高三一輪復(fù)習(xí)：《原電池原理及其應(yīng)用》課件(蘇教版)

高三化學(xué)第一輪復(fù)習(xí) 專題6化學(xué)反應(yīng)與能量變化 6 2原電池原理及其應(yīng)用 電化學(xué)知識的試題有二個(gè)特點(diǎn) 1 綜合性強(qiáng) 如聯(lián)系到 化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的判斷和分析 定量實(shí)驗(yàn)的操作要求 離子方程式的書寫 氧化還原反應(yīng)問題分析 元素化合物 化學(xué)計(jì)算 等 命題規(guī)律與趨勢 因此電化學(xué)知識是不可忽視的一個(gè)知識點(diǎn) 2 應(yīng)用性強(qiáng) 如與生產(chǎn)生活 如金屬的腐蝕和防護(hù) 電鍍廢液的危害與環(huán)保等 新科學(xué)及新技術(shù) 新型電池 利用電解原理實(shí)現(xiàn)用通常方法難以制備的物質(zhì)的制備等問題相聯(lián)系等 1原電池 2化學(xué)電源 4金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù) 電化學(xué)基礎(chǔ) 3電解池 氧化還原反應(yīng) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 自發(fā)進(jìn)行 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 外界能量推動 知識結(jié)構(gòu) 普通干電池 手機(jī)電池 鈕扣電池 筆記本電腦專用電池 攝像機(jī)專用電池 神六 用太陽能電池 一 原電池原理 1 定義 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置為原電池 從理論上說 任何一個(gè)自發(fā)的氧化還原反應(yīng)均可設(shè)計(jì)成原電池 電極名稱 相對活潑的電極為負(fù)極相對不活潑的電極為正極 3 電極反應(yīng) 負(fù)極 正極 失電子的氧化反應(yīng)得電子的還原反應(yīng) 4 原電池的形成條件 140 4 形成閉合回路 兩電極用導(dǎo)線連接 或接觸 1 能自發(fā)地發(fā)生的氧化還原反應(yīng) 電極和電解質(zhì)溶液 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 參與電極反應(yīng)或構(gòu)成內(nèi)電路 3 兩導(dǎo)體作電極 活動性不同的金屬 或一種金屬和一種非金屬導(dǎo)體石墨 與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的活潑金屬為負(fù)極 兩不活潑的導(dǎo)體 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 A B C D E F M N CuSO4 想一想 是不是所有的化學(xué)反應(yīng)均可設(shè)計(jì)才原電池 5 電子 離子的定向移動方向 原電池 負(fù)極出電子 電子回正極 必發(fā)生失電子的氧化反應(yīng) 必發(fā)生得電子的還原反應(yīng) 氧化反應(yīng)M ne Mn 產(chǎn)生電流 失e 沿導(dǎo)線轉(zhuǎn)移 還原反應(yīng)Nm me N 原電池的工作原理 陰離子 陽離子 e e 綜述 1 負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng) 溶液中氧化性較強(qiáng)的微粒在正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng) 2 電子由負(fù)極流向正極 電流方向是由正極流到負(fù)極 外電路 例1 2007年高考全國理綜卷 在盛有稀H2SO4的燒杯中放入用導(dǎo)線連接的鋅片和銅片 下列敘述正確的是 A 正極附近的SO42 離子濃度逐漸增大 B 電子通過導(dǎo)線由銅片流向鋅片 C 正極有O2逸出 D 銅片上有H2逸出 D 1 某金屬能跟稀鹽酸作用發(fā)出氫氣 該金屬與鋅組成原電池時(shí) 鋅為負(fù)極 此金屬是 A MgB FeC AlD Cu B 2 由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時(shí) 