第十九課時(shí) 化學(xué)能及電能-原電池原理

2012屆高三化學(xué)第一輪復(fù)習(xí)課件第十九課時(shí)化學(xué)能與電能-原電池原理本節(jié)考點(diǎn)聚焦課本知識(shí)梳理1.通過進(jìn)行化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的探究活動(dòng)，了解原電池工作原理。2.能正確書寫原電池的正、負(fù)極的電極反應(yīng)式及電池反應(yīng)方程式。一、原電池的工作原理1．概念：把

轉(zhuǎn)化為

的裝置。電能化學(xué)能2．形成條件（1）

不同的兩種金屬(或金屬與非金屬)做兩電極。（2）兩電極插入同一(或用鹽橋連通的不同)

中。（3）兩極間形成

。（4）有自發(fā)氧化還原反應(yīng)。

有金屬活性閉合回路電解質(zhì)溶液3.電極名稱

的物質(zhì)作為負(fù)極

的物質(zhì)作為正極4.電極反應(yīng)負(fù)極

。

正極

。

5.電子、離子定向移動(dòng)方向

出電子，電子回

。陽(yáng)離子移向

，陰離子移向

。e－正極負(fù)極6.原電池正負(fù)極的電極的判斷①對(duì)于金屬—金屬電極

金屬是負(fù)極，

金屬是正極。（1）根據(jù)電極材料的性質(zhì)確定還原性較強(qiáng)氧化性較強(qiáng)失電子的氧化反應(yīng)得電子的還原反應(yīng)負(fù)極正極正極負(fù)極活潑不活潑③對(duì)于金屬—化合物電極金屬是

極，化合物是

極。如：鉛蓄電池金屬是

極，非金屬是

極。如：干電池②對(duì)于金屬—非金屬電極（2）根據(jù)電極反應(yīng)的本身確定失電子的反應(yīng)→

反應(yīng)→

極得電子的反應(yīng)→

反應(yīng)→

極原電池的工作原理和電子流向可用下列圖示表示負(fù)極正極負(fù)極正極氧化負(fù)正還原7.雙液原電池的工作原理（2）鹽橋中裝有

。（3）鹽橋的作用①

②

。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。（1）雙液原電池的特點(diǎn)由兩個(gè)半電池構(gòu)成，正、負(fù)極各在一個(gè)半電池中中間有鹽橋連接。能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定電流的原電池裝置飽和的KCl溶液和瓊脂制成的膠凍

形成閉合回路平衡溶液電荷（4）雙液原電池電解質(zhì)溶液的作用負(fù)極液

作用。正極液

作用。二、原電池的設(shè)計(jì)

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)。（1）先拆反應(yīng)

、

反應(yīng)：負(fù)極

、

反應(yīng)：正極（2）后選材料負(fù)極

。正極

，

（3）電解質(zhì)溶液只起導(dǎo)電是氧化劑Zn－2e-=Zn2+氧化2Fe3++2e-=2Fe2+還原

Zn惰性電極Pt或C

2．請(qǐng)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。正極溶液

不能選用FeCl2

。雙液原電池：負(fù)極溶液

。A鹽橋ZnZnCl2溶液電流計(jì)CFeCl3溶液（1）先拆反應(yīng)負(fù)極：

反應(yīng)正極：

反應(yīng)單液原電池

。FeCl3溶液ZnCl2溶液FeCl3溶液Cu－2e-=Cu

2+

2Ag++2e-=2Ag

（2）選電極材料負(fù)極

.正極

.（3）電解質(zhì)溶液

負(fù)極溶液

。正極溶液

。鹽橋AgAAgNO3溶液電流計(jì)CuSO4溶液CuCuAgCuSO4溶液AgNO3溶液一次電池（干電池）：活性物質(zhì)消耗到一定程度，就不能使用。二次電池（充電電池或蓄電池）：放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生。燃料電池：一種連續(xù)將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池?；瘜W(xué)電池的分類三、原電池與化學(xué)電源化學(xué)電池一次電池二次電池燃料電池堿性鋅錳電池鉛蓄電池氫氧燃料電池鋰離子電池鋅銀蓄電池普通干電池鋅銀紐扣電池化學(xué)電源的分類1.一次電池填充物質(zhì)為NH4Cl和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有MnO2

和炭黑。負(fù)極：Zn-2e-＝Zn2+正極：2MnO2+2NH4++2e-＝Mn2O3+2NH3＋H2O電池總反應(yīng)式：

Zn＋2MnO2+2NH4+＝Zn2+＋Mn2O3+2NH3＋H2O正極：碳棒負(fù)極：Zn鋅—錳干電池普通鋅錳電池正極：MnO2負(fù)極：Zn負(fù)極：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正極：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-（氫氧化氧錳）總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2只能一次使用，不能充電；價(jià)格較貴。比能量和儲(chǔ)存時(shí)間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電活性物質(zhì)為KOH和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有MnO2和炭黑。堿性鋅錳電池電解質(zhì)溶液KOH正極：Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH-負(fù)極：Zn＋2OH-－2e-＝Zn(OH)2總反應(yīng)式：

