《原电池原理及其应用》幻灯片.ppt

1、高三化学第一轮复习,专题 化学反应与能量变化,第1节 原电池原理及其应用,【考试说明要求】1、理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、了解常见的化学电源种类及其工作原理。,普通干电池,手机电池,钮扣电池,笔记本电脑 专用电池,摄像机 专用电池,“神六”用 太阳能电池,一、原电池工作原理,例：如右图所示，组成的原电池： （1）当电解质溶液为稀H2SO4时： Zn电极是_（填“正”或“负”）极， 其电极反应为_，该反应 是_（填“氧化”或“还原”，下同）反应； Cu电极是_极，其电极反应为 _,该反应是_反应。,（2）当电解质溶液为CuSO4溶液时： Zn电极是_极，其电极反应为

2、_， 该反应是_反应；Cu电极是_极，其电极反应为_,该反应_反应.,负,Zn 2e - = Zn 2+,氧化,正,2H+ +2e- =H2,还原,负,Zn 2e - = Zn 2+,氧化,正,Cu2+ + 2e - = Cu,还原,Cu,Zn,Zn2+,负极,正极,静电作用,原电池工作原理,氧化反应,Zn-2e=Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液 盐桥,失e，沿导线传递，有电流产生,还原反应,Cu2+2e- =Cu,阴离子,阳离子,总反应：,负极,正极,Cu2+2e- =Cu,Zn-2e- =Zn2+,Zn+Cu2+=Zn2+Cu,Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu,(离子方程式）,（化学方程

3、式）,电极反应,正极：,负极：,（氧化反应）,（还原反应）,阳离子,原 电 池 原 理,外电路,内电路,构成原电池的条件,(4)形成闭合回路 两电极用导线连接或直接接触,（1）能自发地发生的氧化还原反应： 电极和电解质溶液 两电极上分别有还原剂和氧化剂（燃料电池）,（2）电解质溶液或熔融态离子化合物： 参与电极反应或构成内电路,（3）两导体作电极： 活动性不同的金属（或一种金属和一种非金属导体如石墨），与电解质溶液反应的活泼金属为负极。 两不活泼的导体，如石墨或Pt等。（燃料电池电极）,练习：下列哪几个装置能形成原电池？,A,B,C,D,E,F,M,N,CuSO4,想一想：是不是所有的化学反应

4、均可设计成原电池反应？,思考：下列哪些反应可能成为原电池反应？,、MnO2 +4HCl = MnCl2 + Cl2+ 2H2O,2、2CH3OH + 3O2 = 2CO2+ 4H2O,3、2NH4HSO4 + 2NaOH = (NH4)2SO4 + Na2SO4+ 2H2O,为什么?,原电池反应的基础是氧化还原反应，故从理论上说任何一个自发进行的氧化还原反应因都会有电子转移的存在，都可能成为原电池反应,原电池的正负极的判断方法,（1）根据两极材料的活泼性判断 （2）根据电极反应判断 （3）根据外电路电子或电流的方向断 （4）根据内电路阴、阳离子移动的方向断 （5）根据两极反应时所产生的现象判断

5、 （6）根据通入的物质判断。 如：原电池中通入燃料的一极为负极，通入助燃剂（O2）的一极为正极。 或：通入还原剂的一极为负极，通入氧化剂的一极为正极。,（）盐桥的作用是什么？ 使Cl-向锌盐方向移动，K+向铜盐方向移动，使Zn盐和Cu盐溶液一直保持电中性，从而使电子不断从Zn极流向Cu极。氧化还原反应得以继续进行。 导线的作用是传递电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路。,用盐桥链接内电路的原电池,（）盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的 胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出,盐桥的作用： （1）形成闭合回路。 （2）平衡电荷。,(3)盐桥连接内电路原电池的优点：避免了电极与电解质溶液反

6、应，可以更彻底的将反应所释放能量转化为电能,思考 ：左右烧杯内的电解质溶液换一换是否可以？为什么？,燃料电池 熔融盐电池,二、化学电源,常规电池,一次电池 二次电池,新型电池,1、酸性锌锰干电池,干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作电解质溶液，还,填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的H2，防止产生极化现象。电极总的反应式为：,2NH4Cl+Zn+2MnO2=ZnCl22NH3+Mn2O3+H2O,(一) 一次电池,练：写出锌锰干电池的电极反应方程式。 负极 正极 总反应 通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能

7、正常供电了？_我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能是干电池中的什么成分起了作用？,Zn-2e-=Zn2+,2NH4+2e-=2NH3+H2,Zn+2NH4+=Zn2+2NH3+H2,锌筒变软，电池表面变得不平整,2MnO2+H2=Mn2O3+H2O,负极（锌筒）：Zn-2e- + 2OH - =Zn(OH)2 正极（石墨）：2MnO2+ 2e - +2H2O=2MnOOH +2 OH 总反应：Zn+ 2MnO2+2H2O = Zn(OH)2 + 2MnOOH,2、碱性锌锰干电池,金属棒,普通锌锰干电池缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液。 碱性锌锰电池的优点：电流稳定，放

8、电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。,3、锂电池,锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S 负极： ；正极： 。,用途：质轻、高能(比能量高)、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。,8Li-8e-=8Li+,3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S,1、铅蓄电池,电极材料及原料 电解质溶液,正极：PbO2 负极：Pb,H2SO4溶液,负极（Pb）: Pb- 2e-+ SO4 2 - =PbSO4,Pb+PbO2+2H2SO4 =2PbSO4 +2H2O,正极（PbO2）: PbO2+4H+SO42