電解質(zhì)溶液的pH A 不變B先變大后變小C逐漸變大D 逐漸變小 C 課堂練習(xí) 鹽橋的作用是什么 可提供定向移動的陰陽離子 使由它連接的兩溶液保持電中性 鹽橋保障了電子通過外電路從鋅到銅的不斷轉(zhuǎn)移 使鋅的溶解和銅的析出過程得以繼續(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 雙液原電池的工作原理 有關(guān)概念 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 雙液原電池的優(yōu)點(diǎn) 能產(chǎn)生持續(xù) 穩(wěn)定的電流 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 例2 2007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 請回答下列問題 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 Ag Cu 2e Cu2 負(fù) Cu 正 Ag 例3 2007年高考理綜重慶卷 如圖所示 下列敘述正確的是 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 要點(diǎn)突破 一 原電池正負(fù)極的判斷 思考 1 活潑性較強(qiáng)的金屬一定做負(fù)極 是否正確 為什么 2 如何判定原電池的正負(fù)極 二 原電池電極反應(yīng)式的書寫技巧 全線突破 P142 例4 判斷右邊原電池的正 負(fù)極 并寫出電極反應(yīng)式 FeCl3溶液 負(fù)極 Cu 2e Cu2 正極 2Fe3 2e 2Fe2 CuC 稀硫酸溶液 NaOH溶液 稀硫酸 負(fù)極 Mg 2e Mg2 正極 2H 2e H2 NaOH溶液 負(fù)極 2Al 8OH 6e 2AlO2 4H2O 正極 6H2O 6e 3H2 6OH 方法一 根據(jù)電極材料的性質(zhì)確定 1 對于金屬 金屬電極 活潑金屬是負(fù)極 不活潑金屬是正極 2 對于金屬 非金屬電極 金屬是負(fù)極 非金屬是正極 如干電池等 3 對于金屬 化合物電極 金屬是負(fù)極 化合物是正極 方法二 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 Al 3e Al3 Ag2S 2e 2Ag S2 3Ag2S 2Al 6H2O 6Ag 2Al OH 3 3H2S 2 實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的最高法庭 以鎂條 鋁片為電極 以稀NaOH溶液為電解質(zhì)溶液構(gòu)成的原電池 人們普遍認(rèn)為鋁是負(fù)極 某研究性學(xué)習(xí)小組為探究該原電池究竟誰是負(fù)極 發(fā)生怎樣的電極反應(yīng) 進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn) 如圖 剪取約8cm的鎂條及大小相近的鋁片 用砂紙去膜 使鎂條與鋁片分別與量程為500 A的教學(xué)演示電表的 端相連接 迅速將兩電極插入盛有1mol LNaOH溶液的燒杯中 開始 電表指針向右偏移約500 A 鋁片表面有許多氣泡 很快電流逐漸減小至0 隨后 指針向左偏移 且電流逐漸增大至約400 A 此時(shí) 鋁片表面氣泡有所減少 但鎂條表面只有極少量的氣泡產(chǎn)生 根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 回答下列問題 1 開始階段 原電池的正極是 填 Mg 或 Al 片 鋁片表面產(chǎn)生的氣泡是 負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是 2 隨后階段 鋁片發(fā)生的電極反應(yīng)式是 鎂條表面只有極少量的氣泡產(chǎn)生 其原因是 2H2O 2e H2 2OH 極少 試判斷此電極發(fā)生的主要反應(yīng)是 鋁片表面氣泡有所減少 但未消失 產(chǎn)生這一現(xiàn)象的可能原因是 Al H2 Mg 2OH 2e Mg OH 2或Mg 2e Mg2 Al 4OH 3e AlO2 2H2O O2 2H2O 4e 4OH 鋁片中含有雜質(zhì) 構(gòu)成原電池 活學(xué)活用3 嫦娥一號 的成功發(fā)射 