高中化學(xué)原電池 化學(xué)電源課件

第十六講原電池化學(xué)電源考綱要求命題走向1.了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(jiàn)化學(xué)電源的種類及其工作原理。1.縱覽2008～2013年的廣東高考：(1)原電池原理；(2)電極反應(yīng)的書寫；(3)新型化學(xué)電源分析；多以選擇題呈現(xiàn)，試題難度較大。2．2014年預(yù)測(cè)：預(yù)計(jì)高考仍將以傳統(tǒng)選擇題為主，題目選材會(huì)更加新穎。基于此，我們?cè)趶?fù)習(xí)時(shí)注重從原電池原理角度分析新型化學(xué)電源，以“負(fù)極氧化正還原”原則從理論上進(jìn)行分析。復(fù)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)1、原電池的構(gòu)成的條件和電極的判斷2、常見(jiàn)的化學(xué)電源的構(gòu)成原理和電極反應(yīng)3、燃料電池的電極反應(yīng)方程式：4、原電池電解質(zhì)溶液離子的移動(dòng)方向的判斷①氫氧燃料電池②有機(jī)燃料電池在酸堿環(huán)境中的書寫方法和技巧（難點(diǎn)）5、原電池原理的應(yīng)用（1）金屬單質(zhì)的活潑性（2）金屬與酸反應(yīng)的速度問(wèn)題（3）氧化還原反應(yīng)二次電池的問(wèn)題（4）膠體的電泳現(xiàn)象和礦塵的凈化（5）金屬的腐蝕和防護(hù)電極名稱負(fù)極正極電極材料______電極反應(yīng)————————反應(yīng)類型氧化反應(yīng)還原反應(yīng)電子流向由

沿導(dǎo)線流向_____鹽橋中離子移向鹽橋含飽和KCl溶液，K＋移向正極，Cl－移向負(fù)極4．工作原理(以鋅—銅原電池為例，如圖所示)ZnCu負(fù)極正極Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu【要點(diǎn)2】如何判斷原電池的正負(fù)極？原電池判定：先分析有無(wú)外接電源，有外接電源者為電解池，無(wú)外接電源者可能為原電池，然后依據(jù)原電池的形成條件分析判定，主要思路是“四看”：①一看電極：兩極為導(dǎo)體且活潑性不同；②再看溶液：兩極插入電解質(zhì)溶液中；③三看回路：形成閉合回路或兩極接觸；④四看本質(zhì)：有無(wú)自發(fā)氧化還原反應(yīng)發(fā)生。【要點(diǎn)1】如何判定原電池裝置？1．分析下圖所示的四個(gè)原電池裝置，其中結(jié)論正確的是()A．①②中Mg作負(fù)極，③④中Fe作負(fù)極B．②中Mg作正極，電極反應(yīng)式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑C．③中Fe作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋D．④中Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑大本P122B電池負(fù)極反應(yīng)正極反應(yīng)總反應(yīng)式堿性鋅錳電池（一次電池）___________________________2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－____________________________________________鉛蓄電池（二次電池/可充電電池）——————————————————————————————————————Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)＋2H2O(l)Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2二、常見(jiàn)化學(xué)電源電池負(fù)極反應(yīng)正極反應(yīng)總反應(yīng)式氫氧燃料電池2H2－4e－===4H＋2H2＋O2=2H2O堿性：O2＋4e－＋2H2O===4OH－2H2－4e－===4H＋固體：O2＋4e－===2O2－酸性：O2＋4e－＋4H＋===2H2O2H2－4e－＋4OH－===4H2O熔融碳酸鈉？負(fù)極：CH4＋4CO32－－8e－=5CO2＋2H2O正極：2O2+8e－＋

4CO2=4CO32－碳酸鈉溶液？負(fù)極：CH4＋9CO32－＋3H2O

－8e－=10HCO3－正極：2O2+8e－＋

8HCO3－=8CO32－＋4H2O

練習(xí)（1）銀鋅電池1970-1975,開發(fā)了先進(jìn)的銀鋅、鎳鎘電池技術(shù)。1975-1983,為美國(guó)海軍生產(chǎn)潛水艇用銀鋅電池。1979-1987,為美國(guó)國(guó)家能源部發(fā)展電動(dòng)車用的鎳鋅電池。1992-1998,為美國(guó)海軍發(fā)展世界上最大的鎳鎘電池用于核潛水艇。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：

