2018寒假高三第四講原電池原理及其應(yīng)用

1、第 1 頁第四講 原電池原理及其應(yīng)用一、復(fù)習(xí)回顧1氧化還原反應(yīng)的特征是什么？氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是什么？ 2電池在當今生產(chǎn)、生活和科技發(fā)展中廣泛的用途3 Mg 條在空氣中燃燒現(xiàn)象如何？過程中發(fā)生的能量變化有哪些？答：發(fā)出耀眼的強光，同時放出大量的熱，化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?、化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，這是一 個氧化還原反應(yīng)， Mg 直接失電子給氧， 設(shè)想如果把 Mg 失去的電子通過導(dǎo)線遞給氧， 線中不就有電流產(chǎn)生嗎？該過程就是化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能了。 那么到底通過何種途徑、 置來實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變呢？二、知識梳理考點 1 ：原電池的概念及組成1原電池定義：把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置注意：原電池是一種裝置，其能量轉(zhuǎn)化形式是化

2、學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。2典型裝置 把鋅粒放入稀硫酸中；銅片放入稀硫酸中；鋅粒放在銅片上一起浸入稀硫酸中；鋅片、銅片用導(dǎo)線連在靈敏電流計上一起浸入稀硫酸中。觀察四個裝置的現(xiàn)象。 如上圖當閉合開關(guān)后可以看到 Zn 片溶解，電流計的指針偏轉(zhuǎn)，說明有電流的形成；是電流在較短時間內(nèi)就會衰減，說明該裝置簡單、效率低；在兩個電極上都會有氣體產(chǎn)生， 而且溶液的溫度升高說明 Zn 可以直接與硫酸反應(yīng)， 在 Cu 片上是溶液中的 H+得到電子生成 H2，因此在該裝置中既有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能又有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。在導(dǎo)何種裝第 2 頁如上圖將 Zn 片和 Cu 片分別置于和 ZnSO4和 CuSO4溶液中，用導(dǎo)線連接，兩燒杯

3、之 間用鹽橋接通，發(fā)現(xiàn)電流計的指針偏轉(zhuǎn)，說明有電流的形成；而且電流穩(wěn)定持續(xù)時間較長， 說明該裝置簡單、效率高；在 Zn 表面有紅色物質(zhì)析出，因此在該裝置中只有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為 電能。3.原電池的基本組成： 由電極材料和電解質(zhì)溶液形成兩個半電池，兩個隔離的半電池通過導(dǎo)線連接。4 構(gòu)成原電池條件（1）溶液相同，電極變化（2）電極相同，溶液變化：（3）電路是否閉合分析后得知構(gòu)成原電池的條件：（ 1 ）兩個電極：負極（較活潑的金屬，失去電子的一極），正極（較不活潑的金屬或非金屬，得到電子的一極） ；（2）電解質(zhì)溶液或者熔融電解質(zhì)（兩電極浸在其中）（3）閉合回路（4）電池反應(yīng)應(yīng)為自發(fā)的氧化還原反應(yīng)考點 2

4、：原電池的工作原理1原電池原理：宏觀上我們看到了兩極上的變化，從微觀上我們再來探討一下就能夠發(fā)現(xiàn) 作為負極的較活潑的金屬不斷失去電子變成陽離子進入溶液中， 而電子則沿著外電路也就是 導(dǎo)線轉(zhuǎn)移到作正第 3 頁極的較不活潑的金屬上， 溶液中的陽離子會移向正極并在正極上獲得電子發(fā) 生還原反應(yīng)，溶液中的陰離子向負極移動，這樣才會是完整的閉合回路，從而形成電流，化 學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。 上面講到的丹尼爾電池中鹽橋的作用就是離子在其中可以移動而形成完整 的閉合回路。2 電子流向：負極T導(dǎo)線T正極3 離子遷移：陽離子向正極移動，陰離子向負極移動。4 電流流向：與電子移動方向相反5 電極反應(yīng)與總反應(yīng)：原電池將一個

