高中化學(xué)原電池原理

PAGE1原電池原理一．原電池1.能量轉(zhuǎn)化：原電池是__________________________________________________的裝置。2.原電池構(gòu)成條件：（1）金屬活潑性不同的兩個(gè)電極（2）電解質(zhì)溶液（3）電極、電解質(zhì)溶液構(gòu)成閉合回路3.結(jié)構(gòu)：內(nèi)電路——電解質(zhì)溶液、電極導(dǎo)電微粒：自由移動(dòng)離子（陽(yáng)離子往正極移動(dòng)，陰離子往負(fù)極移動(dòng)）外電路——電極（與導(dǎo)線）導(dǎo)電微粒：自由移動(dòng)電子（電子由負(fù)極經(jīng)過(guò)導(dǎo)線流向正極，電流由正極流向負(fù)極）電極：根據(jù)活潑性的不同，分為負(fù)極（金屬活潑性強(qiáng)）正極（金屬活潑性弱）。正極：通常是活潑性較弱的金屬或非金屬導(dǎo)體，電子流____（填“出”或“入”）的一極，電極上發(fā)生________（填“氧化”或“還原”反應(yīng)）。負(fù)極：通常是活潑性較強(qiáng)的金屬，電子流_____（填“出”或“入”）的一極，電極被________（填“氧化”或“還原”），電極發(fā)生________（填“氧化”或“還原”反應(yīng)）。4.反應(yīng)特點(diǎn)：自發(fā)的氧化還原反應(yīng)5.工作原理：負(fù)極失電子經(jīng)導(dǎo)線流向正極形成電流，內(nèi)電路自由移動(dòng)的離子定向運(yùn)動(dòng)傳遞電荷【例題】下列關(guān)于原電池的敘述中正確的是（）Ａ．原電池能將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽拢姵刎?fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)是還原反應(yīng)Ｃ．原電池在工作時(shí)其正極不斷產(chǎn)生電子并經(jīng)外電路流向負(fù)極Ｄ．原電池的電極只能由兩種不同的金屬構(gòu)成【練習(xí)題1】在如圖所示的裝置中，a的金屬性比氫要強(qiáng)，b為碳棒，關(guān)于此裝置的各種敘述不正確的是（）A．碳棒上有氣體放出，溶液pH變大B．a(chǎn)是正極，b是負(fù)極C．導(dǎo)線中有電子流動(dòng)，電子流從a極到b極D．a(chǎn)極上發(fā)生了氧化反應(yīng)【練習(xí)題2】人造地球衛(wèi)星用到的一種高能電池——銀鋅蓄電池，它在放電時(shí)的電極反應(yīng)為：Zn+2OH––2e–＝ZnO+H2OAg2O+H2O+2e–＝2Ag+2OH–據(jù)此判斷氧化銀是（）Ａ．負(fù)極，并被氧化Ｂ．正極，并被還原Ｃ．負(fù)極，并被還原Ｄ．正極，并被氧化二．原電池的形成條件（1）活潑性不同的電極材料（金屬與金屬或金屬與非金屬導(dǎo)體）（2）電解質(zhì)溶液。電解質(zhì)溶液中離子定向移動(dòng)，傳遞電荷，接通內(nèi)電路。（3）構(gòu)成閉合電路（用導(dǎo)線連接或直接接觸）【例題】下列裝置屬于原電池的是（）【練習(xí)題】下列燒杯中盛放的都是稀H2SO4，在Cu電極上產(chǎn)生大量氣泡的是（）例如：Fe——C(NaCl溶液)電極反應(yīng)為：（－）Fe—2e—=Fe2+（＋）O2+2H2O+4e—=4OH—電池總反應(yīng)式：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2在這里Fe并沒(méi)有和溶液中溶質(zhì)NaCl發(fā)生反應(yīng)，而是和O2發(fā)生氧化還原反應(yīng)?？梢?jiàn)在原電池中只要有能釋放能量的氧化還原反應(yīng)發(fā)生，就可以產(chǎn)生電流。三、原電池的工作原理活潑金屬（負(fù)極）——失電子——氧化反應(yīng)——電子流出不活潑金屬（或石墨）（正極）——得電子——還原反應(yīng)——電子流入在這里要求熟練書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)和電池反應(yīng)式，能由電極反應(yīng)寫(xiě)出電池反應(yīng)式，能由電池反應(yīng)式寫(xiě)出電極反應(yīng)，會(huì)判斷電極符號(hào)、溶液pH及濃度的變化等。