专题4原电池原理应用

寒假专题四 原电池装置、原理及应用【高频考点解读】1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。【热点题型】例1、分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()A中Mg作负极，中Fe作负极B中Mg作正极，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2C中Fe作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2D中Cu作正极，电极反应式为2H2e=H2【提分秘籍】 (1)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。(2)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。(3)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。(4)原电池电极的“正”极与“负”极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。【举一反三】一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H。下列有关说法正确的是 ()A检测时，电解质溶液中的H向负极移动B若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气C电池反应的化学方程式为CH3CH2OHO2=CH3COOHH2OD正极上发生的反应为O24e2H2O=4OH题型二 化学电源例2、铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正负极极板是惰性材料，请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：(1)电解液中H2SO4的浓度将变_；当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加_g。(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按上图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成_，B电极上生成_，此时铅蓄电池的正负极的极性将_。【提分秘籍】 1 碱性锌锰干电池一次电池正极反应：2MnO22H2O2e=2MnO(OH)2OH；负极反应：Zn2e2OH=Zn(OH)2。总反应式：Zn2MnO22H2O=2MnO(OH)Zn(OH)2。2 锌银电池一次电池负极反应：Zn2OH2e=ZnOH2O；正极反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH；总反应式：ZnAg2O=ZnO2Ag。3 二次电池(可充电电池)铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。(1)放电时的反应负极反应：Pb2eSO=PbSO4 正极反应：PbO22e4HSO=PbSO42H2O总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O(2)充电时的反应阴极反应：PbSO42e=PbSO 阳极反应：PbSO42H2O2e=PbO24HSO总反应：2PbSO42H2O=PbPbO22H2SO44 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。酸性碱性负极反应式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O24e4H=2H2OO22H2O4e=4OH电池总反应式2H2O2=2H2O【举一反三】以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：(1)酸性条件燃料电池总反应式：CH42O2=CO22H2O燃料电池正极反应式：O24H4e=2H2O2，得燃料电池负极反应式：_。(2)碱性条件燃料电池总反应式：CH42O22NaOH=Na2CO33H2O燃料电池正极反应式：O22H2O4e=4OH2，得燃料电池负极反应式：_。(3)固体电解质(高温下能传导O2)燃料电池总反应式：CH42O2=CO22H2O燃料电池正极反应式：O24e=2O22，得燃料电池负极反应式：_。(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电池总反应式：CH42O2=CO22H2O。正极电极反应式：O22CO24e=2CO。电池总反应式正极电极反应式得负极电极反应式：_。题型三 电极反应式的书写 例3、有人设计以Pt和Zn为电极材料，埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源。它依靠跟人体内体液中含有的一定浓度的溶解氧、H和Zn2进行工作，试写出该电池的两极反应式。【提分秘籍】原电池电极反应式的书写程序1“加减法”书写电极反应式(1)先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。(2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH，若电解质溶液为酸性，则H必须写入正极反应式中，O2生成水。(3)正负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。2燃料电池电极反应式的书写电极：惰性电极。燃料包含：H2、CO、烃(如CH4、C2H6)、醇(如C2H5OH)等。电解质包含：酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；碱性电解质溶液，如NaOH溶液；熔融氧化物，如Y2O3；熔融碳酸盐，如K2CO3等。第一步：写出电池总反应式燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。如氢氧燃料电池的总反应式为2H2O2=2H2O；甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应式为CH42O2=CO22H2OCO22NaOH=Na2CO3H2O式式得燃料电池总反应式为CH42O22NaOH=Na2CO33H2O第二步：写出电池的正极反应式根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O24H4e=2H2O(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O22H2O4e=4OH(3)固体电解质(高温下能传导O2)环境下电极反应式：O24e=2O2(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电极反应式：O22CO24e=2CO。第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系：电池的总反应式电池正极反应式电池负极反应式故根据第一、二步写出的反应，有：电池的总反应式电池正极反应式电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。【举一反三】LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为4Li2SOCl2=4LiClSSO2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_，发生的电极反应为_。(2)电池正极发生的电极反应为_ _。题型四 原电池原理的应用例4、燃料在电池中直接被氧化而产生电能的装置叫燃料电池，它是一种高效低污染的新型电池。燃料电池所用燃料可以是氢气，也可以是其他燃料，如甲醇、肼等。肼分子(H2NNH2)可以在氧气中燃烧生成氮气和水，利用肼、氧气与KOH溶液组成碱性燃料电池，请写出该电池反应的电极反应式和总反应式：_；并指出电解质溶液中OH向哪极移动：_。【提分秘籍】 1加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。2比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。例如，有两种金属a、b，用导线连接后插入到稀H2SO4中，观察到a溶解，b极上有气泡产生，则金属a作负极，比金属b活泼。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：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设计电池，制造化学电源理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极。(2)确定电极材料如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。发生还原反应的电极材料必须不如负极材料活泼。(3)确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可。(4)构成闭合回路。如根据以下两个反应设计的原电池如下表所示：原理负极正极电解质溶液电极反应2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2CuC(Fe3)FeCl3负极：Cu2e=Cu2正极：2Fe32e=2Fe22H2O22H2OPt(H2)Pt(O2)KOH负极：2H24OH4e=4H2O正极：O22H2O4e=4OH5.探究金属腐蚀的快慢规律(1)不同类型的腐蚀规律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措施的腐蚀(2)电化学腐蚀规律对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。活动性不同的两金属：活动性差别越大，活动金属腐蚀越快。对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快，且氧化剂的浓度越高，腐蚀越快。对于不同氧化剂来说，氧化性越强，金属腐蚀越快。【举一反三】四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。相连时，外电路电流从流向；相连时，为正极；相连时，上有气泡逸出；相连时,的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是()A B C D强化练习1（2014新课标全国卷）2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是()Aa为电池的正极 B电池充电反应为LiMn2O4=Li1xMn2O4xLiC放电时，a极锂的化合价发生变化 D放电时，溶液中Li从b向a迁移2（2014全国卷）如图所示是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MHNi电池)。下列有关说法不正确的是()A放电时正极反应为NiOOHH2OeNi(OH)2OHB电池的电解液可为KOH溶液C充电时负极反应为MHOHH2OMeDMH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高3（2013新课标全国卷I）银制器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理：在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是（