高考化学一轮复习 第6章 化学反应与能量 第二节 原电池 化学电源课件.ppt

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1、1.了解原了解原电电池的工作原理，能写出池的工作原理，能写出电电极反极反应应式和式和电电池反池反应应方程式。方程式。2了解常了解常见见化学化学电电源的种源的种类类及其工作原理。及其工作原理。第二节第二节 原电池原电池 化学电源化学电源2021/8/11 星期三11原电池装置能量转化特点原电池装置能量转化特点 转化为转化为 。2原电池的电极原电池的电极原电池的负极原电池的负极 金属金属发生发生 反应反应向外电路向外电路 电子电子原原电电池池的的正正极极 金金属属(或或石石墨墨)发发生生 外电路外电路提供的电子提供的电子化学能化学能电能电能活泼活泼氧化氧化提供提供不活泼不活泼还原反应还原反应接受接

2、受2021/8/11 星期三23原电池的构成条件原电池的构成条件(1)能自发地发生能自发地发生 。(2)电解质溶液电解质溶液(构成电路或参加反应构成电路或参加反应)。(3)由还原剂和导体构成由还原剂和导体构成 极系统，由氧化剂和导体构成极系统，由氧化剂和导体构成 极系统。极系统。(4)形成形成 (两电极接触或用导线连接两电极接触或用导线连接)。4原电池工作原理原电池工作原理以稀以稀H2SO4作为电解质溶液的作为电解质溶液的CuZn原电池为例：原电池为例：(1)电极：电极：为负极，为负极，为正极为正极氧化还原反应氧化还原反应负负正正闭合回路闭合回路ZnCu2021/8/11 星期三3(2)电电极

3、反极反应应：Zn为负为负极：极：发发生生 反反应应：；Cu为为正极，正极，发发生生 反反应应：。(3)电电子和子和电电流方向：流方向：电电子从子从 流出流出经经 流入流入 ；电电流从流从 流出流出经经外外电电路流入路流入 。(4)离子的迁移方向离子的迁移方向电电解解质质溶液中，阴离子向溶液中，阴离子向 迁移，阳离子向迁移，阳离子向 迁移。迁移。氧化氧化还原还原负极负极导线导线正极正极正极正极负极负极负极负极正极正极Zn2e=Zn22H2e=H22021/8/11 星期三4原原电电池的工作原理和池的工作原理和电电子流向可用下列子流向可用下列图图示表示：示表示：延伸：延伸：原原电池判定：先分析有无

4、外接电源，有外接电源者为电解池，无外接电源者电池判定：先分析有无外接电源，有外接电源者为电解池，无外接电源者可能为原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是可能为原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“四看四看”：一一看电极：两极为导体且活泼性不同；看电极：两极为导体且活泼性不同；再看溶液：两极插入电解质溶液中；再看溶液：两极插入电解质溶液中；三看三看回路：形成闭合回路或两极接触；回路：形成闭合回路或两极接触；四看本质：有无氧化还原反应发生。四看本质：有无氧化还原反应发生。2021/8/11 星期三51一次电池：一次电池：如如碱性碱性锌锰电锌锰电池，池，电电解解质质溶液

5、溶液为为KOH溶液中溶液中：负极：负极：正极：正极：2MnO22H2O2e=2MnO(OH)2OH电池反应的总反应式为：电池反应的总反应式为：。2二次电池二次电池(可充电，可多次重复使用可充电，可多次重复使用)如铅蓄电池：如铅蓄电池：H2SO4作电解质溶液作电解质溶液Zn2OH2e=Zn(OH)2Zn2MnO22H2O=2MnO(OH)Zn(OH)22021/8/11 星期三6(1)放放电时电时：负负极：极：；正极：正极：；总总反反应应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O(2)充充电电反反应为电应为电解解过过程，是放程，是放电电反反应应的逆的逆过过程程阴极：阴极：；阳极：阳极：；总

6、总反反应应：2PbSO42H2O PbPbO22H2SO4。2021/8/11 星期三73燃料电池燃料电池(1)氢氧燃料电池氢氧燃料电池用酸性电解质时：用酸性电解质时：负极：负极：；正极：正极：；总反应：总反应：H2 O2=H2O。用用NaOH等碱性溶液时：等碱性溶液时：负极：负极：；正极：正极：；总反应：总反应：H2 O2=H2O。H22e=2HH22OH2e=2H2O 2021/8/11 星期三8(2)CH4燃料燃料电电池：池：电电解解质为质为KOH负负极：极：；正极：正极：；总总反反应应：CH42O22KOH=C2CO33H2O。延伸：延伸：(1)燃燃料料电电池的池的电电极不参与反极不参