標(biāo)志著我國航天技術(shù)已達(dá)到了一個(gè)新的領(lǐng)域 在航天技術(shù)上使用的氫氧燃料電池具有高能 輕便 無污染的優(yōu)點(diǎn) 氫氧燃料電池有酸式和堿式兩種 它們放電時(shí)的總反應(yīng)都可以表示為2H2 O2 2H2O 酸式電池中電解質(zhì)是酸 其負(fù)極反應(yīng)可表示為2H2 4e 4H 則其正極反應(yīng)式為 堿式電池的電解質(zhì)是堿 其正極反應(yīng)式為O2 2H2O 4e 4OH 則其負(fù)極反應(yīng)可表示為 O2 4e 4H 2H2O 2H2 4e 4OH 4H2O 二 原電池原理的應(yīng)用 三 比較金屬的活潑性 構(gòu)建原電池 測出正負(fù)極 負(fù)極金屬活潑性 正極 四 加快某些化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率 一 設(shè)計(jì)原電池 制做化學(xué)電源 二 金屬腐蝕的原理及金屬腐蝕的防護(hù) 練習(xí) 1 利用反應(yīng)Zn 2FeCl3 2FeCl2 ZnCl2 設(shè)計(jì)一個(gè)單液原電池 一個(gè)雙液原電池 使用鹽橋 畫出原電池的示意圖 并寫出電極反應(yīng) 參考答案 負(fù)極 Zn Zn 2e Zn2 氧化反應(yīng) 正極 Pt或C 2Fe3 2e 2Fe2 還原反應(yīng) FeCl3溶液 2 請將氧化還原反應(yīng)Cu 2Ag Cu2 2Ag 設(shè)計(jì)成一個(gè)能產(chǎn)生持續(xù) 穩(wěn)定電流的原電池裝置 Cu CuSO4 Ag AgNO3 練習(xí) 燃料電池熔融鹽電池 化學(xué)電源 常規(guī)電池 一次電池二次電池 新型電池 Zn 2OH 2e Zn OH 2 2MnO 2H O 2e 2MnO OH 2OH Zn 2MnO 2H O Zn OH 2 2MnO OH 負(fù)極 正極 總反應(yīng) 2 堿性鋅錳電池 一次電池 負(fù)極 鋅筒 Zn 2e Zn2 正極 石墨 2NH4 2MnO2 2e 2NH3 Mn2O3 H2O總反應(yīng) Zn 2NH4 2MnO2 Zn2 2NH3 Mn2O3 H2O 1 干電池 NH4Cl糊狀物為電解質(zhì) 3 銀鋅電池 電解質(zhì)為KOH 負(fù)極 Zn 2OH 2e Zn OH 2正極 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 總反應(yīng) Zn Ag2O H2O Zn OH 2 2Ag 4 海水電池 電解質(zhì)溶液為海水 負(fù)極 4Al 12e 4Al3 正極 3O2 6H2O 12e 12OH 總反應(yīng) 4Al 3O2 6H2O 4Al OH 3 1 鉛蓄電池 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 總反應(yīng)式為 Pb SO42 2e PbSO4 負(fù)極 正極 放電 當(dāng)向外提供0 5mol電子時(shí) 消耗硫酸的物質(zhì)的量為 0 5mol 二次電池 2PbSO4 2H2O Pb PbO2 2H2SO4 PbSO4 2H2O 2e PbO2 4H SO42 PbSO4 2e Pb SO42 陽極 陰極 總反應(yīng) 充電 1 鉛蓄電池 2 鋰電池 非水有機(jī)溶劑電解液 負(fù)極 2Li 2e 2Li 正極 I2 2e 2I 總反應(yīng) 2Li I2 2LiI 跟相同質(zhì)量的其它金屬作負(fù)極相比 使用壽命延長 高能 質(zhì)輕 電壓高 工作效率高 儲存壽命長 電解液H2O O2 H2 H2O 燃料電池 1 氫氧燃料電池 負(fù)極 2H2 4OH 4e 4H2O 正極 O2 2H2O 4e 4OH 總反應(yīng)式 2H2 O2 2H2O 堿性燃料電池 負(fù)極 2H2 4e 4H 正極 O2 4e 4H 2H2O總反應(yīng)式 2H2 O2 2H2O 1 氫氧燃料電池酸性 2 甲烷燃料電池 電解質(zhì)為KOH 負(fù)極 CH4 10OH 8e CO32 7H2O正極 2O2 4H2O 8e 8OH 總反應(yīng) CH4 2O2 2OH CO32 3H2O 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) BD 2 氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池 它可以取代會產(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 則下列說法正確的是 每消耗1molCH4可以向外電路提供8mole 負(fù)極上CH4失去電子 電極反應(yīng)式 CH4 10OH 8e CO32 7H2O 負(fù)極上是O2獲得電子 電極反應(yīng)式為 O2 2H2O 4e 4OH 電池放電后 溶液pH不斷升高A B C D A 課堂練習(xí) 4 熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率 因而受到重視 可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物做電解質(zhì) CO為陽極燃?xì)?空氣與CO2的混合氣為陰極助燃?xì)?制得在650 下工作的燃料電池 完成有關(guān)的電池反應(yīng)式 陽極反應(yīng)式 2CO 2CO32 4CO2 4e 陰極反應(yīng)式 總電池反應(yīng) 2CO2 O2 4e 2CO32 2CO O2 2CO2 課堂練習(xí) 二 金屬的腐蝕及防腐蝕1 金屬的腐蝕 金屬或合金跟周圍接觸到的氣體或液體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過程 其本質(zhì)是金屬原子失去電子被氧化的過程 1 化學(xué)腐蝕與電化腐蝕 金屬的腐蝕 金屬或合金跟周圍接觸到的氣體或液體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過程 其本質(zhì)是金屬原子失去電子被氧化的過程 1 化學(xué)腐蝕與電化腐蝕 2 析氫腐蝕與吸氧腐蝕 以Fe為例 電極反應(yīng) 負(fù)極 正極 總反應(yīng)式 水膜酸性較強(qiáng) pH 4 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 練習(xí) 請你根據(jù)原電池原理 寫出鋼鐵吸氧腐蝕的電極反應(yīng)式及電池反應(yīng)方程式 負(fù)極 2Fe 4e 2Fe2 正極 O2 2H2O 4e 4OH 電池反應(yīng) 2Fe O2 2H2O 2Fe OH 2 4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 32Fe OH 3 Fe2O3 xH2O 3 x H2O 進(jìn)一步反應(yīng) 2H 2e H2 Fe 2e Fe2 Fe 2H Fe2 H2 思考與交流 析氫腐蝕 負(fù)極 正極 電池反應(yīng) 當(dāng)鋼鐵處于酸性環(huán)境中 析氫腐蝕和吸氧腐蝕都屬于電化學(xué)腐蝕 2 金屬防護(hù)的幾種重要方法 3 金屬腐蝕速率大小 改變金屬內(nèi)部的組成結(jié)構(gòu) 將金屬制成合金 增強(qiáng)抗腐蝕能力 在金屬表面覆蓋保護(hù)層 使金屬和周圍物質(zhì)隔離開來 電化學(xué)保護(hù)法 利用電解池反應(yīng)將需要保護(hù)的金屬作為電解池的陰極而受到保護(hù)或者利用原電池反應(yīng)將需要保護(hù)的金屬作為電池的正極而受到保護(hù) 電解池陽極 原電池負(fù)極 化學(xué)腐蝕 還可以利用電化學(xué)反應(yīng)使金屬鈍化而受到保護(hù) 下列各情況下 其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是 5 2 1 3 4 討論與交流 在同一電解質(zhì)溶液中 金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下 電解原理引起的腐蝕 原電池原理引起的腐蝕 化學(xué)腐蝕 有防腐措施的腐蝕 練習(xí) 2000年5月 保利集團(tuán)在香港拍賣會上花費(fèi)3000多萬港幣購回在火燒圓明園時(shí)流失的國寶 銅鑄的牛首 猴首和虎首 普通銅器時(shí)間稍久容易出現(xiàn)銅綠 其主要成分是 Cu2 OH 2CO3 這三件1760年銅鑄的國寶在240年后看上去仍然熠熠生輝不生銹 下列對起原因的分析 最可能的是 A 它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金 B 環(huán)境污染日趨嚴(yán)重 它們表面的銅綠被酸雨溶解洗去 C 