5、完整的氧化還原反應(yīng)分為兩個半反應(yīng)，負極發(fā)生氧化反應(yīng)， 正極發(fā)生還原反應(yīng)。 一般將兩個電極反應(yīng)中得失電子的數(shù)目寫為相同， 相加后便得到 總反應(yīng)方程式。以 Zn-Cu 原電池為例：電極反應(yīng)：（ - ） Zn-2 e=Zn2+（+）2H+2 e=H2f電池總反應(yīng)：Zn+2H+=H2f+zn+6 pH 的變化規(guī)律：若電極反應(yīng)消耗 0H-（或者 H+）,則電極周圍溶液的 pH 減?。ɑ蛟?大）；若電極反應(yīng)生成 0H-（或者 H+）,則電極周圍溶液的 pH 增大（或減?。?。若總反應(yīng) 的結(jié)果是消耗 0H-（或者 H+）或生成 0H-（或者 H+）則溶液的 pH 減?。ɑ蛟龃螅┗蛟龅?4 頁大（或減?。?。若兩

6、極消耗等物質(zhì)的量的0H-和 H+，則溶液的 pH 變化規(guī)律隨溶液的酸堿性的不同而不同?？键c 3 ：原電池正負極的判斷方法1 由組成原電池的兩級材料判斷： 一般活潑的金屬作為負極，相對不活潑的金屬或能導(dǎo)電的非金屬作為正極。2 根據(jù)電流方向或電子流動方向判斷： 在外電路電流時由正極流向負極；電子是由負極流向正極。3 根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液中離子的定向移動方向判斷： 在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽離子移向正極，陰離子移向負極。4 根據(jù)原電池兩級發(fā)生的變化來判斷：原電池的負極總是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極總是得電子發(fā)生還原反應(yīng)。5 X 極增重或減輕：工作后， X 極質(zhì)量增加，說明 X 極有物質(zhì)析出， X 極

7、為正極；反之，明 X 極金屬溶解， X 極為負極。6X 極有氣泡冒出：工作后， X 極上有氣泡冒出，是因為發(fā)生了析出H2的電極反應(yīng)，說明7X 極附近 pH 的變化：X 極質(zhì)量減少，說X 極為正極。析氫或吸氧的電極反應(yīng)發(fā)生后， 均能使該電極附近電解質(zhì)溶液的 pH 增大，因而工作后， X 極附近 pH 增大了說明 X 極為正極。8 特例：在根據(jù)金屬活動性的規(guī)律判斷的時候還得考慮溶液的酸堿性以及濃溶液、稀溶液等問題?？键c 4 ：常見的化學(xué)電源及其電極反應(yīng)1.化學(xué)電源分類：一次電池（發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)大部分被消耗后就不能再使用的電池，如普通鋅 - 錳電池、銀- 鋅電池等干電池） ；二次電池（可多次

8、充、放電的電池，如鉛蓄電池、鎳-鉻電池等蓄電池） ；燃料電池（利用燃料和氧化還原反應(yīng)的電池，如氫氧燃料電池、甲醇燃料電 池等）2.電極反應(yīng)式的書寫（ 1）書寫應(yīng)遵循的原則：要遵循質(zhì)量守恒、電子守恒及電荷守恒。弱電解質(zhì)、氣體和 難溶物均寫成化學(xué)式， 其余的以離子形式表示。 正極反應(yīng)產(chǎn)物、 負極反應(yīng)產(chǎn)物根據(jù)題意或化 學(xué)方程式確定，也要注意電解質(zhì)溶液的成分對電極產(chǎn)物的影響。（2）電極反應(yīng)式的書寫類型：根據(jù)裝置書寫電極反應(yīng)式、給出總反應(yīng)寫出電極反應(yīng)式（列出物質(zhì)，標出電子的得失；選離子，配電荷；配個數(shù)，巧加水；兩式加，驗總式。 ）以 2H2 O2=2H2O 為例，當電解質(zhì)溶液為 KOH 溶液時，根據(jù)總反

