專題4原電池原理應(yīng)用 (2)

1、寒假專題四 原電池裝置、原理及應(yīng)用【高頻考點(diǎn)解讀】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.了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理?！緹狳c(diǎn)題型】題型一 原電池原理 例1、分析下圖所示的四個(gè)原電池裝置，其中結(jié)論正確的是()A中Mg作負(fù)極，中Fe作負(fù)極B中Mg作正極，電極反應(yīng)式為6H2O6e=6OH3H2C中Fe作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe2e=Fe2D中Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H2e=H2【提分秘籍】 (1)電解質(zhì)溶液中陰、陽離子的定向移動(dòng)，與導(dǎo)線中電子的定向移動(dòng)共同組成了一個(gè)完整的閉合回路。(2)無論在原電池還是在電解池中，電子均不能通過電解質(zhì)溶液。(3)原電池的負(fù)極失去電子的總

2、數(shù)等于正極得到電子的總數(shù)。(4)原電池電極的“正”極與“負(fù)”極與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)?！九e一反三】一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計(jì)的酒精檢測(cè)儀，負(fù)極上的反應(yīng)為CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H。下列有關(guān)說法正確的是 ()A檢測(cè)時(shí)，電解質(zhì)溶液中的H向負(fù)極移動(dòng)B若有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移，則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗4.48 L氧氣C電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH3CH2OHO2=CH3COOHH2OD正極上發(fā)生的反應(yīng)為O24e2H2O=4OH題型二 化學(xué)電源例2、鉛蓄電池是典型的可充電電池，它的正負(fù)極極板是惰性材料，請(qǐng)回答下列問題(不考慮氫、氧的氧化還原)：(1)電解液中H2SO4的

3、濃度將變_；當(dāng)外電路通過1 mol電子時(shí)，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加_g。(2)在完全放電耗盡PbO2和Pb時(shí)，若按上圖連接，電解一段時(shí)間后，則在A電極上生成_，B電極上生成_，此時(shí)鉛蓄電池的正負(fù)極的極性將_。【提分秘籍】 1 堿性鋅錳干電池一次電池正極反應(yīng)：2MnO22H2O2e=2MnO(OH)2OH；負(fù)極反應(yīng)：Zn2e2OH=Zn(OH)2?？偡磻?yīng)式：Zn2MnO22H2O=2MnO(OH)Zn(OH)2。2 鋅銀電池一次電池負(fù)極反應(yīng)：Zn2OH2e=ZnOH2O；正極反應(yīng)：Ag2OH2O2e=2Ag2OH；總反應(yīng)式：ZnAg2O=ZnO2Ag。3 二次電池(可充電電池)鉛蓄電池是最常見的二

4、次電池，負(fù)極材料是Pb，正極材料是PbO2。(1)放電時(shí)的反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)：Pb2eSO=PbSO4 正極反應(yīng)：PbO22e4HSO=PbSO42H2O總反應(yīng)：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O(2)充電時(shí)的反應(yīng)陰極反應(yīng)：PbSO42e=PbSO 陽極反應(yīng)：PbSO42H2O2e=PbO24HSO總反應(yīng)：2PbSO42H2O=PbPbO22H2SO44 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2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正極反應(yīng)式O24e4H=2H2OO22H2O4e=4OH電池總反應(yīng)式2H2O2=2H2O【舉一反三】以甲烷燃料電

5、池為例來分析在不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書寫方法：(1)酸性條件燃料電池總反應(yīng)式：CH42O2=CO22H2O燃料電池正極反應(yīng)式：O24H4e=2H2O×2，得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式：_。(2)堿性條件燃料電池總反應(yīng)式：CH42O22NaOH=Na2CO33H2O燃料電池正極反應(yīng)式：O22H2O4e=4OH×2，得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式：_。(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2)燃料電池總反應(yīng)式：CH42O2=CO22H2O燃料電池正極反應(yīng)式：O24e=2O2×2，得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式：_。(4)熔融碳酸鹽(如：熔融K2CO3)環(huán)境下電池總反應(yīng)式：CH42O2=CO22H2O

