2012高考化學(xué)月刊 專題七 電化學(xué)及其應(yīng)用 (8)課件

1、專題七專題七 電化學(xué)及其應(yīng)用（電化學(xué)及其應(yīng)用（8）一、原電池原理一、原電池原理1原電池的概念：利用自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，使氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在不同的兩極上發(fā)生，從而在連接兩極上產(chǎn)生電流的裝置。是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。原電池的電路工作原理：(外電路)負(fù)極失去電子，電子經(jīng)導(dǎo)線流向正極。(內(nèi)電路)溶液中陰陽離子發(fā)生移動。2原電池的電極和電極反應(yīng)正極：符號“”，得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。負(fù)極：符號“”，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。3兩種銅鋅原電池比較普通銅鋅原電池用鹽橋的銅鋅原電池銅鋅原電池裝置示意圖(1)銅鋅原電池裝置示意圖(2)電極表面變化鋅片質(zhì)量減少，同時銅片上有紅色物質(zhì)析出，銅片質(zhì)量增加鋅片質(zhì)量減

2、少，銅片上有紅色物質(zhì)析出，銅片質(zhì)量增加溫度變化溶液溫度升高溶液溫度不變能量變化化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電極名稱鋅負(fù)極負(fù)極銅正極正極普通銅鋅原電池用鹽橋的銅鋅原電池電極反應(yīng)及反應(yīng)類型正極還原反應(yīng)：Cu22e=Cu還原反應(yīng)：Cu22e=Cu負(fù)極氧化反應(yīng)：Zn2e=Zn2氧化反應(yīng)：Zn2e=Zn2總反應(yīng)式ZnCu2=Zn2CuZnCu2=Zn2Cu離子移動方向Cu2、Zn2向正極移動，SO42-不移動鹽橋中的K向正極移動，Cl向負(fù)極移動說明：(1)關(guān)于原電池中離子的移動關(guān)于原電池中離子的移動 原電池中由于并未形成電場，離子移動主要由于三個原因：一是由于反應(yīng)消耗。如裝置(1)中銅離子在正

3、極反應(yīng)而在正極附近濃度減小，銅離子會由濃度較高的地方向正極移動。二是由于反應(yīng)生成。按照熵增的原理，粒子在分散系中總是盡可能均勻分散。新生成的離子總是自發(fā)向低濃度的地方擴(kuò)散。三是由于溶液保持電中性的原因，鹽橋中的離子會定向移動。溶液中移動的離子所帶電荷總數(shù)等于導(dǎo)線上移動的電子的電荷數(shù)。(2)鹽橋：鹽橋：鹽橋中通常裝有含瓊脂的氯化鉀飽和溶液。使用鹽橋的優(yōu)點(diǎn)：一是可以提高電池工作效率。二是用于不需要電極參加反應(yīng)的原電池。在實(shí)際電池中，大多采用離子交換膜。(3)銅鋅原電池裝置示意圖銅鋅原電池裝置示意圖(1)中溶液溫度升高的原因：中溶液溫度升高的原因： 形成原電池的同時，還存在鋅片與硫酸銅的直接反應(yīng)，鋅

4、失去電子直接給了銅離子，鋅離子進(jìn)入溶液，而銅離子直接得到了電子(相當(dāng)于短路)，所以反應(yīng)時放出熱量而溫度升高?！净A(chǔ)題一】關(guān)于鉛蓄電池的說法正確的是( )A在放電時，正極發(fā)生的反應(yīng)是Pb(s)SO42-(aq)=PbSO4(s)2eB在放電時，該電池的負(fù)極材料是鉛板C在充電時，電池中硫酸的濃度不斷變小D在充電時，陽極發(fā)生的反應(yīng)是PbSO4(s)2e=Pb(s)SO42-(aq)B【解析】鉛蓄電池的充放電反應(yīng)為：PbPbO22H2SO4 2PbSO42H2O，放電時，Pb單質(zhì)化合價升高，失去電子，作負(fù)極，反應(yīng)為：Pb2eSO42-=PbSO4，所以B選項(xiàng)正確，A選項(xiàng)錯誤，因?yàn)檎龢O上反應(yīng)為：PbO2

