化學能轉化為電能電池課件

1、一、原電池原理原電池是借助反應將 能轉化為能的裝置。如下圖所示：化學化學電實驗現(xiàn)象：(1)有鹽橋時；(2)鋅片。實驗結論：導線中有電流通過，即該裝置為一個原電池。電流表指針發(fā)生偏轉，銅片表面有金屬析出逐漸溶解1銅一鋅原電池原理分析在ZnSO4溶液中，鋅片失去電子而逐漸溶解，形成Zn2進入溶液，電子經(jīng)導線流向銅片，溶液中的Cu2得電子被還原成Cu。這一變化可以表示如下：鋅片： (氧化反應)銅片： (還原反應)總反應：或Zn2e=Zn2Cu22e=CuZnCu2=Zn2CuZnCuSO4=ZnSO4Cu2原電池形成的條件(1)兩個活潑性不同的電極：其中一個相對活潑，另一個相對較不活潑，二者直接或間

2、接地連在一起，插入電解質溶液中；(2)電解質溶液；(3)形成閉合回路；(4)能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應。二、化學電源1一次電池堿性鋅錳干電池負極材料是鋅筒，正極是碳棒。電極反應為：負極：；正極： ；總反應：。Zn2e2OH=Zn(OH)22MnO2H2O2e=Mn2O32OHZn2MnO2H2O=Zn(OH)2Mn2O32二次電池鉛蓄電池放電反應為：負極： ；正極： ；總反應： 。充電反應為：陰極： ；陽極： ；總反應： 。三、金屬的電化學腐蝕與防護1金屬的腐蝕金屬與周圍的氣體或液體物質發(fā)生反應而引起損耗的現(xiàn)象。(1)化學腐蝕：金屬與接觸的物質直接發(fā)生 而引起的腐蝕。(2)電化學腐蝕：不純的金屬

3、跟電解質溶液接觸發(fā)生 反應，較活潑的金屬被氧化的腐蝕。氧化還原化學反應原電池2電化學腐蝕分類以鐵的腐蝕為例吸氧腐蝕析氫腐蝕條件水膜呈 或 水膜呈 正極反應2H2OO24e=4OH2H2e=H2負極反應Fe2e=Fe2總反應2FeO22H2O=2Fe(OH)2Fe2H=Fe2H2酸性弱堿性中性3.金屬的防護方法(1)犧牲陽極的陰極保護法原電池原理在被保護的鋼鐵設備上裝上若干較活潑金屬如等，讓被保護的金屬作原電池的。(2)外加電源的陰極保護法電解池原理用被保護的鋼鐵設備作，惰性電極作，外接直流電源。(3)其他方法：改變金屬內(nèi)部結構，如 ；加涂防護層如、 等方法。鋅塊正極陰極陽極不銹鋼噴油漆涂油脂電

4、鍍考點一原電池的構成及工作原理例1(2008廣東，5)用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導線和鹽橋(裝有瓊脂KNO3的U形管)構成一個原電池。以下有關該原電池的敘述正確的是 ()在外電路中，電流由銅電極流向銀電極正極反應為：Age=Ag實驗過程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學反應與該原電池反應相同ABC D解析在形成的原電池中，銅片作負極，失電子，Cu2e=Cu2，電子沿導線移向銀片，銀片作正極，Ag得電子，發(fā)生還原反應：Age=Ag，電流流向與電子流向相反；取出鹽橋，不能形成閉合回路，原電池不能繼續(xù)工作，原電池反應為Cu2Ag=Cu22Ag。

5、答案C1正負極判斷判斷依據(jù)負極正極電極材料活潑性較強的金屬活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬電子流動方向電子流出極電子流入極電解質溶液中離子定向移動方向陰離子移向的極陽離子移向的極發(fā)生的反應氧化反應還原反應反應現(xiàn)象溶解的極增重或有氣泡放出的極2.電極反應式的書寫書寫電極反應式時，要根據(jù)電極材料、電解質溶液分析電極反應和電極產(chǎn)物，寫出電極反應式，還要注意電子守恒。(1)負極為活潑金屬時，一般失去電子形成可溶性穩(wěn)定價態(tài)陽離子，或進入溶液，或與電解質發(fā)生反應；若為燃料電池，負極一般不參與反應，可燃氣體失去電子，形成穩(wěn)定的氧化產(chǎn)物，或進一步與電解質溶液反應。(2)正極上，一般是溶液中氧化性最強的微粒獲得

