原電池化學(xué)電源ppt課件

第一節(jié)原電池化學(xué)電源,三年26考高考指數(shù):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)的化學(xué)電源的種類及其工作原理。,一、原電池1.概念：把_轉(zhuǎn)化為_(kāi)的裝置。2.構(gòu)成條件(1)有兩個(gè)_的電極(常見(jiàn)為金屬或石墨)。(2)將電極插入_中。(3)兩電極間構(gòu)成閉合回路。,化學(xué)能,電能,活潑性不同,電解質(zhì)溶液,3工作原理如圖是CuZn原電池，請(qǐng)?zhí)羁眨?(1)電極負(fù)極為_(kāi)，正極為_(kāi)。(2)電極反應(yīng)負(fù)極：_，正極：_。(3)電子方向和電流方向電子從_流出經(jīng)外電路流入_；電流從_流出經(jīng)外電路流入_。,Zn,Cu,Zn-2e-=Zn2+,Cu2+2e-=Cu,負(fù)極,正極,正極,負(fù)極,(4)離子的遷移方向電解質(zhì)溶液中，陰離子向_遷移，陽(yáng)離子向_遷移。(5)兩種裝置的比較裝置中還原劑Zn與氧化劑Cu2+直接接觸，易造成能量損耗；裝置能避免能量損耗；裝置中鹽橋的作用是提供離子遷移通路，導(dǎo)電。,負(fù)極,正極,二、化學(xué)電源的種類及其工作原理1.一次電池(堿性鋅錳干電池)堿性鋅錳干電池的工作原理如圖：,負(fù)極（Zn），電極反應(yīng)式：_正極（MnO2），電極反應(yīng)式：_總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH,Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2,2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-,2.二次電池(以鉛蓄電池為例),(1)放電時(shí)的反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)：_正極反應(yīng)：_總反應(yīng)：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)(2)充電時(shí)的反應(yīng)陰極反應(yīng)：_陽(yáng)極反應(yīng)：_總反應(yīng)：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq),Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s),PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l),PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq),PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq),3.燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分為酸性和堿性兩種。,2H2-4e-=4H+,2H2+4OH-4e-=4H2O,O2+4H+4e-=2H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-,1.不是所有化學(xué)反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池。()【分析】正確。只有氧化還原反應(yīng)才可以設(shè)計(jì)成原電池。2.原電池的兩電極中，較活潑的電極一定為負(fù)極。()【分析】錯(cuò)誤。不一定，如鋁、鎂和NaOH溶液構(gòu)成的原電池，鋁作原電池的負(fù)極，鎂作原電池的正極。,3.燃料電池的反應(yīng)條件是燃燒。()【分析】錯(cuò)誤。燃料電池利用的是可燃物燃燒這一氧化還原反應(yīng)，但絕不是燃燒。4.可充電電池中的電極反應(yīng)是可逆反應(yīng)。()【分析】錯(cuò)誤。可充電電池的充電與放電不是在相同條件下發(fā)生的，故它不是可逆反應(yīng)。,原電池的構(gòu)成及電極反應(yīng)式的書(shū)寫1.原電池的構(gòu)成,原電池構(gòu)成,電極,兩極為導(dǎo)體且存在活潑性差異(燃料電池的電極一般為惰性電極),溶液,兩極插入電解質(zhì)溶液中,回路,形成閉合回路或兩極直接接觸,本質(zhì),有無(wú)氧化還原反應(yīng)發(fā)生,2.正、負(fù)極的判斷,3.電極反應(yīng)式的書(shū)寫(1)一般電極反應(yīng)式的書(shū)寫,負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)正極發(fā)生還原反應(yīng),參加反應(yīng)的微粒和得失電子數(shù),在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中要生成穩(wěn)定的電極產(chǎn)物，即H+、OH-、H2O等是否參加反應(yīng)遵守電荷守恒、質(zhì)量守恒、電子守恒,兩電極反應(yīng)式相加，與總反應(yīng)式對(duì)照驗(yàn)證,(2)復(fù)雜電極反應(yīng)式的書(shū)寫如CH4酸性燃料電池中，電極反應(yīng)式為：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,【高考警示鐘】(1)負(fù)極本身不一定都參加反應(yīng)，如燃料電池中，作為負(fù)極的材料本身并不參加反應(yīng)。