1原池.知识精讲(20132014)

1、原电池考纲要求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3 理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施知识讲解一、原电池的工作原理1原电池的基本概念（1）概念：原电池就是将化学能转变成电能的装置（2）本质：通过自发进行的氧化还原反应，使反应中电子转移而产生电流，反应中的氧化反应和还原反应分别在两个电极上发生，这便形成了带电粒子按一定方向流动的闭合回路（3）形成条件： 活动性不同的两电极（连接）：较活泼的金属作为负极，发生氧化反应，电子流出；较不活泼的金属或能导电的非金属(如石墨等)做正极，发生还原反应，电子流入，电极本身

2、不发生改变； 电解质溶液（插入其中并与电极自发反应）； 电极形成闭合电路； 能自发的发生氧化还原反应（有明显电流时需要此条件）【注意】 不能形成“活泼金属一定做负极”的思维定势原电池中的判断电极时的利用的是两电极的相对活泼性 原电池中，电池材料可能与电解质发生反应，也可能与电解质不反应 形成闭合回路的方式有很多，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极直接接触 有的原电池产生的电流比较大，可以对外做功；而有的原电池电极上发生的反应很慢，产生的电流极其微弱，不能对外做功2原电池的反应原理（1）电极反应：负极：金属失去电子，化合价升高，发生氧化反应正极：溶液中阴离子得电子或氧气得电子（吸氧腐蚀），化

3、合价降低，发生还原反应正负极共同反应为发生氧化还原反应（2）电荷流向：外电路电子由负极沿导线流向正极，电流则由正极沿导线流向负极内电路阳离子向正电极的移动，阴离子向负电极移动，从而实现电荷的移动（3）原电池的判定：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；再依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看”：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（4）pH变化规律：若电极反应消耗（或），则电极周围溶液的减小（或增大），若电极反应生成（或），则电极周围溶液的增大（或减小）若总反应的结果是消耗（）或生成（），则溶液

4、的减小（增大）或增大（减小）若两级消耗等物质的量的和，则溶液的变化视溶液酸碱性的不同而不同（5）原电池正负两极的判断：原电池有两个电极，一个是正极，一个是负极，判断正负极的方法是： 由组成原电池两极的电极材料判断在原电池中，一般相对活泼性较强的金属为原电池的负极，相对活泼性较差的金属或导电的非金属作原电池的正极 根据电流的方向或电子的流向判断：电流是由正极流向负极，而电子是由负极流向正极 根据原电池内电解质溶液中离子的流动方向：阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极 根据原电池两极发生的变化判断：原电池的负极总是失电子发生氧化反应，正极总是得电子发生还原反应 根据现象来判断：通常情况下，在

5、原电池中某一电极若不断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，此为原电池的负极；若原电池中某一电极上有气体生成、电极的质量不断增加或电极质量不变，该电极发生还原反应，此为原电池的正极【拓展】将铜锌两种金属放在电解质溶液中，用导线连接，便构成原电池的两极由于Cu、Zn两种金属电势高低不同，所以存在着电势差电子总是从低电势的极流向高电势的极电势的高低一般可根据金属的活泼性确定：金属越活泼其电极电势就越低，金属越不活泼其电极电势就越高由于锌比铜活泼，所以电子总是从锌极流向铜极电化学上把电子流出的极定为负极，流入的极定为正极锌为负极，铜为正极电极反应：负极：Zn2e-Zn2+正极：2H+ + 2e-H

6、2以上是铜锌原电池，我们也可以利用同样的原理，把其他的氧化还原反应设计成各种不同的电池在这些电池中，一般都用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子；在电池内部，两极之间填充电解液放电时，负极上的电子通过导线流向用电器，从正极流回电池，形成电流【拓展】盐桥 盐桥存在时电流计指针偏转，且指针偏转角度随时间的延续几乎保持不变； Zn片溶解，Cu片上有红色物质析出； 取出盐桥电流计指针回到零点盐桥的作用：使Cl-向锌盐方向移动，K+向铜盐方向移动，使Zn2+盐和Cu2+盐溶液一直保持电中性，从而使电子不断从Zn极流向Cu极注：盐桥中盛放含琼胶的

