高三一轮复习：《原电池工作原理》

1、2021-6-23 化学基本理论化学基本理论 原电池的工作原理原电池的工作原理 (第一课时） 考点一原电池的工作原理：考点一原电池的工作原理： 1.定义：定义： 化学能转化为电能的装置为原电池。化学能转化为电能的装置为原电池。 从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应均从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应均 可设计成原电池；可设计成原电池； . .电极名称：电极名称： 原电池原电池 相对活泼的电极为负极相对活泼的电极为负极 相对不活泼的电极为正极相对不活泼的电极为正极 3.3.电极反应：电极反应： 原电池原电池 负极：负极： 正极：正极： 失电子的氧化反应失电子的氧化反应 得电子的还原反应得电

2、子的还原反应 （两电极用导线连接（两电极用导线连接，或接触或接触。）。） 活动性不同的金属（或一种金属和一种非金属导活动性不同的金属（或一种金属和一种非金属导 体）体）; 两不活泼的导体石墨或两不活泼的导体石墨或Pt等（燃料电池电极）等（燃料电池电极）; 金属和金属氧化物金属和金属氧化物(铅蓄电池，银锌电池）铅蓄电池，银锌电池）. 4 4、原电池的形成条件、原电池的形成条件 5.5.定向移动方向定向移动方向：电子、离子：电子、离子 原电池原电池 “负极出电子，电子回正极负极出电子，电子回正极” 必发生必发生 失电子失电子 的的 氧化反应氧化反应 必发生必发生 得电子得电子 的的 还原反应还原反

3、应 练习：下列哪几个装置能形成原电池？练习：下列哪几个装置能形成原电池？ CuFe H2SO4 CuZn H2SO4 CuFe NaCl溶溶液液 CuFe NaCl溶液溶液 CuZn 酒酒精精 Cu Zn H2SO4H2SO4 A BCD EFM nZnZ 4OS2H N nZCu 4OS2Cu CuSO4 氧化反应氧化反应 Zn-2e=Zn2+ 铜锌原电池铜锌原电池 电解质电解质 溶液溶液 盐桥盐桥 失失e，沿导线传递，有电流产生，沿导线传递，有电流产生 还原反应还原反应 2H+2e- =H2 阴离子阴离子 阳离子阳离子 总反应：总反应： 负极负极 正极正极 2H+2e- =H2 Zn-2e

4、- =Zn2+ Zn+2H+=Zn2+H2 Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 (离子方程式）离子方程式） （化学方程式）（化学方程式） 电极反应电极反应 正极：正极： 负极：负极：（氧化反应）（氧化反应） （还原反应）（还原反应） 阳离子阳离子 外电路外电路 内电路内电路 6.工作原理：工作原理： （）（）盐桥的作用是什么？盐桥的作用是什么？ 可可提供定向移动的阴阳离子，提供定向移动的阴阳离子， 使由它连接的两溶液保持电使由它连接的两溶液保持电 中性中性，盐桥保障了电子通过，盐桥保障了电子通过 外电路从锌到铜的不断转移，外电路从锌到铜的不断转移， 使锌的溶解和铜的析出过程使锌的溶解和铜的析出

5、过程 得以继续进行。得以继续进行。 导线的作用是传递电子，导线的作用是传递电子， 沟通外电路。而盐桥的作用沟通外电路。而盐桥的作用 则是沟通内电路。则是沟通内电路。 7.双液原电池的工作原理双液原电池的工作原理（有关概念）（有关概念） （）盐桥中装有饱和的（）盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的溶液和琼脂制成的 胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出 盐桥的作用：盐桥的作用： （1 1）形成闭合回路。）形成闭合回路。 （2）平衡电荷。）平衡电荷。 (3)双液原电池双液原电池的的 优点：优点： 能产生持续、稳能产生持续、稳 定的电流。定的电流。 【小试牛刀小试牛刀

6、】依据氧化还原反应：依据氧化还原反应： 2Ag (aq) Cu(s) = Cu2 (aq) 2Ag(s)设计设计 的原电池如图所示。的原电池如图所示。 盐桥盐桥 X Y A CuSO4溶液溶液 电流计电流计 Ag 请回答下列问题：请回答下列问题： (1)电极电极X的材料是的材料是_； 电解质溶液电解质溶液Y是是_； (2)银电极为电池的银电极为电池的_极，极， 发生的电极反应为发生的电极反应为_ X电极上发生的电极反应为电极上发生的电极反应为 _； (3)外电路中的电子是从外电路中的电子是从_电极流向电极流向 _电极。电极。 铜铜(或或Cu) AgNO3溶液溶液 正正 Ag e Ag Cu -