(2)不注意電解質(zhì)溶液的成分，容易誤寫電極反應(yīng)式，如Al負(fù)極，在酸性溶液中生成Al3+，在堿性溶液中生成AlO2-。(3)電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，但電子不能通過(guò)電解液，是通過(guò)陰陽(yáng)離子的移動(dòng)形成閉合回路。(4)用總電極反應(yīng)減去一極的電極反應(yīng)時(shí)，須在兩式電子轉(zhuǎn)移數(shù)相等的前提下進(jìn)行。,【拓展延伸】原電池正負(fù)極的其他判斷方法(1)根據(jù)原電池中電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向移動(dòng)判斷。在原電池的電解質(zhì)溶液中，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。(2)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；氧化劑則是正極上得電子的活性物質(zhì)，對(duì)應(yīng)的電極為正極。,【典例1】生物燃料電池(BFC)是以有機(jī)物為燃料，直接或間接利用酶作為催化劑的一類特殊的燃料電池，其能量轉(zhuǎn)化效率高，是一種真正意義上的綠色電池，其工作原理如圖所示。,已知C1極的電極反應(yīng)式為：C2H5OH+3H2O12e=2CO2+12H+。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是()AC1極為電池負(fù)極，C2極為電池正極B電子由C2極經(jīng)外電路導(dǎo)線流向C1極CC2極的電極反應(yīng)式為O2+4H+4e=2H2OD該生物燃料電池的總反應(yīng)式為：C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O,【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：(1)燃料電池中通入燃料的一極一定為負(fù)極；(2)正極產(chǎn)生的OH-要與溶液中的H+反應(yīng)。【解析】選B。燃料電池中，通入燃料的一極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，通入氧氣的一極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，A、C項(xiàng)正確；電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，B項(xiàng)錯(cuò)誤。,【技巧點(diǎn)撥】燃料電池的電極判斷及電極反應(yīng)式的書(shū)寫(1)作為燃料電池，充入氧氣的一極一定是正極，另外一極為負(fù)極。(2)書(shū)寫正負(fù)電極反應(yīng)時(shí)，要先寫簡(jiǎn)單的一極，如燃料電池，一般先寫正極反應(yīng)。當(dāng)介質(zhì)為堿性時(shí)，電極反應(yīng)式為2H2O+O2+4e-=4OH-，當(dāng)介質(zhì)為酸性溶液時(shí)，電極反應(yīng)式為4H+O2+4e-=2H2O，然后用總反應(yīng)減去該電極反應(yīng)，即可得出另一極反應(yīng)(前提是兩式電子轉(zhuǎn)移數(shù)相等)。,【變式訓(xùn)練】(2011海南高考改編)根據(jù)如圖，下列判斷中正確的是(),AFe極作負(fù)極B燒杯b中發(fā)生氧化反應(yīng)C燒杯a中發(fā)生的反應(yīng)為2H+2e=H2D燒杯b中發(fā)生的反應(yīng)為2Cl2e=Cl2【解析】選B。Zn比Fe活潑，所以Zn作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：Zn2e=Zn2+，故A、D錯(cuò)誤；Fe作正極，氧氣在該電極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2H2O+O2+4e=4OH，C錯(cuò)。,【變式備選】MCFC型燃料電池可同時(shí)供應(yīng)電和水蒸氣，其工作溫度為600700，所用燃料為H2，電解質(zhì)為熔融的K2CO3。該電池的總反應(yīng)式為：2H2+O2=2H2O，負(fù)極反應(yīng)為：H2+CO32-2e-=H2O+CO2。則下列推斷中，正確的是()A正極反應(yīng)為4OH-4e-=2H2O+O2B當(dāng)電池生成1mol水時(shí)，轉(zhuǎn)移4mol電子C放電時(shí)CO32-向負(fù)極移動(dòng)D通H2的一極為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng),【解析】選C。