7、KCl饱和溶液双液原电池的工作原理和意义： 构造特点：双液原电池由两个半电池组成，每个半电池中的电极与电解质溶液互不反应，电池反应的还原剂与氧化剂分别位于两个半电池中，中间通过盐桥连接形成闭合回路 电极反应：负极（Zn）：Zn2e=Zn2+（氧化反应）正极（Cu）：Cu2+2e=Cu （还原反应） 电池反应：Zn+Cu2+=Zn2+Cu 外电路电子由负极（Zn片）流向正极（Cu片）；电流由正极（Cu片）流向负极（Zn片）；内电路：阳离子移向正极（Cu片）；阴离子移向负极（Zn片） 盐桥的作用：通过阴、阳离子的定向移动，在内电路形成电流回路而不中断电流 意义：随开随用，并能长时间产生持续、稳定的

8、电流3原电池电极方程式的书写（1）没给出总方程式，要求写电极方程式，分三步： 分别找出氧化剂和还原剂氧化剂在正极得电子，还原剂在负极失电子 结合介质判断氧化产物和还原产物 写出电极反应方程式（注意两极得失电子数相等）（2）给出总方程式，要求写电极方程式，分为四步： 判物质，标得失 选离子，配电荷 配个数，巧用水 两式加，验总式（3）差值法书写电极反应式：正负极反应式之和为电池反应的方程式一般先写出反应的总方程式和较易写出的电极反应式，然后用总方程式减去较易写出的电极反应式得较难写的电极反应式（4）原电池电极反应式书写的注意： 书写时，无论是总反应式还是电极反应式都既要满足电子转移守恒、电荷守恒

9、，又要满足质量守恒 电极反应式常用“=”，而不使用“同时若电极反应式中有气体的生成，需加“” 书写时注意介质通常是定向移动到该电极附近的导电离子如H+、OH-、H2O等等，若氧化（或还原）产物能与之发生复分解反应，则其一般书写在电极方程式中 书写电极反应式应充分考虑介质的影响，常见的情况：a.中性溶液反应物中无H+和OH-；b.酸性溶液反应物、生成物中均无OH-；c.碱性溶液反应物、生成物中均无H+；d.水溶液中不可能出现O2-4设计原电池设计原电池的思路为： 以自发进行的氧化还原反应为基础； 把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应； 以两极反应为原理，确定电极材料

10、及电解质溶液； 画出装置简图如：把Fe+Cu2+=Fe2+Cu设计成原电池首先，原电池反应均是氧化还原反应在上述反应中，还原剂是Fe,反应中失去电子，发生氧化反应，做原电池的负极；Cu2+做氧化剂，反应中得到电子，发生还原反应，做原电池的正极反应但是，Cu2+不可做电极，故可以选一活性较Fe弱的导体做原电池的负极，通常选择碳棒做正极，而选择可溶性的铜盐做电解质溶液来提供Cu2+再如：把2H2 +O22H2O这一反应设计成原电池先找出还原剂是H2，做负极反应；O2是氧化剂，做正极反应，但是，由于它们均不导电，故需选择两个导体做电极，即选择了碳棒，然后把H2和O2分别通在两极上，再选择电解质溶液，

11、即可构成原电池了【小结】给定反应设计原电池时，通常分两步（1）先找出反应中的氧化剂和还原剂；（2）还原剂是金属等导体的，直接选为负极材料，如Fe作负极；若为非导体的如H2可先选择负极材料，然后把它作为该极填充物；氧化剂是离子的，可选为电解质溶液，如Fe+Cu2+=Fe2+Cu中；是非离子的可作为正极填充物，如2H2 +O22H2O中二、原电池的应用原电池是一种将化学能转变为电能的装置，而化学电源则是一种实用的原电池化学电源品种繁多，大体可分为三类：1一次电池一次电池的活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度，就不能使用了一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池（1）锌锰电池干电