6、。正極電極反應(yīng)式：O22CO24e=2CO。電池總反應(yīng)式正極電極反應(yīng)式得負(fù)極電極反應(yīng)式：_。題型三 電極反應(yīng)式的書寫 例3、有人設(shè)計(jì)以Pt和Zn為電極材料，埋入人體內(nèi)作為某種心臟病人的心臟起搏器的能源。它依靠跟人體內(nèi)體液中含有的一定濃度的溶解氧、H和Zn2進(jìn)行工作，試寫出該電池的兩極反應(yīng)式?！咎岱置丶吭姵仉姌O反應(yīng)式的書寫程序1“加減法”書寫電極反應(yīng)式(1)先確定原電池的正負(fù)極，列出正負(fù)極上的反應(yīng)物質(zhì)，并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失。(2)注意負(fù)極反應(yīng)生成的陽離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存。若不共存，則該電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式；若正極上的反應(yīng)物質(zhì)是O2，且電解質(zhì)溶液為中性或堿性，

7、則水必須寫入正極反應(yīng)式中，且O2生成OH，若電解質(zhì)溶液為酸性，則H必須寫入正極反應(yīng)式中，O2生成水。(3)正負(fù)極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)的總反應(yīng)式。若已知電池反應(yīng)的總反應(yīng)式，可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式，即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。2燃料電池電極反應(yīng)式的書寫電極：惰性電極。燃料包含：H2、CO、烴(如CH4、C2H6)、醇(如C2H5OH)等。電解質(zhì)包含：酸性電解質(zhì)溶液，如H2SO4溶液；堿性電解質(zhì)溶液，如NaOH溶液；熔融氧化物，如Y2O3；熔融碳酸鹽，如K2CO3等。第一步：寫出電池總反應(yīng)式燃料電池的總反應(yīng)與燃料的

8、燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加合后的反應(yīng)。如氫氧燃料電池的總反應(yīng)式為2H2O2=2H2O；甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為NaOH溶液)的反應(yīng)式為CH42O2=CO22H2OCO22NaOH=Na2CO3H2O式式得燃料電池總反應(yīng)式為CH42O22NaOH=Na2CO33H2O第二步：寫出電池的正極反應(yīng)式根據(jù)燃料電池的特點(diǎn)，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是O2，隨著電解質(zhì)溶液的不同，其電極反應(yīng)有所不同，其實(shí)，我們只要熟記以下四種情況：(1)酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：O24H4e=2H2O(2)堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：O22H2O4e=4OH(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳

9、導(dǎo)O2)環(huán)境下電極反應(yīng)式：O24e=2O2(4)熔融碳酸鹽(如：熔融K2CO3)環(huán)境下電極反應(yīng)式：O22CO24e=2CO。第三步：根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式寫出電池的負(fù)極反應(yīng)式電池的總反應(yīng)和正、負(fù)極反應(yīng)之間有如下關(guān)系：電池的總反應(yīng)式電池正極反應(yīng)式電池負(fù)極反應(yīng)式故根據(jù)第一、二步寫出的反應(yīng)，有：電池的總反應(yīng)式電池正極反應(yīng)式電池負(fù)極反應(yīng)式，注意在將兩個(gè)反應(yīng)式相減時(shí)，要約去正極的反應(yīng)物O2?！九e一反三】Li­SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4­SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為4Li2SOCl2=4LiClSSO2。請(qǐng)回答下列問題

10、：(1)電池的負(fù)極材料為_，發(fā)生的電極反應(yīng)為_。(2)電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)為_ _。題型四 原電池原理的應(yīng)用例4、燃料在電池中直接被氧化而產(chǎn)生電能的裝置叫燃料電池，它是一種高效低污染的新型電池。燃料電池所用燃料可以是氫氣，也可以是其他燃料，如甲醇、肼等。肼分子(H2NNH2)可以在氧氣中燃燒生成氮?dú)夂退?，利用肼、氧氣與KOH溶液組成堿性燃料電池，請(qǐng)寫出該電池反應(yīng)的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式：_；并指出電解質(zhì)溶液中OH向哪極移動(dòng)：_?！咎岱置丶?1加快氧化還原反應(yīng)的速率一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計(jì)成原電池時(shí)反應(yīng)速率增大。例如，在Zn與稀H2SO4反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反應(yīng)速