9、應(yīng)方程式得到兩 邊化合價升高的物質(zhì)是 H2轉(zhuǎn)移電子數(shù)為 4e ，即負極反應(yīng)式書寫為 2H2-4e=4H+，根據(jù) 電解質(zhì)溶液的酸堿性，用H+或 0H-或其他離子配平，使得兩邊電荷總數(shù)相等，即2H2-4e第 5 頁第6頁-+40H-=4H2O 在堿性溶液中，電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)H+;同理正極反應(yīng)式的書寫是02+ 2H2O+4e=40H-。在堿性溶液中提供 H+的是水，要寫成化學(xué)式的形式。將正負 極反應(yīng)式相加若得到總反應(yīng)方程式說明書寫正確。注意：若反應(yīng)式同側(cè)出現(xiàn)不能共存的離子，如H+和 0H-要寫成反應(yīng)后的物質(zhì) H20。三、真題講練【例題 1】（2019 四川）某電動汽車配載一種可充放電的鋰離子電池

10、。放電時電池的總反應(yīng)為：Lii-xCo02+LixC6=LiCo02+C6（x MnO+ SO2+ H+(未配平), 反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為 _(2 )制備 Ag2O2的反應(yīng)進行完全后， 經(jīng)過濾、洗滌、干燥，即可得到 Ag2O2，檢驗 Ag2O2是否洗滌干凈的方法是_(3 )一種銀鋅(Ag2O2、Zn)堿性電池的電解質(zhì)溶液為 KOH 溶液，電池放電時正極生成 Ag , 負極只生成一種化合物(只含有 Zn、K、H、O)，其中 Zn 元素的質(zhì)量分數(shù)為 30%，鉀、鋅 兩種元素的質(zhì)量比為78:65，則該電池的總反應(yīng)方程式為 _ _【答案】(1)不是 5 2(2)取少量最后一次洗滌液，滴

11、加 12 滴硝酸酸化的 Ba(NO3)2溶液，若不出現(xiàn)白色渾濁，則表明已洗滌干凈(3) 2Zn + Ag2O2+ 4KOH +2H2O=2K2Zn(OH)4+ 2Ag五、課后作業(yè)【基礎(chǔ)】1 . (2019 江蘇卷，10 題)一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。下列有關(guān)該電池的說 法正確的是( )第16頁通電電解催化劑=反應(yīng)=+ H2O=3H2+ CO,每消耗 1molCH4轉(zhuǎn)移 12mol 電子點燃第17頁B.電極 A 上 H2參與的電極反應(yīng)為： H2+ 2OH2e=2H2OC. 電池工作時，CO32-向電極 B 移動D .電極 B 上發(fā)生的電極反應(yīng)為：O2+ 2CO2+ 4e=2CO322

12、. （ 2019 天津卷）鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關(guān)敘述正確的是（）A、 銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B、 電池工作一段時間后，甲池的c（SO42）減小C、電池工作一段時間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加D、陰陽離子離子分別通過交換膜向負極和正極移動，保持溶液中電荷平衡3 . （2019 新課標I）微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能 轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的 說法錯誤的是（）A .正極反應(yīng)中有 CO2生成B. 微生物促進了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移C. 質(zhì)子通過交換膜從負極區(qū)移向正極區(qū)D.電池總反應(yīng)為 C6H12O6+6O2=6CO2

13、+6H2O【鞏固】.陽海子1 moPL第18頁1. （ 2019 江蘇啟東月考）堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，故得到廣泛應(yīng)用。鋅錳堿性電池以 KOH 溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為：Zn（s） + 2MnO2（s） +2H2O(I)=Z n(OH)2(s) + 2MnO OH(s)下列說法錯誤的是()A .電池工作時，鋅失去電子B.電池正極的電極反應(yīng)式為：2MnO2(s) +2H2O(I) + 2e=2MnOOH(s) + 2OH (aq)C.電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極D .外電路中每通過 0.2 mol 電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5 gF 列說法正確的是（）A .正極反