7、与反应应，有很，有很强强的催化活性，起的催化活性，起导电导电作用。作用。(2)燃料燃料电电池在池在负负极上极上发发生氧化反生氧化反应应的是燃料的是燃料(如如H2、CH4、CH3OH等等)，在正，在正极上参与反极上参与反应应的是空气或氧气，的是空气或氧气，电电解解质质溶液一般是溶液一般是KOH溶液。溶液。(3)书书写写电电极反极反应应方程式方程式时时：酸性条件下可用：酸性条件下可用H和和H2O配平；碱性条件可用配平；碱性条件可用OH和和H2O配平。配平。2O24H2O8e=8OH2021/8/11 星期三91正负极的判断正负极的判断在在书书写写原原电电池池的的电电极极反反应应式式时时，首首先先应

8、应正正确确判判断断原原电电池池的的两两个个电电极极哪哪一一个是正极，哪一个是负极。常用的判断方法有：个是正极，哪一个是负极。常用的判断方法有：(1)根根据据电电子子流流动动方方向向判判断断。在在原原电电池池中中，电电子子流流出出的的一一极极是是负负极极；电电子子流入的一极是正极。流入的一极是正极。(2)根根据据两两极极材材料料判判断断。一一般般活活泼泼性性较较强强金金属属为为负负极极；活活泼泼性性较较弱弱的的金金属属或能导电的非金属为正极。或能导电的非金属为正极。2021/8/11 星期三10(3)根根据据原原电电池池里里电电解解质质溶溶液液内内离离子子的的定定向向流流动动方方向向判判断断。阳

9、阳离离子子向向正正极极移移动动，阴离子向阴离子向负负极移极移动动。(4)根根据据原原电电池池两两极极发发生生的的变变化化来来判判断断。负负极极总总是是失失去去电电子子，发发生生氧氧化化反反应应，正正极极总总是得到是得到电电子子发发生生还还原反原反应应。(5)根据根据现现象判断。溶解的一极象判断。溶解的一极为负为负极，极，质质量增加或放出气体的一极量增加或放出气体的一极为为正极。正极。2021/8/11 星期三112电极反应式的书写电极反应式的书写书书写写电电极极反反应应式式时时，按按照照负负极极发发生生氧氧化化反反应应，正正极极发发生生还还原原反反应应，首首先先正正确确判判断断出出电电极极反反

10、应应产产物物，然然后后结结合合反反应应物物及及转转移移电电子子数数量量写写出出反反应应式式，再再结结合合质质量量守恒、电荷守恒配平各电极反应式。两电极反应式相加则得总反应式。守恒、电荷守恒配平各电极反应式。两电极反应式相加则得总反应式。(1)根根据据两两个个电电极极反反应应式式，写写出出总总反反应应式式。使使两两个个电电极极反反应应式式得得失失电电子子数数相相等等后后，将两式相加，消去相同的化学式。将两式相加，消去相同的化学式。(2)根根据据总总反反应应式式写写电电极极反反应应式式一一般般分分四四个个步步骤骤：列列物物质质，标标得得失失；选选离离子子，配电荷；配电荷；配个数，巧用水；配个数，巧

11、用水；两式加，验总式。两式加，验总式。2021/8/11 星期三12【例例1】有有人人设设计计出出利利用用CH4和和O2的的反反应应，用用铂铂电电极极在在KOH溶溶液液中中构构成成原原电电池池。电电池的池的总总反反应类应类似于似于CH4在在O2中燃中燃烧烧，则则下列下列说说法正确的是法正确的是()每消耗每消耗1 mol CH4可以向外可以向外电电路提供路提供8 mol e负负极上极上CH4失去失去电电子，子，电电极反极反应应式：式：CH410OH8e=CO 7H2O负负极上是极上是O2 获获得得电电子，子，电电极反极反应应式式为为：O22H2O4e=4OH电电池放池放电电后，溶液后，溶液pH不

12、断升高不断升高A B C D2021/8/11 星期三13解解析析：本本题题是是考考查查原原电电池池原原理理在在燃燃料料电电池池中中的的具具体体应应用用，首首先先要要判判断断出出电电池池的的正正负负极极，其其方方法法是是确确定定在在该该电电极极上上发发生生的的是是失失电电子子还还是是得得电电子子反反应应，若若发发生生的的是是失失电电子子反反应应则则是是原原电电池池的的负负极极，反反之之是是正正极极。CH4在在铂铂电电极极上上发发生生类类似似于于CH4在在O2中中的的燃燃烧烧反反应应，即即CH4CO2，严严格格讲讲生生成成的的CO2还还与与KOH反反应应生生成成K2CO3，化化合价升高，失去电子