12、池该电池的负极材料是锌，正极材料是碳棒，电解质是MnO2、NH4Cl、ZnCl2组成的糊状物其电极反应式为：负极：Zn2e-=Zn2+正极：2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O（产生的NH3和Zn2+作用：Zn2+4NH3 = Zn(NH3)42+）（产生的H2和MnO2作用：H2+2MnO2 = Mn2O3+H2O）总反应式为：2Zn+4MnO2+4NH4Cl=Zn(NH3)4Cl2+ZnCl2+2Mn2O3+2H2OZn+2MnO2+2NH4Cl=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)或Zn+2NH4+=Zn2+2NH3+H2电池中MnO2的作用是将正极上NH4+还

13、原生成的H2氧化成为水，以免产生H2附在石墨表面而增加电池内阻由于反应中锌筒不断消耗变薄，且有液态水生成，故电池用久后会变软（2）银锌电池钮扣电池该电池使用寿命较长，广泛用于电子表和电子计算机其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液其电极反应式为：负极：Zn+2OH2e-=ZnO+H2O正极：Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH-总反应式为：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag（3）高能电池锂电池该电池是20世纪70年代研制出的一种高能电池由于锂的相对原子质量很小，所以比容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大，使用寿命长，适用于动物体内（如心脏起搏器）因锂的化学性质很活泼，所以其电解质

14、溶液应为非水溶剂作心脏起搏器的锂碘电池：其电极反应式为：负极：2Li2e-=2Li+正极：I2+2e-=2I-总反应式为：2Li+I2=2LiI锂二氧化锰电池这种电池以片状金属为负极，活性MnO2作正极，高氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂作为电解质溶液，以聚丙烯为隔膜其电极反应式为：负极：LiLie-正极：MnO2LieLiMnO2总反应式为：LiMnO2LiMnO2该种电池重量轻、体积小、电压高、比能量大，充电1000次后仍能维持其能力的90，贮存性能好，已广泛用于电子计算机、手机、无线电设备等（4）海水铝电池该电池是1991年我国首创以“铝空气海水”电池为能源的新型航海标志

15、灯这种灯以海水为电解质溶液，靠空气中氧气使铝不断氧化而产生电流，只要把灯放入海水中就能发出耀眼的闪光，其能量比干电池高2050倍其电极反应式为：负极：4Al12e-=4Al3+正极：3O2+6H2O+12e-=12OH总反应式为：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)32蓄电池二次电池可以多次反复使用，放电后可以充电复原，又称二次电池（1）铅蓄电池铅蓄电池是一种常见的可充电电池，在工农业生产和日常生活中有广泛的应用该电池以Pb和PbO2作电极材料，H2SO4作电解质溶液其电极反应式为：负极：Pb+SO42-2e-=PbSO4正极：PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O总反应

16、式为：PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O（2）碱性镍镉电池该电池以Cd和NiO(OH)作电极材料，NaOH作电解质溶液其电极反应式为：负极：Cd+2OH-2e-=Cd(OH)2正极：2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-总反应式为：Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2从上述两种蓄电池的总反应式可看出，铅蓄电池在放电时除消耗电极材料外，同时还消耗电解质硫酸，使溶液中的自由移动的离子浓度减小，内阻增大，导电能力降低而镍镉电池在放电时只消耗水，电解质溶液中自由移动的离子浓度不会有明显变化，内阻几乎不变，导电能力几乎没有变化（3）氢镍

17、可充电池该电池是近年来开发出来的一种新型可充电电池，可连续充、放电500次，可以取代会产生镉污染的镍镉电池其电极反应式为：负极：H2+2OH2e-=2H2O正极：2NiO(OH)+2H2O+2e=2Ni(OH)2+2OH-总反应式为：H2+2NiO(OH)2Ni(OH)23燃料电池又称连续电池，一般以天然燃料或其它可燃物质如H2、CH4等作为负极反应物质，以O2作为正极反应物质而形成的燃料电池体积小、质量轻、功率大，是正在研究的新型电池之一（1）氢氧燃料电池主要用于航天领域，是一种高效低污染的新型电池，一般用金属铂（是一种惰性电极，并具有催化活性）或活性炭作电极，用40%的KOH溶液作电解质溶

