高三一輪復(fù)習(xí)原電池學(xué)案（doc）

1、第三節(jié)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能-電池【考點(diǎn)分析】本節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容為原電池工作原理及其應(yīng)用原電池工作原理的考查往往以新型能源電池或燃料電池為載體，考查原電池正負(fù)極的判斷、電極反應(yīng)式的書寫、電子或電流的方向及溶液pH的變化等；原電池原理的應(yīng)用主要考查原電池的設(shè)計(jì)、電化學(xué)腐蝕以及解釋某些化學(xué)現(xiàn)象等預(yù)計(jì)實(shí)物圖分析、新型電池分析、電解池與原電池的聯(lián)系以及設(shè)置趣味電化學(xué)實(shí)驗(yàn)是近年高考的熱點(diǎn).【課前延伸】一、原電池1概念：把 能轉(zhuǎn)化為 能的裝置2.工作原理：(以鋅銅原電池為例)。電極名稱負(fù)極正極電極材料電極反應(yīng)反應(yīng)類型 反應(yīng) 反應(yīng)電子流向由 沿導(dǎo)線流向離子移動方向3構(gòu)成條件(1)兩個(gè) 的電極 (2)將電極插入 中(3

2、)用導(dǎo)線連接電極構(gòu)成 (4)能自發(fā)進(jìn)行 反應(yīng)二、化學(xué)電源1一次電池堿性鋅錳干電池2二次電池(可充電電池)鉛蓄電池是常見的二次電池，電池總反應(yīng)：PbPbO22H2SO4 = 2PbSO42H2O(1)放電時(shí)負(fù)極材料是 ，正極材料是 .負(fù)極反應(yīng)： 正極反應(yīng)： （2）充電時(shí)陰極反應(yīng)： 陽極反應(yīng)： 3燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分酸性和堿性兩種.酸性堿性負(fù)極反應(yīng)式正極反應(yīng)式電池總反應(yīng)式2H2O2 = 2H2O三、金屬的腐蝕與防護(hù)1金屬腐蝕的定義金屬與周圍的氣體或液體物質(zhì)發(fā)生 反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。2金屬腐蝕的實(shí)質(zhì)金屬 電子被 。3金屬腐蝕的類型(1)化學(xué)腐蝕：金屬直接跟周圍的物質(zhì)接觸

3、發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。(2)電化學(xué)腐蝕：當(dāng)兩種金屬相接觸且又同時(shí)暴露在潮濕空氣里或與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，由于形成 而腐蝕。電化學(xué)腐蝕很普遍。4常見的電化學(xué)腐蝕(以鋼鐵為例)類型析氫腐蝕吸氧腐蝕發(fā)生條件電極反應(yīng)5.金屬的防護(hù)(1)加防護(hù)層如在金屬表面加上耐腐蝕的油漆、搪瓷、陶瓷、瀝青、塑料、橡膠及電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。(2)電化學(xué)防護(hù)犧牲陽極的陰極保護(hù)法。如在船舶的外殼裝上鋅塊：鋅作原電池的 極(陽極)，鐵作為原電池的 極(陰極)。外加電流的陰極保護(hù)法。如鋼閘門被保護(hù)：陽極為惰性電極(如石墨)，與電源正極相連；陰極為 ，與電源負(fù)極相連。(3)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如不銹鋼?！菊n前檢測】1.在盛有稀H2

4、SO4的燒杯中放入導(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2(2010廣東高考)銅鋅原電池(如圖)工作時(shí)，下列敘述正確的是A正極反應(yīng)為：Zn Zn 2+ + 2e- B電池反應(yīng)為：ZnCu2+ = Zn 2+ CuC在外電路中，電流從負(fù)極流向正極 D鹽橋中的K+移向ZnSO4溶液3.（2009上海卷）茫茫黑夜中，航標(biāo)燈為航海員指明了方向。航標(biāo)燈的電源必須長效、穩(wěn)定。我國科技工作者研制出以鋁合金、Pt-Fe合金網(wǎng)為電極材料的海水電池。在這種電池中鋁合金是陽極 鋁合金是負(fù)極 海水是電解液 鋁合金電

5、極發(fā)生還原反應(yīng)A B CD【課堂探究】一、原電池工作原理1.原理圖示負(fù)極： （ 反應(yīng) ）正極： （ 反應(yīng)）總反應(yīng)方程式： 外電路：電子從負(fù)極流向正極，電流從正極流向負(fù)極內(nèi)電路：陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極2.原電池的正負(fù)極的判斷：根據(jù)電子流動方向判斷。在原電池中，電子流出的一極是負(fù)極；電子流入的一極是正極。根據(jù)兩極材料判斷。一般活潑性較強(qiáng)的金屬為負(fù)極；活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向流動方向判斷。陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動。根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來判斷。負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)；正極發(fā)生還原反應(yīng)。根據(jù)現(xiàn)象判斷。溶解的一極為負(fù)極，質(zhì)量增加或放出氣體的