13、，是电池的负极，电极反应式为合价升高，失去电子，是电池的负极，电极反应式为CH48e10OH=7H2O，1 mol CH4参参加加反反应应有有8 mol e发发生生转转移移，O2在在正正极极上上发发生生反反应应，获获得得电子，电极反应为电子，电极反应为O22H2O4e=4OH。虽然正极产生。虽然正极产生OH，负极消耗，负极消耗OH，但从总反应，但从总反应CH42O22KOH=K2CO33H2O可看出是消耗可看出是消耗KOH，所以电池放电时溶液的所以电池放电时溶液的pH不断下降，故不断下降，故正确，正确，错误。错误。答案：答案：A2021/8/11 星期三14原电池正、负极的判断基础是氧化还原反

14、应，如果给出一个方程式判断正、负原电池正、负极的判断基础是氧化还原反应，如果给出一个方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断。发生氧化反应的一极为负极，发生还原极，可以直接根据化合价的升降来判断。发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。反应的一极为正极。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应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则，且电解质溶液为中性或碱性，则H2

15、O必须写入正极反应式中，且必须写入正极反应式中，且O2生成生成OH；若电解质溶液为酸性，则；若电解质溶液为酸性，则H必须写入正极反应式中，且必须写入正极反应式中，且O2生成生成H2O；若在熔融盐电解质中反应，则若在熔融盐电解质中反应，则O2可能得电子变成可能得电子变成O2。依据电子守恒，正负电依据电子守恒，正负电极反应式相加得到电池反应的总方程式，若能写出已知电池反应的总方程式，可极反应式相加得到电池反应的总方程式，若能写出已知电池反应的总方程式，可以减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式。以减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式。2021/8/11 星期三15

16、1电电瓶瓶车车所所用用电电池池一一般般为为铅铅蓄蓄电电池池，这这是是一一种种典典型型的的可可充充电电电电池池，电电池池总总反反应应式式为为：则则下列下列说说法正确的是法正确的是()A放放电时电时：负负极板上极板上发发生了生了还还原反原反应应B放放电时电时：正极反：正极反应应是是Pb2e =PbSO4C充充电时电时：铅铅蓄蓄电电池的池的负负极极应应与充与充电电器器电电源的正极相源的正极相连连D充充电时电时：阳极反：阳极反应应是是PbSO42e2H2O=PbO2 4H2021/8/11 星期三16解解析析：铅铅蓄蓄电电池池在在放放电电时时，负负极极为为Pb，失失去去电电子子发发生生氧氧化化反反应应

17、，正正极极为为PbO2，得得到到电电子子发发生生还还原原反反应应，故故A、B错错误误；铅铅蓄蓄电电池池在在充充电电时时，是是电电解解池池的的装装置置，与与充充电电器器电电源源正正极极相相连连的的叫叫阳阳极极，即即它它放放电电时时的的正正极极，阳阳极极失失去去电电子子转转移移到到充充电器电源的正极，故电器电源的正极，故C错误，错误，D正确。正确。答案：答案：D2021/8/11 星期三171原电池反应可加快化学反应速率原电池反应可加快化学反应速率如如实实验验室室中中用用Zn和和稀稀H2SO4制制取取H2时时，常常加加入入少少量量CuSO4，CuSO4与与Zn发发生置换反应生成生置换反应生成Cu，

18、从而构成，从而构成Cu、Zn原电池加快原电池加快H2的产生速率。的产生速率。2判断金属的活动性顺序，负极金属的活动性强于正极。判断金属的活动性顺序，负极金属的活动性强于正极。3设计原电池设计原电池设设计计原原电电池池时时，首首先先要要根根据据所所提提供供的的氧氧化化还还原原反反应应的的特特点点进进行行设设计计。原原电电池的设计还要紧扣原电池的三个条件。具体方法是：池的设计还要紧扣原电池的三个条件。具体方法是：(1)首先将已知氧化首先将已知氧化还还原反原反应应拆分拆分为为两个半反两个半反应应；(2)根根据据原原电电池池的的电电极极反反应应特特点点，结结合合两两个个半半反反应应找找出出正正负负极极