18、液其电极反应式为：负极：2H2+4OH-4e-=4H2O正极：O2+2H2O+4e-=4OH-总反应式为：2H2+O2=2H2O（2）甲烷燃料电池用金属铂作电极，用KOH溶液作电解质溶液其电极反应式为：负极：CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O正极：2O2+4H2O+8e-=8OH-总反应式为：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O（3）甲醇燃料电池是最近摩托罗拉公司发明的一种由甲醇和氧气以及强碱作为电解质溶液的新型手机电池，电量是现有镍氢电池或锂电池的10倍其电极反应式为：负极：2CH4O+16OH-12e-=2CO32-+12H2O正极：3O2+6H2O+12e-=12O

19、H-总反应式为：2CH4O+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O（4）固体氧化物燃料电池（选讲）该电池是美国西屋公司研制开发的，它以固体氧化锆氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许O2-在其间通过其电极反应式为：负极：2H2+2O2-4e-=2H2O正极：O2+4e-=2O2-总反应式为：2H2+O2=2H2O（5）熔融盐燃料电池（选讲）该电池用Li2CO3和Na2CO3熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650下工作的燃料电池熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视其电极反应式为：负极：2CO+2CO32-4e-=4CO2正极：O2+2C

20、O2+4e-=2CO32-总反应式为：2CO+O2=2CO2【拓展】1原电池原理的应用（1）加快某些反应速率金属在电解质溶液中反应，可以通过原电池原理加快其反应速率（2）制造化学电源如各种干电池、蓄电池、燃料电池等等（3）可以利用原电池比较金属活动性顺序一般情况下，负极的金属活动性比正极的金属活动性强（4）保护金属将水闸与比铁活泼的金属用导线连接置于水中，可以保护水闸金属材料不被锈蚀（5）将放出能量的氧化还原反应设计成原电池原电池是借助氧化还原反应，把化学能转化为电能的装置设计原电池时，首先要根据所提供的氧化还原反应的特点去进行设计一般说来，只有电极与电解质溶液之间有自发的氧化还原反应发生的原

21、电池才是实际可用的，这个与电解质溶液有自发的氧化还原反应的电极一般是原电池的负极2原电池电极反应式的书写技巧和可充电电极的反应规律（1）先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并确定得到或失去的电子数目例如：“CH3OHO2KOH溶液”燃料电池负极反应式的书写：失去6e-（C由-2价升至+4价，在碱液中与反应为）-6e-+-6e-+8+-6e-+8+6（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中；若正极上的反应物质是，且电解质溶液为中性或碱性，则必须写入正极反应式中，且与生成；若电解质溶液为酸性，则必须写入正极反应式中，

22、与生成；若在熔融盐的电解质中反应，则可能得电子变成（3）正负极反应式相加得到电池反应的总方程式，若能写出已知电池反应的总方程式，可以减去较易写出电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式（4）可充电电池的反应规律 可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应 放电时的负极反应和充电时阳极反应在形式上互逆将负（正）极反应式变方向并将电子移项即可得到阴（阳）极反应式 放电总反应和充电总反应在形式上互逆（但不是可逆反应）（5）原电池的电极反应和总反应都必须遵循原子守恒、电荷守恒和电子守恒二、原电池的应用i. 金属的电化学腐蚀与防护（一)、金属腐蚀的类型：1、化学腐蚀：金属与接

23、触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。例如铁丝在氧气中燃烧、铜在氯气中燃烧等。2、电化学腐蚀：不纯金属与电解质溶液接触时比较活泼的金属失电子而被氧化的腐蚀。（二）、金属的电化学腐蚀：金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。钢铁在潮湿的空气中所发生的腐蚀是电化学腐蚀最突出的例子。金属腐蚀的本质：（2）金属腐蚀的本质：Mne=Mn+（三）、钢铁的电化学腐蚀(1)析氢腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较强时)阳极(Fe)：Fe-2e-=Fe2+Fe2+2H2O=Fe(OH)22H

