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第 3 節(jié) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——電池,一、原電池,1.概念 把_______轉(zhuǎn)化為_____的裝置。 2.構(gòu)成條件 (1)有兩個(gè)___________的電極(常見為金屬或石墨)。 (2)將電極插入___________中。 (3)兩電極間構(gòu)成閉合回路。,化學(xué)能,電能,活潑性不同,電解質(zhì)溶液,3.工作原理 如圖是兩種Cu-Zn原電池示意圖,請?zhí)羁?,(1)電極:負(fù)極為___,正極為___。 (2)電極反應(yīng):負(fù)極:______________,正極:______________。 (3)電子移動(dòng)方向和電流方向:電子從_____流出經(jīng)外電路流入 _____;電流從_____流出經(jīng)外電路流入_____。 (4)離子的遷移方向:電解質(zhì)溶液中,陰離子向_____遷移,陽離 子向_____遷移。 (5)兩種裝置的比較:裝置Ⅰ中還原劑Zn與氧化劑Cu2+直接接觸, 易造成能量損耗;裝置Ⅱ能避免能量損耗;裝置Ⅱ中鹽橋的作用 是提供_________的通路,導(dǎo)電。,Cu,Zn-2e-====Zn2+,Cu2++2e-====Cu,正極,正極,負(fù)極,負(fù)極,正極,離子遷移,負(fù)極,二、化學(xué)電源的種類及其工作原理,1.一次電池(以堿性鋅錳干電池為例) 堿性鋅錳干電池的工作原理如圖:,Zn+2OH--2e-==ZnO+H2O,MnO2+2H2O+2e-==Mn(OH)2+2OH-,2.二次電池(以鉛蓄電池為例),(1)放電時(shí)的反應(yīng)： ①負(fù)極反應(yīng)：___________________________； ②正極反應(yīng)： ______________________________________； ③總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4====2PbSO4+2H2O。 (2)充電時(shí)的反應(yīng)： ①陰極反應(yīng)：_________________________； ②陽極反應(yīng)：___________________________________； ③總反應(yīng)：2PbSO4+2H2O====Pb+PbO2+2H2SO4。,3.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。,2H2-4e-====4H+,2H2+4OH--4e-====4H2O,O2+4H++4e-====2H2O,O2+2H2O+4e-====4OH-,三、金屬的腐蝕與防護(hù),1.化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的比較,原電池,較活潑金屬,無,有,2.兩類電化學(xué)腐蝕的比較(鋼鐵腐蝕),酸性,弱酸性或中性或堿性,Fe-2e-====Fe2+,2H++2e-====H2↑,2H2O+O2+4e-====4OH-,3.金屬的防護(hù),(1)加防護(hù)層:如在金屬表面加上耐腐蝕的油漆、搪瓷、陶瓷、 瀝青、塑料、橡膠及電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。 (2)電化學(xué)防護(hù): ①犧牲陽極保護(hù)法——原電池原理 被保護(hù)的金屬設(shè)備作_______,比被保護(hù)的金屬活潑的金屬作_______。 ②陰極電保護(hù)法——電解原理 被保護(hù)的金屬設(shè)備作_____,廢鐵作_____。 (3)改變內(nèi)部結(jié)構(gòu),如制成不銹鋼等。,正極,負(fù)極,陰極,陽極,【思考辨析】 1.原電池的兩電極中,較活潑的電極一定為負(fù)極。( ) 【分析】不一定,如鋁、鎂和NaOH溶液構(gòu)成的原電池,鋁作原電池的負(fù)極,鎂作原電池的正極。 2.(2012·江蘇高考)Zn具有還原性和導(dǎo)電性,可用作鋅錳干電池的負(fù)極材料。( ) 【分析】電池的電極應(yīng)能導(dǎo)電,負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)。,×,√,3.(2012·廣東高考)碘可用作鋰碘電池的材料。該電池反應(yīng)為2Li(s)+I2(s)====2LiI(s),則碘電極作該電池的負(fù)極。