屆高三第一輪復(fù)習(xí)——原電池PPT課件

1、第30講 原電池與化學(xué)電源2011屆高考第一輪復(fù)習(xí)【理綜考試說明要求】1、理解原電池和電解池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。了解常見的化學(xué)電源及其工作原理2、理解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因，了解金屬腐蝕的危害和防止金屬腐蝕的措施。 下列哪些反應(yīng)可能成為原電池反應(yīng)？MnO2 +4HCl = MnCl2 + Cl2+ 2H2O2CH3OH + 3O2 = 2CO2+ 4H2O2NH4HSO4 + 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)，故從理論上說任何一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)因都會有電子轉(zhuǎn)移的存在，都可能成為原電池反應(yīng)1、

2、概念：原電池是_的裝置。 原電池反應(yīng)的本質(zhì)是_反應(yīng)。將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能氧化還原反應(yīng)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 - = Zn 2+氧化正2H+ +2e- =H2還原負(fù)Zn 2e - = Zn 2+氧化正Cu2+ + 2e - = Cu還原一、原電池CuZn-Zn2+Zn

3、2+Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+-Zn2+H+SO42-負(fù)極正極靜電作用2、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)）陽離子2、原 電 池 原 理外電路內(nèi)電路3、原電池的形成條件： 兩極一液一連線（1）有兩種活動性不同的金屬（或一種是非金屬單質(zhì)或金屬氧化物）作電極。 （2）電極材料均插入電解質(zhì)溶液中。

4、 （3）兩極相連形成閉合電路。 （4）內(nèi)部條件：能自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。 下列哪些裝置能構(gòu)成原電池？如果要使此裝置成為原電池，可以作如何改進(jìn)？ 4、原電池的正負(fù)極的判斷方法（1）根據(jù)兩極材料的活性判斷： （2）根據(jù)電極發(fā)生的本質(zhì)來判斷： （3）根據(jù)電子、離子的流向或電流的方向 判斷： （4）根據(jù)兩極發(fā)生的現(xiàn)象判斷： 4、原電池的正負(fù)極的判斷方法 微觀判斷（根據(jù)電子流動方向）電子流出的極電子流入的極負(fù)極正極 較活潑的電極材料較不活潑的電極材料 質(zhì)量增加的電極工作后 質(zhì)量減少的電極負(fù)極正極正極負(fù)極工作后，有氣泡冒出的電極為正極發(fā)生氧化反應(yīng)的極發(fā)生還原反應(yīng)的極宏觀判斷：根據(jù)電極材料根據(jù)原電池電極 發(fā)

5、生的反應(yīng)根據(jù)電極增重還是減重根據(jù)電極有氣泡冒出：負(fù)極正極造成的主要原因：由于在銅極上很快就聚集了許多氫氣泡，把銅極跟稀硫酸逐漸隔開，這樣就增加了電池的內(nèi)阻，使電流不能暢通。這種作用稱為極化作用。二、對原電 池工作原理的進(jìn)一步探究 ？提出問題： 右圖是我們在必修2中學(xué)習(xí)過的將鋅片和銅片置于稀硫酸的原電池，如果用它做電源，不但效率低，而且時(shí)間稍長電流就很快減弱，因此不適合實(shí)際應(yīng)用。這是什么原因造成的呢？有沒有什么改進(jìn)措施？鹽橋的作用是什么？ 使Cl-向鋅鹽方向移動，K+向銅鹽方向移動，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。鹽橋：在U型管中裝

6、滿用飽和KCl溶液和瓊膠作成的凍膠。導(dǎo)線的作用是傳遞電子，溝通外電路。而鹽橋的作用則是通過離子的傳遞而溝通內(nèi)電路鹽橋的作用：（1）使整個(gè)裝置構(gòu)成通路，代替兩溶液直接接觸。得出結(jié)論 由于鹽橋（如KCl）的存在，其中陰離子Cl-向ZnSO4溶液擴(kuò)散和遷移，陽離子K+則向CuSO4溶液擴(kuò)散和遷移，分別中和過剩的電荷，保持溶液的電中性，因而放電作用不間斷地進(jìn)行，一直到鋅片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+幾乎完全沉淀下來。若電解質(zhì)溶液與KCl溶液反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作鹽橋。（2）平衡電荷。 在整個(gè)裝置的電流回路中，溶液中的電流通路是靠離子遷移完成的。取出鹽橋，Zn失去電子形成