6、一極為正極。例1.日本茨城大學(xué)研制了一種新型的質(zhì)子交換膜二甲醚燃料電池(DDFC)，該電池有較高的安全性。電池總反應(yīng)為：CH3OCH33O2=2CO23H2O，電池示意如圖，下列說法不正確的是( )Aa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二甲醚被氧化時(shí)就有6mol電子轉(zhuǎn)移 二、原電池電極反應(yīng)式的書寫與化學(xué)電源一般來講，書寫原電池的電極反應(yīng)式應(yīng)注意如下四點(diǎn)：1、準(zhǔn)確判斷原電池的正負(fù)極如果電池的正負(fù)極判斷失誤，則電極反應(yīng)式必然寫錯(cuò)，這是正確書寫電極反應(yīng)式的前提。一般而言，較活潑的金屬成為原電池的負(fù)

7、極，但不是絕對的。如將銅片和鋁片同時(shí)插入濃硝酸中組成原電池時(shí)，銅卻是原電池的負(fù)極被氧化，因?yàn)殇X在濃硝酸中表面產(chǎn)生了鈍化。此時(shí)，其電極反應(yīng)式為：負(fù)極：Cu=Cu 2+ 2e-正極：2NO3- + 4H + +2e- =2NO2+2H2O又如將鎂鋁合金放入6mol/L的NaOH溶液中構(gòu)成原電池時(shí)，盡管鎂比鋁活潑，但鎂不和NaOH溶液反應(yīng)，所以鋁成為負(fù)極。2、高度注意電解質(zhì)的酸堿性在正、負(fù)極上發(fā)生的電極反應(yīng)不是孤立的，它往往與電解質(zhì)溶液緊密聯(lián)系。如氫氧燃料電池有酸式和堿式兩種，在酸溶液中負(fù)極反應(yīng)式為：2H2=4H+4e-正極反應(yīng)式為：O2+4H+ +4e-=2H2O;如是在堿溶液中，則不可能有H+出

8、現(xiàn)，在酸溶液中，也不可能出現(xiàn)OH-。3、牢牢抓住總的反應(yīng)方程式從理論上講，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。而兩個(gè)電極反應(yīng)相加即得總的反應(yīng)方程式。所以，對于一個(gè)陌生的原電池，只要知道總反應(yīng)方程式和其中的一個(gè)電極反應(yīng)式，即可迅速寫出另一個(gè)電極反應(yīng)式。4、不能忽視電子轉(zhuǎn)移數(shù)相等在同一個(gè)原電池中，負(fù)極失去的電子數(shù)必等于正極得到的電子數(shù)，所以在書寫電極反應(yīng)式時(shí)，要注意電荷守恒。這樣可以避免由電極反應(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(shí)，也可避免在有關(guān)計(jì)算中產(chǎn)生誤差。 一次電池：即電池中的反應(yīng)物質(zhì)在進(jìn)行一次電化學(xué)反應(yīng)放電之后就不能再次使用了。（1）鋅錳電池干電池

9、該電池的負(fù)極材料是鋅，正極材料是碳棒，電解質(zhì)是MnO2、NH4Cl、ZnCl2組成的糊狀物。其電極反應(yīng)式為：負(fù)極：Zn=Zn 2+2e-正極：2MnO2+2NH4+ +2e-=Mn2O3+2NH3+H2O總反應(yīng)式為：Zn+2MnO2+2NH4+ =Zn 2+ +Mn2O3+2NH3+H2O電池中MnO2的作用是將正極上NH4+還原生成的H氧化成為水，以免產(chǎn)生H2附在石墨表面而增加電池內(nèi)阻。由于反應(yīng)中鋅筒不斷消耗變薄，且有液態(tài)水生成，故電池用久后會變軟。（2）銀鋅電池鈕扣電池該電池使用壽命較長，廣泛用于電子表和電子計(jì)算機(jī)。其電極分別為Ag2O和Zn，電解質(zhì)為KOH溶液?？偡磻?yīng)式為：Zn+Ag2O

10、=ZnO+2Ag負(fù)極： 正極： （3）高能電池鋰電池該電池是20世紀(jì)70年代研制出的一種高能電池。由于鋰的相對原子質(zhì)量很小，所以比容量（單位質(zhì)量電極材料所能轉(zhuǎn)換的電量）特別大，使用壽命長，適用于動物體內(nèi)（如心臟起搏器）。因鋰的化學(xué)性質(zhì)很活潑，所以其電解質(zhì)溶液應(yīng)為非水溶劑。如作心臟起搏器的鋰碘電池的總反應(yīng)式為：2Li+I2=2LiI 。則電極反應(yīng)式為：負(fù)極： 正極： （4）海水鋁電池該電池是1991年我國首創(chuàng)以“鋁-空氣-海水”電池為能源的新型航海標(biāo)志燈。這種燈以海水為電解質(zhì)溶液，靠空氣中氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流，只要把燈放入海水中就能發(fā)出耀眼的閃光，其能量比干電池高2050倍。其電極反應(yīng)式為