7、2e Cu2 负负(Cu) 正正(Ag) 利用反应利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2 ，设计，设计 一个单液原电池，一个双液原电池（使用盐一个单液原电池，一个双液原电池（使用盐 桥），画出原电池的示意图，并写出电极反应。桥），画出原电池的示意图，并写出电极反应。 参考答案参考答案 (+)(-) G Zn Pt FeCl3 溶液溶液 负极（负极（Zn）：）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）（氧化反应） 正极（正极（Pt或或C）：）：2Fe3+2e-=2Fe2+（还原反应）（还原反应） (+) (-) 盐桥盐桥 Zn C ZnCl2溶液溶液FeCl3溶液溶液 G 考点二、原电池

8、的考点二、原电池的设计设计： 请将氧化还原反应请将氧化还原反应 Cu+2Ag+ = Cu2+2Ag 设计成一个设计成一个 能产生能产生持续、稳定电流的原电池装置持续、稳定电流的原电池装置 Cu CuSO4 Ag AgNO3 例例1 1：判断右边原电池的判断右边原电池的 正、负极，正、负极，并写出电极反应式并写出电极反应式。 考点三：电极的判断及电极反应式的书写考点三：电极的判断及电极反应式的书写 A FeClFeCl3 3溶液溶液 负极：负极：Cu -2e Cu 2+ 正极：正极：2Fe3+ +2e -2Fe2+ Cu C Mg Al A 稀硫酸溶液稀硫酸溶液 NaOHNaOH溶液溶液 （稀硫

9、酸）负极（稀硫酸）负极:Mg -2e-Mg2+ 正极： 正极：2H+2e-H2 （NaOH溶液）溶液） 负极：负极：2Al+8OH- -6e- 2AlO2-+4H2O 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2 正极：正极：6H2O+6e- 3H2+6OH- o 方法一：根据电极材料的性质确定。方法一：根据电极材料的性质确定。 o 1.对于金属对于金属金属电极，金属电极， o 活泼金属是负极，不活泼金属是正极；活泼金属是负极，不活泼金属是正极； o 2.对于金属对于金属非金属电极，非金属电极， o 金属是负极，非金属是正极，如干电池等；金属是负极，非金属是正极，如干电池等； o 3.对于

10、金属对于金属化合物电极，化合物电极， o 金属是负极，化合物是正极。金属是负极，化合物是正极。 o 方法二：根据电极反应的本身确定。方法二：根据电极反应的本身确定。 o 失电子的反应失电子的反应氧化反应氧化反应负极；负极； o 得电子的反应得电子的反应还原反应还原反应正极。正极。 考点三：电极的判断及电极反应式的书写考点三：电极的判断及电极反应式的书写 考点四：原电池原理的应用考点四：原电池原理的应用 (三三)比较金属的活泼性；比较金属的活泼性； 构建原电池，测出正负极，构建原电池，测出正负极， 负极金属活泼性负极金属活泼性 正极正极 (四四)加快某些化学反应的反应速率；加快某些化学反应的反应

11、速率； (一一)设计原电池，制做化学电源；设计原电池，制做化学电源； (二二)金属腐蚀的原理及金属腐蚀的防护。金属腐蚀的原理及金属腐蚀的防护。 o 燃料电池燃料电池 o 熔融盐电池熔融盐电池 一：化学电源一：化学电源 常规电池常规电池 o一次电池一次电池 o二次电池二次电池 新型电池新型电池 Zn+2OH-2e-Zn(OH)2 2MnO +2HO+2e- = 2MnO(OH)+2OH- Zn +2MnO +2HO= Zn(OH)2+2MnO(OH) 负极负极 正极正极 总反应总反应 2、碱性锌锰电池、碱性锌锰电池 一次电池一次电池 负极（锌筒）：负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+， 正极正极