5、2e4HSO42-=PbSO42H2O；C、D考查電解池知識：充電時，H2SO4的濃度不斷增大，陽極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)，是失去電子而不是得到電子。二、原電池形成的一般條件二、原電池形成的一般條件1電極：能夠?qū)щ姷牟牧弦话闱闆r：活潑性不同的兩個金屬電極，活潑性強(qiáng)的電極參與氧化還原反應(yīng)。充電電池：兩個電極都參與氧化還原反應(yīng)。燃料電池：兩個電極都不參與氧化還原反應(yīng)。2電解質(zhì)溶液：連通兩個電極，一般參與氧化還原反應(yīng)。3形成閉合回路電子流動方向(外電路)：負(fù)極正極。陰陽離子流動方向(電解質(zhì)溶液中)：陰離子向負(fù)極移動；陽離子向正極移動。4氧化還原反應(yīng)：原電池中必須有能夠自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。【基礎(chǔ)題二】

6、在下圖所示的裝置中，能夠發(fā)生原電池反應(yīng)的是( )A BC D C【解析】兩個電極相同，所以不能發(fā)生原電池反應(yīng)；中液體為非電解質(zhì)乙醇，所以不能發(fā)生原電池反應(yīng)；不能形成閉合電路，所以不能發(fā)生原電池反應(yīng)?！舅伎碱}】堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為Zn(s)2MnO2(s)H2O(l)=Zn(OH)2(s)Mn2O3(s)，下列說法錯誤的是( )A電池工作時，鋅失去電子B電池正極的電極反應(yīng)式為：2MnO2(s)H2O(l)2e=Mn2O3(s)2OH(aq)C電池工作時，電子由正極通過外電路流向負(fù)極D外電路中每通過0.2 mol

7、電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5 gC【解析】該電池的電解液為KOH溶液，結(jié)合總反應(yīng)式可寫出負(fù)極反應(yīng)式：Zn(s)2OH(aq)2e=Zn(OH)2(s)，用總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式，可得到正極反應(yīng)式：2MnO2(s)H2O(l)2e=Mn2O3(s)2OH(aq)。Zn為負(fù)極，失去電子，電子由負(fù)極通過外電路流向正極。1 mol Zn失去2 mol電子，外電路中每通過0.2 mol電子，Zn的質(zhì)量理論上減小6.5 g。故答案為C項(xiàng)。三、原電池的三、原電池的pH變化和有關(guān)計(jì)算變化和有關(guān)計(jì)算1在原電池工作時，由于負(fù)極金屬失去電子進(jìn)入電解質(zhì)溶液，正極附近的陽離子得到電子從溶液中析出，可能會引起溶液pH的

8、變化。(1)當(dāng)負(fù)極產(chǎn)生的金屬離子結(jié)合溶液中的OH時，電極附近的溶液pH降低。當(dāng)正極O2得電子結(jié)合溶液中的水時，生成OH使溶液中的pH增大。(2)電池工作時整個溶液pH的變化必須從總反應(yīng)式來分析。當(dāng)電解質(zhì)溶液中酸被消耗時，溶液pH增大，當(dāng)電解質(zhì)溶液中堿被消耗時，溶液pH減小。2原電池的有關(guān)計(jì)算 電子守恒法是依據(jù)氧化劑與還原劑得失電子數(shù)目相等這一原則進(jìn)行計(jì)算的。電子守恒法是氧化還原計(jì)算的最基本的方法。計(jì)算時可由電極反應(yīng)式中的氧化劑(或還原劑)與得到的電子(或失去的電子)之間的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算?！净A(chǔ)題三】(湖南長沙周南中學(xué)2010屆高三第四次月考)(1)將鋅片和銀片浸入稀硫酸中組成原電池，兩電極間連接

9、一個電流計(jì)。鋅片上發(fā)生的電極反應(yīng)： ；銀片上發(fā)生的電極反應(yīng)： 。(2)若該電池中兩電極的總質(zhì)量為60 g，工作一段時間后，取出鋅片和銀片洗凈干燥后稱重，總質(zhì)量為47 g，試計(jì)算：產(chǎn)生氫氣的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)；通過導(dǎo)線的電量。(已知NA6.021023 /mol，電子電荷為1.601019 C)Zn2e=Zn22H2e=H2【解析】(1)根據(jù)金屬活潑性分析得出鋅片為負(fù)極，銀片為正極，相應(yīng)電極反應(yīng)為Zn2e=Zn2；2H2e=H2。(2)鋅片與銀片減輕，是因與酸反應(yīng)：Zn2H=Zn2H2轉(zhuǎn)移2e 得V(H2)4.48 L；Q3.85104 C。重要考點(diǎn)重要考點(diǎn)1 原電池正負(fù)電極的判斷原電池正負(fù)電極的