6、電子被還原，生成穩(wěn)定的還原產(chǎn)物，或進一步與電解質溶液反應。(3)正、負兩極反應式在確保得失電子數(shù)目相等的前提下，加和可得電池反應總方程式。1下列裝置可以形成原電池的是()解析構成原電池需要具備下列三個條件：活潑性不同的兩個電極；有電解質溶液；組成閉合回路，故A、B符合條件。答案AB2將純鋅片和純銅片按下圖所示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時間，以下敘述正確的是()A兩燒杯中銅片表面均無氣泡產(chǎn)生B甲中銅片是正極，乙中銅片是負極C兩燒杯中溶液的pH均增大D甲產(chǎn)生氣泡的速度比乙慢解析甲為由銅、鋅、稀硫酸、導線構成的原電池，所以鋅電極失電子，失掉的電子沿導線流到銅電極，溶液中的氫離子在銅電極上得到鋅失掉

7、的電子而被還原為氫氣；乙中銅片沒有任何作用，只是鋅與稀硫酸發(fā)生一個簡單的化學反應，鋅失電子直接給溶液中的氫離子，氫離子直接在鋅片上被還原為氫氣，故選項A、B錯誤；由于兩個燒杯中都是氫離子得電子成為氫氣脫離溶液體系，所以兩燒杯中溶液的pH均增大，選項C正確；只要鋅片與稀硫酸的接觸面積相同，稀硫酸的濃度相同，則產(chǎn)生氫氣的速度是相同的。答案C3把a、b、c、d四塊金屬浸泡在稀H2SO4中，用導線兩兩相連可以組成各種原電池。若a、b相連時，a為負極；c、d相連，d上有氣體逸出；a、c相連時a極減輕；b、d相連時，b為正極。則四種金屬的活動性順序為()AabcdBacbdCacdb Dbdca解析原電池

8、中金屬活潑性強的做負極，即ab；金屬與稀H2SO4反應，正極上有H2產(chǎn)生，而負極減輕，故有cd，ac，db，綜上應有acdb。答案C考點二原電池原理的應用例2(2009江蘇，12)以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結構示意圖如圖所示。關于該電池的敘述正確的是()A該電池能夠在高溫下工作B電池的負極反應為：C6H12O66H2O24e=6CO224HC放電過程中，H從正極區(qū)向負極區(qū)遷移D在電池反應中，每消耗1 mol氧氣理論上能生成標準狀況下CO2氣體解析本題考查原電池知識。微生物燃料電池只能在常溫下工作，A錯；放電過程為原電池反應，H應向正極遷移，C錯；由電池反應C6H12O66O2=6CO26H

9、2O知，每消耗1 mol O2理論上生成1 mol CO2，即標況下22.4 L，D錯。答案B1比較不同金屬的活動性強弱根據(jù)原電池原理可知，在原電池反應過程中，一般活動性強的金屬作負極，而活動性弱的金屬(或碳棒)作正極。若有兩種金屬A和B，用導線將A和B連接后，插入稀硫酸中，一段時間后，若觀察到A極溶解，而B極上有氣體放出，則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極，B作正極，則可以斷定金屬A的金屬活動性比B的強。2加快化學反應速率由于原電池將氧化還原反應拆成兩個半反應且有電流產(chǎn)生，因而反應速率加快。如Zn與稀H2SO4反應制氫氣時，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成CuZ