19、材材料料(负负极极就就是是失失电电子的物子的物质质，正极用比，正极用比负负极活极活泼泼性差的金属或石墨性差的金属或石墨)及及电电解解质质溶液；溶液；(3)按要求画出原按要求画出原电电池装置池装置图图。2021/8/11 星期三18【例例2】(2009江江苏苏化化学学，12)以以葡葡萄萄糖糖为为燃燃料料的的微微生生物物燃燃料料电电池池结结构构示示意意图图如如图图所示。关于所示。关于该电该电池的叙述正确的是池的叙述正确的是()A该电该电池能池能够够在高温下工作在高温下工作B电电池的池的负负极反极反应为应为：C6H12O66H2O24e=6CO224HC放放电过电过程中，程中，H从正极区向从正极区向

20、负负极区迁移极区迁移D在在电电池反池反应应中，每消耗中，每消耗1 mol氧气，理氧气，理论论上能生成上能生成标标准状况下准状况下CO2 气体气体 L2021/8/11 星期三19解解析析：该该燃燃料料电电池池的的原原理理为为C6H12O66O2=6CO26H2O，根根据据总总反反应应方方程程式式可可书书写写出出电电极极反反应应方方程程式式，负负极极为为C6H12O66H2O24e=6CO224H，正正极极为为6O224e24H=12H2O，从从电电极极反反应应方方程程式式易易知知H应应从从负负极极区区移移向向正正极极区区，从从总反应方程式可见每生成总反应方程式可见每生成1 mol CO2消耗消

21、耗1 mol O2。答案：答案：B2021/8/11 星期三202(2010原原创创)铁铁及及铁铁的的化化合合物物应应用用广广泛泛，如如FeCl3可可用用作作催催化化剂剂、印印刷刷电电路路铜铜板板腐腐蚀剂蚀剂和外和外伤伤止血止血剂剂等。等。(1)写出写出FeCl3溶液腐溶液腐蚀蚀印刷印刷电电路路铜铜板的离子方程式板的离子方程式_。(2)若若将将(1)中中的的反反应应设设计计成成原原电电池池，请请画画出出原原电电池池的的装装置置图图，标标出出正正、负负极极，并并写出写出电电极反极反应应式。式。正极反正极反应应_，负负极反极反应应_。2021/8/11 星期三21解析：解析：(1)Fe3氧化性强于

22、氧化性强于Cu2，故，故Cu可溶于可溶于FeCl3溶液中，发生离子反应：溶液中，发生离子反应：2Fe3Cu=2Fe2Cu2。(2)Fe3有有氧氧化化性性，可可得得e，Cu有有一一定定还还原原性性可可失失e，FeCl3溶溶液液与与Cu可可组组成成原原电电池池，发生氧化还原反应，其中铜棒做负极，碳棒做正极，发生氧化还原反应，其中铜棒做负极，碳棒做正极，FeCl3溶液做电解质溶液。溶液做电解质溶液。答案：答案：(1)2Fe3Cu=2Fe2Cu2(2)2Fe32e=2Fe2Cu2e=Cu22021/8/11 星期三22【例【例1】(2010模拟精选，山东泰安一模模拟精选，山东泰安一模)一一种新型燃料种

23、新型燃料电电池，一极通入空气，另一池，一极通入空气，另一极通入丁极通入丁烷烷气体；气体；电电解解质质是是掺杂掺杂氧化氧化钇钇(Y2O3)的氧化的氧化锆锆(ZrO2)晶体，在熔融状晶体，在熔融状态态下能下能传导传导O2。下列。下列对该对该燃料燃料电电池池说说法不正确的是法不正确的是()A在熔融在熔融电电解解质质中，中，O2由由负负极移向正极极移向正极B电电池的池的总总反反应应是：是：2C4H1013O2=8CO210H2OC通入空气的一极是正极，通入空气的一极是正极，电电极反极反应为应为：O24e=2O2D通入丁通入丁烷烷的一极是正极，的一极是正极，电电极反极反应为应为：C4H1026e13O2

24、=4CO25H2O2021/8/11 星期三23解析：解析：由原电池原理知负极失去的电子经导线转移到正极，所以正极上富集极电由原电池原理知负极失去的电子经导线转移到正极，所以正极上富集极电子，根据电性关系，子，根据电性关系，O2不可能移向正极，不可能移向正极，A错；原电池反应就是一个氧化还原反错；原电池反应就是一个氧化还原反应，只是氧化反应和还原反应分别在两极进行，由丁烷的燃烧反应知，该电池的应，只是氧化反应和还原反应分别在两极进行，由丁烷的燃烧反应知，该电池的总反应为：总反应为：2C4H1013O2=8CO210H2O，且丁烷失电子，且丁烷失电子，O2得电子；丁烷作为得电子；丁烷作为还原剂，