10、判斷原電池電極名稱的判斷方法(1)看誰能與電解質(zhì)溶液反應(yīng)(包括溶解在電解質(zhì)溶液中的氧氣)。誰反應(yīng)誰作負(fù)極。如Zn、Cu、稀硫酸構(gòu)成的電池中鋅為負(fù)極，此時遵循的原則是較活潑的金屬作負(fù)極。Mg、Al、氫氧化鈉溶液構(gòu)成的電池中鋁為負(fù)極；Cu、Al、濃硝酸構(gòu)成的電池中銅為負(fù)極。(2)根據(jù)化合價的變化判斷或根據(jù)反應(yīng)判斷。元素化合價升高的為負(fù)極，元素化合價降低的為正極；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。(3)根據(jù)電子或電流方向。電子流出的為負(fù)極，電流流出的為正極?！究键c(diǎn)釋例1】原電池的電極名稱不僅與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)。下列說法中不正確的是()A由Al、Cu、稀H2SO

11、4組成原電池，其負(fù)極反應(yīng)式為Al3e=Al3B由Mg、Al、NaOH溶液組成原電池，其負(fù)極反應(yīng)式為Al3e4OH=AlO2-2H2OC由Fe、Cu、FeCl3溶液組成原電池，其負(fù)極反應(yīng)式為Cu2e=Cu2D由Al、Cu、濃硝酸組成原電池，其負(fù)極反應(yīng)式為Cu2e=Cu2C【解析】A中活潑性AlCu，故負(fù)極反應(yīng)為Al3e=Al3；B中Mg、Al在NaOH溶液中Al活潑，故其負(fù)極反應(yīng)式為Al3e4OH=AlO2-2H2O；C中活潑性FeCu，其負(fù)極反應(yīng)式為Fe2e=Fe2；D中由于Al在濃硝酸中鈍化，故Cu相對活潑，故其負(fù)極反應(yīng)式為Cu2e=Cu2。【溫馨提示】1.原電池正、負(fù)極的判斷基礎(chǔ)是氧化還原

12、反應(yīng)，如果給出一個方程式判斷正、負(fù)極，可以直接根據(jù)化合價的升降來判斷。發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的一極為正極。2活潑金屬在原電池中不一定是負(fù)極。1.某同學(xué)用光亮的鎂片和鋁片插入3 mol/L的NaOH溶液中組成原電池，下列說法正確的是( )AMg作正極，Al作負(fù)極 BAl作正極，Mg作負(fù)極CMg被氧化，Al被還原 DAl被氧化，Mg被還原A2.(湖南同升湖實(shí)驗(yàn)學(xué)校2010屆高三第三次月考)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1 mol CH4可以向外電路提供8 mol e負(fù)極上CH4

13、失去電子，電極反應(yīng)式CH410OH8e=CO32-7H2O負(fù)極上是O2獲得電子，電極反應(yīng)式為O22H2O4e=4OH電池放電后，溶液pH不斷升高 A B C DA3.某原電池總反應(yīng)的離子方程式為：2Fe3Fe=3Fe2，不能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是(雙選)( )A正極為Cu，負(fù)極為Fe，電解質(zhì)為FeCl3溶液B正極為C，負(fù)極為Fe，電解質(zhì)為Fe(NO3)3溶液C正極為Fe，負(fù)極為Zn，電解質(zhì)為Fe2(SO4)3溶液D正極為Ag，負(fù)極為Fe，電解質(zhì)為CuSO4溶液CD重要考點(diǎn)重要考點(diǎn)2 原電池電極反應(yīng)式的書寫原電池電極反應(yīng)式的書寫1根據(jù)原電池發(fā)生的氧化還原反應(yīng)書寫正負(fù)極反應(yīng)式及總反應(yīng)式：負(fù)極：氧化反

14、應(yīng)(失電子)正極：還原反應(yīng)(得電子)總反應(yīng)式負(fù)極反應(yīng)式正極反應(yīng)式(對總反應(yīng)式、負(fù)極反應(yīng)式和正極反應(yīng)式，只要知其中任兩個，就可以通過加或減求第三個)2注意正負(fù)極反應(yīng)生成的離子與電解質(zhì)溶液能否共存，若不能共存，則參與反應(yīng)的物質(zhì)也要寫入電極反應(yīng)式中。如O2不能在溶液中穩(wěn)定存在，先遇H必然生成H2O，遇H2O必然生成OH。3注意質(zhì)量守恒、電荷守恒、電子得失守恒，特別是電子得失守恒，這樣可以避免在由電極反應(yīng)式寫總反應(yīng)方程式，或由總反應(yīng)方程式改寫成電極反應(yīng)式所帶來的失誤，同時，也可避免在有關(guān)計(jì)算中產(chǎn)生誤差?！究键c(diǎn)釋例2】一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：在酸性溶液中甲醇與氧氣作用生成水和二氧化碳。該電池負(fù)極