Zn+Ag2O+2Ag+ZnO放電充電寫出放電時(shí)的電極反應(yīng)式:負(fù)極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；正極反應(yīng)：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；

【難點(diǎn)1】燃料電池與普通化學(xué)電池有何不同？提示：燃料電池和普通電池不同，必須使用輔助電極，電極本身不參與反應(yīng)，所采用的燃料一般為H2、CH4、CH3OH等，助燃劑一般為O2(或空氣)。例如：CH30H和氫氧化鉀溶液的的燃料電池負(fù)極：CH30H-6e-+8OH-===CO32-+6H2O正極：02+4e-+2H2O===4OH-一、正負(fù)極的判斷4、根據(jù)反應(yīng)判斷。負(fù)極：失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極：得電子發(fā)生還原反應(yīng)(不一定是電極本身得失電子，特別是正極)。5、根據(jù)現(xiàn)象判斷。溶解的一極為負(fù)極，增重或有氣泡生成的一極為正極。6、根據(jù)電池總反應(yīng)判斷，反應(yīng)中的還原劑是負(fù)極的活性物質(zhì)，對(duì)應(yīng)的電極為負(fù)極；氧化劑則是正極的活性物質(zhì)，對(duì)應(yīng)的電極為正極。1、由電極材料判斷。由兩種金屬(或一種金屬與一種非金屬)作電極時(shí)，一般情況下較活潑的金屬為負(fù)極。2、根據(jù)電流方向或電子流動(dòng)方向判斷。電流由正極流向負(fù)極；電子由負(fù)極流向正極。3、根據(jù)電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向移動(dòng)判斷。在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。考點(diǎn)一、正負(fù)極的判斷與電極方程式的書寫按照負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，判斷出電極反應(yīng)產(chǎn)物，找出得失電子的數(shù)量。電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中，應(yīng)能穩(wěn)定存在，加堿性介質(zhì)中生成的H+應(yīng)讓其結(jié)合OH-生成水。電極反應(yīng)式要遵守電荷守恒和質(zhì)量守恒，得失電子守恒等加以配平。兩電極反應(yīng)式相加，與總反應(yīng)離子方程式對(duì)照驗(yàn)證。1.一般電極反應(yīng)式的書寫二、電極反應(yīng)式的書寫如CH4酸性燃料電池中CH4＋2O2===CO2＋2H2O……總反應(yīng)式2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正極反應(yīng)式CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……負(fù)極反應(yīng)式2.復(fù)雜電極反應(yīng)式的書寫

(2012·濟(jì)寧質(zhì)檢)一種新型熔融鹽燃料電池具有高發(fā)電效率?，F(xiàn)用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，一極通CO氣體，另一極通O2和CO2混合氣體，其總反應(yīng)為：2CO＋O2===2CO2。則下列說(shuō)法中正確的是()。A．通CO的一極是電池的正極B．負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)是：O2＋2CO2＋4e－===2CO32-C．負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)是：CO＋CO－2e－===2CO2D．正極發(fā)生氧化反應(yīng)【練習(xí)2】?C

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：③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．③④【練習(xí)3】?A1．Li-SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4-SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)電池的負(fù)極材料為________，發(fā)生的電極反應(yīng)為___________________________________________。(2)電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)為______________________________________________。大本P122鋰(或Li)Li－e－=Li＋2SOCl2＋4e－=4Cl－＋S＋SO24、設(shè)計(jì)電池，制造化學(xué)電源理論上能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池。(1)將氧化還原反應(yīng)拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，分別作原電池的負(fù)極和正極。(2)確定電極材料：如發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)為金屬單質(zhì)，可用該金屬直接作負(fù)極；如為氣體(如H2)或溶液中的還原性離子，可用惰性電極(如Pt、碳棒)作負(fù)極。發(fā)生還原反應(yīng)的電極材料必須不如負(fù)極材料活潑。(3)確定電解質(zhì)溶液：一般選用反應(yīng)物中的電解質(zhì)溶液即可。(4)構(gòu)成閉合回路。如根據(jù)以下兩個(gè)反應(yīng)設(shè)計(jì)的原電池如下表所示：原理負(fù)極正極電解質(zhì)溶液電極反應(yīng)2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2CuC(Fe3＋)FeCl3負(fù)極：Cu－2e－===Cu2＋正極：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋裝置圖？Pt(H2)Pt(O2)KOH負(fù)極：2H2＋4OH－－4e－===4H2O正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－H2CCuFeCl3CuSO45、探究金屬腐蝕的快慢規(guī)律(1)不同類型的腐蝕規(guī)律電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)措施的腐蝕(2)電化學(xué)腐蝕規(guī)律①對(duì)同一種金屬來(lái)說(shuō)，腐蝕的快慢：強(qiáng)電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。②活動(dòng)性不同的兩金屬：活動(dòng)性差別越大，活潑金屬腐蝕越快。③對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō)，電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越快，且氧化劑的濃度越高，腐蝕越快。④對(duì)于不同氧化劑來(lái)說(shuō)，氧化性越強(qiáng)，金屬腐蝕越快。2．新型電池“放電”時(shí)正極、負(fù)極上電極反應(yīng)式的書寫

