高中化学选择性必修一 4.1 原电池

1、第一节 原电池一、原电池的工作原理（一）定义：将化学能转化为电能的装置注：原电池中的化学能并非全部转化为电能，有一部分转化成热能等其他形式的能量（二）本质：氧化还原反应（三）工作原理：以铜-锌原电池为例 答：(1)锌铜原电池工作时，电子由锌片沿导线移向铜片，阴离子(Cl-、SO42-)在电解质溶液中移向锌片，阳离子(K+、Cu2+)移向铜片。(2)负极：Zn-2e-=Zn2+正极：Cu2+2e-=Cu总反应：Zn+Cu2+=Cu+Zn2+电极：Zn负极，Cu正极工作原理：负极失电子发生氧化反应电子通过导线流向正极正极得电子发生还原反应 电极反应： 总反应： Zn+Cu2+=Zn2+Cu 溶液中

2、：阴离子负极，阳离子正极 外电路电子导电，内电路离子导电注： 1、盐桥的作用： （1）成分：含琼胶的KCl饱和溶液 （2）作用：构成通路，代替两溶液直接接触 平衡电荷：K+正极，Cl-负极 （3）优点：隔离氧化剂和还原剂，不同区域实现电子定向移动，产生持续、稳定的电流 2、电子只能在两极和外电路中流动，不可能进入溶液中。即“电子不下水，离子不上岸”3、溶液中是由电解质溶液中的阴阳离子定向移动形成闭合回路的（四）条件：两极一液一连线，氧化还原是条件1、两个能导电的电极正极和负极：两极的构成情况：活泼性不同的两种金属金属和非金属 金属和化合物 惰性电极：Pt、C注：（1）很活泼的金属单质一般不作原

3、电池的负极，如：K、Ca、Na等（2）有些原电池的两极活泼性相同，如燃料电池2、要有电解质溶液或熔融的电解质电解质溶液的情况：（1）电解质溶液一般要能够与负极发生反应（2）电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如：O2）3、形成闭合回路的情况：（1）导线相连（2）电极直接接触4、氧化还原反应：氧化还原反应是自发进行的，但自发进行的氧化还原反应不一定都能设计成原电池（3）特殊：有盐桥时，左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子溶液（五）能否构成原电池的判断四看1、看电极两极为导体且存在活泼性差异（燃料电池的电极一般为惰性电极）2、看溶液两极插入电解质溶液中3、看回路形成闭合回

4、路或两极直接接触4、看本质有无自发的氧化还原反应发生例题：答案：B（六）正负极的判断方法：1、电极反应：负极氧化反应，正极还原反应2、电子或电流的流向：电子：负正；电流：正负3、离子流向：阳离子正极，阴离子负极； 即“正向正，负向负”4、电极材料：活泼金属作负极； 不活泼金属、金属氧化物、非金属作正极注：不能简单的依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况举例：铝镁氢氧化钠电解质，铝铜或铁铜浓硝酸电解质5、其他：质量增加正极，气体正极，pH正极质量减少负极举例：（1）电极反应：负极氧化反应，正极还原反应（3）电子或电流的流向：电子：负正；电流：正负（2）离子流向：正向正，负向负”（七）电极反应

5、式的书写1、分析电极反应：负极 氧化产物 正极 还原产物2、注意电解质溶液环境：电极产物在电解质溶液中 应稳定存在 氧化反应，失电子还原反应，得电子2、碱性介质中，若生成H+，结合OH-H2O1、酸性介质中，若生成OH-,结合H+H2O 3、碱性介质中，若生成CO2，结合OH-CO32- 4、碱性介质中，若生成金属阳离子，则可能会结 合OH-沉淀M(OH)n3、遵守三大守恒：质量守恒、电荷守恒、 转移电子守恒4、两极反应式叠加得总反应式，总反应式减去其中一个 电极反应式，可得另一个电极的反应式 5、规律：一般来说，金属作负极的原电池负极： 酸性或中性介质中：Mne-=Mnn+ 碱性介质中:Mn