24、+阴极(杂质)：2H+2e-=H2 电池反应：Fe2H2O=Fe(OH)2H2由于有氢气放出，所以称之为析氢腐蚀。(2)吸氧腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较弱时)阳极(Fe)：Fe2e-=Fe2+阴极：O22H2O4e-=4OH-总反应：2FeO22H2O=2Fe(OH)2由于吸收氧气，所以也叫吸氧腐蚀。析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Fe(OH)2被氧所氧化，生成Fe(OH)3脱水生成Fe2O3铁锈。钢铁制品在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。Fe2H2O=Fe(OH)2H2 O22H2O4e-4OH- 2FeO22H2O=2Fe(OH)2 2H+2e-H2析氢腐蚀主要发生在强酸性环境中，而吸氧腐蚀发生在弱酸

25、性或中性环境中。化学腐蚀和电化学腐蚀的区别和联系：化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与氧化剂直接接触不纯金属或合金与电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化的过程较活泼金属被氧化的过程相互联系化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生（四）、金属的防护1、牺牲阳极的阴极保护法正极：要保护的金属 负极：比要保护金属活泼的金属2、外加电流的阴极保护法（比组成原电池防护更好）阴极：被保护的金属 阳极：惰性电极 两者均存在于电解质溶液中接上外接直流电源。3、覆盖保护膜及其他保护方法覆盖保护膜（涂油漆，电镀，钝化等）改变金属的内部结构（钢不锈钢，在钢中加入镍和铬）ii. 判断金属活泼性一般而言，活泼的金属

26、做负极，该电极在反应过程中变小，但是需要特别注意电解质溶液的情况，如Al-Mg，NaOHaq做电解质，则是Al做负极。因此此方法判断金属的活泼性需要更进一步的探究。iii. 加快化学反应速率组成原电池可以加快反应速率，例如：Zn与稀H2SO4反应中若滴入几滴CuSO4可以组成Zn-Cu原电池，但是若加入过多，置换出的Cu单质覆盖在Zn的表面则会影响H2的生成例题精讲【例1】 Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如下。该电池工作时，下列说法正确的是AMg电极是该电池的正极BH2O2在石墨电极上发生氧化反应C石墨电极附近溶液的pH增大D溶液中Cl向正极移动

27、【例2】 Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为： 2AgCl+ Mg = Mg2+ 2Ag +2Cl-。有关该电池的说法正确的是AMg为电池的正极B负极反应为AgCl+e-=Ag+Cl-C不能被KCl 溶液激活D可用于海上应急照明供电【例3】 糕点包装中常见的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是A脱氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保质期B脱氧过程中铁作原电池正极，电极反应为：Fe-3eFe3+C脱氧过程中碳做原电池负极，电极反应为：2H2O+O2+4e4OH-D含有1.12g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸

28、收氧气336mL（标准状况）【例4】 热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为：PbSO4+2LiCl+Ca CaCl2+Li2SO4+Pb。下列有关说法正确的是A正极反应式：Ca+2Cl- - 2e- CaCl2 B放电过程中，Li向负极移动C每转移0.1mol电子，理论上生成20.7gPbD常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转【例5】 银质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，再将变黑的银器

29、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 A处理过程中银器一直保持恒重 B银器为正极，Ag2S被还原生成单质银 C该过程中总反应为2Al+3Ag2S=6Ag+Al2S3 D黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl 【例6】 二甲醚直接燃料电池具有启动快，效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃烧燃料电池（5.93kW·h·kg-1），若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为_。 【例7】 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【例8】 下列与金属腐蚀有关的说法正确的是Fe海水图aZnCuCuZn合金NM图b稀盐酸稀盐酸PtZn图c图dZnMnO2NH4Cl糊状