Ag2O＋Zn＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2負(fù)極：Zn正極：Ag2O該電池比能量大，電壓穩(wěn)定，儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，廣泛用于電子表、照相機(jī)、計(jì)算器等微型電子儀器。鋅銀電池用途：電腦、手表、心臟起搏器等。特點(diǎn)：高能電池，電壓高，質(zhì)量輕，貯存時(shí)間長(zhǎng)等。正極：3SOCl2＋8e-＝6Cl-＋SO32-＋2S負(fù)極：8Li－8e-＝8Li+

總反應(yīng)式：8Li＋3SOCl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S鋰亞硫電池：它使用金屬(Li)和石墨作電極，金屬鋰(Li)作負(fù)極，四氯化鋁鋰(LiAlCl4)溶解在亞硫酰氯(SOCl2)

組成的電解質(zhì)溶液中，亞硫酰氯(SOCl2)

也作正極反應(yīng)物。負(fù)極：Li正極：MnO2、CuO、FeS2等鋰電池2.二次電池二次電池又稱充電電池，它在放電時(shí)所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時(shí)又逆向進(jìn)行，使生成物恢復(fù)原狀，如此充放電可循環(huán)進(jìn)行，至一定周期后終止。

汽車用蓄電池鉛蓄電池負(fù)極:Pb+SO42--2e-=PbSO4

正極:

PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O電池總反應(yīng)式：鉛蓄電池放電的電極反應(yīng)式Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O(-)(+)放電

充電鉛蓄電池充電的電極反應(yīng)式陰極:PbSO4+2e-=Pb+SO42-陽(yáng)極:

PbSO4+2H2O

-2e-=PbO2+4H++SO42-

負(fù)極：Pb正極：PbO2電解質(zhì)：H2SO4溶液鉛蓄電池3、燃料電池一種連續(xù)將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池。電池的電極本身不包含活性物質(zhì)，只是一個(gè)催化轉(zhuǎn)化元件。工作時(shí)，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷地被排除，于是電池就連續(xù)不斷地提供電能。有清潔、能量轉(zhuǎn)換率高的特點(diǎn)。酸性氫氧燃料電池正極室：通氧氣負(fù)極室：通氫氣（氧化劑）（燃料）電解質(zhì)：H2SO4溶液使用鉑電極負(fù)極：2H2–4e-=4H+正極：O2+4H++4e-=2H2O總反應(yīng)：2H2+O2＝2H2O能量轉(zhuǎn)換率高、清潔、對(duì)環(huán)境友好。氫氧燃料電池負(fù)極：2H2–4e-+4OH-=4H2O正極：O2+4e-+2H2O=4OH-總反應(yīng)式：2H2+O2=2H2O堿性氫氧燃料電池正極室：通氧氣負(fù)極室：通氫氣電解質(zhì)溶液為30%的氫氧化鉀溶液。使用鉑電極改變?nèi)剂霞淄閴A性燃料電池：負(fù)極：CH4+10OH-–8e-=CO32-+7H2O正極：2O2+4H2O+8e-=8OH-CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O四、金屬的腐蝕和防護(hù)化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕定義金屬與接觸到的干燥氣體(如O2、Cl2、SO2等)或非電解質(zhì)液體(如石油)等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕不純金屬(或合金)接觸到電解質(zhì)溶液所發(fā)生的原電池反應(yīng)，較活潑金屬失去電子被氧化而引起的腐蝕吸氧腐蝕(主要)析氫腐蝕條件金屬與物質(zhì)直接接觸水膜中溶有O2，顯弱酸性或中性水膜酸性較強(qiáng)金屬的化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕比較（1）金屬的腐蝕本質(zhì)金屬被氧化而腐蝕較活潑金屬被氧化而腐蝕現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生反應(yīng)式2Fe＋3Cl22FeCl3負(fù)極：Fe－2e－=Fe2＋正極：2H2O＋O2＋4e－=4OH－正極：2H＋＋2e－=H2↑聯(lián)系兩種腐蝕往往同時(shí)發(fā)生，只是電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍、危害更大金屬的化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕比較（2）金屬的防護(hù)①改善金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)(內(nèi)因)——不銹鋼②在金屬表面覆蓋保護(hù)層——電鍍、油漆、鈍化等③電化學(xué)保護(hù)法——犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法、外加直流電源的陰極保護(hù)法。犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法形成原電池反應(yīng)時(shí)，讓被保護(hù)金屬做正極，不反應(yīng)，起到保護(hù)作用；而活潑金屬反應(yīng)受到腐蝕。外加電流的陰極保護(hù)法將被保護(hù)金屬與另一附加電極作為電解池的兩個(gè)極，使被保護(hù)的金屬作為陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護(hù)?！纠?】(2009年上海單科)右圖裝置中，U型管內(nèi)為紅墨水，a、b試管內(nèi)分別盛有食鹽水和氯化銨溶液，各加入生鐵塊，放置一段時(shí)間。下列有關(guān)描述錯(cuò)誤的是(

