《原電池原理及其應(yīng)用》

高三化學(xué)第一輪復(fù)習(xí)

專題化學(xué)反應(yīng)與能量變化

第1節(jié)原電池原理及其應(yīng)用

【考試說(shuō)明要求】

1、理解原電池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。

2、了解常見的化學(xué)電源種類及其工作原理。

普通干電池手機(jī)電池鈕扣電池筆記本電腦專用電池?cái)z像機(jī)專用電池“神六”用太陽(yáng)能電池一、原電池工作原理例：如右圖所示，組成的原電池：（1）當(dāng)電解質(zhì)溶液為稀H2SO4時(shí)：Zn電極是____（填“正”或“負(fù)”）極，其電極反應(yīng)為_______________，該反應(yīng)是______（填“氧化”或“還原”，下同）反應(yīng)；Cu電極是______極，其電極反應(yīng)為_______________,該反應(yīng)是_________反應(yīng)。（2）當(dāng)電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液時(shí)：Zn電極是____極，其電極反應(yīng)為_____________，該反應(yīng)是________反應(yīng)；Cu電極是____極，其電極反應(yīng)為_______________,該反應(yīng)_________反應(yīng).負(fù)Zn－2e-=Zn2+氧化正2H++2e-=H2↑還原負(fù)Zn－2e-=Zn2+氧化正Cu2++2e-=Cu還原CuZn-Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+----------Zn2+H+SO42-負(fù)極正極靜電作用原電池工作原理氧化反應(yīng)Zn-2e=Zn2+

銅鋅原電池電解質(zhì)溶液鹽橋失e，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生還原反應(yīng)Cu2++2e-=Cu陰離子陽(yáng)離子總反應(yīng)：負(fù)極正極Cu2++2e-=CuZn-2e-=Zn2+Zn+Cu2+=Zn2++CuZn+CuSO4=ZnSO4+Cu(離子方程式）（化學(xué)方程式）電極反應(yīng)正極：負(fù)極：（氧化反應(yīng)）（還原反應(yīng)）陽(yáng)離子原電池原理外電路內(nèi)電路構(gòu)成原電池的條件

(4)形成閉合回路兩電極用導(dǎo)線連接或直接接觸

（1）能自發(fā)地發(fā)生的氧化還原反應(yīng)：①電極和電解質(zhì)溶液②兩電極上分別有還原劑和氧化劑（燃料電池）

（2）電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)離子化合物：參與電極反應(yīng)或構(gòu)成內(nèi)電路

（3）兩導(dǎo)體作電極：①活動(dòng)性不同的金屬（或一種金屬和一種非金屬導(dǎo)體如石墨），與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的活潑金屬為負(fù)極。②兩不活潑的導(dǎo)體，如石墨或Pt等。（燃料電池電極）練習(xí)：下列哪幾個(gè)裝置能形成原電池？ABCDEFMNCuSO4√√√√想一想：是不是所有的化學(xué)反應(yīng)均可設(shè)計(jì)成原電池反應(yīng)？

思考：下列哪些反應(yīng)可能成為原電池反應(yīng)？１、MnO2+4HCl

==MnCl2+Cl2↑+2H2O2、2CH3OH+3O2

==2CO2+4H2O3、2NH4HSO4+2NaOH

== (NH4)2SO4+Na2SO4+2H2O為什么?原電池反應(yīng)的基礎(chǔ)是氧化還原反應(yīng)，故從理論上說(shuō)任何一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)因都會(huì)有電子轉(zhuǎn)移的存在，都可能成為原電池反應(yīng)

原電池的正負(fù)極的判斷方法（1）根據(jù)兩極材料的活潑性判斷

（2）根據(jù)電極反應(yīng)判斷

（3）根據(jù)外電路電子或電流的方向斷

（4）根據(jù)內(nèi)電路陰、陽(yáng)離子移動(dòng)的方向斷

（5）根據(jù)兩極反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生的現(xiàn)象判斷（6）根據(jù)通入的物質(zhì)判斷。如：原電池中通入燃料的一極為負(fù)極，通入助燃劑（O2）的一極為正極?；颍和ㄈ脒€原劑的一極為負(fù)極，通入氧化劑的一極為正極。

（２）鹽橋的作用是什么？使Cl-向鋅鹽方向移動(dòng)，K+向銅鹽方向移動(dòng)，使Zn鹽和Cu鹽溶液一直保持電中性，從而使電子不斷從Zn極流向Cu極。氧化還原反應(yīng)得以繼續(xù)進(jìn)行。

導(dǎo)線的作用是傳遞電子，溝通外電路。而鹽橋的作用則是溝通內(nèi)電路。用鹽橋鏈接內(nèi)電路的原電池（１）鹽橋中裝有飽和的KCl溶液和瓊脂制成的膠凍，膠凍的作用是防止管中溶液流出鹽橋的作用：（1）形成閉合回路。（2）平衡電荷。(3)鹽橋連接內(nèi)電路原電池的優(yōu)點(diǎn)：避免了電極與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，可以更徹底的將反應(yīng)所釋放能量轉(zhuǎn)化為電能思考：左右燒杯內(nèi)的電解質(zhì)溶液換一換是否可以？為什么？燃料電池熔融鹽電池

