原電池電解原理及其應用專題

原電池電解原理及其應用專題1第1頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五1、概念：原電池是______________________的裝置。原電池反應的本質是____________________反應。將化學能轉化為電能氧化還原反應例：如右圖所示，組成的原電池：（1）當電解質溶液為稀H2SO4時：Zn電極是____（填“正”或“負”）極，其電極反應為_______________，該反應是______（填“氧化”或“還原”，下同）反應；Cu電極是______極，其電極反應為_______________,該反應是_________反應。（2）當電解質溶液為CuSO4溶液時：Zn電極是____極，其電極反應為_____________，該反應是________反應；Cu電極是____極，其電極反應為_______________,該反應_________反應.一、原電池2第2頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五氧化反應Zn-2e=Zn2+

銅鋅原電池電解質溶液鹽橋失e，沿導線傳遞，有電流產生還原反應Cu2++2e-=Cu陰離子陽離子總反應：負極正極Cu2++2e-=CuZn-2e-=Zn2+Zn+Cu2+=Zn2++CuZn+CuSO4=ZnSO4+Cu(離子方程式）（化學方程式）電極反應正極：負極：（氧化反應）（還原反應）陽離子2、原電池原理外電路內電路3第3頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五3、原電池的形成條件：兩極一液一連線（1）有兩種活動性不同的金屬（或一種是非金屬單質或金屬氧化物）作電極。（2）電極材料均插入電解質溶液中。

（3）兩極相連形成閉合電路。

（4）內部條件：能自發(fā)進行氧化還原反應。4第4頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五4、原電池的正負極的判斷方法

微觀判斷（根據電子流動方向）電子流出的極電子流入的極——負極——正極較活潑的電極材料較不活潑的電極材料質量增加的電極工作后質量減少的電極——負極——正極——正極——負極工作后，有氣泡冒出的電極為正極發(fā)生氧化反應的極發(fā)生還原反應的極宏觀判斷：①根據電極材料②根據原電池電極發(fā)生的反應③根據電極增重還是減重④根據電極有氣泡冒出：——負極——正極5第5頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五造成的主要原因：由于在銅極上很快就聚集了許多氫氣泡，把銅極跟稀硫酸逐漸隔開，這樣就增加了電池的內阻，使電流不能暢通。這種作用稱為極化作用。二、對原電池工作原理的進一步探究為了避免發(fā)生這種現象，設計如下圖所示的原電池裝置，你能解釋它的工作原理嗎？？提出問題：右圖是我們在必修2中學習過的將鋅片和銅片置于稀硫酸的原電池，如果用它做電池，不但效率低，而且時間稍長電流就很快減弱，因此不適合實際應用。這是什么原因造成的呢？有沒有什么改進措施？6第6頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五此電池的優(yōu)點：能產生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。鋅半電池，銅半電池7第7頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五實驗：實驗探索實驗現象：分析：改進后的裝置為什么能夠持續(xù)、穩(wěn)定的產生電流？鹽橋在此的作用是什么？有鹽橋存在時電流計指針發(fā)生偏轉，即有電流通過電路。取出鹽橋，電流計指針即回到零點，說明沒有電流通過。鹽橋制法：1)將熱的瓊膠溶液倒入U形管中(注意不要產生裂隙)，將冷卻后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的飽和溶液中即可。2)將KCl或NH4NO3的飽和溶液裝入U形管，用棉花都住管口即可。8第8頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五鹽橋的作用：（1）使整個裝置構成通路，代替兩溶液直接接觸。得出結論

由于鹽橋（如KCl）的存在，其中陰離子Cl-向ZnSO4溶液擴散和遷移，陽離子K+則向CuSO4溶液擴散和遷移，分別中和過剩的電荷，保持溶液的電中性，因而放電作用不間斷地進行，一直到鋅片全部溶解或

CuSO4溶液中的

Cu2+幾乎完全沉淀下來。若電解質溶液與KCl溶液反應產生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作鹽橋。（2）平衡電荷。在整個裝置的電流回路中，溶液中的電流通路是靠離子遷移完成的。取出鹽橋，Zn失去電子形成的Zn2+進入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而帶正電荷。同時，CuSO4則由于Cu2+