6、e-+nOH-=M(OH)n正极：酸性介质中：2H+2e-=H2 阳离子与金属反应的介质中：NX+xe-=N阳离子不与金属反应的介质中：O2+4e-+2H2O=4OH- 特殊：铝镁氢氧化钠电解质，铝铜浓硝酸电解质注：电极反应式中若有气体生成，需加“”；若有固体生成，一般不标“” 练习：写出下列原电池中的电极反应和总反应1、Mg稀硫酸Cu2、Fe稀盐酸C3、CuFeCl3溶液Pt4、ZnAgNO3溶液Cu5、MgNaOH溶液Cu6、FeKCl溶液Cu7、AlNaOH溶液Mg8、Al浓硝酸Cu1、负极：Mg 2e -=Mg2+ 正极： 2H+2e-=H2 总反应： Mg+ 2H+= Mg2+ H2

7、答案：2、负极：Fe2e -=Fe2+ 正极： 2H+2e-=H2 总反应： Fe+ 2H+=Fe2+ H23、负极：Cu 2e -=Cu2+ 正极： Fe3+e-=Fe2+总反应： Cu +2Fe3+=Cu2+ +2Fe2+4、负极：Zn 2e -=Zn2+ 正极： Ag+e-=Ag总反应： Zn +2Ag+= Zn2+2Ag5、MgNaOH溶液Cu6、FeKCl溶液Cu7、AlNaOH溶液Mg8、Al浓硝酸Cu5、负极：Mg 2e -+2OH-=Mg(OH)2 正极： O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应： 2Mg+ O2+2H2O=2Mg(OH)2 6、负极：Fe 2e -=Fe2+

8、 正极： O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应： 2Fe+ O2+2H2O=2Fe(OH)2 7、负极：Al 3e -+4OH-=AlO2-+2H2O 正极： 2e-+2H2O= H2+ 2OH总反应： 2Al+2OH+2H2O=2AlO2-+3H28、负极：Cu 2e -=Cu2+ 正极: 2H+NO3- +e-= H2O+NO2总反应： Cu+4H+2NO3-=Cu2+2H2O+2NO2（八）原电池的设计1、先将已知的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 3、按要求画出原电池装置图 （九）应用1、形成原电池，可以加快氧化

9、还原反应 的反应速率 2、通过原电池的电极，可以比较金属活 泼性强弱 3、设计化学电源4、保护金属设备：被保护金属作正极 （一）分类： 1、一次电池：就是放电后不可再充电的电池。随着使用，一次电池中能发生氧化还原反应的物质逐渐被消耗，当这些物质被消耗到一定程度时，电池就不能继续使用了。一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。 二、化学电源2、二次电池：又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。即它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行（一般通过充电器将交流电转变为直流电进行充电），使电池恢复到放电前的状态。这样可以实现将化学能转变为电能（放电），再

10、由电能转变为化学能（充电）的循环。 3、燃料电池：是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。 (二）优点： 1、化学电池的能量转化效率较高，供能稳定可靠 2、可以制成各种形状、大小和容量不同的电池及电池组 3、方便携带，易于维护 （三）判断电池优劣的主要标准： 1、比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 2、比功率：输出功率的大小3、电池可储存时间的长短 1、普通锌锰干电池（1）电极材料及电极反应： 负极：锌筒 Zn-2e-=Zn2+ 正极：石墨 2NH4+2MnO2+2e-=2NH3+Mn2O3+H2O （2）电解质：MnO2、NH4Cl、ZnCl2、淀粉等调成糊