12、（石墨）（石墨）:2NH4+2MnO2 + 2e-=2NH3+Mn2O3+H2O 总反应：总反应： Zn+2NH4+2MnO2= Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O 1、干电池、干电池（NH4Cl糊状物为电解质）糊状物为电解质） 3、银锌电池（、银锌电池（电解质为电解质为KOH） 负极：负极：Zn + 2OH- 2e- = Zn(OH)2 正极：正极：Ag2O + H2O + 2e- = 2Ag + 2OH- 总反应：总反应：Zn + Ag2O + H2O = Zn(OH)2 + 2Ag 4、海水电池、海水电池（电解质溶液为海水）（电解质溶液为海水） 负极：负极：4Al - 12e- = 4

13、Al3+， 正极：正极：3O2+ 6H2O + 12e- = 12OH- 总反应：总反应：4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al(OH)3 1、铅蓄电池、铅蓄电池 PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e - PbSO4 + 2H2O Pb + PbO2 + 2H2SO4 =2PbSO4 + 2H2O 总反应式为：总反应式为： Pb + SO42- -2e - PbSO4负极：负极： 正极：正极： 放电放电 当向外提供当向外提供0.5mol电子时，消耗硫酸的物质的量电子时，消耗硫酸的物质的量 为为 0.5mol 二次电池二次电池 2PbSO4 + 2H2O =Pb + PbO2 +

14、 2H2SO4 PbSO4 + 2H2O - 2e - PbO2 + 4H+ + SO42- PbSO4 + 2e - Pb + SO42- 阳极阳极 阴极阴极 总反应总反应 充电充电 1、铅蓄电池、铅蓄电池 2、锂电池、锂电池（非水有机溶剂电解（非水有机溶剂电解 液）液） 负极：负极：2Li - 2e- = 2Li+， 正极：正极：I2 + 2e- = 2I-， 总反应：总反应：2Li + I2 = 2LiI 跟相同质量的其它金属作负极相比，使用跟相同质量的其它金属作负极相比，使用 寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效 率高、储存寿命长。率高、储存寿命长。

15、 电解液电解液 H2O 1、氢氧燃料电池、氢氧燃料电池 2e-2e- 氢气氢气 氧气氧气 H+ OH- A 负极负极 正极正极 O2 H2 H2O 燃料电池：燃料电池： 1、氢氧燃料电池、氢氧燃料电池 负极：负极： 2H2 + 4OH- -4e- 4H2O 正极：正极： O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 总反应式：总反应式：2H2 + O2 =2H2O 碱性燃料电池碱性燃料电池 KOH O2 2 H2O H H2 2 H H2 2O O 负极：负极： 2H2 4e- 4H+ 正极：正极： O2 +4e- +4H 2H2O 总反应式：总反应式：2H2 +O2 = 2H2O H2SO4 O

16、2 2 H2O H H2 2O O H H2 2 1、氢氧燃料电池、氢氧燃料电池酸性酸性 2、甲烷燃料电池、甲烷燃料电池（电解质为（电解质为KOH） 负极：负极：CH4 + 10OH- - 8e- = CO32- + 7H2O 正极：正极：2O2 + 4H2O +8e- = 8OH- 总反应：总反应：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O 课堂练习课堂练习 1、宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应、宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应 为为2H2+O2=2H2O，电解质溶液为，电解质溶液为KOH，反，反 应保持在高温下，使应保持在高温下，使H2O蒸发，正确叙述正

17、确蒸发，正确叙述正确 的是：的是： （ ） AH2为正极，为正极，O2为负极为负极 B电极反应（电极反应（正极正极）：）：O2+2H2O+4e- =4OH- C电极反应（电极反应（负极负极）：）：2H2+4OH- =4H2O- 4e- D负极发生氧化反应，正极发生还原反应负极发生氧化反应，正极发生还原反应 BD 2、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可 以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总 反应式是：反应式是：1/2H2+NiO(OH) Ni(OH)2 根据此反应判断，下列叙述中正确的是（根据此反应判

18、断，下列叙述中正确的是（ ） A、电池放电时，负极周围溶液的、电池放电时，负极周围溶液的pH不断增大不断增大 B、电池放电时，镍元素被氧化、电池放电时，镍元素被氧化 C、电池充电时，氢元素被还原、电池充电时，氢元素被还原 D、电池放电时，、电池放电时，H2是负极是负极 放电放电 充电充电 CD 课堂练习课堂练习 3、有人设计出利用、有人设计出利用CH4和和O2的反应，用铂电极在的反应，用铂电极在 KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于溶液中构成原电池。电池的总反应类似于 CH4在在O2中燃烧，则下列说法正确的是中燃烧，则下列说法正确的是 ( ) 每消耗每消耗1molCH4可以向外电路提供可