10、n原電池，加快反應進行。3設計制作化學電源設計原電池時要緊扣原電池的四個條件。具體方法是：(1)首先將已知氧化還原反應拆分為兩個半反應；(2)根據(jù)原電池的電極反應特點，結合兩個半反應找出正負極材料(負極就是失電子的物質，正極用比負極活潑性差的金屬即可，也可以用石墨)及電解質溶液。電解質溶液的選擇電解質是使負極放電的物質。因此電解質溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應，或者電解質溶液中溶解的其他物質能與負極發(fā)生反應(如空氣中的氧氣)。但如果兩個半反應分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋)，則左右兩個容器中的電解質溶液選擇與電極材料相同的陽離子。如在銅鋅硫酸構成的原電池中，負極金屬鋅浸泡在含有Zn2的電解質

11、溶液中，而正極銅浸泡在含有Cu2的溶液中。電極材料的選擇在原電池中，選擇還原性較強的物質作為負極；氧化性較強的物質作為正極，并且，原電池的電極必須導電。電池中的負極必須能夠與電解質溶液反應，容易失去電子，因此負極一般是活潑的金屬材料(也可以是還原性較強的非金屬材料如H2、CH4等)。(3)按要求畫出原電池裝置圖。1(2009廣東，14)可用于電動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，正極反應都為：O22H2O4e4OHB以NaOH溶液為電解液時，負極反應為：Al3OH3eAl

12、(OH)3C以NaOH溶液為電解液時，電池在工作過程中電解液的pH保持不變D電池工作時，電子通過外電路從正極流向負極解析考查燃料電池的反應原理。無論以NaCl還是以NaOH溶液作電解液，在正極上都是O2得電子被還原，A對；生成的Al(OH)3在堿性介質中不存在，B錯；Al(OH)3會與NaOH反應生成NaAlO2消耗電解液中的NaOH，使pH減小，C錯；原電池中，電子從負極流出通過外電路流向正極，D錯。答案A2(2009福建，11)控制適合的條件，將反應2Fe32I=2Fe2I2，設計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是 ()A反應開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應B反應開始時，甲中石墨電

13、極上Fe3被還原C電流計讀數(shù)為零時，反應達到化學平衡狀態(tài)D電流計讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中石墨電極為負極解析本題利用氧化還原反應設計成原電池，考查電池工作時兩極發(fā)生的變化，A、B均正確，C項由于Fe3和I反應是可逆反應，當電流為0時，說明處于平衡狀態(tài)，故C正確，D項中加入FeCl2，增大了Fe2的濃度、平衡左移，故乙中石墨電極為正極，發(fā)生還原反應，故D錯。答案D3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()Aa電極是負極Bb電極的電極反應為：4OH4e=2H2OO2C氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源D氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲

14、藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置解析從圖中可看出a電極處進入的是H2，b電極處進入的是O2，該電池的總反應是2H2O2=2H2O，故a電極處H2失e被氧化，a為負極；相對應的b極為正極，b極的電極反應是2H2OO24e=4OH，故選項中只有B選項不正確，符合題意。答案B考點三金屬的腐蝕與防護例3(2009上海，13)下圖裝置中，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，放置一段時間。下列有關描述錯誤的是 ()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式是：Fe2eFe2Da試管中發(fā)生了吸氧腐蝕，b試管中發(fā)生了析氫腐蝕解析a為中性環(huán)

15、境，發(fā)生吸氧腐蝕，氧氣被消耗，氣體壓強減?。籦中酸性較強，發(fā)生析氫腐蝕，有氫氣放出，氣體壓強增大，所以紅墨水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟾哂业?，故B項錯。答案B1金屬腐蝕的比較金屬腐蝕化學腐蝕電化學腐蝕條件金屬與接觸到的物質直接反應不純金屬接觸到電解質溶液發(fā)生原電池的反應本質Mne=MnMne=Mn現(xiàn)象金屬被腐蝕較活潑金屬被腐蝕區(qū)別無電流有電流2.金屬腐蝕的快慢規(guī)律(1)不同類型的腐蝕規(guī)律電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學腐蝕有防護措施的腐蝕(2)電化學腐蝕規(guī)律對同一種金屬來說，腐蝕的快慢：強電解質溶液弱電解質溶液非電解質溶液。活動性不同的兩金屬：活動性差別越大，活動金屬腐蝕越快。對同一種電解質

