第一节 原电池和化学电源111.ppt

1、第一节 原电池和化学电源,高考导航,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。,考情分析：,原电池工作原理的考查往往以新型能源电池或燃料电池为载体，考查原电池正负极的判断、电极反应式的书写、电子或电流的方向及溶液pH的变化，如2012年高考北京理综12题，福建理综9题等；全国理综11题等。2013年高考天津12题，上海8题江苏1题、9题，海南4题，新课标卷10题，浙江11题，山东理综28题等，题型以选择题或填空题形式出现，难度适中。,命题趋势：,预计2014年高考该部分知识有变“热”的趋势，要特别注意能根据题目所给信息书写电

2、极反应方程式，题目将会更加新颖。,一、原电池 1装置特点： 转化为 。 2原电池的电极 原电池的负极 金属发生 反应向外电路 电子 原电池的正极 金属(或惰性电极如石墨)发生 外电路提供的电子,化学能,电能,活泼,氧化,不活泼,还原反应,接受,提供,活泼性不同,电解质溶液,闭合回路,氧化还原,Zn,Cu,Zn2e = Zn2,Cu22e = 2Cu,氧化,还原,负极,正极,原电池内部阴、阳离子如何移动？为什么？ 提示阴离子移向负极、阳离子移向正极，这是因为负极失电子，生成大量阳离子聚集在负极附近，致使该极附近有大量正电荷，所以溶液中的阴离子要移向负极；正极得电子，该极附近的阳离子因得电子生成电

3、中性物质而使该极附近带负电荷，所以溶液中阳离子要移向正极。,原电池的模型中常用盐桥连接，它的作用是什么？能否用一导线代替？ 提示盐桥的作用是连接两烧杯中的电解质形成闭合回路，通过带电离子的定向移动，平衡烧杯中电解质溶液的电荷，不能用一根导线连接，因为导线是不能传递阴阳离子的。,问题探究一：如图所示的装置能够组成原 电池产生电流的是（ ）,Zn,Zn2OH2e,=Zn(OH)2,MnO2,2MnO22H2O2e,=2MnOOH2OH,二、化学电源 1一次电池碱性锌锰干电池,Pb,PbO2,PbSO42-2e=PbSO4,PbO24HSO42-2e=PbSO42H2O,PbPbO22H2SO4=2

4、PbSO42H2O,2二次电池(可充电电池) 铅蓄电池是常见的二次电池，负极材料是（ ），正极材料是（ ）。 (1)放电时的反应 负极反应： 正极反应： 电池总反应：,(2)充电时的反应 阴极反应： 阳极反应： 电池总反应： 2PbSO42H2O = PbPbO22H2SO4,2H24e=4H,2H24OH4e=4H2O,O24H4e=2H2O,O24e2H2O=4OH,3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：负极反应式： 正极反应式： 总反应式：,碱性：负极反应式： 正极反应式： 总反应式：,O22H2=2H2O,O22H2=2H2O,可充电电池充电时电极

5、与外接电源的正、负极如何连接？ 提示可充电电池充电时的电极接法为：,一个作用 盐桥的作用 (1)使整个装置构成闭合回路，代替两溶液直接接触。 (2)平衡电荷。如在Zn/ZnSO4Cu/CuSO4原电池中Zn失去电子Zn2进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液中因Zn2增多而带正电荷。同时，CuSO4溶液则由于Cu2变成Cu，使得SO42-相对较多而带负电荷。通过盐桥中阴阳离子定向移动而使两极电解质溶液中正负电荷守恒而保持电中性。,四个观察 原电池的四个判定方法 观察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)； 观察溶液两极插入溶液中； 观察回路形成闭合回路或两极直接接触； 观察

6、本质原电池反应是自发的氧化还原反应。,四个规律 金属腐蚀的四个规律 电解池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。 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。 活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，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。,考点1： 原电池正负极的判断方法和电极反应式的书写 一、原电池的正负极的判断,二、电极反应式的书写 1一般电极反应式的书写,(1)负极本身不一定都参加反应，如燃料电池中，作为负极的材料本身并不参加反应。 (2)不注意电解质溶液的成分，容易误写电极反应式，如Al做负极，在酸性溶液中生成Al3

7、，在碱性溶液中生成AlO2-中性或弱碱性，生成Al(OH)3。 (3)电子从负极经外电路流向正极，但电子不能通过电解液，是通过阴阳离子的移动形成闭合回路。 (4)用总电极反应减去一极的电极反应时，须在两式电子转移数相等的前提下进行。,原电池正、负极的判断基础是自发进行的氧化还原反应，如果给出一个化学反应方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断，发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。 判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如：a.Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；b.Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu等金属更难失电

8、子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。,原电池正负极判断的注意点,【应用1】 (2013保定质检)原电池正、负电极的极性不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列由不同材料组成的原电池，电极反应正确的是 ()。 A由Fe、Cu与稀硫酸组成的原电池，其负极反应式为Fe3e=Fe3 B由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池，其负极反应式为Mg2e2OH=Mg(OH)2 C由Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池，其正极反应式为Cu2e=Cu2 D由Al、Cu与浓硝酸组成的原电池，其负极反应式为Cu2e=Cu2,答案D,考点2 原电池原理在化工、农业生产及科研中的应用 1加快氧化还原反应的速率