首先根據(jù)電池反應(yīng)分析物質(zhì)得失電子情況，然后再考慮電極反應(yīng)生成的物質(zhì)是否跟電解質(zhì)溶液中的離子發(fā)生反應(yīng)；對(duì)于較復(fù)雜的電極反應(yīng)，可以利用總反應(yīng)－較簡(jiǎn)單一極電極反應(yīng)式＝較復(fù)雜一極電極反應(yīng)式的方法解決。3．新型電池“充電”時(shí)陰、陽(yáng)極的判斷首先明確原電池放電時(shí)的正、負(fù)極，再根據(jù)電池充電時(shí)，陽(yáng)極接電源正極、陰極接電源負(fù)極的原理進(jìn)行分析。1．新型電池“放電”時(shí)正極、負(fù)極的判斷4．新型電池充、放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中離子移動(dòng)方向的判斷首先分清電池是放電還是充電；再判斷正、負(fù)極或陰、陽(yáng)極，進(jìn)而可確定離子的移動(dòng)方向。A．放電時(shí)正、負(fù)極附近溶液的pH均不變B．放電時(shí)正極材料為MH，發(fā)生氧化反應(yīng)C．充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2OD．放電時(shí)每轉(zhuǎn)移1mol電子，負(fù)極有1molNiOOH被還原C1．北京市政府規(guī)定，必須使用以氫氧燃料電池為動(dòng)力源的公交車才能在北京市運(yùn)行，以淘汰汽油公交車。質(zhì)子交換膜燃料電池常作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力源。該燃料電池以氫氣為燃料，空氣為氧化劑，鉑為催化劑，導(dǎo)電離子是H＋。下列對(duì)該燃料電池的描述正確的是()①正極反應(yīng)式為：O2＋4H＋＋4e－==2H2O②負(fù)極反應(yīng)式為：2H2－4e－===4H＋③總反應(yīng)式為：2H2＋O2=2H2O④氫離子通過(guò)電解質(zhì)向正極移動(dòng)A．①②③B．②③④C．①②④ D．①②③④C目前市場(chǎng)上的手提應(yīng)急燈，主要是“無(wú)液干粉”鉛酸蓄電池，其原理是將有腐蝕性的濃硫酸灌注到硅膠凝膠中去，使電解質(zhì)溶液不易發(fā)生泄漏，大大改善了電池的性能。所用的原料仍然是鉛——二氧化鉛——硫酸。下列關(guān)于該鉛酸蓄電池的說(shuō)法正確的是A．充電時(shí)電源的正極接蓄電池標(biāo)“+”的一極B．“無(wú)液干粉”鉛酸蓄電池徹底改變了原來(lái)的鉛酸蓄電池的反應(yīng)原理C．放電時(shí)在鉛酸蓄電池的負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)D．充電時(shí)鉛酸蓄電池上標(biāo)有“－”的電極發(fā)生氧化反應(yīng)【練習(xí)5】?A（2013·江蘇化學(xué)·9）Mg-H2O2電池可用于驅(qū)動(dòng)無(wú)人駕駛的潛航器。該電池以海水為電解質(zhì)溶液，示意圖如下。該電池工作時(shí)，下列說(shuō)法正確的是A.Mg電極是該電池的正極B.H2O2在石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)C.石墨電極附近溶液的pH增大D.溶液中Cl－向正極移動(dòng)【練習(xí)6】?C（2