25、应通入负极，反应中失去还原剂，应通入负极，反应中失去e，C4H1026e13O2=4CO25H2O。答案：答案：A 2021/8/11 星期三24高分策略高分策略本题考查了新型燃料电池的基本工作原理。本题考查了新型燃料电池的基本工作原理。O2的作用考查较为新颖。的作用考查较为新颖。O2在不同在不同介质中的电极反应式：介质中的电极反应式：a.在碱性、中性或弱酸性条件下正极：在碱性、中性或弱酸性条件下正极：O22H2O4e=4OH；b.在较强酸性条件下正极：在较强酸性条件下正极：O24H 4e=2H2O；c.在熔融的金属氧化物中在熔融的金属氧化物中正极：正极：O24e=2O2；d.在其他介质中的电

26、极反应式，如：在熔融的碳酸盐在其他介质中的电极反应式，如：在熔融的碳酸盐中，正极反应物是中，正极反应物是O2和和CO2时，正极电极反应式为：时，正极电极反应式为：O22CO24e=。2021/8/11 星期三25【例【例2】据据报报道，我国道，我国拥拥有完全自主知有完全自主知识产权识产权的的氢氢氧燃料氧燃料电电池池车车已已经经在奥运会期在奥运会期间为间为运运动员动员提供了服提供了服务务。某种。某种氢氢氧燃料氧燃料电电池的池的电电解解质质溶液溶液为为KOH溶液。下列有关溶液。下列有关该该电电池的叙述不正确的是池的叙述不正确的是()A正极反正极反应应式式为为：O22H2O4e=4OHB工作一段工作

27、一段时间时间后，后，电电解解质质溶液中的溶液中的KOH的物的物质质的量不的量不变变C该该燃料燃料电电池的池的总总反反应应方程式方程式为为：2H2O2=2H2OD用用该电该电池池电电解解CuCl2溶液，溶液，产产生生2.24 L Cl2(标标准状况准状况)时时，有，有0.1 mol电电子子转转移移2021/8/11 星期三26解析：解析：氢氧燃料电池的总反应式是：氢氧燃料电池的总反应式是：2H2O2=2H2O，电解质溶液为，电解质溶液为KOH溶液，溶液，故其正极的反应式为：故其正极的反应式为：O22H2O4e=4OH，负极的反应式为：，负极的反应式为：2H24OH4e=4H2O，反应过程中生成和

28、消耗的，反应过程中生成和消耗的OH的量相等，故的量相等，故KOH的物质的物质的量不变，的量不变，A、B、C均正确；均正确；D中根据电解中根据电解CuCl2溶液时各离子的放电顺序，溶液时各离子的放电顺序，可知阳极产生的是可知阳极产生的是Cl2，电极反应式为：，电极反应式为：2Cl2e=Cl2，故产生标准状况下，故产生标准状况下2.24 L氯气时转移电子应为氯气时转移电子应为0.2 mol。答案：答案：D2021/8/11 星期三27高分策略高分策略本题考查了燃料电池在一定酸碱性介质溶液环境下的电极反应式的书写。考生易忽本题考查了燃料电池在一定酸碱性介质溶液环境下的电极反应式的书写。考生易忽视溶液

29、介质，而错选视溶液介质，而错选A。同一个原电池反应在不同的介质中其电极反应式有可能是。同一个原电池反应在不同的介质中其电极反应式有可能是不相同的，如氢氧燃料电池，其总反应的化学方程式都是不相同的，如氢氧燃料电池，其总反应的化学方程式都是2H2O2=2H2O，但在，但在碱性介质、中性介质和酸性介质中其电极反应式是不同的。如，碱性介质、中性介质和酸性介质中其电极反应式是不同的。如，H2在不同介质中的在不同介质中的电极反应式：电极反应式：在碱性条件下负极：在碱性条件下负极：H22OH2e=2H2O；在酸性或中性条在酸性或中性条件下负极：件下负极：H22e=2H。2021/8/11 星期三28另外由相同的电极材料组成的原电池，在不同的介质中其电池反应、电极名称、另外由相同的电极材料组成的原电池，在不同的介质中其电池反应、电极名称、电流方向也有可能不同，如：由镁、铝作电极组成的原电池，在氢氧化钠溶液中，电流方向也有可能不同，如：由镁、铝作电极组成的原电池，在氢氧化钠溶液中，铝作负极，镁作正极；而在稀盐酸中则铝作正极，镁作负极，因此在解电化学题铝作负极，镁作正极；而在稀盐酸中则铝作正极，镁作负极，因此在解电化学题时要特别关注介质的成分，慎重思考介质所起的作用。时要特别关注介质的成分，慎重思考介质所起的作用。2021/8/11 星期三29