例如：電子表所用鈕扣電池的兩極材料為Zn和Ag2O，電解質(zhì)溶液為KOH。放電時(shí)鋅極上的電極反應(yīng)式為：Zn+2OH——2e—=Zn(OH)2Ag2O電極上發(fā)生的反應(yīng)為：Ag2O+H2O+2e—=2Ag+2OH—下列說(shuō)法正確的是（）A．鋅是負(fù)極，Ag2O是正極B．鋅發(fā)生還原反應(yīng)，Ag2O發(fā)生氧化反應(yīng)C．溶液中OH—向正極移動(dòng)，K+、H+向負(fù)極移動(dòng)D．隨著電極反應(yīng)的不斷進(jìn)行，電解質(zhì)溶液的pH保持不變四．原電池原理的應(yīng)用（一）做電源要了解常見(jiàn)的一些電池，由所給條件判斷兩極符號(hào)、電極反應(yīng)、電池反應(yīng)、電解質(zhì)溶液濃度、pH變化等。常見(jiàn)的化學(xué)電源1.普通鋅錳電池——干電池負(fù)極（鋅筒）：Zn－2e-=Zn2+正極（石墨）：2NH4++2e-=2NH3+H2電池總反應(yīng)式為：Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H22.鉛蓄電池(可充電電池)負(fù)極：Pb+SO42-－2e-PbSO4正極：PbO2+4H++SO42-+2e-PbSO4+2H2O充電放電電池總反應(yīng)式為：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O充電放電3.銀鋅電池（鈕扣電池）負(fù)極：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O正極：Ag2O+H2O+2e_=2Ag+2OH-電池總反應(yīng)式為：Ag2O+Zn=2Ag+ZnO4.鋰電池（有多種）5.海水電池1991年，我國(guó)首創(chuàng)以鋁-空氣-海水為材料組成的新型電池，用作航海標(biāo)志燈。負(fù)極：4Al－12e－=4Al3+正極：3O2+6H2O+12e－=12OH－電池總反應(yīng)式為：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)36.燃料電池（如氫氧燃料電池）電池總反應(yīng)式為：2H2+O2=2H2O（二）金屬的腐蝕和防護(hù)1．金屬腐蝕的本質(zhì)是：金屬單質(zhì)失電子被氧化成金屬陽(yáng)離子的過(guò)程，M—ne—=Mn+金屬的腐蝕化學(xué)腐蝕：金屬與氧化劑（O2、Cl2等）直接反應(yīng)電化學(xué)腐蝕（為主）（發(fā)生電原池反應(yīng)）析氫腐蝕（酸性較強(qiáng)環(huán)境）（－）Fe—2e—=Fe2+（＋）2H++2e—=H2↑電池反應(yīng)：Fe+2H+=Fe2++H2↑吸氧腐蝕（為主）（弱酸性或中性環(huán)境）（－）Fe—2e—=Fe2+（＋）O2+2H2O+4e—=4OH—電池反應(yīng)：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32.金屬的防護(hù)（1）加保護(hù)層：刷漆、電鍍等。（2）改變結(jié)構(gòu)：制成合金。（3）電化學(xué)方法①犧牲負(fù)極保護(hù)法：Fe與Zn相連，犧牲Zn保護(hù)Fe。②陰極保護(hù)法：將被保護(hù)的金屬連在直流電源的負(fù)極（陰極），電源負(fù)極提供電子，阻止了金屬失電子。（三）加快反應(yīng)速率例如：純鋅與稀H2SO4反應(yīng)速率較慢，當(dāng)加入CuSO4溶液以后，反應(yīng)速率加快，因?yàn)閆n+Cu2+=Cu+Zn2+析出的Cu與Zn接觸，在稀H2SO4中形成原電池，加快反應(yīng)速率。（四）判斷金屬活動(dòng)性根據(jù)活潑金屬為負(fù)極，不活潑金屬為正極，可通過(guò)組成原電池判斷金屬活動(dòng)性。經(jīng)典例題【例1】下列敘述中正確的是（）A．構(gòu)成原電池正極和負(fù)極的材料必須是兩種金屬。B．由銅、鋅作電極與硫酸銅溶液組成的原電池中銅是負(fù)極。C．馬口鐵（鍍錫鐵）破損時(shí)與電解質(zhì)溶液接觸錫先被腐蝕。D．銅鋅原電池工作時(shí)，若有13克鋅被溶解，電路中就有0.4mol電子通過(guò)?！纠?】把A、B、C、D四塊金屬泡在稀H2SO4中，用導(dǎo)線兩兩相連可以組成各種原電池。