銅的金屬活動性比氫小 因此不宜被氧化 D 它們是含一定比例金 銀 錫 鋅的合金 D 例5 下列敘述中 可以說明金屬甲比乙活潑性強(qiáng)的是 A 甲和乙用導(dǎo)線連接插入稀鹽酸溶液中 乙溶解 甲上有H2氣放出 B 在氧化 還原反應(yīng)中 甲比乙失去的電子多 C C 將甲乙作電極組成原電池時(shí)甲是負(fù)極 D 同價(jià)態(tài)的陽離子 甲比乙的氧化性強(qiáng) 例6 有M N兩種金屬 分別與鹽酸反應(yīng) 產(chǎn)生H2速率相近 試設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)比較M N兩種金屬的活潑性 M N 鹽酸 若N產(chǎn)生氣泡 則活潑性M N 1 a 今有2H2 O2 2H2O反應(yīng) KOH為電解質(zhì)溶液構(gòu)成燃料電池 則負(fù)極應(yīng)通入 氣 正極通入 氣 電極反應(yīng)為 負(fù)極 正極 b 如把KOH改為H2SO4作導(dǎo)電物質(zhì)則電極反應(yīng) 負(fù)極 正極 a和b的電池液不同 反應(yīng)進(jìn)行后溶液的PH值各有何變化 c 如把H2改CH4 KOH作導(dǎo)電物質(zhì)則電極反應(yīng)為 負(fù)極 正極 總反應(yīng)式 氫 氧 2H2 4OH 4e 4H2O O2 2H2O 4e 4OH 2H2 4e 4H O2 4H 4e 2H2O a變小b變大 CH4 10OH 8e CO32 7H2O 2O2 4H2O 8e 8OH CH4 2O2 2OH CO32 3H2O 課堂演練 2 2004年美國圣路易斯大學(xué)研制了一種新型的乙醇電池 它用磺酸類質(zhì)子溶劑 在200oC左右時(shí)供電 乙醇電池比甲醇電池效率高出32倍且更安全 電池總反應(yīng)為 C2H5OH 3O2 2CO2 3H2O 電池示意如圖 下列說法不正確的是A a極為電池的負(fù)極B 電池工作時(shí)電流由b極沿導(dǎo)線經(jīng)燈泡再到a極C 電池正極的電極反應(yīng)為 4H O2 4e 2H2OD 電池工作時(shí)1mol乙醇被氧化時(shí)就有6mol電子轉(zhuǎn)移 D 課堂演練 3 一種大型蓄電系統(tǒng)的電池總反應(yīng)為 2Na2S2 NaBr3Na2S4 3NaBr 電池中的左右兩側(cè)為電極 中間為離子選擇性膜 在電池放電和充電時(shí)該膜允許鈉離子通過 放電前 被膜隔開的電解質(zhì)為Na2S2和NaBr3 放電后 分別變?yōu)镹a2S4和NaBr 下列說法正確的是 A 充電過程中 Na 離子的流向?yàn)閺挠业阶驜 充電過程中 陽極的電極反應(yīng)為 3NaBr 2e NaBr3 2Na C 放電前 左側(cè)電解質(zhì)為Na2S2 右側(cè)電解質(zhì)為NaBr3D 放電過程中 電子由負(fù)極通過外電路流向正極 BD 課堂演練 4 某高二化學(xué)興趣小組為了探索鋁電極在原電池中的作用 設(shè)計(jì)并進(jìn)行了以下一系列實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下 試根據(jù)上表中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回答下列問題 實(shí)驗(yàn)1 2中Al所作的電極是否相同 寫出實(shí)驗(yàn)3中的電極反應(yīng)式和電池總反應(yīng)方程式 不同 因?yàn)閮蓪?shí)驗(yàn)中組成原電池的電極金屬活動性不同 實(shí)驗(yàn)1中Al不活潑作正極 實(shí)驗(yàn)2中Al活潑作負(fù)極 Al為負(fù)極 Al 3e Al3 石墨為正極 2H 2e H2 2Al 6H 2Al3 3H2 課堂演練 實(shí)驗(yàn)4中Al做正極還是做負(fù)極 為什么 寫出Al電極的電極反應(yīng)式 Al作負(fù)極 因?yàn)锳l能與NaOH溶液反應(yīng)而不能 Al 4OH 3e AlO2 2H2O 解釋實(shí)驗(yàn)5中電流計(jì)指針偏向Al的原因 實(shí)驗(yàn)5中由于Al在濃硝酸中發(fā)生鈍化 所以Zn為負(fù)極 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié) 在原電池中金屬鋁作正極還是作負(fù)極受到哪些因素的影響 與另一電極材料的