福建省泰寧一中2023-2023學(xué)年下學(xué)期化學(xué)復(fù)習(xí)：選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》復(fù)習(xí)之《原電池及化學(xué)電源》知識要點(diǎn)

第4頁?原電池及化學(xué)電源?知識要點(diǎn)一、原電池1、定義：把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置2．實質(zhì)：一個能自發(fā)進(jìn)行的氧化復(fù)原反響。3.原電池的形成條件構(gòu)成前提：兩個電極中至少有一個可以和電解質(zhì)溶液自發(fā)地發(fā)生氧化復(fù)原反響〔1〕活動性不同的金屬〔其中一種可以為非金屬，即作導(dǎo)體用〕作電極?！?〕兩電極插入電解質(zhì)溶液中?！?〕形成閉合回路?！矁呻姌O外線用導(dǎo)線連接，可以接用電器。〕4．原理：電極名稱負(fù)極正極電極材料ZnCu電極反響Zn—2e-====Zn2+Cu2++2e-====Cu反響類型氧化反響復(fù)原反響電子方向和電流方向電子從負(fù)極流出經(jīng)外電路流入正極；電流從正極流出經(jīng)外電路流入負(fù)極。5.兩種裝置的比擬裝置Ⅰ中復(fù)原劑Zn與氧化劑Cu2+直接接觸，易造成能量損耗；裝置Ⅱ能防止能量損耗；裝置Ⅱ中鹽橋的作用是提供離子遷移通路，導(dǎo)電。二、常見的化學(xué)電源1.一次電池〔堿性鋅錳干電池〕反響原理：負(fù)極：ZnZn+2OH--2e-====Zn(OH)2正極：MnO22MnO2+2H2O+2e-====2MnOOH+2OH-總反響式：Zn+2MnO2+2H2O====2MnOOH+Zn(OH)22.二次電池〔可充電電池〕鉛蓄電池為典型的可充電電池，其電極反響分為放電和充電兩個過程〔1〕正負(fù)極材料正極：PbO2負(fù)極：Pb電解質(zhì)：H2SO4溶液〔2〕放電過程負(fù)極：Pb(s)+SO42-(aq)-2e-====PbSO4(s)氧化反響正極：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-====PbSO4(s)+2H2O(l)復(fù)原反響放電過程總反響：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4====2PbSO4(s)+2H2O〔l〕鉛蓄電池充電的反響那么是上述反響的逆過程〔3〕充電過程陰極：PbSO4(s)+2e-====Pb(s)+SO42-(aq)復(fù)原反響接電源負(fù)極陽極：2PbSO4(s)+2H2O-2e-====PbO2(s)+4H++2SO42-(aq)接電源正極氧化反響充電過程總反響：2PbSO4(s)+2H2O(l)====Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)鉛蓄電池的充放電過程：Pb+PbO2+2H2SO4eq\o(,\s\up8(放電),\s\do7(充電))2PbSO4+2H2O3.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。酸性堿性負(fù)極反響式2H2-4e-====4H+2H2+4OH--4e-====4H2O正極反響式O2+4H++4e-====2H2OO2+2H2O+4e-====4OH-總反響式2H2+Ｏ2=2H2O【熱點(diǎn)難點(diǎn)全析】※考點(diǎn)一原電池的構(gòu)成和電極反響式的書寫1.原電池的構(gòu)成兩極是導(dǎo)體且存在活動性差異(燃料電池的電極一般為惰性電極)；兩極要用導(dǎo)線連接起來(或直接接觸)插入電解質(zhì)溶液中；必須有一個釋放能量的(自發(fā)的)氧化復(fù)原反響發(fā)生——作為電池反響?！咎貏e提醒】多池相連，但無外接電源時，兩極活動性差異最大的一池為原電池，其他各池可看做電解池。2.原電池的正負(fù)極的判斷：3.電極反響式的書寫(1)一般電極反響式的書寫〔2〕復(fù)雜的電極反響式的書寫對于復(fù)雜的電極反響式可由電池反響減去負(fù)極反響而得到正極反響。此時必須保證電池反響轉(zhuǎn)移的電子數(shù)等于電極反響轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，即遵守電荷守恒和質(zhì)量守恒和電子守恒規(guī)律。如CH4酸性燃料電池中，負(fù)極反響式為：CH4＋2O2===CO2＋2H2O……總反響式2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正極反響式CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……負(fù)極反響式【高考警示鐘】(1)負(fù)極本身不一定都參加反響，如燃料電池中，作為負(fù)極的材料本身并不參加反響。(2)不注意電解質(zhì)溶液的成分，容易誤寫電極反響式，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，但電子不能通過電解液，是通過陰陽離子的移動形成閉合回路。(4)用總電極反響減去一極的電極反響時，須在兩式電子轉(zhuǎn)移數(shù)相等的前提下進(jìn)行?！镜淅?】根據(jù)以下圖，以下判斷中正確的選項是()A．燒杯a中的溶液pH降低B．燒杯b中發(fā)生氧化反響C．燒杯a中發(fā)生的反響為2H＋＋2e－=H2D．燒杯b中發(fā)生的反響為2Cl－－2e－=Cl2解析由題給原電池裝置可知，電子經(jīng)過導(dǎo)線，由Zn電極流向Fe電極，那么O2在Fe電極發(fā)生復(fù)原反響：O2＋2H2O＋4e－=4OH－，燒杯a中c(OH－)增大，溶液的pH升高。燒杯b中，Zn發(fā)生氧化反響：Zn－2e－=Zn2＋。答案B※考點(diǎn)二原電池工作原理的應(yīng)用1．比擬不同金屬的活動性強(qiáng)弱根據(jù)原電池原理可知，在原電池反響過程中，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．假設(shè)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，一段時間后，假設(shè)觀察到A極溶解，而B極上有氣體放出，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，那么金屬A的金屬活動性比B強(qiáng)．2．加快化學(xué)反響速率由于原電池將氧化復(fù)原反響拆成兩個半反響且有電流產(chǎn)生，因而反響速率加快．如Zn與稀H2SO4反響制氫氣時，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu－Zn原電池，加快反響進(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)計制作化學(xué)電源設(shè)計原電池時要緊扣構(gòu)成原電池的條件．(1)首要將氧化復(fù)原反響拆分為兩個半反響；(2)根據(jù)原電池的電極反響特點(diǎn)，結(jié)合兩個半反響找出正負(fù)極材料(負(fù)極就是失電子的物質(zhì)，正極用比負(fù)極活潑性差的金屬或?qū)щ姷姆墙饘偃缡?及電解質(zhì)溶液①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。一般來說，負(fù)極應(yīng)該跟電解質(zhì)溶液發(fā)生反響。②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)生反響，或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反響(如溶解于溶液中的空氣)。但如果兩個半反響分別在兩個容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋)，那么左右兩個容器中的電解質(zhì)溶液選擇與電極材料相同的陽離子。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)計原電池：負(fù)極：Cu-2e-====Cu2+正極：2Fe3++2e-====2Fe2+【高考警示鐘】(1)能設(shè)計成原電池的反響一定是放熱的氧化復(fù)原反響，吸熱反響不可能將化學(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)計原電池時，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?！镜淅?】控制適合的條件，將反響2Fe