若A、B相連時(shí)，A為負(fù)極；C、D相連，D上有氣泡逸出；A、C相連時(shí)A極減輕；B、D相連，B為正極。則四種金屬的活潑性順序由大到小排列為（）A．A＞B＞C＞DB．A＞C＞B＞D C．A＞C＞D＞BD．B＞D＞C＞A【例3】電子計(jì)算機(jī)所用鈕扣電池的兩極材料為鋅和氧化銀，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其電極反應(yīng)是：Zn+2OH--2e＝ZnO+H2O Ag2O+H2O+2e＝2Ag+2OH-下列判斷正確的是（）A．鋅為正極，Ag2O為負(fù)極。B．鋅為負(fù)極，Ag2O為正極。C．原電池工作時(shí)，負(fù)極區(qū)溶液PH減小。D．原電池工作時(shí)，負(fù)極區(qū)溶液PH增大?！眷柟叹毩?xí)】一、選擇題1．下列裝置中，電流計(jì)G中有電流通過(guò)的是（）2．生物體中細(xì)胞膜內(nèi)的葡萄糖，細(xì)胞膜外的富氧液體及細(xì)胞膜構(gòu)成微型的生物原電池，下列有關(guān)判斷正確的是（）A．正極的電極反應(yīng)可能是：O2+2H2O+4e—＝4OH—B．負(fù)極的電極反應(yīng)可能是：O2+2H2O+4e—＝4OH—C．負(fù)極的反應(yīng)主要是C6H12O6(葡萄糖)生成CO2或HCO3—D．正極的反應(yīng)主要是C6H12O6(葡萄糖)生成CO2或HCO3—3．如圖：電流計(jì)的指針會(huì)偏轉(zhuǎn)，M極變粗，N極變細(xì)符合這種情況的是（）A．M是銅，N是鋅，R是硫酸溶液B．M是鋅，N是銅，R是硫酸銅溶液C．M是銀，N是鋅，R是硝酸銀溶液D．M是鐵，N是銅，R是硝酸銅溶液4．電子表中電源常用銀—鋅微型電池，其電極分別為Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電極反應(yīng)分別為Zn+2OH——2e—＝ZnO+H2O，Ag2O+H2O+2e—＝2Ag+2OH—，總反應(yīng)式：Ag2O+Zn＝2Ag+ZnO，根據(jù)上述變化，下列判斷正確的是（）A．Zn為正極，Ag2O為負(fù)極B．工作時(shí)電池負(fù)極區(qū)溶液的pH增大C．工作時(shí)電子由Ag2O極經(jīng)外電路流向Zn極D．Zn為負(fù)極，Ag2O為正極6．把鐵棒和鋅棒用導(dǎo)線連接插入硫酸銅溶液中，當(dāng)電路中有0.2mol電子通過(guò)時(shí)，負(fù)極的質(zhì)量變化是（）A．增加6.5克B．減少6.5克C．減少5.6克D．增加6.4克7．某原電池反應(yīng)的離子方程式為：Fe+2H+＝Fe2++H2↑，下列說(shuō)法正確的是（）A．HNO3為電解質(zhì)溶液B．鋅為該原電池的負(fù)極C．鐵極質(zhì)量不變D．銅為該原電池的正極8．下列說(shuō)法正確的是（）A．鋼鐵因含雜質(zhì)而容易發(fā)生電化腐蝕，所以合金都不耐腐蝕B．原電池反應(yīng)是導(dǎo)致金屬腐蝕的主要原因，故不能用來(lái)減緩金屬的腐蝕C．鋼鐵電化學(xué)腐蝕的兩種類型主要區(qū)別在于水膜的pH不同，引起負(fù)極反應(yīng)不同D．無(wú)論哪種類型的腐蝕，其實(shí)質(zhì)都是金屬被氧化9．根據(jù)下列實(shí)驗(yàn)事實(shí)：(1)X+Y2+＝X2++Y(2)Z+2H2OZ(OH)2+H2↑(3)Z2+離子的氧化性比X2+弱(4)由Y、W作電極組成的原電池反應(yīng)為：Y—2e—＝Y(jié)2+由此可知，X、Y、Z、W的還原性由強(qiáng)到弱的順序是（）A．X＞Y＞Z＞W(wǎng)B．Y＞X＞W(wǎng)＞ZC．Z＞X＞Y＞W(wǎng)D．Z＞Y＞X＞W(wǎng)10．阿波羅宇宙飛船上使用的是氫氧燃料電池，其電池反應(yīng)式為：2H2+O2＝2H2O，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，反應(yīng)保持在一定溫度下，使生成H2O蒸發(fā)，下列敘述正確的是（）A．H2為正極，O2為負(fù)極B．電極反應(yīng)(正極)：O2+2H2O+4e—＝4OH—電極反應(yīng)(負(fù)極)：2H2+4OH——4e—＝4H2OC．負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)D．