變?yōu)镃u，使得

SO42-相對較多而帶負電荷。溶液不保持電中性，這兩種因素均會阻止電子從鋅片流向銅片，造成電流中斷。9第9頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五三、化學電源［學與問］在日常生活和學習中，你用過哪些電池，你知道電池的其它應用嗎？電池化學電池太陽能電池原子能電池將化學能轉換成電能的裝置將太陽能轉換成電能的裝置將放射性同位素自然衰變時產生的熱能通過熱能轉換器轉變?yōu)殡娔艿难b置10第10頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五知識點1：化學電池1)概念:將化學能變成電能的裝置2)分類:①一次電池又稱不可充電電池——如：干電池②二次電池又稱充電電池——蓄電池③燃料電池3)優(yōu)點:4)電池優(yōu)劣的判斷標準:①能量轉換效率高，供能穩(wěn)定可靠。②可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便。③易維護，可在各種環(huán)境下工作。①比能量［符號(A·h/kg)，(A·h/L)］指電池單位質量或單位體積所能輸出電能的多少②比功率[符號是W/kg，W/L)]指電池單位質量或單位體積所能輸出功率的大小③電池的儲存時間的長短11第11頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五1、干電池(普通鋅錳電池）干電池用鋅制桶形外殼作負極，位于中央的頂蓋有銅帽的石墨作正極，在石墨周圍填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作電解質溶液，還填充MnO2的黑色粉末吸收正極放出的H2，防止產生極化現象。電極總的反應式為：2NH4Cl+Zn+2MnO2=ZnCl2＋2NH3↑+Mn2O3+H2O請寫出各電極的電極反應。(一)一次電池12第12頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五練：寫出鋅錳干電池的電極反應和總化學反應方程式。負極————————————————正極————————————————總反應———————————————通常我們可以通過干電池的外觀上的哪些變化判斷它已經不能正常供電了？_____________________________我們在使用干電池的過程中并沒有發(fā)現有氣體產生，請推測可能是干電池中的什么成分起了作用？Zn-2e-=Zn2+2NH4++2e-=2NH3+H2Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H2鋅筒變軟，電池表面變得不平整2MnO2+H2==Mn2O3+H2O13第13頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五負極（鋅筒）：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正極（石墨）：2MnO2+2e-+2H2O=2Mn

OOH

+2OH–總反應：Zn+2MnO2+2H2O

=2Mn

OOH+Zn(OH)2堿性鋅錳干電池金屬棒堿性鋅錳電池的優(yōu)點：電流穩(wěn)定，放電容量、時間增大幾倍，不會氣漲或漏液。普通鋅錳干電池缺點：放電量小，放電過程中易氣漲或漏液14第14頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五2、迷你型電池（電解質KOH）優(yōu)點：電壓高、穩(wěn)定，低污染。用途：手表、相機、心率調節(jié)器

HgO（S）+Zn（S）=Hg（l）+ZnO（S）Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S）負極（鋅）：Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O正極（銀）：Ag2O+2e-+H2O==2Ag+2OH-15第15頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五3、鋰電池鋰電池：（-）Li（S）LiI（晶片）I2(+）

鋰亞硫酰氯電池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S負極：

；正極：

。用途：質輕、高能(比能量高)、高工作效率、高穩(wěn)定電壓、工作溫度寬、高使用壽命，廣泛應用于軍事和航空領域。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S16第16頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五電池－鉛蓄電池1、電極材料及原料2、電解質溶液3、電極反應式：正極：PbO2

負極：PbH2SO4溶液負極（Pb）:

Pb-2e-+SO42

-=PbSO4Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

正極（PbO2）:PbO2+4H++SO42

-+2e-=PbSO4+2H2O總反應：(放電時)(二)二次電池(可充電)轉移1mole-消耗多少molH2SO417第17頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)①充電過程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)

還原反應陰極：陽極：PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)

氧化反應接電源負極接電源正極充電過程總反應：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)鉛蓄電池的充放電過程：放電充電18第18頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五3)鉛蓄電池優(yōu)缺點簡析缺點：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境優(yōu)點：可重復使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉其它二次電池鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池……19第19頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五2、銀鋅蓄電池

正極殼填充Ag2O和石墨，負極蓋填充鋅汞合金，電解質溶液KOH。反應式為：2Ag+Zn(OH)2

Zn+Ag2O+H2O

寫出電極反應式。充電放電1970-1975,開發(fā)了先進的銀鋅、鎳鎘電池技術。1975-1983,為美國海軍生產潛水艇用銀鋅電池。1979-1987,為美國國家能源部發(fā)展電動車用的鎳鋅電池。1998-1992,為美國海軍發(fā)展世界上最大的鎳鎘電池用于核潛水艇。20第20頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五銀-鋅蓄電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的充電和放電過程可以表示為：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O放電充電此電池放電時，負極上發(fā)生反應的物質是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.Zn電極反應：負極：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正極：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-21第21頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五3、鎳鎘電池NiO2+Cd+2H2ONi(OH)2+Cd(OH)2

放電充電負極材料：Cd；正極材料：涂有NiO2，電解質：KOH溶液。反應式如下：寫出電極反應式。特點：比鉛蓄電池耐用，可密封反復使用。22第22頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五氫氧燃料電池工作原理介質電池反應：2H2+Ｏ２=2H2O