A項(xiàng)，正極反應(yīng)應(yīng)有O2參加，故A錯(cuò)誤；B項(xiàng)，根據(jù)總電極反應(yīng)式可知，當(dāng)生成1mol水時(shí)，轉(zhuǎn)移2mol電子，B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，因負(fù)極上氫氣失電子，從而負(fù)極帶上了正電荷，故放電時(shí)CO32-向負(fù)極移動(dòng)，C正確；D項(xiàng)，通H2的一極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，D錯(cuò)誤。,原電池工作原理的應(yīng)用1比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱原電池中，一般活動(dòng)性強(qiáng)的金屬作負(fù)極，而活動(dòng)性弱的金屬(或非金屬)作正極。如有兩種金屬A和B，用導(dǎo)線將A和B連接后，插入到稀硫酸中，一段時(shí)間后，若觀察到A極溶解，而B(niǎo)極上有氣體放出，則說(shuō)明A作負(fù)極，B作正極，則可以斷定金屬活動(dòng)性AB。,2加快化學(xué)反應(yīng)速率由于形成了原電池，導(dǎo)致反應(yīng)速率加快。如Zn與稀硫酸反應(yīng)制氫氣時(shí)，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成CuZn原電池，加快反應(yīng)進(jìn)行。3用于金屬的防護(hù)使需要保護(hù)的金屬制品作原電池正極而受到保護(hù)。例如要保護(hù)一個(gè)鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負(fù)極。,4.設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源設(shè)計(jì)原電池要緊扣構(gòu)成原電池的三個(gè)條件。(1)首先將已知氧化還原反應(yīng)拆分為兩個(gè)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(gè)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)極活潑性差的金屬即可，也可以用石墨)及電解質(zhì)溶液。電極材料的選擇在原電池中，選擇活潑性較強(qiáng)的金屬作為負(fù)極；活潑性較弱的金屬或非金屬作為正極，并且原電池的電極必須導(dǎo)電。一般來(lái)說(shuō)，負(fù)極應(yīng)該跟電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)。,電解質(zhì)溶液的選擇電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)(如溶解于溶液中的空氣)。但如果兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋)，則左右兩個(gè)容器中的電解質(zhì)溶液選擇與電極材料相同的陽(yáng)離子。如在Cu-Zn-硫酸構(gòu)成的原電池中，負(fù)極Zn浸泡在含有Zn2+的電解質(zhì)溶液中，而正極Cu浸泡在含有Cu2+的電解質(zhì)溶液中。,(3)按要求畫出原電池裝置圖。如根據(jù)2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+設(shè)計(jì)原電池：負(fù)極：Cu-2e-=Cu2+正極：2Fe3+2e-=2Fe2+,【高考警示鐘】(1)能設(shè)計(jì)成原電池的反應(yīng)一定是放熱的氧化還原反應(yīng)，吸熱反應(yīng)不可能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。(2)利用原電池原理可加快制氫氣的速率，但可能影響生成氫氣的量。需注意生成氫氣的總量是取決于金屬的量還是取決于酸的量。(3)設(shè)計(jì)原電池時(shí)，負(fù)極材料確定之后，正極材料的選擇范圍較廣，只要合理都可以。,【典例2】某?；瘜W(xué)研究性學(xué)習(xí)小組欲設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Fe、Cu的金屬活動(dòng)性，他們提出了以下兩種方案。請(qǐng)你幫助他們完成有關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：方案I：有人提出將大小相等的鐵片和銅片，分別同時(shí)放入稀硫酸(或稀鹽酸)中，觀察產(chǎn)生氣泡的快慢，據(jù)此確定它們的活動(dòng)性。該原理的離子方程式為_(kāi)。,方案：有人利用Fe、Cu作電極設(shè)計(jì)成原電池，以確定它們的活動(dòng)性。試在下面的方框內(nèi)畫出原電池裝置圖，標(biāo)出原電池的電極材料和電解質(zhì)溶液，并寫出電極反應(yīng)式。正極：_；負(fù)極：_。