16、溶液來說，電解質溶液濃度越大，腐蝕越快，且氧化劑的濃度越高，腐蝕越快。對于不同氧化劑來說，氧化性越強，金屬腐蝕越快。1鋼鐵在潮濕的空氣中會被腐蝕，發(fā)生的原電池反應為2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2。以下說法正確的是 ()A負極發(fā)生的反應為Fe2e=Fe2B正極發(fā)生的反應為2H2OO22e=4OHC原電池是將電能轉變?yōu)榛瘜W能的裝置D鋼柱在水下部分比在空氣與水交界處更容易腐蝕解析由給出的原電池反應可知，此腐蝕為吸氧腐蝕，負極反應為Fe2e=Fe2(或表示為FeFe22e)，正極發(fā)生的反應為2H2OO24e=4OH，故A正確、B錯；原電池是將化學能轉化為電能的裝置，C錯；由于吸氧腐蝕與氧氣、水有

17、關，所以鋼柱在空氣與水交界處比水下部分更容易腐蝕，故D錯。答案A2(2010煙臺模擬)下圖水槽中盛裝的是海水，其中鐵被腐蝕最慢的是 ()解析選項B中Zn失電子，所以保護了鐵電極；選項C中鐵失電子，所以腐蝕較快；選項D為鐵連接外接電源正極的電解池，鐵直接發(fā)生氧化反應。腐蝕快慢順序是DCAB。答案B3鋼鐵在銹蝕過程中，下列5種變化可能發(fā)生的是()Fe由2價轉化為3價；O2被還原；產(chǎn)生H2；Fe(OH)3失水形成Fe2O3xH2O；雜質C被氧化除去。ABC D解析鋼鐵的銹蝕包括析氫和吸氧兩種腐蝕。Fe2eFe2O22H2O4e4OH2H2eH2Fe22OHFe(OH)24Fe(OH)2O22H2O4

18、Fe(OH)3Fe(OH)3失水成鐵銹Fe2O3xH2O答案C試回答下列問題：(1)兩次操作過程中指針為什么會發(fā)生偏轉，并且指針偏轉方向相反。答：。(2)操作過程中C1為_極，電極反應式為。(3)操作過程中C2為_極，電極反應式為。答案(1)因為該裝置符合形成原電池的條件，形成原電池，導線上有電流產(chǎn)生，故指針發(fā)生偏轉。又因為該反應是可逆反應，操作反應朝正反應方向進行，操作反應朝逆反應方向進行，故指針偏轉方向不同(2)負2I2e=I2例2實驗是化學的最高法庭。以鎂條、鋁片為電極，以稀NaOH溶液為電解質溶液構成的原電池，人們普遍認為鋁是負極。其研究性學習小組為探究該原電池究竟誰是負極，發(fā)生怎樣的

19、電極反應，進行了如下實驗：如圖，剪取約8 cm的鎂條及大小相近的鋁片，用砂紙去膜，使鎂條與鋁片分別與量程為50 A的教學演示電表的“”、“”端相連接，迅速將兩電極插入盛有1 mol/L NaOH溶液的燒杯中。開始，電表指針向右偏移約500 A，鋁片表面有許多氣泡，很快電流逐漸減小至0；隨后，指針向左偏移，且電流逐漸增大至約400 A，此時，鋁片表面氣泡有所減少，鎂條表面只有極少量的氣泡產(chǎn)生。根據(jù)以上實驗現(xiàn)象，回答下列問題：(1)開始階段，原電池的正極是_(填“鎂”或“鋁”)片；鋁片表面產(chǎn)生的氣泡是_；負極發(fā)生的反應是。(2)隨后階段，鋁片發(fā)生的電極反應式是；鎂條表面只有極少量的氣泡產(chǎn)生，其原因