9、-+ 2e-= PbSO4 +2H2O,总反应：,放电原电池反应,(二)二次电池(可充电),2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq),充电电解池反应,PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq),还原反应,阴极：,阳极：,PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42-(aq),氧化反应,接电源负极,接电源正极,充电过程总反应：,2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq),铅蓄电池的充放电过程：,2、银锌蓄电池,银-锌蓄电池广泛用作各

10、种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：,2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O,此电池放电时，负极上发生反应的物质是（ ）,A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn,D,电极反应：,负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2,正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-,3、镍镉电池,负极材料：Cd； 正极材料：涂有NiO2， 电解质：KOH溶液。 反应式如下：,特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。,镍镉可充电电池可发生如下反应：,Cd+2NiO(OH)+2H2O,由此可知，该电池的负极材料是,Cd(OH)2+2Ni(OH)2,A. Cd,（ A ）,B.

11、 NiO(OH),D. Ni(OH)2,C. Cd(OH)2,电极反应：,负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2,正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-,电解液 H2O,O2,H2,H2O,（三）燃料电池：,1、氢氧燃料电池,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 4H2O,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,2H2 +4OH- 4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,它是以两根金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通入甲烷 和氧气。电极反应为： 负极： 正极：

12、 电池总反应：,2O2+ 4H2O +8e-= 8OH -,CH4+ 10OH -8e-= CO32- + 7H2O,CH4+ 2O2 + 2OH- = CO32- + 3 H2O,2、甲烷燃料电池,分析正负极区、溶液的pH如何变化？,课堂练习,1、宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应为2H2+O2=2H2O，电解质溶液为KOH，反应保持在高温下，使H2O蒸发，正确叙述正确的是： （ ）AH2为正极，O2为负极B电极反应（正极）：O2+2H2O+4e- =4OH-C电极反应（负极）：2H2+4OH- =4H2O- 4e-D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

13、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（ ） A、电池放电时，负极周围溶液的pH不断增大 B、电池放电时，镍元素被氧化 C、电池充电时，氢元素被还原 D、电池放电时，H2是负极,放电 充电,CD,课堂练习,3、有人设计出利用CH4和O2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CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是 ( ) 每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole- 负极上CH4失去电子，电极反应式： CH4 + 10 OH- 8e- = CO32- + 7 H

14、2O 负极上是O2获得电子，电极反应式为： O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH- 电池放电后，溶液pH不断升高 A. B. C. D.,A,课堂练习,1、增大氧化还原反应速率,原电池原理应用,练习. X、Y、Z、W四种金属片浸入稀盐酸中,用导线连接,可以组成原电池,实验结果如下图所示: 则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为 _,ZYXW,2、比较金属活动性强弱。,3、用于金属的保护,4、设计原电池,例：(2007年高考理综重庆卷)如图所示，下列叙述正确的是 ( ),(A)Y为阴极，发生还原反应 (B)X为正极，发生氧化反应 (C)Y与滤纸接触处有氧气生成 (D)X与滤纸接触处变红,

15、A,（2010全国卷1）右图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。电池的一个电极由有机光敏燃料（S）涂覆在纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为：,(激发态),下列关于该电池叙述错误的是： A电池工作时，是将太阳能转化为电能 B电池工作时，I-离子在镀铂导电玻璃电极上放电 C电池中镀铂导电玻璃为正极 D电池的电解质溶液中I- 和I3- 的浓度不会减少,B,活学活用银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。 试回答：在此原电

16、池反应中，负极发生的反应为 ； 正极发生的反应为 ； 反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总反应方程式为,Al -3e- Al3,Ag2S+2e-2Ag+S2-,3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S,例：(2013年高考海南化学卷) 依据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s) = Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如图所示。,请回答下列问题： (1)电极X的材料是_； 电解质溶液Y是_； (2)银电极为电池的_极， 发生的电极反应为_ X电极上发生的电极反应为_； (3)外电路中的电子是从_电极流向_电极。,铜(或Cu),AgNO3溶液,正,Age Ag,Cu

17、 -2e Cu2,负(Cu),正(Ag),三、金属的腐蚀及防腐蚀 1、金属的腐蚀：金属或合金的表面与周围的物质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏。 说明：本质是金属原子失去电子被氧化的过程。,（1）化学腐蚀与电化腐蚀,（1）化学腐蚀与电化腐蚀,三、金属的腐蚀及防腐蚀 1、金属的腐蚀：金属或合金的表面与周围的物质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏。 说明：本质是金属原子失去电子被氧化的过程。,（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）,电极反应,负 极,正 极,总反应式,水膜酸性较强 （pH4.3),水膜酸性很弱 或中性,Fe-2e- =Fe2+,2H+2e- =H2,O2+2H2O+4e- =4OH-,Fe+2H+=Fe2+H2,2Fe+O2+2H2O= 2Fe(OH)2,练习：请你根据原电池原理，写出钢铁吸氧腐蚀的电极反应式及电池反应方程式。,2Fe - 4e- 2Fe2+,O2 + 2H2O + 4e- 4OH-,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：,负极：,正极：,电池反应：,2、金属的防护,3、金属腐蚀速率大