酸性負極正極中性負極

正極堿性負極正極2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=4H2O2H2-4e-=4H+

O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-(三)燃料電池23第23頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五固體氫氧燃料電池固體電解質介質電池反應：2H2+Ｏ２=2H2O

負極正極負極

正極2H2-4e-+2O2－=2H2O

O2+4e-=2O2－

2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O24第24頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五它是以兩根金屬鉑片插入KOH溶液中作電極，又在兩極上分別通入甲烷和氧氣。電極反應為：負極：正極：電池總反應：2O2+4H2O+8e-=8OH-CH4+10OH--8e-=CO32-+

7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3

+

3H2O甲烷新型燃料電池分析溶液的pH變化。電解質為KOH溶液若用C2H6、CH3OH呢？25第25頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五C2H6燃料電池、電解質為KOH溶液負極：正極：電池總反應：CH3OH燃料電池、電解質為KOH溶液負極：正極：電池總反應：7O2+14H2O+28e-=28OH-2C2H6+36OH--28e-=4CO32-+

24H2O2C2H6+7O2+8KOH=4K2CO3

+

10H2O3O2+6H2O+12e-=12OH-2CH3OH+16OH--12e-=2CO32-+

12H2O2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3

+

6H2O26第26頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五C4H10、空氣燃料電池、電解質為熔融K2CO3,

用稀土金屬材料作電極（具有催化作用）負極：正極：電池總反應：13O2+52e-

+26CO2=26CO3

2-2C4H10-52e-+26CO32--=34

CO2+

10H2O2C4H10+13O2=8CO2

+

10H2O鋁——空氣燃料電池（海水）：負極：正極：電池總反應：4Al-12e-=4Al3+3O2+12e-

+6H2O=12OH-4Al+3O2+6H2O

=4Al(OH)327第27頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五1.利用原電池原理設計新型化學電池；2.改變化學反應速率，如實驗室用粗鋅與硫酸反應制取氫氣；3.進行金屬活動性強弱比較；4.電化學保護法，即將金屬作為原電池的正極而受到保護。如在鐵器表面鍍鋅。三、原電池的主要應用：5.解釋某些化學現象28第28頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五(1)比較金屬活動性強弱。例1：下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強的是

C.將甲乙作電極組成原電池時甲是負極；A.甲和乙用導線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲上有H2氣出；B.在氧化–還原反應中，甲比乙失去的電子多；D.同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強；(四)原電池原理應用：(2)比較反應速率下列制氫氣的反應速率最快的是A.純鋅和1mol/L硫酸；

B.純鋅和18mol/L硫酸；C.粗鋅和1mol/L鹽酸；

D.粗鋅和1mol/L硫酸的反應中加入幾滴CuSO4溶液。29第29頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五(3)比較金屬腐蝕的快慢例3：下列各情況，在其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是(5)(2)(1)(3)(4)原電池原理應用：30第30頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五例4：下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時間后腐蝕速率由慢到快的順序是(4)(2)(1)(3)31第31頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五例5：原電池設計：1、用Zn、Fe、Al分別與Ag或Cu作兩極，NaCl作電解質溶液，試分析寫出兩極反應式2、鋁－鎂－NaOH電池3、銅－鐵－濃HNO34、試根據反應：Cu+2AgNO3=Cu(NO3)+2Ag設計成原電池，畫出裝置圖，并寫出電極反應式。若用到鹽橋，則鹽橋中電解質可用

。5、Fe+2Fe3+=3Fe2+,Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+6、如何使反應：Cu+2H+=Cu2++H2↑發(fā)生？KNO3溶液32第32頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五例7：在理論上不能用于設計原電池的化學反應是（）A．HCl（aq）+NaOH（aq）＝NaCl(aq)+H2O（l）△H<0B．4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)＝4Fe(OH)3（s）△H<0C．3Cu(s)+8HNO3(aq)=3Cu(NO3)2(aq)+2NO(g)+4H2O(l)△H<0D．2CH3OH(l)+3O2(g)==2CO2(g)+4H2O(l)△H<0非氧化還原反應不能設計為原電池反應33第33頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五CuCl2溶液陰離子移向陽極陰極氧化反應還原反應電子流向陽離子移向e-e-Cu2++2e-=2Cu↓2Cl--2e-=Cl2↑電解池1.電解原理

電解:CuCl2Cu+Cl2↑電解34第34頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五2.離子放電順序（要記住）陰離子失去電子而陽離子得到電子的過程叫放電。

①活性材料作電極時：金屬在陽極失電子被氧化成陽離子進人溶液，陰離子不放電。②用惰性電極(Pt、Au、石墨、鈦等)時：溶液中陰離子的放電順序（由難到易）是：金屬材料>S

