第四章电化学第一讲.docx

第1讲 原电池化学电源考点一 原电池及其工作原理知识精讲1.概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是 。2.工作原理以铜锌原电池为例电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反应类型 电子流向由Zn沿导线流向Cu盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液，K移向 ，Cl移向负极3.原电池的构成条件(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：电解质溶液；两电极直接或间接接触；两电极插入电解质溶液。4盐桥的组成和作用(1)盐桥中装有饱和的KCl.KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。(2)盐桥的作用：连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使原电池不断产生电流。5单池原电池和盐桥原电池的对比图1和图2两装置的相同点：正负极.电极反应.总反应.反应现象。负极：Zn2e=Zn2正极：Cu22e=Cu总反应：ZnCu2=CuZn2不同点：图1中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2，会有一部分Zn与Cu2直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。图2中Zn和CuSO4溶液在两个池子中，Zn与Cu2不直接接触，不存在Zn与Cu2直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。关键点：盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。突破与跨越1.原电池正.负极判断方法说明原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。2.规避原电池工作原理的4个易失分点(1)只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能。(2)电解质溶液中阴.阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。(3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。讲与练(4)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。【例题讲解】1.下列有关原电池的说法中正确的是()A.在内电路中，电子由正极流向负极B.在原电池中，相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极C.原电池工作时，正极表面一定有气泡产生 D.原电池工作时，可能会伴随着热能变化2.下列装置中能构成原电池产生电流的是()3.有关电化学知识的描述正确的是()A.CaOH2O=Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能B.某原电池反应为Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液C.原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成D.理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池【巩固练习】1.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是()A.由Al.Cu.稀H2SO4组成的原电池，负极反应式为Al3e=Al3B.由Mg.Al.NaOH溶液组成的原电池，负极反应式为Al3e4OH=AlO2H2OC.由Fe.Cu.FeCl3溶液组成的原电池，负极反应式为Cu2e=Cu2D.由Al.Cu.浓硝酸组成的原电池，负极反应式为Cu2e=Cu22实验发现，298 K时，在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3立即被还原成Fe2。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。下列有关说法正确的是()。A该原电池的正极反应是Zn2e=Zn2B左烧杯中溶液的血红色逐渐褪去C该电池铂电极上有气泡出现D该电池总反应为3Zn2Fe3=2Fe3Zn23选用下列试剂和电极：稀 H2 SO4.Fe2(SO4)3溶液.铁棒.铜棒.铂棒，组成如图所示的原电池装置(只有两个电极)，观察到电流计的指针均明显偏转，则其可能的组合共有()。A6种B5种C4种D3种【提高练习】1.分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()A.中Mg作负极，中Fe作负极B.中Mg作正极，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2C.中Fe作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2 D.中Cu作正极，电极反应式为2H2e=H22用选项中的电极.溶液和如图所示装置可组成原电池。下列现象或结论的叙述正确的是()。选项电极a电极bA溶液B溶液现象或结论ACuZnCuSO4ZnSO4一段时间后，a增加的质量与b减少的质量相等BCuZn稀H2SO4ZnSO4盐桥中阳离子向b极移动CFeCNaClFeCl3外电路电子转移方向：baDCCFeCl3KI.淀粉混合液若开始时只增大FeCl3溶液浓度，b极附近溶液变蓝的速度加快考点二 原电池原理的应用知识精讲1.用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。2.设计制作化学电源(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。(2)根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正.负极材料和电解质溶液。3.比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。4.加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。突破与跨越比较金属活泼性的“三种方法”(1)根据原电池：一般情况下，负极大于正极。(2)根据电解池：易得电子的金属阳离子，相应金属的活动性较弱。(3)根据金属活动性顺序表。讲与练【例题讲解】 1请运用原电池原理设计实验，验证Cu2.Fe3氧化性的强弱。请写出电极反应式，负极_，正极_，并在方框内画出实验装置图，要求用烧杯和盐桥，并标出外电路电子流向。2有A.B.C.D四块金属片，进行如下实验：A.B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；C.D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D导线C；A.C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；B.D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应。据此，判断四种金属的活动性顺序是()AA>B>C>D BA>C>D>BCC>A>B>D DB>D>C>A3把适合题意的图像填在横线上(用A.B.C.D表示)(1)将等质量的两份锌粉a.b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是_。(2)将过量的两份锌粉a.b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是_【巩固练习】1.某原电池总反应为Cu2Fe3=Cu22Fe2，下列能实现该反应的原电池是()ABCD电极材料Cu.ZnCu.CFe.ZnCu.Ag电解液FeCl3Fe(NO3)2CuSO4Fe2(SO4)32.