工作中電解質(zhì)溶液pH值不斷增大11．燃料電池是利用燃料(如H2、CO、CH4等)跟氧氣或空氣反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。電解質(zhì)溶液是強(qiáng)堿溶液。下列關(guān)于甲烷的燃料電池說(shuō)法中正確的為（）A．負(fù)極反應(yīng)：O2+2H2O+4e—＝4OH—B．負(fù)極反應(yīng)：CH4+10OH——8e—＝CO32—+7H2OC．隨著放電進(jìn)行，溶液的pH值增大D．放電時(shí)溶液中的陰離子向正極移動(dòng)13．將金屬A和金屬B分別放入稀H2SO4中有氫氣生成。若將金屬A和金屬B相連后投入稀H2SO4中發(fā)現(xiàn)A被腐蝕，B未被腐蝕。關(guān)于A、B的敘述是（）A．金屬活動(dòng)性A＞B B．還原性B＞AC．在后者裝置中金屬A發(fā)生還原反應(yīng)，金屬B發(fā)生氧化反應(yīng)D．金屬B的表面有明顯氣泡產(chǎn)生，金屬A表面無(wú)明顯現(xiàn)象14．把鐵釘和碳棒用銅線連接后，浸入0.1mol/L的NaCl溶液中，可能發(fā)生的現(xiàn)象為（）A．碳棒上放出氯氣 B．碳棒附近產(chǎn)生OH—C．碳棒上放出O2 D．鐵釘上放出H215．下列事實(shí)與電化腐蝕無(wú)關(guān)的是（）A．埋在地下的鐵管比在地面上的更易被腐蝕B．為保護(hù)海船的螺旋漿和船殼，往往在螺旋漿和船殼上鑲?cè)脘\塊C．在空氣中金屬銀的表面生成一層黑色物質(zhì)D．鍍銀的鐵制品，鍍層部分受損后，露出的鐵表面暴露在潮濕空氣中更易腐蝕16．某原電池總反應(yīng)的離子方程式為：2Fe3++Fe＝3Fe2+，不能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是()A．正極為Cu，負(fù)極為Fe，電解質(zhì)溶液為FeCl3B．正極為C，負(fù)極為Fe，電解質(zhì)溶液為Fe(NO3)3C．正極為Fe，負(fù)極為Zn，電解質(zhì)溶液為Fe2(SO4)3D．正極為Ag，負(fù)極為Fe，電解質(zhì)溶液為CuSO4二、填空題18．鉛蓄電池是化學(xué)電池，其電極材料是Pb和PbO2，電解質(zhì)溶液為稀硫酸，工作時(shí)該電池的總反應(yīng)為PbO2+Pb+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O，根據(jù)上述情況判斷：(1)蓄電池的負(fù)極是_________，其電極反應(yīng)式為_(kāi)________；(2)蓄電池的正極是_________，其電極反應(yīng)式為_(kāi)________。本次課總結(jié)1、原電池電極名稱的判斷方法（1）根據(jù)電極材料的性質(zhì)確定金屬—金屬電極，活潑金屬是負(fù)極，不活潑金屬是正極；金屬—非金屬電極，金屬是負(fù)極，非金屬是正極；金屬—化合物電極，金屬是負(fù)極，化合物是正極。（2）根據(jù)電極反應(yīng)的本身確定失電子的反應(yīng)—氧化反應(yīng)—負(fù)極；得電子的反應(yīng)—還原反應(yīng)—正極2、原電池電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)關(guān)鍵（1）明確電池的負(fù)極反應(yīng)物是電極本身還是其他物質(zhì)、反應(yīng)產(chǎn)物及化合價(jià)的變化；（2）確定電池的正極反應(yīng)物是電解質(zhì)溶液中的離子，還是其他物質(zhì)（如溶有或通入的氧氣）；（3）判斷是否存在特定的條件（如介質(zhì)中的微粒H+、OH-非放電物質(zhì)參加反應(yīng)），進(jìn)而推斷電解質(zhì)溶液的酸堿性的變化；（4）總的反應(yīng)式是否滿足質(zhì)量守衡、得失電子守衡、電荷守衡。（O2+4H++4e-=2H2O；2H2+4OH--4e-=4H2O）練習(xí)2．原電池產(chǎn)生電流的本質(zhì)原因是（）A．原電池中電解液能電離出自由移動(dòng)的離子B．有兩根導(dǎo)線將兩個(gè)活性不同的電極連接C．電極上進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)的生成物為電子D．電極上進(jìn)行的氧化還原