11、率加快。2比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱兩種金屬分別作原電池的兩極時(shí)，一般作負(fù)極的金屬比作正極的金屬活潑。例如，有兩種金屬a、b，用導(dǎo)線連接后插入到稀H2SO4中，觀察到a溶解，b極上有氣泡產(chǎn)生，則金屬a作負(fù)極，比金屬b活潑。3用于金屬的防護(hù)使被保護(hù)的金屬制品作原電池正極而得到保護(hù)。例：要保護(hù)一個(gè)鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁等，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)電池，制造化學(xué)電源理論上能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池。(1)將氧化還原反應(yīng)拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，分別作原電池的負(fù)極和正極。(2)確定電極材料如發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)為金屬單質(zhì)，可用該金屬直接作負(fù)極；如為氣體(如

12、H2)或溶液中的還原性離子，可用惰性電極(如Pt、碳棒)作負(fù)極。發(fā)生還原反應(yīng)的電極材料必須不如負(fù)極材料活潑。(3)確定電解質(zhì)溶液一般選用反應(yīng)物中的電解質(zhì)溶液即可。(4)構(gòu)成閉合回路。如根據(jù)以下兩個(gè)反應(yīng)設(shè)計(jì)的原電池如下表所示：原理負(fù)極正極電解質(zhì)溶液電極反應(yīng)2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2CuC(Fe3)FeCl3負(fù)極：Cu2e=Cu2正極：2Fe32e=2Fe22H2O22H2OPt(H2)Pt(O2)KOH負(fù)極：2H24OH4e=4H2O正極：O22H2O4e=4OH5.探究金屬腐蝕的快慢規(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(xué)腐蝕有防護(hù)措施的腐蝕(2)電

13、化學(xué)腐蝕規(guī)律對(duì)同一種金屬來說，腐蝕的快慢：強(qiáng)電解質(zhì)溶液弱電解質(zhì)溶液非電解質(zhì)溶液?；顒?dòng)性不同的兩金屬：活動(dòng)性差別越大，活動(dòng)金屬腐蝕越快。對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越快，且氧化劑的濃度越高，腐蝕越快。對(duì)于不同氧化劑來說，氧化性越強(qiáng)，金屬腐蝕越快?！九e一反三】四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可組成原電池。相連時(shí)，外電路電流從流向；相連時(shí)，為正極；相連時(shí)，上有氣泡逸出；相連時(shí),的質(zhì)量減少。據(jù)此判斷這四種金屬活動(dòng)性由大到小的順序是()A B C D強(qiáng)化練習(xí)1（2014·新課標(biāo)全國卷）2013年3月我國科學(xué)家報(bào)道了如圖所示的水溶液鋰離子電池體系。下列敘述錯(cuò)誤的是()Aa為電

14、池的正極 B電池充電反應(yīng)為L(zhǎng)iMn2O4=Li1xMn2O4xLiC放電時(shí)，a極鋰的化合價(jià)發(fā)生變化 D放電時(shí)，溶液中Li從b向a遷移2（2014·全國卷）如圖所示是在航天用高壓氫鎳電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種金屬氫化物鎳電池(MH­Ni電池)。下列有關(guān)說法不正確的是()A放電時(shí)正極反應(yīng)為NiOOHH2OeNi(OH)2OHB電池的電解液可為KOH溶液C充電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為MHOHH2OMeDMH是一類儲(chǔ)氫材料，其氫密度越大，電池的能量密度越高3（2013·新課標(biāo)全國卷I）銀制器皿日久表面會(huì)逐漸變黑，這是生成了Ag2S的緣故。根據(jù)電化學(xué)原理可進(jìn)行如下處理：在鋁質(zhì)容器中加入食鹽溶液，再將變黑的的銀器浸入該溶液中，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)黑色會(huì)褪去。下列說法正確