高三一輪化學復習6.3.2

第三節(jié)化學能轉化為電能——原電池一、原電池1．概念：把

轉化為

的裝置。2．構成條件(1)有兩種

作電極(常見為金屬或石墨)。(2)將電極插入

中。(3)兩電極間構成閉合回路。化學能電能不同材料電解質溶液3．工作原理如圖是Cu－Zn原電池，請?zhí)羁眨?1)電極負極為

，正極為

。(2)電極反應負極：

，正極：

。ZnCuZn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu(3)電子方向和電流方向電子從

流出經(jīng)外電路流入

；電流從

流出經(jīng)外電路流入

。(4)離子的遷移方向電解質溶液中，陰離子向

遷移，陽離子向

遷移。(5)兩種裝置的比較裝置Ⅰ中還原劑Zn與氧化劑Cu2＋直接接觸，易造成能量損耗；裝置Ⅱ能避免能量損耗；裝置Ⅱ中鹽橋的作用是提供離子遷移通路，導電。

負極正極正極負極負極正極將Ⅱ中鹽橋換成銅導線是否可行？提示：不可行。原電池放電時，電子走陸路(導線)，離子走水路(溶液)，外電路是電子的定向移動，內(nèi)電路(溶液中)是陰、陽離子的定向移動，電子不通過內(nèi)電路。鹽橋是離子遷移通路，離子不能通過導線遷移。二、化學電源的種類及其工作原理1．一次電池(堿性鋅錳干電池)堿性鋅錳干電池的工作原理如圖：2．二次電池(以鉛蓄電池為例)(1)放電時的反應①負極反應：②正極反應：③總反應：④電解質溶液的pH

(填“增大”“減小”或“不變”)。(2)充電時的反應①陰極反應：②陽極反應：③總反應：增大2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)

充電電池在放電和充電時的反應是否是可逆反應？提示：充放電的反應不能理解為可逆反應(充、放電反應條件不同)。三、金屬的腐蝕與防護1．金屬腐蝕的本質金屬原子

電子變?yōu)榻饘訇栯x子，金屬發(fā)生

反應。2．化學腐蝕與電化學腐蝕(1)

腐蝕有電流產(chǎn)生。(2)金屬的

腐蝕比較普遍，而且危害性大，腐蝕速率快。3．鋼鐵的析氫腐蝕與吸氧腐蝕如圖裝置中，U形管內(nèi)為紅墨水，a、b試管內(nèi)分別盛有食鹽水和氯化銨溶液，各加入生鐵塊，放置一段時間。失去氧化電化學電化學(1)紅墨水柱

高

低，兩試管的相同的電極反應是：

。(2)a中發(fā)生

腐蝕，正極反應為：

；(3)b中發(fā)生

腐蝕，正極反應為：

。(4)金屬的電化學腐蝕以

腐蝕為主。左右Fe－2e－===Fe2＋吸氧O2＋4e－＋2H2O===4OH－析氫2H＋＋2e－===H2↑吸氧4．金屬腐蝕由快到慢的規(guī)律下列各燒杯中液體均為海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序為

。5．金屬的電化學防護(1)如圖，保護鐵，鐵作

極，鋅作

極，此種方法叫

保護法④②①③⑤正負犧牲陽極的陰極(2)外加直流電源，使被保護的金屬與電源的

極相連，此種方法叫

保護法。

銅在酸雨較嚴重的地區(qū)發(fā)生的是析氫腐蝕還是吸氧腐蝕？為什么？提示：吸氧腐蝕。銅位于金屬活動順序表氫以后，不能以酸溶液中置換出H2。而是發(fā)生吸氧腐蝕生成Cu2(OH)2CO3。負外加電源的陰極1．不是所有化學反應都可以設計成原電池。()2．在Mg—Al—NaOH溶液組成的原電池中，因Mg比Al活潑，故Mg作負極。()3．鉛蓄電池放電時的負極和充電時的陽極均發(fā)生氧化反應。(

)4．燃料電池的反應條件是燃燒。(

)5．鉛蓄電池工作時，當電路中轉移0.2mol電子時，消耗的H2SO4為0.1mol。(

)6．將鐵閘門與外加直流電源的正極相連以保護其不受腐蝕。()

√√××××熱點一原電池電極的判斷及電極反應式的書寫1．正、負極的判斷[特別提醒](1)原電池中放出的氣體一定是H2。(2)書寫電極反應式時，注意介質是否參加反應。堿性介質的電極反應中不能出現(xiàn)H＋，酸性介質的電極反應中不能出現(xiàn)OH－，水溶液中不能出現(xiàn)O2－。(3)負極本身不一定都參加反應，如燃料電池中，作為負極的材料本身并不參加反應。(4)電子從負極經(jīng)外電路流向正極，但電子不能通過電解液，是通過陰陽離子的移動形成閉合回路。(5)用總電極反應減去一極的電極反應時，須在兩式電子轉移數(shù)相等的前提下進行。[例1]某固體酸燃料電池以CsHSO4固體為電解質傳遞H＋，其基本結構見下圖，電池總反應可表示為：2H2＋O2===2H2O。下列有關說法正確的是(

)A．電子通過外電路從b極流向a極B．b極上的電極反應式為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．每轉移0.1mol電子，消耗1.12L的H2D．H＋由a極通過固體酸電解質傳遞到b極[精講精析]

由圖示知充入H2的a極是負極，充入O2的b極是正極，電子應由a極通過外電路流向b極；電池內(nèi)部陽離子即H＋移向正極，正極即b極的電極反應式應為：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故A項、B項錯誤，D項正確。C項沒有指明標準狀況，故C項錯誤。[答案]

