第17讲原电池化学电源高三化学一轮复习课件

第17讲原电池化学电源1.掌握原电池的形成条件，理解原电池的工作原理2.能够正确地判断原电池的两极，正确书写电极反应和总反应方程式2.了解原电池在实际中的应用，了解常见化学电源的种类及特点，能够认识和书写几种新型电池的电极及电极反应。3.能解释金属发生电化学腐蚀的原因4.了解金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。一、考纲要求(一)原电池的原理(1)定义：把化学能转化为电能的装置，即借助氧化还原反应产生电流的装置。(2)形成条件：①电解质溶液②两个导体做电极③形成闭合回路④有能自发进行的氧化还原反应二、知识梳理1．原电池

原电池的动力——自发的氧化还原反应Zn－2e－=Zn2+2H++2e－=H2↑还原反应失去电子溶液中氧化性的微粒得到电子较活泼金属较不活泼金属或石墨Zn2+H+H+SO42-溶液中，

从负极定向移动到正极；

从正极定向移动到负极，形成闭合回路。○○○○○H2○SO42-CuZn负极正极阳离子阴离子氧化反应○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○(3)工作原理请问：用什么办法避免Cu2+在锌片上析出，提高原电池供电效率?现象1：电流计的指针发生偏移，并指示电子是由锌片流向铜片，在铜片表面有红色的铜析出。发生了原电池反应，且其中锌为原电池的负极，铜为正极。现象2：随着时间的延续，电流计指针偏转的角度逐渐减小，直至无电流通过。同时锌片表面逐渐被铜全部覆盖。分析：溶液中的Cu2+在锌片表面被直接还原，析出的铜在锌片表面构成原电池，逐渐使向外输出的电流强度减弱直至无电流再产生。补充实验使金属锌和硫酸铜溶液分开结论1：(一)原电池的原理二、知识梳理1．原电池

(4)双液原电池盐桥的作用：传递电流，平衡电荷双液原电池：真正实现了氧化反应与还原反应在不同的区域进行，避免氧化剂与还原剂直接接触造成能量损失，为持续、稳定地产生电流创造了条件。原电池中电子在外电路和离子在内电路的流动方向电子不游泳，离子不上岸！2.原电池的设计：原电池的实质是氧化还原反应，理论上，任何自发的氧化还原反应都能设计成原电池。(1)依据：形成原电池的条件(2)步骤(以Cu+2Ag+=Cu2++2Ag为例)①将已知的氧化还原反应拆成两个半反应：负极Cu-2e-=Cu2+；正极2Ag++2e-=2Ag②根据原电池反应的特点，确定两级材料和电解质溶液：负极材料Cu；正极材料Ag或碳棒；电解质溶液Cu(NO3)2溶液③画出装置图：【练习】

把反应①Fe+2Fe3+=3Fe2+；②2Fe3++2I-=2Fe2++I2设计成原电池3.电极反应方程式的书写负极：Zn-2e-=Zn2+正极：Cu2++2e-=Cu总：Zn+Cu2+＝Zn2++Cu负极：Fe-2e-=Fe2+正极：2H++2e-=H2↑总：Fe+2H+=Fe2++H2↑负极：2Fe-4e-=2Fe2+正极：2H2O

+O2+4e-

=4OH-总：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2↓

【小结】仅有一个电极材料参与反应的原电池：负极：M-ne-=Mn+

正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属介质电池反应：2H2+Ｏ２=2H2O

氢氧酸性燃料电池负极正极氢氧中性燃料电池负极

正极氢氧碱性燃料电池负极正极2H2-4e-=4H+O2+2H2O+4e-=4OH-2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=4H2O2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-要充分考虑电极反应产物所处的电解质环境，应将电解质溶液中参与电极反应的粒子写进电极反应式。3.电极反应方程式的书写介质电池反应：2H2+O2

=2H2O

负极正极负极

正极2H2-4e-=4H+O2+4H+

+4e-=2H2O2H2-4e-+2O2－=2H2O

O2+4e-=2O2－

【练习】据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。试写出该电池放电时的电极反应和总反应式。燃烧反应式

2CH3OH＋3O2＝2CO2＋4H2O电池总反应

2CH3OH＋3O2＋4OH－＝2CO32－＋6H2O负极:2CH3OH－12e－＋

16OH

－＝2CO32－＋12H2O正极:3O2＋6H2O＋12e－＝12OH－【练习】铅蓄电池是典型的可充型电池，正负极板是惰性材料，电池总反应式：Pb+PbO2+4H++2SO42-2PbSO4＋2H2O请回答下列问题：放电时电极反应式正极：PbO2+2e－+SO42-+4H+=PbSO4+2H2O；负极：Pb-2e－+SO42-=PbSO4

本电极发生得电子还是失电子反应？什么物质在此电极发生得失电子的反应？价态如何变化电极反应分析的思路方法生成什么产物？紧密结合介质：酸碱性/熔融态……产物是否会和电解质中其他离子发生后续反应？配平反应式——电子守恒、电荷守恒、原子守恒1.比较金属活动性强弱两种金属分别做原电池的两极时，一般做负极的金属比做正极的金属活泼性强3.用于金属的保护及金属腐蚀快慢比较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.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加快。(二)原电池的原理应用二、知识梳理4.用于制作化学电源误区一：原电池中较活泼金属一定作负极(如右图)。判断两极时还要考虑电极与电解质溶液反应情况，更易与电解质溶液发生氧化还原反应的一极作负极。误区三：原电池中的电解质一定参与原电池反应(钢铁吸氧腐蚀的电解质溶液)误区二：原电池中负极材料一定参与电极反应(燃料电池的负极材料Pt电极)(二)常见的化学电源二、知识梳理碱性锌锰电池构造示意图碱性电池