11、状 （3）缺点：新电池会自动放电，锌皮腐蚀逐渐变薄、放电后电压下降较快、电量小、易气胀或漏液、存放时间缩短不易长时间连续使用 （4）优点：制作简单，价格便宜 （四）一次电池普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池2、碱性锌锰电池 （1）电极材料及电极反应： 负极：锌筒 Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正极：MnO2 2MnO2+2e-+2H2O=2MnO(OH)+2OH- （MnO2作为正极反应物，得电子被还原为MnO(OH) 总反应： Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2 （2）电解质：将NH4Cl换成湿的KOH （3）优点：比能量和可储存时间比普通提高，是普通干

12、电池的升级换代产品 （五）二次电池（可充电电池）举例：铅酸蓄电池 1、电极材料： 负极：Pb 正极：PbO2 电解质：H2SO4 2、电极反应式： 负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4 正极：PbO2+4H+2e-+SO42-=PbSO4+2H2O 总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 3、工作特点：电压稳定，使用方便，安全可靠，价格低廉；但比能量低，笨重，废弃电池污染环境4、接线方式：充电时，待充电电池的负极要接电源的负极，待充电电池的正极要接电源的正极，即正接正，负接负注：放电：化学能转化为电能；充电：电能转化为化学能5、常见的充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、

13、锂离子电池目前汽车上使用的大多是铅酸蓄电池6、废旧电池的处理废旧电池中常含有重金属、酸和碱等物质，如果随意丢弃，会对生态环境和人体健康造成危害。因此，应当重视废旧电池的回收利用，这样既可以减少环境污染，又可以节约资源。（六）燃料电池 1、工作原理 连续将氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体燃料和氧化剂的化学能转换为电能。电极本身不包含活性物质，不参与氧化还原反应。工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断被排除 2、特点： （1）燃料电池中，燃料（还原性气体等）作负极，发生氧化反应，氧化剂（通常为氧气）作正极发生还原反应 （2）燃料电池的电极材料一般为惰性电极

14、，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等 （3）燃料电池在使用过程中，并没有发生燃料与氧化剂之间的直接燃烧，而是在两极之间发生了放电，将化学能转化为电能 （4）燃料的燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，而燃料电池则是平稳的氧化还原反应 （5）燃料直接燃烧时，大量的热能释放到空气中，利用率低；燃料电池工作时，能量转化率较高，是一种高效、环境友好的发电装置 （6）燃料电池的反应物并不储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂 3、燃料电池与一般化学电池的区别 一般化学电池的活性物质储存在电池内部，故而限制了电池的容量，而燃料电池的电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。它工作时，燃料和氧化

15、剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能 4、优点 燃料电池的能量转化率超过80%，远高于普通燃烧过程（能量转化率仅30%多），可以持续使用，噪音低，不污染环境。既有利于节约能源，又绿色环保，具有广阔的发展前景，被誉为“绿色发电站”5、种类 （1）氢氧燃料电池 电解质 酸性 中性 碱性 负极反应 正极反应 总反应 H2-2e-=2H+ O2+4e-+4H+=2H2O H2-2e-=2H+ O2+4e-+2H2O=4OH- H2-2e-+2OH-=2H2O O2+4e-+2H2O=4OH- 2H2+O2=2H2O （2）甲烷燃料电池 电解质H2

16、SO4 KOH 负极反应正极反应总反应CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+ O2+4e-+4H+=2H2O CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O O2+4e-+2H2O=4OH- CH4+2O2=CO2+2H2O CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O （3）甲醇燃料电池 电解质H2SO4 KOH 负极反应正极反应总反应CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ O2+4e-+4H+=2H2O 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O O2+4e-+2H2O=4OH- 2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O （4）熔融盐电池 例如：用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质的燃料电池，CO为燃料，空气与CO2的混合气为助燃气，制得在650下工作的燃料电池，在工作过程中，电解质熔融盐的组成、浓度不变 电极反应式：负极：CO+CO32-2e-=2CO2 正极：O2+2CO2+4e-=2CO32- 总反应：2CO+O2=2CO2 （6）燃料电池中常见正极反应式的书写1、在酸性溶液中：O2+4e-+4H+=2H2O2、在碱