11、：負(fù)極： 正極： 總反應(yīng)式為 2、蓄電池：可以多次反復(fù)使用，放電后可以充電復(fù)原，又稱二次電池?？沙潆婋姵仉姌O反應(yīng)式的書寫 可充電電池是聯(lián)系原電池與電解池的橋梁，它也是電化學(xué)知識的重要知識點(diǎn)。放電為原電池反應(yīng)，充電為電解池反應(yīng)。原電池的負(fù)極反應(yīng)與電解池的陰極反應(yīng)，原電池的正極反應(yīng)與電解池的陽極反應(yīng)互為逆反應(yīng)。只要學(xué)生按前面方法能熟練書寫放電(即原電池)的電極反應(yīng)式，就能很快寫出充電(即電解池)的電極反應(yīng)式。 （1）鉛蓄電池：鉛蓄電池是一種常見的可充電池，在工農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)和日常生活中有廣泛的應(yīng)用。該電池以Pb和PbO2作電極材料，H2SO4作電解質(zhì)溶液?？偡磻?yīng)式為：Pb+PbO2+2H2SO4=2P

12、bSO4+2H2O試寫出充放電時(shí)的電極反應(yīng)放電時(shí)：正極： 負(fù)極： 充電時(shí)：陽極： 陰極： 3、燃料電池：（1）氫氧燃料電池：主要用于航天領(lǐng)域，是一種高效低污染的新型電池，一般用金屬鉑（是一種惰性電極，并具有催化活性）或活性炭作電極。如用KOH溶液做電解質(zhì)負(fù)極： 正極： 如用H3PO4作電解質(zhì)負(fù)極： 正極： 總反應(yīng)式均為： （2）甲烷燃料電池：如用KOH溶液做電解質(zhì)負(fù)極： 正極： 總反應(yīng)式為： 如用H3PO4作電解質(zhì)負(fù)極： 正極： 總反應(yīng)式為： （3）熔融鹽燃料電池：該電池用Li2CO3和的Na2CO3熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陽極燃?xì)?，空氣與CO2的混合氣為陰極助燃?xì)?，制得?500C下工作

13、的燃料電池。熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視。其電極反應(yīng)式為：負(fù)極： 正極： 總反應(yīng)式為：2CO+O2=2CO 2（4）固體氧化物燃料電池：該電池是美國西屋公司研制開發(fā)的，它以固體氧化鋯氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許O 2-在其間通過其電極反應(yīng)式為：負(fù)極： 正極： 總反應(yīng)式為：2H2+O2=2H2O 三、原電池原理在化工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科研中的應(yīng)用。1比較不同金屬的活動性強(qiáng)弱 根據(jù)原電池原理可知，在原電池反應(yīng)過程中，一般活動性強(qiáng)的金屬作負(fù)極，而活動性弱的金屬(或碳棒)作正極若有兩種金屬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極上有氣體

14、放出，說明在原電池工作過程中，A被氧化成陽離子而失去電子作負(fù)極，B作正極，則金屬A的金屬活動性比B強(qiáng)2加快化學(xué)反應(yīng)速率 由于原電池將氧化還原反應(yīng)拆成兩個(gè)半反應(yīng)且有電流產(chǎn)生，因而反應(yīng)速率加快 如Zn與稀H2SO4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) 要保護(hù)一個(gè)鐵制閘門，可用導(dǎo)線將其與一鋅塊相連，使鋅作原電池的負(fù)極，鐵制閘門作正極4設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源設(shè)計(jì)原電池時(shí)要緊扣構(gòu)成原電池的條件(1)首先將已知氧化還原反應(yīng)拆分為兩個(gè)半反應(yīng)；(2)電極材料的選擇在原電池中，選擇還原性較強(qiáng)的物質(zhì)作為負(fù)極；氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)作為正極。并且，原電池的電極必須導(dǎo)電

15、。電池中的負(fù)極必須能夠與電解質(zhì)溶液反應(yīng)。(3)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)(如空氣中的氧氣)。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)溶液應(yīng)選擇與電極材料相同的陽離子。如在銅鋅硫酸構(gòu)成的原電池中，負(fù)極金屬鋅浸泡在含有Zn2+的電解質(zhì)溶液中，而正極銅浸泡在含有Cu2+的溶液中。(2007年高考海南卷) 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

16、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?！菊n后拓展】1.（2011福建高考11）.研究人員研制出一種鋰水電池，可作為魚雷和潛艇的儲備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料，以LiOH為電解質(zhì)，使用時(shí)加入水即可放電。關(guān)于該電池的下列說法不正確的是A.水既是氧化劑又是溶劑 B.放電時(shí)正極上有氫氣生成C.放電時(shí)OH-向正極移動 D.總反應(yīng)為：2.（2011新課標(biāo)全國卷11）鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時(shí)的總反應(yīng)為： Fe+Ni2O3+3H2O=Fe（OH）2+2Ni（OH）2下列有關(guān)該電池的說法不正確的是A. 電池的電解液為堿性溶液，正極為Ni2O3，負(fù)極為FeB. 電池放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為Fe+2OH-2e-=Fe（OH）2C. 電池充電過程中，陰極附近溶