,方案：結(jié)合你所學(xué)的知識(shí)，幫助他們?cè)僭O(shè)計(jì)一個(gè)驗(yàn)證Fe、Cu活動(dòng)性的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)方案(與方案、不能雷同)_，用離子方程式表示其反應(yīng)原理：_。,【解析】方案：鐵可以和稀硫酸(或稀鹽酸)反應(yīng)生成H2，而Cu在金屬活動(dòng)性順序表中位于H的后面，不能置換出酸中的氫。方案：利用原電池原理證明金屬活動(dòng)性FeCu，可以把鐵片作為原電池的負(fù)極，銅片作為原電池的正極，稀硫酸作電解質(zhì)溶液，按要求組成閉合回路，畫出裝置圖，并寫出相應(yīng)的電極反應(yīng)式。也可以設(shè)計(jì)鹽橋組成原電池。方案：可以利用金屬與鹽溶液的置換反應(yīng)驗(yàn)證金屬的活潑性。把鐵片插入CuSO4溶液中觀察現(xiàn)象。,答案：方案：Fe2H+=Fe2+H2方案：正極：2H+2e-=H2或Cu2+2e-=Cu負(fù)極：Fe2e-=Fe2+,方案：把一個(gè)光潔的鐵片插入到CuSO4溶液中，觀察現(xiàn)象FeCu2+=Fe2+Cu,【互動(dòng)探究】在以上題目中，是通過(guò)設(shè)計(jì)原電池，利用原電池的工作原理，驗(yàn)證了鐵的金屬活動(dòng)性強(qiáng)于銅。但是，是否鐵與銅分別作電極構(gòu)成的原電池中，鐵一定作為原電池的負(fù)極呢？提示：不一定，用鐵、銅和濃硝酸構(gòu)成的原電池中，因鐵在常溫下和濃硝酸發(fā)生鈍化，故它不再繼續(xù)發(fā)生氧化反應(yīng)，而銅則容易和濃硝酸發(fā)生氧化反應(yīng)，表現(xiàn)為失電子，故銅成為了原電池的負(fù)極，鐵成為了原電池的正極。,1.下列圖示裝置屬于原電池的是(),【解析】選B。原電池的形成條件之一就是存在活動(dòng)性不同的兩種金屬或金屬、非金屬，故A錯(cuò)誤；另一條件是存在電解質(zhì)溶液或兩電極直接接觸，故C錯(cuò)誤；再者就是構(gòu)成閉合回路，D項(xiàng)，沒(méi)有構(gòu)成閉合回路，D錯(cuò)誤。,2.X、Y、Z、W4塊金屬分別用導(dǎo)線兩兩相連浸入稀硫酸中組成原電池。X、Y相連時(shí)，X為負(fù)極；Z、W相連時(shí)，電流方向是WZ；X、Z相連時(shí)，Z極上產(chǎn)生大量氣泡；W、Y相連時(shí)，W極發(fā)生氧化反應(yīng)。據(jù)此判斷4種金屬的活動(dòng)性順序是()A.XZWYB.ZXYWC.XYZWD.YWZX,【解析】選A。由“X、Y相連時(shí)，X為負(fù)極；Z、W相連時(shí)，電流方向是WZ”得出金屬活動(dòng)性順序?yàn)閄Y，ZW；再由“X、Z相連時(shí)，Z極上產(chǎn)生大量氣泡；W、Y相連時(shí)，W極發(fā)生氧化反應(yīng)”得出金屬活動(dòng)性順序?yàn)閄Z，WY。,3.2011年8月美國(guó)海軍海底戰(zhàn)事中心與麻省理工大學(xué)共同研制成功了用于潛航器的鎂-過(guò)氧化氫燃料電池系統(tǒng)。電池總反應(yīng)是：Mg+H2O2+2H=Mg2+2H2O，其工作原理如圖所示：以下說(shuō)法中錯(cuò)誤的是(),A電池的負(fù)極反應(yīng)為：Mg-2e=Mg2B電池工作時(shí)，H向負(fù)極移動(dòng)C電池工作一段時(shí)間后，溶液的pH增大DH2O2的還原產(chǎn)物為H2O,【解析】選B。電池工作時(shí)，H應(yīng)向正極移動(dòng)，B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，由電極總反應(yīng)式Mg+H2O2+2H=Mg2+2H2O可知，H+被消耗，故pH變大，C正確。,4.某可充電的鋰離子電池以LiMn2O4為正極，嵌入鋰的碳材料為負(fù)極，含Li導(dǎo)電固體為電解質(zhì)。放電時(shí)的電池反應(yīng)為：LiLiMn2O4=Li2Mn2O4。下列說(shuō)法正確的是()A放電時(shí)，LiMn2O4發(fā)生氧化反應(yīng)B放電時(shí)，正極反應(yīng)為：LiLiMn2O4e=Li2Mn2O4C充電時(shí)，LiMn2O4發(fā)生氧化反應(yīng)D充電時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)為：Lie=Li,【解析】選B。A項(xiàng)，由LiLiMn2O4=Li2Mn2O4可知，錳的價(jià)態(tài)降低，故發(fā)生還原反應(yīng)；C項(xiàng)，充電時(shí)，Li2MnO4發(fā)生氧化反應(yīng)；D項(xiàng)，陽(yáng)極反應(yīng)為L(zhǎng)i2Mn2O4-e-=LiMn2O4+Li+。,5.某學(xué)生為探究銅生銹的過(guò)程設(shè)計(jì)如圖所示裝置，下列選項(xiàng)中正確的是()A一段時(shí)間后C棒上有氣泡冒出，附近的溶液變?yōu)榧t色B一段時(shí)間后溶液中會(huì)有藍(lán)色沉淀產(chǎn)生CCu棒為正極，發(fā)生：Cu-2e-=Cu2+DC棒為正極，發(fā)生：2H+2e-=H2,【解析】選B。A項(xiàng)，裝置中Cu作負(fù)極，失電子，生成Cu2+，正極O2得電子生成OH-，故正極