡萄糖为电池的负极。选项C，人体呼吸也会产生二氧化碳，通过人体的调节不会使人体血液呈酸性。选项D，O2获得电子为电池的正极，其电极反应式为O22H2O4e=4OH。答案：D,6设计燃料电池使汽油氧化直接产生电流，是本世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入汽油蒸气，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2。回答下列问题：(1)以辛烷为汽油代表物，则这个电池放电时发生反应的化学方程式是_。(2)这个电池负极的电极反应式为C8H1825O250e=8CO29H2O，正极的电极反应式为_。固体电解质里O2的移动方向是_，向外电路释放电子的电极是_。,(3)人们追求燃料电池氧化汽油，而不在内燃机里燃烧汽油产生动力的主要原因是_。解析：(1)燃料电池放电总反应式为2C8H1825O2=16CO218H2O。(2)正极上O2得到电子生成O2，正极反应式为O24e=2O2；在正极上生成的O2向负极移动；电子从负极移向外电路。(3)燃料电池氧化汽油不会产生CO、NO等污染性气体。答案：(1)2C8H1825O2=16CO218H2O(2)O24e=2O2移向负极负极(3)燃料电池污染小，燃料利用率高,氢氧燃料电池的制作燃料电池是一种高效的发电装置，氢气、氧气、甲烷等是常用的原料。燃烧电池具有能量转化率高、无污染、节约金属资源等优点，具有巨大的应用价值。下面我们运用已学过的原电池、电解水等知识来制作简易的氢氧燃料电池。制作原理由于多孔碳表面积大，能吸附氢气、氧气，所以可以用多孔碳棒作燃料电池的正、负极，用30%氢氧化钾溶液作电解质溶液。