14、應(yīng)為 AgCl + e= Ag + C|B.放電時，交換膜右側(cè)溶液中有大量白色沉淀生成C.若用 NaCl 溶液代替鹽酸，則電池總反應(yīng)隨之改變D .當電路中轉(zhuǎn)移 0.01 mol e時，交換膜左側(cè)溶液中約減少3 . （ 2019 海南卷，16 題）（9 分）鋰錳電池的體積小，性能優(yōu)良，是常用的一次電池。該電池反應(yīng)原理如圖所示，其中電解質(zhì)LiClO4溶于混合有機溶劑中，ab2 . (2019 福建卷,11 題）某原電池裝置如右圖所示，電池總反應(yīng)為2Ag + Cl2= 2AgCl。第19頁Li+通過電解質(zhì)遷移入 MnO2晶格中，生成 LiMnO2?；卮鹣铝袉栴}：（1 ）外電路的電流方向是由 _ 流向

15、 _。（填字LiLiClO.MnOj點燃第 20 頁母）2 ）電池正極反應(yīng)式為 _。_3 ）是否可用水代替電池中的混合有機溶劑？ _ （填“是”或“否”）原因是（4）MnO2可與 KOH 和 KClO4在高溫條件下反應(yīng)，生成 K2MnO4，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_ nO4在酸性溶液中歧化，生成 KMnO4和 MnO2的物質(zhì)的量之比為 _【拔高】1 （ 2019 北京清華附中期中）高效能電池的研發(fā)制約電動汽車的推廣有一種新型的燃料 電池，它以多孔鎳板為電極插入 KOH 溶液中，然后分別向兩極通入乙烷和氧氣，其總反應(yīng)式為：2C2H6+7O2+8KOH 4K2CO3+ IOH2O,有關(guān)此電池的推斷正確的

16、是（）A .負極反應(yīng)為：14H2O+7O2+28e一 28OHB. 放電過程中 KOH 的物質(zhì)的量濃度不變C. 每消耗 ImolC2H6，則電路上轉(zhuǎn)移的電子為 14molD 放電一段時間后，負極周圍的pH 升高2.（2019 江蘇）一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。下列有關(guān)該電池的說法正確的（）通電 電解催化劑=反應(yīng)=+ H2O=3H2+ CO,每消耗 ImolCH4轉(zhuǎn)移 12mol 電子B.電極 A 上 H2參與的電極反應(yīng)為： H2+ 2OH2e=2H2O第21頁C. 電池工作時，CO32向電極 B 移動D .電極 B 上發(fā)生的電極反應(yīng)為：02+ 2CO2+ 4e=2C0323.（2019

17、 新課標H）（14 分）酸性鋅錳干電池是一種一次電池，外殼為金屬鋅，中間是碳 棒，其周圍是有碳粉，二氧化錳，氯化鋅和氯化銨等組成的填充物，該電池在放電過程 產(chǎn)生 MnOOH，回收處理該廢電池可以得到多種化工原料，有關(guān)數(shù)據(jù)下圖所示： 溶解度/（g/100g 水）溫度 /X化合物020406080100NH4Cl29.337.245.855.365.677.3ZnCl2343395452488541614化合物Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Ksp 近似值10-1710-1710-39回答下列問題:（1 ）該電池的正極反應(yīng)式為 _ ，電池反應(yīng)的離子方程式為： _（2）維持電流強度為 0.

18、5A，電池工作五分鐘， 理論消耗 Zn _g。（已經(jīng) F=96500C/mol ）（3 ）廢電池糊狀填充物加水處理后，過濾，濾液中主要有氯化鋅和氯化銨，兩者可以通過_ 離回收，濾渣的主要成分是二氧化錳、 _ 和_ ，欲從中得到較純的二氧化錳，最簡便的方法是 _，其原理是 _。（4 ）用廢電池的鋅皮制作七水合硫酸鋅，需去除少量雜質(zhì)鐵，其方法是：加入新硫酸和雙氧水，溶解，鐵變?yōu)?_ 加堿調(diào)節(jié) PH 為_，鐵剛好完全沉淀（離子濃度小于1X1（-5mol/L 時，即可認為該離子沉淀完全）。繼續(xù)加堿調(diào)節(jié) PH 為_，鋅開始沉淀（假定 Zn2+濃度為 O.1mol/L ）。若上述過程不加雙氧水的后果是 _，原因是_ 。第22頁【答案】第23頁【基礎(chǔ)】1 . D 2. C 3. A【鞏固】1 . C 2. D