2->->SO32-I

->Br

->Cl

->OH

->NO3->SO42-(等含氧酸根離子）>F-活性電極不參與電極反應，發(fā)生反應的是溶液中的陽離子。陽極：陰極:陽離子在陰極上放電順序是：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>(H+)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca+>K+注：當離子濃度相差較大時，放電順序要發(fā)生變化，相同時按H+,不同時按（H+）35第35頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五3.電解規(guī)律陰極陽極氯氣銅實例電極反應

濃度PH值復原CuCl2

陽極：2Cl--2e-=Cl2↑陰極：Cu2++2e-=2Cu↓

CuCl2Cu+Cl2↑電解減小增大CuCl2CuCl2溶液36第36頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五陽極陰極氧氣氫氣實例電極反應

濃度PH值復原Na2SO4

實例電極反應

濃度PH值復原Na2SO4

陽極:4OH--4e-=2H2O+O2

↑陰極:

4H++4e-=2H2↑變大不變

加H2ONa2SO4溶液2H2O2H2↑+O2↑電解37第37頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五陽極陰極氯氣氫氣實例電極反應

濃度PH值復原NaCl

陽極:2Cl--2e-=Cl2↑陰極:2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑

+Cl2↑電解減小增大

加HClNaCl溶液38第38頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五實例電極反應濃度PH值復原CuSO4陽極陰極氧氣銅陽極:4OH--4e-=2H2O+O2

↑陰極：Cu2++2e-=Cu↓

2CuSO4+

2H2O===2Cu↓+O2

↑+2H2SO4電解減小減小

加CuOCuSO4溶液39第39頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五電解規(guī)律（惰性電極）小結

陽極：S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-

ⅠⅡⅢⅣⅠ+Ⅲ區(qū)：電解本身型如CuCl2Ⅰ+Ⅳ區(qū)：放氫生堿型如NaClⅡ+Ⅲ區(qū)：放氧生酸型如CuSO4、AgNO3Ⅱ+Ⅳ區(qū)：電解水型如Na2SO4、H2SO4

、NaOH陰極：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+40第40頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五電解類型舉例電極反應溶液pH變化

溶液復原方法

物質類別

實例水電解含氧酸H2SO4

強堿NaOH

活潑金屬的含氧酸鹽Na2SO4

溶質電解無氧酸HCl

不活潑金屬的無氧酸鹽CuCl2

溶質和水同時電解活潑金屬的無氧酸鹽NaCl

不活潑金屬的含氧酸鹽CuSO4

3.電解質溶液用惰性電極電解的規(guī)律小結：

陽極：4OH—-4e—=O2↑+2H2O陰極：4H++4e—=2H2↑陽極2Cl—-2e—

=Cl2↑陰極：4H++4e—=2H2↑陽極2Cl—-2e-

=Cl2↑陰極：Cu2++2e—=Cu陽極2Cl—-2e—=Cl2↑陰極：2H2O+2e—=H2↑+2OH-陽極：4OH—-4e—=O2↑+2H2O陰極：2Cu2++4e—=2Cu減小增大不變增大增大減小H2OHClCuCl2

HClCuO41第41頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五只放氫pH升；只放氧pH降；放氫放氧濃度增；無氫無氧少本身。歌訣：42第42頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五電解原理的應用1、鍍銅反應原理

陽極(純銅)：Cu-2e—=Cu2+，陰極(鍍件)：Cu2++2e—=Cu，電解液：可溶性銅鹽溶液，如CuSO4.2、氯堿工業(yè)反應原理陽極：2Cl--2e-=Cl2↑，陰極：2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑3、電解精煉反應原理(電解精煉銅)

粗銅中含Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au等陽極(粗銅)：Cu-2e-=Cu2+，（Zn-2e-=Zn2+，Ni-2e-=Ni2+，Fe-2e-=Fe2+，等）陰極(精銅)：Cu2++2e-=Cu↓，電解液：可溶性銅鹽溶液，如CuSO4。

Zn2＋、Ni2＋等陽離子得電子能力小于Cu2+而留在電解質溶液中。金屬活動順序排在Cu后的Ag、Pt、Au等失電子能力小于Cu，以金屬單質沉積于陽極，成為“陽極泥”。43第43頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五08廣東22（4）黃銅礦熔煉后得到的粗銅含少量Fe、Ag、Au等金屬雜質，需進一步采用電解法精制。請簡述粗銅電解得到精銅的原理：

。以硫酸銅－硫酸溶液為電解液。電解時，粗銅（陽極）中的銅以及比銅活潑的金屬失去電子進入溶液，不如銅活潑的金屬沉入電解槽形成“陽極泥”；溶液中的Cu2+得到電子沉積在純銅（陰極）上。44第44頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五總結:原電池、電解池、電鍍池的比較***原電池電解池電鍍池定義形成條件電極名稱電極反應化學能轉變成電能的