7、的Zn2+進(jìn)入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而帶正電荷。同時(shí)，CuSO4則由于Cu2+ 變?yōu)镃u ，使得 SO42-相對較多而帶負(fù)電荷。溶液不保持電中性，這兩種因素均會阻止電子從鋅片流向銅片，造成電流中斷。XYA 利用Fe + Cu2+=Fe2+ +Cu和如下裝置設(shè)計(jì)一個(gè)原電池，寫出電極反應(yīng)。CuFeFeSO41、將鹽橋改為金屬導(dǎo)線，該原電池是否也能正常工作？BCuSO42、將兩極片都同時(shí)改作惰性電極（碳棒），則能否有一個(gè)可以正常工作的原電池？因?yàn)樵姵氐碾姌O材料本身可以不參加反應(yīng)，而只起到導(dǎo)電和做載體的作用。原電池的電極反應(yīng)規(guī)律負(fù)極：M - ne- = Mn+(活潑金屬失去電子

8、，被氧化，被溶解，被腐蝕）正極：1）2H+ + 2e- = H2（酸性溶液）2) Mn+ + ne- = M (不活潑金屬的鹽溶液）3）2H2O + O2 + 4e- = 4OH- (中性、弱酸性條件下的吸氧腐蝕）（10年高考）23.銅鋅原電池（如圖9）工作時(shí)，下列敘述正確的是A.正極反應(yīng)為：Zn -2e- =Zn2+B.電池反映為：Zn + Cu2+ = Zn2+ + CuC.在外電路中，電子從負(fù)極流向正極D.鹽橋中的K+ 移向ZnSO4溶液BC 三、化學(xué)電源學(xué)與問在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些電池，你知道電池的其它應(yīng)用嗎？ 電池化學(xué)電池太陽能電池原子能電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將太陽能轉(zhuǎn)

9、換成電能的裝置將放射性同位素自然衰變時(shí)產(chǎn)生的熱能通過熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置知識點(diǎn)1：化學(xué)電池1)概念:將化學(xué)能變成電能的裝置2)分類:一次電池又稱不可充電電池如：干電池二次電池又稱充電電池蓄電池燃料電池3)優(yōu)點(diǎn):4)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn):能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠?？梢灾瞥筛鞣N形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便。易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。比能量符號(Ah/kg)，(Ah/L)指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少比功率符號是W/kg，W/L)指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小電池的儲存時(shí)間的長短鋰電池干電池疊層電池紐扣電池各類電池知識點(diǎn)2：各類電池1、干電池(

10、普通鋅錳電池）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=ZnCl22NH3+Mn2O3+H2O請寫出各電極的電極反應(yīng)。(一) 一次電池練：寫出鋅錳干電池的電極反應(yīng)和總化學(xué)反應(yīng)方程式。負(fù)極正極總反應(yīng)通常我們可以通過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？_我們在使用干電池的過程中并沒有發(fā)現(xiàn)有氣體產(chǎn)生，請推測可能是干電池中的什么成分起了作用？Zn-2e-=Zn2+2NH4+2e-=2NH3+H2Zn+2

11、NH4+=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=2Mn OOH +2 OH 總反應(yīng)：Zn+ 2MnO2+2 H2O =2 Mn OOH+ Zn(OH)2堿性鋅錳干電池金屬棒堿性鋅錳電池的優(yōu)點(diǎn)： 電流穩(wěn)定，放電容量、時(shí)間增大幾倍，不會氣漲或漏液。普通鋅錳干電池缺點(diǎn)：放電量小，放電過程中易氣漲或漏液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)