9、 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。 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，则推测a为负极，b为正极，则金属活动性ab。,3用于金属的防护 使被保护的金属制品做原电池正极而得到保护。 例如，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，使锌做原电池的负极。 4设计电池，制造化学电源 如根据以下反应设计的原电池如下表所示：,5.探究

10、金属腐蚀的快慢规律 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,【典例2】 (2012吉林期末质检)实验发现，298 K时，在FeCl3酸性溶液中加入少量锌粒后，Fe3立即被还原成Fe2。某化学兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示的原电池装置。下列有关说法中正确的是 ()。 A、该原电池的正极反应是： Zn2e=Zn2 B、左烧杯中溶液的红色逐渐褪去 C、该电池铂电极上有气泡出现 D、该电池总反应为：3Zn2Fe3=2Fe3Zn2,解析正极是得电子的反应，A错误；左烧杯中的电极反应式为Fe3e=Fe2，B正确、C错误；因为在金属活动性顺序中铁排在H的前面

11、，在酸性溶液中不会生成Fe，D错误。 答案B,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。,【应用2】(2013安徽无为中学模拟)控制适合的条件，将反应2Fe32I 2Fe2I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是 （ ）,A反

12、应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B反应开始时，甲中石墨电极上Fe3被还原 C电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体， 乙中的石墨电极为负极,答案D,原电池反应的本质就是氧化还原反应。因此正确书写氧化还原反应方程式并能标出电子转移的方向和数目是正确书写电极反应式的基础，通过电池反应中转移电子的数目可确定电极反应中得失的电子数目，通过电池反应中的氧化剂、还原剂和氧化产物、还原产物可确定电极反应中的反应物和产物。具体步骤如下：,首先根据题意写出电池反应。 标出电子转移的方向和数目，指出氧化剂、还原剂。 根据还原剂负极材料，氧化产物负极产物，氧化剂正

13、极材料，还原产物正极产物来确定原电池的正、负极和反应产物。根据电池反应中转移电子的数目来确定电极反应中得失的电子数目。 注意环境介质对反应产物的影响。 写出正确的电极反应式。,Hold住考向,名师揭秘 原电池原理的分析和应用是高考的热点。预测2014年关于新型电源的工作原理分析、电极反应式的书写仍会在高考中出现，必须高度关注。,角度1.原电池工作原理 1(2012福建理综，9)将下图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是 ()。,答案A,2(2011广东，12)某小组为研究电化学原理，设计如图装置，下列叙述不正确的是 ()。 Aa和b不连接时，铁片上会有金属铜析出 Ba和b用导线连接时，铜片上

14、发生的反应为： Cu22e=Cu C无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色 Da和b分别连接直流 电源正、负极，电压足 够大时，Cu2向铜电 极移动,解析a和b不连接时，铁与CuSO4溶液发生反应：FeCu2=Fe2Cu，A项正确；a和b用导线连接时，组成了原电池，Fe作负极，Cu作正极，铜片上发生还原反应：Cu22e=Cu，铁片上发生氧化反应：Fe2e=Fe2，B项正确；通过以上分析可知，无论a和b是否连接，均发生反应：FeCu2=Fe2Cu，故溶液均从蓝色 (Cu2的颜色)逐渐变成浅绿色(Fe2的颜色)，C项正确；a和b分别连接直流电源正、负极时，构成电解池，铜片作阳

15、极，铁片作阴极，Cu2应向阴极(铁电极)移动，D项错误。 答案D,角度2.新型化学电池 3(2011安徽理综，12)研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl，下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是 ()。 A正极反应式：AgCle=AgCl B每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子 CNa不断向“水”电池的负极移动 DAgCl是还原产物,解析A项，AgCle=AgCl应为负极反应式，故错误；B项，负极只有Ag失电子，根据电荷守恒，由总反应式可知B

16、项正确；C项，Na向正极移动，故错误；D项，AgCl为氧化产物，故错误。 答案B,4(2010安徽，11)某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H，其基本结构如图，电池总反应可表示为：2H2O2=2H2O，下列有关说法正确的是()。,A电子通过外电路从b极流向a极 Bb极上的电极反应式为：O22H2O4e=4OH C每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2 DH由a极通过固体酸电解质传递到b极,解析本题考查原电池知识，意在考查考生的分析能力。该原电池的化学原理是H2被氧化，在负极(a极)发生反应：H22e=2H，H由a极转移到b极，D项正确；O2发生还原反应，在正极(b极)发生

17、反应：O24H4e=2H2O，则电子从a极流向b极，A、B两项不正确；C项因未指明气体所处的温度和压强，不正确。 答案D,1(2012全国，11)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,解析相连时，外电路电流从流向，说明为负极，为正极，金属活动性：；相连时，为正极，为负极，金属活动性：；相连时，上有气泡逸出，说明为负极，为正极，金属活动性：；相连时，的质量减小，说明为负极，为正极，金属活动性：。由此可知，金属活动性：，B项正确。 答案B,角

18、度3.电化学腐蚀与防护 2(2012山东理综，13)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是 ()。,A图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小 C图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大 D图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的,解析A项，因液面处氧气的浓度大且与海水接触，故在液面处铁棒腐蚀最严重；C项，接通开关后形成原电池，Zn的腐蚀速率增大，H在Pt电极上放电产生H2；D项，干电池自放电腐蚀是NH4Cl产生的H的氧化作用引起的。 答案B,角度4.电池在工农业生产和生活中的应用 4(2012四川理综11)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=