二、化學(xué)電源常規(guī)電池｛一次電池二次電池新型電池｛1、酸性鋅錳干電池干電池用鋅制桶形外殼作負(fù)極，位于中央的頂蓋有銅帽的石墨作正極，在石墨周圍填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作電解質(zhì)溶液，還填充MnO2的黑色粉末吸收正極放出的H2，防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象。電極總的反應(yīng)式為：2NH4Cl+Zn+2MnO2=ZnCl2＋2NH3↑+Mn2O3+H2O(一)一次電池練：寫出鋅錳干電池的電極反應(yīng)方程式。負(fù)極————————————————正極————————————————總反應(yīng)———————————————通常我們可以通過(guò)干電池的外觀上的哪些變化判斷它已經(jīng)不能正常供電了？_____________________________我們?cè)谑褂酶呻姵氐倪^(guò)程中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有氣體產(chǎn)生，請(qǐng)推測(cè)可能是干電池中的什么成分起了作用？Zn-2e-=Zn2+2NH4++2e-=2NH3+H2Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H2鋅筒變軟，電池表面變得不平整2MnO2+H2==Mn2O3+H2O負(fù)極（鋅筒）：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正極（石墨）：2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH

+2OH–總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O

=Zn(OH)2

+2MnOOH2、堿性鋅錳干電池金屬棒普通鋅錳干電池缺點(diǎn)：放電量小，放電過(guò)程中易氣漲或漏液。堿性鋅錳電池的優(yōu)點(diǎn)：電流穩(wěn)定，放電容量、時(shí)間增大幾倍，不會(huì)氣漲或漏液。3、鋰電池鋰亞硫酰氯電池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S負(fù)極：

；正極：

。用途：質(zhì)輕、高能(比能量高)、高工作效率、高穩(wěn)定電壓、工作溫度寬、高使用壽命，廣泛應(yīng)用于軍事和航空領(lǐng)域。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S1、鉛蓄電池電極材料及原料電解質(zhì)溶液正極：PbO2

負(fù)極：PbH2SO4溶液負(fù)極（Pb）:

Pb-2e-+SO42

-=PbSO4Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

正極（PbO2）:PbO2+4H++SO42

-+2e-=PbSO4+2H2O總反應(yīng)：放電——原電池反應(yīng)(二)二次電池(可充電)2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充電——電解池反應(yīng)PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)

還原反應(yīng)陰極：陽(yáng)極：PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)

氧化反應(yīng)接電源負(fù)極接電源正極充電過(guò)程總反應(yīng)：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)鉛蓄電池的充放電過(guò)程：放電充電2、銀鋅蓄電池

正極殼填充Ag2O和石墨，負(fù)極蓋填充鋅汞合金，電解質(zhì)溶液KOH。反應(yīng)式為：2Ag+Zn(OH)2

Zn+Ag2O+H2O

充電放電銀-鋅蓄電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的充電和放電過(guò)程可以表示為：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O放電充電此電池放電時(shí)，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD電極反應(yīng)：負(fù)極：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2

正極：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-3、鎳鎘電池NiO2+Cd+2H2ONi(OH)2+Cd(OH)2

放電充電負(fù)極材料：Cd；正極材料：涂有NiO2，電解質(zhì)：KOH溶液。反應(yīng)式如下：

特點(diǎn)：比鉛蓄電池耐用，可密封反復(fù)使用。鎳鎘可充電電池可發(fā)生如下反應(yīng)：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，該電池的負(fù)極材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放電充電A.Cd

（A

）B.

NiO(OH)

D.Ni(OH)2C.Cd(OH)2電極反應(yīng)：負(fù)極：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2

正極：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-電解液H2O2e-2e-氫氣氧氣H+OH-A

負(fù)極正極O2H2H2O（三）燃料電池：1、氫氧燃料電池介質(zhì)電池反應(yīng)：2H2+Ｏ2=2H2O

酸性負(fù)極正極中性負(fù)極

正極堿性負(fù)極正極2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=4H2O2H2-4e-=4H+

O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-它是以兩根金屬鉑片插入KOH溶液中作電極，又在兩極上分別通入甲烷和氧氣。電極反應(yīng)為：負(fù)極：正極：電池總反應(yīng)：2O2+4H2O+8e-=8OH-CH4+10OH--8e-=CO32-+

7H2OCH4+2O2+2OH-=CO32-+

3H2O2、甲烷燃料電池分析正負(fù)極區(qū)、溶液的pH如何變化？課堂練習(xí)1、宇宙飛船上使用的氫氧燃料電池，其電池反應(yīng)為2H2+O2=2H2O，電解質(zhì)溶液為KOH，反應(yīng)保持在高溫下，使H2O蒸發(fā)，正確敘述正確的是：（）