12、、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-+2S電池鉛蓄電池1、電極材料及原料2、電解質(zhì)溶液3、電極反應(yīng)式：正極：PbO2 負(fù)極：PbH2SO4溶液負(fù)極（Pb）: Pb- 2e-+ SO4 2 - =PbSO4Pb+PbO2+2H2SO4 =2PbSO4 +2H2O 正極（PbO2）: PbO2+4H+SO42 -+ 2e-= PbSO4 +2H2O總反應(yīng)：(放電時(shí))(二)二次電池(可充電)2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充電過程PbSO4 (

13、s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) 還原反應(yīng)陰極：陽極：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程總反應(yīng)：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)鉛蓄電池的充放電過程：放電充電3)鉛蓄電池優(yōu)缺點(diǎn)簡析缺點(diǎn)：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境優(yōu)點(diǎn)：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉其它二次電池鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池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

14、。反應(yīng)式為：2Ag+Zn(OH)2 Zn+Ag2O+H2O 寫出電極反應(yīng)式。充電放電1970-1975, 開發(fā)了先進(jìn)的銀鋅、鎳鎘電池技術(shù)。 1975-1983, 為美國海軍生產(chǎn)潛水艇用銀鋅電池。1979-1987,為美國國家能源部發(fā)展電動車用的鎳鋅電池。 1998-1992, 為美國海軍發(fā)展世界上最大的鎳鎘電池用于核潛水艇。銀-鋅蓄電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的充電和放電過程可以表示為：2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+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.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.ZnD電極反應(yīng)：負(fù)極：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2

15、 正極：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-3、鎳鎘電池NiO2+Cd+2H2O Ni(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：寫出電極反應(yīng)式。 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-大

16、有發(fā)展前景的燃料電池 燃料電池是利用氫氣、天然氣、甲醇等燃料與氧氣或空氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋放出來的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。目前燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)近80%，約為火力發(fā)電的2倍。這是因?yàn)榛鹆Πl(fā)電中放出的廢熱太多。燃料電池的噪聲及硫氧化物、氮氧化物等廢氣污染都接近零；燃料電池發(fā)明于19世紀(jì)30年代末，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、改進(jìn)，到20世紀(jì)60年代才開始進(jìn)入實(shí)用階段。第一代燃料電池的大致情況如下： (三)燃料電池燃料電池以硫酸為電解質(zhì)溶液時(shí)：負(fù)極：2H2 4e- = 4H+正極：O2+ 4H+ +4e- =2H2O總反應(yīng)：2H2 +O2 =2H2O氫氧燃料電池工作原理介質(zhì)電池反應(yīng)： 2H2 +

17、= 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- = 4H2O O2 + 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 + 2KOH = K2CO3 + 3 H2O甲烷新型燃料電池分析溶液的pH變化。電解質(zhì)為KOH

18、溶液若用C2H6、CH3OH呢？C2H6燃料電池、電解質(zhì)為KOH溶液負(fù)極：正極：電池總反應(yīng)：CH3OH燃料電池、電解質(zhì)為KOH溶液負(fù)極：正極：電池總反應(yīng)：7O2+ 14H2O +28e-=28OH -2C2H6+ 36OH -28e-= 4CO32- + 24H2O2C2H6+ 7O2 +8KOH = 4K2CO3 + 10 H2O3O2+6H2O +12e-= 12OH -2CH3OH+ 16OH -12e-= 2CO32- + 12H2O2CH3OH+ 3O2 + 4KOH = 2K2CO3 + 6 H2O鋁空氣燃料電池（海水）：負(fù)極：正極：電池總反應(yīng)：3O2 +12e- + 6H2O =12OH-4Al -12e- = 4Al3+4Al +3O2 +6H2O = 4Al(OH)31.利用原電池原理設(shè)計(jì)新型化學(xué)電池；2.改變化學(xué)反應(yīng)速率，如實(shí)驗(yàn)室用粗鋅與硫酸反應(yīng)制取氫氣；3.進(jìn)行金屬活動性強(qiáng)弱比較；4.電化學(xué)保護(hù)法，即將金屬作為原電池的正極而受到保護(hù)。如在鐵器表面鍍鋅。三、