1.碱性锌锰干电池负极(Zn)：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正极(MnO2)：2MnO2+2H2O+2e-

=2MnOOH+2OH-电池总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2一次电池——干电池2.普通锌锰干电池负极(锌筒)：Zn-2e－＝Zn2+正极(石墨)：2NH4++2e－+2MnO2＝Mn2O3+2NH3↑＋H2O电解液：糊状NH4Cl总反应：Zn+2NH4Cl+2MnO2=ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑＋H2O(-)Zn│NH4Cl+ZnCl2│MnO2,C(+)锌筒石墨棒MnO2和C普通锌-锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2

和H2O等3.锌银电池：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag负极(Zn)：Zn-2e－

+2OH-＝ZnO+H2O正极(Ag2O)：Ag2O+2e－+H2O＝2Ag+2OH-电解质：KOH溶液特点：电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电，常制成纽扣式微型电池，用于手表、计算器等仪器(-)Zn│KOH│Ag2O

(+)正极：PbO2+2e-+SO42-+4H+=PbSO4负极：

Pb-2e-+SO42-＝PbSO4二次电池总反应：Pb+PbO2+4H++2SO42-2PbSO4+2H2O优点：可重复次数最多、使用方便、电压稳定、安全可靠，价格低廉缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境1.铅蓄电池放电时2.镍镉电池镍镉电池可用下式表示：(-)Cd|KOH|NiO(OH)|C(+)

放电电极反应：

(-)Cd(s)-2e-+2OH-(aq)=Cd(OH)2(s)

(+)2NiO(OH)(s)+2e-+2H2O(l)=2Ni(OH)2(s)+2OH-(aq)

放电时电池总反应:Cd(s)+2NiO(OH)(s)+2H2O(l)=2Ni(OH)2(s)+Cd(OH)2(s)

充电反应为上述反应的逆反应。3.锂电池锂电池是新一代高能电池，可以用MnO2作正极活性材料，电池反应为：负极的反应：Li-e-=Li+正极的反应：Li++MnO2+e-=LiMnO2

电池总反应：Li+MnO2=LiMnO2充电反应为上述反应的逆反应。锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。成为电脑、手机、心脏起搏器等的电源聚合物锂离子电池燃料电池(1)电极：Pt制作的惰性电极(2)电解质溶液:KOH溶液(4)反应原理:正极:2H2+4OH--4e-＝4H2O负极:O2＋2H2O＋4e-＝4OH-总反应：2H2＋O2＝2H2O

电极反应：负极：CH4+10OH--8e=CO32-+7H2O正极：O2+2H2O+4e=4OH-

总反应式：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O以甲烷作燃料的燃料电池电极为金属铂，电解质为KOH，在两极分别通入甲烷和氧气。燃料电池---熔融盐电池熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气体作为正极助燃气，制得650℃下工作的燃料电池。总反应式：2CO+O2=2CO2(-)：2CO+2CO32--4e-=4CO2(+)：2CO2+O2+4e-=2CO32-例题1(2018北大附5月月考)铁是用途最广的金属材料之一,但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁的性质。(1)某原电池装置如图所示,右侧烧杯中的电极反应式为

,左侧烧杯中的c(Cl-)

(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)用高铁(Ⅵ)酸盐设计的高铁(Ⅵ)电池是一种新型充电电池,电解质溶液为KOH溶液,放电时的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O=3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。写出正极反应式:

。三、例题精讲答案

(1)2H++2e-=H2↑增大(2)FeO42-+4H2O+3e-=Fe(OH)3+5OH-解析

(1)原电池中Fe作负极,石墨作正极,右侧烧杯中的电极反应式为2H++2e-=H2↑。盐桥中的Cl-向负极迁移,故左侧烧杯中c(Cl-)增大。(2)总反应3Zn+2K2FeO4+8H2O=3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH中还原反应就是正极的反应。例题2(2016北京理综)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO3-)已成为环境修复研究的热点之一。(1)Fe还原水体中NO3-的反应原理如下图所示。①负极的电极反应式是

。

②正极的电极反应式是

。三、例题精讲3Fe-8e-+4H2O=Fe3O4+8H+NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2OpH=4.5时,NO3-的去除率低。其原因是

。(2)将足量铁粉投入水体中，经24小时测定NO3-的去除率和pH，结果如下：FeO(OH)不导电，阻碍电子转移训练1根据图示,下列判断正确的是(

)A.电子从Zn极流出，流入Fe极，经盐桥回到Zn极B.烧杯b中发生的电极反应为Zn-2e-=Zn2+C.烧杯a中发生的反应为O2+4H++4e-=2H2O，溶液pH降低D.向烧杯a中加入少量K3[Fe(CN)6]溶液，有蓝色沉淀生成四、针对训练B