15、發(fā)生的反應(yīng)是()ACH3OH(l)O2(g)=H2O(l)CO2(g)2H(aq)2eBO2(g)4H(aq)4e=2H2O(l)CCH3OH(l)H2O(l)=CO2(g)6H(aq)6eDO2(g)2H2O(l)4e=4OHC【解析】甲醇與氧氣反應(yīng)的氧化還原反應(yīng)方程式為：2CH3OH3O22CO24H2O，化合價升高的元素為甲醇中的C元素，所以在負(fù)極上甲醇失去電子而放電，在該極上的電極反應(yīng)式為：CH3OH(l)H2O(l)=CO2(g)6H(aq)6e?！緶剀疤崾尽恳罁?jù)電子得失守恒，正負(fù)電極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)的總方程式，若能寫出已知電池反應(yīng)的總方程式，可以減去較易寫出的電極反應(yīng)式，從而

16、得到較難寫出的電極反應(yīng)式。1.(湖南省雙峰一中高三12月月考)高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池長時間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為：3Zn2K2FeO48H2O 3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，下列敘述不正確的是( )A放電時負(fù)極反應(yīng)為：Zn2e2OH=Zn(OH)2B充電時陽極反應(yīng)為：Fe(OH)33e5OH=FeO4H2OC放電時每轉(zhuǎn)移3 mol電子，正極有1 mol K2FeO4被氧化D放電時正極附近溶液的堿性增強(qiáng)C2.下圖為銅鋅原電池的裝置請回答：(1)銅是正極，銅片上有氣泡產(chǎn)生，電極反應(yīng)式為 。(2)鋅為 極，電極反應(yīng)式為 。(3)電池反應(yīng)式

17、為 。Cu22e=Cu負(fù)Zn2e=Zn2ZnCu2=Zn2Cu重要考點(diǎn)重要考點(diǎn)3 原電池原理的應(yīng)用原電池原理的應(yīng)用1原電池反應(yīng)可加快化學(xué)反應(yīng)速率如實(shí)驗(yàn)室中用Zn和稀H2SO4制取H2時，常加入少量CuSO4，CuSO4與Zn發(fā)生置換反應(yīng)生成Cu，從而構(gòu)成Cu、Zn原電池加快H2的產(chǎn)生速率。2判斷金屬的活動性順序一般情況下負(fù)極金屬的活動性強(qiáng)于正極。例外：鎂、鋁與燒堿溶液構(gòu)成原電池，因?yàn)槭卿X失去電子，此時鋁為負(fù)極；鐵、銅與濃硝酸構(gòu)成原電池，因?yàn)殍F被鈍化，此時銅失去電子，銅為負(fù)極。3設(shè)計(jì)原電池 設(shè)計(jì)原電池時，首先要根據(jù)所提供的氧化還原反應(yīng)的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。原電池的設(shè)計(jì)還要緊扣原電池的三個條件。具體方法

18、是：(1)首先將已知氧化還原反應(yīng)拆分為兩個半反應(yīng)；(2)根據(jù)原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn)，結(jié)合兩個半反應(yīng)找出正負(fù)極材料(負(fù)極就是失電子的物質(zhì)，正極用比負(fù)極活潑性差的金屬或石墨)及電解質(zhì)溶液；(3)按要求畫出原電池裝置圖?！究键c(diǎn)釋例2】100 mL濃度為2 molL1的鹽酸跟過量的鋅片反應(yīng)，為加快反應(yīng)速率，又不影響生成氫氣的總量，可采用的方法是()A加入適量的6 molL1的鹽酸B加入數(shù)滴氯化銅溶液C加入適量蒸餾水D加入適量的氯化鈉溶液B【解析】向溶液中再加入鹽酸，H的物質(zhì)的量增加，生成H2的總量也增加，A錯。加入氯化銅后，鋅置換出的少量銅附在鋅片上，形成了原電池反應(yīng)，反應(yīng)速率加快，又鋅是過量的，生成H2的總量決定于鹽酸的量，故B正確。向原溶液中加入水或氯化鈉溶液都引起溶液中H濃度的下降，反應(yīng)速率變慢，故