D1．生物燃料電池(BFC)是以有機物為燃料，直接或間接利用酶作為催化劑的一類特殊的燃料電池，其能量轉化效率高，是一種真正意義上的綠色電池，其工作原理如圖所示。已知C1極的電極反應式為：C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋。下列有關說法不正確的是(

)A．C1極為電池負極，C2極為電池正極B．電子由C2極經(jīng)外電路導線流向C1極C．C2極的電極反應式為O2＋4H＋＋4e－===2H2OD．該生物燃料電池的總反應式為：C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O解析：燃料電池中，通入燃料的一極為負極，發(fā)生氧化反應，通入氧氣的一極為正極，發(fā)生還原反應，A、C項正確；電子由負極經(jīng)外電路流向正極，B項錯誤。答案：B熱點二原電池在化工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科研中的應用1．加快氧化還原反應速率一個自發(fā)的氧化還原反應，設計成原電池時反應速率增大，例如Zn與稀硫酸反應時加入少量的CuSO4溶液能使產(chǎn)生氫氣的速率加快。2．比較金屬活潑性強弱金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比正極的活潑。3．用于金屬的防護使被保護的金屬制品作原電池的正極而得到保護。例如，保護鐵質輸水管或鋼鐵橋梁，可用導線將其和一塊鋅塊相連，使Zn作原電池的負極。4．設計制作化學電源(1)首先將氧化還原反應分成兩個半反應。(2)根據(jù)原電池的反應特點，結合兩個半反應找出正負極材料和電解質溶液。[例2]某?；瘜W研究性學習小組欲設計實驗驗證Fe、Cu的金屬活動性，他們提出了以下兩種方案。請你幫助他們完成有關實驗項目：方案Ⅰ：有人提出將大小相等的鐵片和銅片，分別同時放入稀硫酸(或稀鹽酸)中，觀察產(chǎn)生氣泡的快慢，據(jù)此確定它們的活動性。該原理的離子方程式為__________________________________________

______________________________。方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作電極設計成原電池，以確定它們的活動性。試在下面的方框內(nèi)畫出原電池裝置圖，標出原電池的電極材料和電解質溶液，并寫出電極反應式。正極：___________________________________________________

_____________________；負極：___________________________________________________

_____________________。方案Ⅲ：結合你所學的知識，幫助他們再設計一個驗證Fe、Cu活動性的簡單實驗方案(與方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)________________________________________________________________________________________________________________________________________________，用離子方程式表示其反應原理：_________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________。方案Ⅳ：請運用所給電極材料和電解質溶液并結合原電池原理設計實驗，驗證Cu2＋、Fe3＋氧化性的強弱。請寫出電極反應式，負極______________，正極______________，并在方框內(nèi)畫出實驗裝置圖，標出正、負極。[精講精析]

方案Ⅰ：鐵可以和稀硫酸(或稀鹽酸)反應生成H2，而Cu在金屬活動性順序表中位于H的后面，不能置換出酸中的氫。方案Ⅱ：利用原電池原理證明金屬活動性Fe>Cu，可以把鐵片作為原電池的負極，銅片作為原電池的正極，稀硫酸作電解質溶液，按要求組成閉合回路，畫出裝置圖，并寫出相應的電極反應式。也可以設計鹽橋組成原電池。方案Ⅲ：可以利用金屬與鹽溶液的置換反應驗證金屬的活潑性。把鐵片插入CuSO4溶液中觀察現(xiàn)象。方案Ⅳ：利用Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋設計原電池。[答案]

方案Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑方案Ⅱ：正極：2H＋＋2e－===H2↑或Cu2＋＋2e－===Cu負極：Fe－2e－===Fe2＋方案Ⅲ：把一個光潔的鐵片插入到CuSO4溶液中，觀察現(xiàn)象Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu方案Ⅳ：Cu－2e－===Cu2＋

2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋2．(2013年合肥模擬)根據(jù)氧化還原反應：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設計的原電池如圖所示，其中鹽橋為瓊脂-飽和KNO3鹽橋。請回答下列問題：(1)電極X的材料是________；電解質溶液Y是________；(2)銀電極為電池的________極，寫出兩電極的電極反應式：銀電極：________________________________________________

________________________；X電極：_________________________________________________

_______________________。(3)外電路中的電子是從________電極流向________電極。(4)鹽橋中向CuSO4溶液中遷移的離子是____(填序號)。解析：根據(jù)題給原電池反應可知，負極材料為銅，正極材料為Ag。答案：(1)銅AgNO3溶液(2)正2Ag＋＋2e－===2Ag

Cu－2e－===Cu2＋(3)銅(X)

Ag

(4)B原電池形成條件的實驗探究典型的原電池反應是負極與電解質溶液自發(fā)進行的氧化還原反應，但電池種類繁多，判斷所給物質是否能形成原電池時，從不同的角度設計一些探究性實驗，是體現(xiàn)能力立意的一種很好的考查方法?！镜淅繉τ谌缦聢D所示的原電池，對其中的電解質溶液有以下猜想：猜想一：必須是能與負極發(fā)生反應的電解質。猜想二：任意的電解質溶液均可在如圖裝置中構成原電池。(1)為了證明哪個猜想是正確的，請配齊實驗用品：鋅片、銅片、導線、電流計、燒杯、稀硫酸、________。(2)你應該做怎樣的簡單操作__________________________