电工经常说的一句口头禅：“铝接铜，瞎糊弄”，所以电工操作上规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用，说明原因：_。考点三 化学电源知识精讲1.碱性锌锰干电池一次电池正极反应：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH；负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2；总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。2.锌银电池一次电池负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH；总反应：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。3.二次电池(可充电电池)铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。(1)放电时的反应负极反应：PbSO2e=PbSO4；正极反应：PbO24HSO2e=PbSO42H2O；总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。(2)充电时的反应阴极反应：PbSO42e=PbSO；阳极反应：PbSO42H2O2e=PbO24HSO；总反应：2PbSO42H2O=PbPbO22H2SO4。4.燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。种类酸性碱性负极反应式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O24e4H=2H2OO22H2O4e=4OH电池总反应式2H2O2=2H2O突破与跨越1.化学电源中电极反应式书写的一般步骤“加减法”书写电极反应式(1)先确定原电池的正.负极，列出正.负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。(2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH，若电解质溶液为酸性，则H必须写入正极反应式中，O2生成水。(3)正.负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。2.燃料电池电极反应式的书写根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O24H4e=2H2O(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O22H2O4e=4OH(3)固体电解质(高温下能传导O2)环境下电极反应式：O24e=2O2(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电极反应式：O22CO24e=2CO。再根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式电池的总反应和正.负极反应之间有如下关系：电池的总反应式电池正极反应式电池负极反应式电池负极反应式电池的总反应式电池正极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。讲与练【例题讲解】1.(1)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将_，溶液的pH_。(填“减小”.“增大”或“不变”)(2) 氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将_，溶液的pH_。(填“减小”.“增大”或“不变”)2.Li­SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4­SOCl2。电池的总反应可表示为4Li2SOCl2=4LiClSSO2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_，发生的电极反应为_。(2)电池正极发生的电极反应为_。3.以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：(1)酸性条件燃料电池总反应式：CH42O2=CO22H2O燃料电池正极反应式：O24H4e=2H2O×2，得燃料电池负极反应式：_。(2)碱性条件燃料电池总反应式：CH42O22NaOH=Na2CO33H2O燃料电池正极反应式：O22H2O4e=4OH×2，得燃料电池负极反应式：_。(3)固体电解质(高温下能传导O2)燃料电池总反应式：CH42O2=CO22H2O燃料电池正极反应式：O24e=2O2×2，得燃料电池负极反应式：_。(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电池总反应式：CH42O2=CO22H2O正极电极反应式：O22CO24e=2CO ×2，得燃料电池负极反应式：_。【巩固练习】 1.某航空站安装了一台燃料电池，该电池可同时提供电和水蒸气。所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾。已知该电池的总反应为2H2O2=2H2O，正极反应为O22CO24e=2CO，则下列推断正确的是()A.负极反应为H22OH2e=2H2OB.该电池可在常温或高温时进行工作，对环境具有较强的适应性C.该电池供应2 mol水蒸气，同时转移2 mol电子 D.放电时负极有CO2生成2.乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在一定温度下供电，电池 总反应为C2H5OH3O2=2CO23H2O，电池示意图如图。下列说法中错误的是()A.电池工作时，质子向电池的正极迁移B.电池工作时，电流由b极沿导线流向a极C.a极上发生的电极反应是C2H5OH3H2O12e=2CO212H D.b极上发生的电极反应是4HO24e=2H2O3.将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，即可产生电流。下列叙述正确的是()通入CH4的电极为正极正极的电极反应式为O22H2O4e=4OH通入CH4的电极反应式为CH42O24e=CO22H2O负极的电极反应式为CH410OH8e=CO7H2O放电时溶液中的阳离子向负极移动放电时溶液中的阴离子向负极移动A.B.C.D.【提高练习】1.一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H。下列有关说法正确的是()A.检测时，电解质溶液中的H向负极移动B.若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气C.电池反应的化学方程式为CH3CH2OHO2=CH3COOHH2OD.正极上发生的反应为O24e2H2O=4OH2.燃料电池能有效提高能源利用率，具有广泛的应用前景。下列物质均可用作燃料电池的燃料，其中最环保的是()A.甲醇B.天然气C.液化石油气D.氢气3.Mg­H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如右。该电池工作时，下列说法正确的是()A.Mg电极是该电池的正极B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应C.石墨电极附近溶液的pH增大D.溶液中Cl向正极移动4.实验发现，298 K时，在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3立即被还原成Fe2。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。下列有关说法正确的是()A.该原电池的正极反应是Zn2e=Zn2B.左烧杯中溶液的血红色逐渐褪去C.该电池铂电极上有气泡出现D.该电池总反应为3Zn2Fe3=2Fe3Zn2