20、之一是：2H2O2e=H22OH(極少)，試判斷此電極發(fā)生的主要反應是：；鋁片表面氣泡有所減少，但未消失，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的可能原因是。答案(1)鋁H2Mg2OH2e=Mg(OH)2(2)4Al16OH12e= 8H2O3O26H2O12e=12OH鋁片中含有雜質，構成原電池1(2009北京，6)下列敘述不正確的是()A鐵表面鍍鋅，鐵作陽極B船底鑲嵌鋅塊，鋅作負極，以防船體被腐蝕C鋼鐵吸氧腐蝕的正極反應：O22H2O4e=4OHD工業(yè)上電解飽和食鹽水的陽極反應：2Cl2e=Cl2解析本題主要考查電化學知識，只要掌握原電池和電解的原理就能作答，A項中鋅作陽極，B項鋅作負極，鐵被保護，C、D都是正確的

21、。答案A2(2010日照一中高三月考)將銅片和鋁片用導線連接后插入盛有濃硝酸的燒杯中組成原電池，此原電池的負極及其電極反應是 ()AAl，Al3e=Al3BCu，Cu2e=Cu2CAl,2H2e=H2DCu,2H e=NO2H2O解析在濃硝酸中Al可以發(fā)生鈍化，Al表面的氧化膜隔絕了Al與濃硝酸的進一步接觸、反應，而Cu與濃硝酸則可以發(fā)生氧化還原反應，Cu失去電子(發(fā)生氧化反應)，作負極；Al作正極；H發(fā)生還原反應，生成氫氣。答案B3(2007山東)鉛蓄電池用途極廣，可多次充、放電。在鉛蓄電池中鉛作為負極，二氧化鉛作為正極，電解液為30%的H2SO4溶液。電池充、放電時的總反應可表示為：PbP

22、bO22H2SO4 2PbSO42H2O下列關于此電池的說法中，不正確的是 ()A放電一段時間后，電解液的pH將增大C充電時，二氧化鉛電極上發(fā)生氧化反應D充電時，電解液中的陽離子向二氧化鉛電極移動解析A是關于原電池的反應，其中電解液中的硫酸被消耗，故酸性減弱，pH將增大，正確；B是關于負極反應式的判斷，判斷的要點是：抓住總方程式中“放電”是原電池、“充電”是電解池的規(guī)律，再分析清楚價態(tài)的變化趨勢，從而快速準確地判斷，B是正確的；C是充電時的電解池反應，二氧化鉛作為陽極，其上必發(fā)生氧化反應，正確；D是充電時的電解池反應，陽離子應向陰極移動即向鉛電極移動，錯誤。答案D4如圖，燒杯內(nèi)盛水，鐵圈和銀圈

23、直接相連接，在接頭處用一根絕緣細線吊住使之平衡，小心地向燒杯中央滴入CuSO4溶液，一段時間后可觀察到的現(xiàn)象是 ()A兩圈仍保持平衡B鐵圈向下傾斜C銀圈向下傾斜D有氣泡產(chǎn)生，兩圈搖擺不定解析構成Fe、Ag原電池，Cu2得e而附著在Ag圈上。答案C5如下圖所示，各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序為 ()A BC D解析中Fe為負極，雜質C為正極的原電池腐蝕，是鋼鐵的吸氧腐蝕，腐蝕較慢。、實質均為原電池裝置。中Fe為正極，被保護；、中Fe為負極，均被腐蝕。但相對來說Fe和Cu的金屬活潑性差別較Fe和Sn的大，故FeCu原電池中Fe被腐蝕更快。是Fe作陽極，Cu作陰極的電解腐蝕，加快了Fe的腐蝕。是Fe作陰極，Cu作陽極的電解腐蝕，防止了Fe的腐蝕。根據(jù)以上分析可知：鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序為。答案C6某新型二次鋰離子電池結構如下圖，電池內(nèi)部是固體電解質，充電、放電時允許Li在其間通過(圖中電池內(nèi)部“”表示放電時Li的遷移方向)。充電、放電時總反應可表示為： LiCoO26C放電充電Li1xCoO2LixC6，下列說法不正確的是 ()A外電路上的“”，表示放電時的電流方向B充電時陰極電極反應：LixC6xe=6CxLiC放電時負極電極反應：LiCoO2xe=Li1xCoO