19、以向外电路提供8mole- 负极上负极上CH4失去电子，电极反应式：失去电子，电极反应式： CH4 + 10 OH- 8e- = CO32- + 7 H2O 负极上是负极上是O2获得电子，电极反应式为：获得电子，电极反应式为： O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH- 电池放电后，溶液电池放电后，溶液pH不断升高不断升高 A. B. C. D. A 课堂练习课堂练习 4、熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而、熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而 受到重视，可用受到重视，可用Li2CO3和和Na2CO3的熔融盐混的熔融盐混 合物做电解质，合物做电解质，CO为阳极燃气，空气与为阳极燃气，

20、空气与CO2 的混合气为阴极助燃气，制得在的混合气为阴极助燃气，制得在650下工作下工作 的燃料电池，完成有关的电池反应式：的燃料电池，完成有关的电池反应式： 阳极反应式：阳极反应式：2CO+2CO32- 4CO2+4e- 阴极反应式：阴极反应式： 总电池反应：总电池反应： 2CO2+O2+4e-2CO32- 2CO+O2=2CO2 课堂练习课堂练习 （二）金属的腐蚀及防腐蚀（二）金属的腐蚀及防腐蚀 1、金属的腐蚀：金属或合金跟周围接触到的气、金属的腐蚀：金属或合金跟周围接触到的气 体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程过程。其。其本质本质 是金属原子是金属原子失

21、去电子被氧化失去电子被氧化的过程。的过程。 化学腐蚀电化腐蚀 条件 现象 本质 联系 （1）化学腐蚀与电化腐蚀）化学腐蚀与电化腐蚀 化学腐蚀化学腐蚀电化腐蚀电化腐蚀 条件金属跟非金属金属跟非金属 单质直接接触单质直接接触 不纯金属或合金跟不纯金属或合金跟 电解质溶液接触电解质溶液接触 现象无电流产生无电流产生有微弱电流有微弱电流产生产生 本质金属被氧化金属被氧化较活泼金属较活泼金属被氧化被氧化 联系两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍 （1）化学腐蚀与电化腐蚀）化学腐蚀与电化腐蚀 （2 2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以）析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以FeFe为例）为例） 析氢腐蚀

22、析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀 条件条件 电极反应电极反应 负负 极极 正正 极极 总反总反 应式应式 水膜酸性较强水膜酸性较强 （pH4.3) 水膜酸性很弱水膜酸性很弱 或中性或中性 Fe-2e- =Fe2+ 2H+2e- =H2O2+2H2O+4e- =4OH- Fe+2H+=Fe2+H2 2Fe+O2+2H2O= 2Fe(OH)2 练习：请你根据原电池原理，写出钢铁练习：请你根据原电池原理，写出钢铁吸吸 氧腐蚀氧腐蚀的电极反应式的电极反应式及及电池反应方程式。电池反应方程式。 负极：负极： 2Fe - 4e- 2Fe2+ 正极：正极： O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 电池反应：电池反

23、应：2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2 4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O = 4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O+(3-x) H2O 进一步反应：进一步反应： 2H+ 2e- H2 Fe- 2e- Fe2+ Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 负极：负极： 正极：正极： 电池反应：电池反应： 当钢铁处于当钢铁处于酸性酸性环境中环境中 析氢腐蚀析氢腐蚀和和吸氧腐蚀吸氧腐蚀都都属于属于电化学腐蚀电化学腐蚀。 2、金属防护的几种重要方法、金属防护的几种重要方法 3、金属腐蚀速率大小、金属腐蚀速率大小 改变金属内部的组成结构，将金属改变金属内部的组成结构，将金属制成合金制成合金 ，增强抗腐蚀能力。，增强抗腐蚀能力。 在金属表面在金属表面覆盖保护层覆盖保护层，使金属和周围物质，使金属和周围物质 隔离开来。隔离开来。 电化学电化学保护法：利用电解池反应将需要保护保护法：利用电解池反应将需要保护