)A.生鐵塊中的碳是原電池的正極B.紅墨水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟮陀腋逤.兩試管中相同的電極反應(yīng)式是：Fe－2e－=Fe2＋

D.a試管中發(fā)生了吸氧腐蝕，b試管中發(fā)生了析氫腐蝕知識(shí)應(yīng)用遷移B【例2】(2009年廣東單科)可用于電動(dòng)汽車的鋁—空氣燃料電池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液，鋁合金為負(fù)極，空氣電極為正極。下列說法正確的是(

)A.以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液時(shí)，正極反應(yīng)都為：O2＋2H2O＋4e－=4OH－

B.以NaOH溶液為電解液時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為：Al＋3OH－－3e－=Al(OH)3↓C.以NaOH溶液為電解液時(shí)，電池在工作過程中電解液的pH保持不變D.電池工作時(shí)，電子通過外電路從正極流向負(fù)極A【例3】(2009年福建理綜)控制適合的條件，將反應(yīng)：2Fe3＋＋2I－=2Fe2＋＋I(xiàn)2設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是(

)

A.反應(yīng)開始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B.反應(yīng)開始時(shí)，甲中石墨電極上Fe3＋被還原

C.電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)D.電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負(fù)極D【例4】(2008年廣東化學(xué))用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線和鹽橋(裝有瓊脂－KNO3的U型管)構(gòu)成一個(gè)原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是(

)①在外電路中，電流由銅電極流向銀電極②正極反應(yīng)為：Ag＋＋e－=Ag

③實(shí)驗(yàn)過程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作④銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同A.①②

B.②③C.②④D.③④C【例5】(2008年北京理綜)據(jù)報(bào)道，我國(guó)擁有完全自主產(chǎn)權(quán)的氫氧燃料電池車將在北京奧運(yùn)會(huì)期間為運(yùn)動(dòng)員提供服務(wù)。某種氫氧燃料電池的電解液為KOH溶液，下列有關(guān)該電池的敘述不正確的是(

)A．正極反應(yīng)式為：O2＋2H2O＋4e－=4OH－

B．工作一段時(shí)間后，電解液中KOH的物質(zhì)的量不變C．該燃料電池的總反應(yīng)方程式為：2H2＋O2=2H2OD．用該電池電解CuCl2溶液，產(chǎn)生2.24LCl2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí)，有0.1mol電子轉(zhuǎn)移D【例6】日常所用干電池其電極分別為碳棒(上面有銅帽)和鋅皮，以糊狀NH4Cl和ZnCl2作電解質(zhì)(其中加入MnO2吸收H2)，電極反應(yīng)可簡(jiǎn)化為Zn－2e－=Zn2＋，2NH4＋＋2e－=2NH3＋H2(NH3與Zn2＋結(jié)合)，根據(jù)以上敘述判斷下列結(jié)論正確的是(

)A.Zn為正極，碳為負(fù)極B.Zn為負(fù)極，碳為正極C.工作時(shí)電子由碳極，經(jīng)外電路流向Zn極D.長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用時(shí)電池內(nèi)糊狀物可能流出腐蝕用電器

BD【例7】下圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘述不正確的是(

)A.a電極是負(fù)極B.b電極的電極反應(yīng)為：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑C.氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源D.氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置B【例8】下圖是一種航天器能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)原理示意圖。下列說法正確的是()

A．該系統(tǒng)中只存在3種形式的能量轉(zhuǎn)化

B．裝置Y中負(fù)極的電極反應(yīng)式為：O2＋2H2O＋4e－

=4OH－

C．裝置X能實(shí)現(xiàn)燃料電池的燃料和氧化劑再生D．裝置X、Y形成的子系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的零排放，并能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能間的完全轉(zhuǎn)化C【例9】(2009年銀川一模)普通水泥在固化過程中自由水分子減少并產(chǎn)生膠體，溶液呈堿性。根據(jù)這一物理化學(xué)特點(diǎn)，科學(xué)家發(fā)明了電動(dòng)勢(shì)法測(cè)水泥初凝時(shí)間。此法的原理如下圖所示，負(fù)極的電極反應(yīng)式為：2Cu＋2OH－－2e－=Cu2O＋H2O。下列有關(guān)說法不正確的是(

)A.