A．H2為正極，O2為負(fù)極

B．電極反應(yīng)（正極）：O2+2H2O+4e-=4OH-

C．電極反應(yīng)（負(fù)極）：2H2+4OH-=4H2O-4e-

D．負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)BD2、氫鎳電池是近年開發(fā)出來(lái)的可充電電池，它可以取代會(huì)產(chǎn)生鎘污染的鎘鎳電池。氫鎳電池的總反應(yīng)式是：1/2H2+NiO(OH)＝Ni(OH)2根據(jù)此反應(yīng)判斷，下列敘述中正確的是（）A、電池放電時(shí)，負(fù)極周圍溶液的pH不斷增大B、電池放電時(shí)，鎳元素被氧化C、電池充電時(shí)，氫元素被還原 D、電池放電時(shí)，H2是負(fù)極放電充電CD課堂練習(xí)3、有人設(shè)計(jì)出利用CH4和O2的反應(yīng)，用鉑電極在KOH溶液中構(gòu)成原電池。電池的總反應(yīng)類似于CH4在O2中燃燒，則下列說(shuō)法正確的是()①每消耗1molCH4可以向外電路提供8mole-②負(fù)極上CH4失去電子，電極反應(yīng)式：

CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O③負(fù)極上是O2獲得電子，電極反應(yīng)式為：

O2+2H2O+4e-=4OH-④電池放電后，溶液pH不斷升高

A.①②B.①③C.①④D.③④A課堂練習(xí)1、增大氧化還原反應(yīng)速率原電池原理應(yīng)用

練習(xí).X、Y、Z、W四種金屬片浸入稀鹽酸中,用導(dǎo)線連接,可以組成原電池,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示:則四種金屬的活潑性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)開_______________Z>Y>X>W2、比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱。3、用于金屬的保護(hù)4、設(shè)計(jì)原電池例：(2007年高考理綜重慶卷)如圖所示，下列敘述正確的是()ZnSO4隔膜(只允許SO42－通過(guò))CuSO4濾紙(滴加了Na2SO4、酚酞溶液)表面皿YZnCu銅絲X(A)Y為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)(B)X為正極，發(fā)生氧化反應(yīng)(C)Y與濾紙接觸處有氧氣生成(D)X與濾紙接觸處變紅A（2010全國(guó)卷1）右圖是一種染料敏化太陽(yáng)能電池的示意圖。電池的一個(gè)電極由有機(jī)光敏燃料（S）涂覆在納米晶體表面制成，另一電極由導(dǎo)電玻璃鍍鉑構(gòu)成，電池中發(fā)生的反應(yīng)為：(激發(fā)態(tài))下列關(guān)于該電池?cái)⑹鲥e(cuò)誤的是：A．電池工作時(shí)，是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能B．電池工作時(shí)，I-離子在鍍鉑導(dǎo)電玻璃電極上放電C．電池中鍍鉑導(dǎo)電玻璃為正極D．電池的電解質(zhì)溶液中I-和I3-的濃度不會(huì)減少B活學(xué)活用銀器皿日久表面逐漸變黑色，這是由于生成硫化銀，有人設(shè)計(jì)用原電池原理加以除去，其處理方法為：將一定濃度的食鹽溶液放入一鋁制容器中，再將變黑的銀器浸入溶液中，放置一段時(shí)間后，黑色會(huì)褪去而銀不會(huì)損失。試回答：在此原電池反應(yīng)中，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為

；正極發(fā)生的反應(yīng)為

；反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生臭雞蛋氣味的氣體，原電池總反應(yīng)方程式為

Al-3e-→Al3＋Ag2S+2e-→2Ag+S2-3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al(OH)3↓+3H2S↑例：(2013年高考海南化學(xué)卷)依據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag＋(aq)＋Cu(s)=Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設(shè)計(jì)的原電池如圖所示。鹽橋XYACuSO4溶液電流計(jì)Ag請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)電極X的材料是________；電解質(zhì)溶液Y是___________；(2)銀電極為電池的_____極，發(fā)生的電極反應(yīng)為_________________X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為___________________；(3)外電路中的電子是從_______電極流向________電極。銅(或Cu)AgNO3溶液正Ag＋＋e－

→

AgCu-2e－

→

Cu2＋負(fù)(Cu)正(Ag)三、金屬的腐蝕及防腐蝕1、金屬的腐蝕：金屬或合金的表面與周圍的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或因電化學(xué)作用而遭到破壞。說(shuō)明：本質(zhì)是金屬原子失去電子被氧化的過(guò)程?；瘜W(xué)腐蝕電化腐蝕條件現(xiàn)象本質(zhì)聯(lián)系（1）化學(xué)腐蝕與電化腐蝕化學(xué)腐蝕電化腐蝕條件金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸現(xiàn)象無(wú)電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生本質(zhì)金屬被氧化較活潑金屬被氧化聯(lián)系兩者往往同時(shí)發(fā)生，電化腐蝕更普遍（1）化學(xué)腐蝕與電化腐蝕三、金屬的腐蝕及防腐蝕1、金屬的腐蝕：金屬或合金的表面與周圍的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或因電化學(xué)作用而遭到破