( ) 【分析】碘在反應(yīng)中的化合價(jià)降低,發(fā)生還原反應(yīng),碘作正極。 4.(2011·江蘇高考)鉛蓄電池放電時(shí)的負(fù)極和充電時(shí)的陽極均發(fā)生還原反應(yīng)。( ) 【分析】鉛蓄電池放電時(shí)的負(fù)極和充電時(shí)的陽極均發(fā)生氧化反應(yīng)。,×,×,5.(2012·海南高考)鋅與稀硫酸反應(yīng)時(shí),要加大反應(yīng)速率可滴加 少量硫酸銅。( ) 【分析】反應(yīng)混合物中加入硫酸銅之后,鋅與硫酸銅反應(yīng)生成銅 單質(zhì),生成的銅與鋅和稀硫酸形成原電池,從而加快反應(yīng)速率。 6.(2010·天津高考)在入?？诘匿撹F閘門上裝一定數(shù)量的銅塊 可防止閘門被腐蝕。( ) 【分析】銅和鐵組成的原電池,鐵作負(fù)極被腐蝕。 7.陰極電保護(hù)法是將被保護(hù)金屬接在直流電源的正極。( ) 【分析】接直流電源的正極相當(dāng)于電解池的陽極,發(fā)生氧化反應(yīng), 使金屬腐蝕得更快。,×,√,×,考點(diǎn) 1 原電池正負(fù)極的判斷和電極反應(yīng)式的書寫,1.原電池正、負(fù)極判斷“四角度”,2.電極反應(yīng)式書寫的步驟和規(guī)律 (1)一般電極反應(yīng)式書寫的“三步驟”:,(2)復(fù)雜電極反應(yīng)式的書寫:,如CH4酸性燃料電池中,電極反應(yīng)式為 CH4+2O2====CO2+2H2O……總反應(yīng)式 2O2+8H++8e-====4H2O……正極反應(yīng)式 CH4+2H2O-8e-====CO2+8H+……負(fù)極反應(yīng)式,【典例1】(2012·福建高考)將如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置的K閉合,下列判斷正確的是( ),A.Cu電極上發(fā)生還原反應(yīng) B.電子沿Zn→a→b→Cu路徑流動(dòng) C.片刻后甲池中c( )增大 D.片刻后可觀察到濾紙b點(diǎn)變紅色 【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)明確以下4點(diǎn): (1)甲和乙裝置形成原電池作電源,電解飽和硫酸鈉溶液。 (2)原電池的負(fù)極和電解池的陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。 (3)陰離子分別移向原電池的負(fù)極和電解池的陽極。 (4)電子在原電池中由負(fù)極移向正極,在電解池中由陽極移向陰極,但是不經(jīng)過電解質(zhì)溶液。,【解析】選A。K閉合后,甲和乙裝置通過鹽橋形成原電池,Zn是 負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),Cu是正極,發(fā)生還原反應(yīng),A選項(xiàng)正確;電子 不經(jīng)過溶液,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;在原電池中陰離子由正極移向負(fù)極,鹽 橋中的Cl-向甲池移動(dòng),K+向乙池移動(dòng),兩池中的c( )均不 變,C選項(xiàng)錯(cuò)誤;a是電解池的陰極,電極反應(yīng)式為2H++2e-==== H2↑,由于H+來自于水的電離,所以H+放電的同時(shí)溶液中產(chǎn)生了 OH-,所以濾紙的a點(diǎn)變紅,D選項(xiàng)錯(cuò)誤。,考點(diǎn) 2 原電池工作原理的“四大應(yīng)用”,應(yīng)用一：比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱 原電池中，一般活動(dòng)性強(qiáng)的金屬作負(fù)極，而活動(dòng)性弱的金屬(或非金屬)作正極。 如有兩種金屬A和B，用導(dǎo)線將A和B連接后，插入到稀硫酸中，一段時(shí)間后，若觀察到A極溶解，而B極上有氣體放出，則說明A作負(fù)極，B作正極，則可以斷定金屬活動(dòng)性A＞B。,應(yīng)用二:加快化學(xué)反應(yīng)速率 由于形成了原電池,導(dǎo)致反應(yīng)速率加快。如Zn與稀硫酸反應(yīng)制氫氣時(shí),可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成Cu-Zn原電池,加快反應(yīng)進(jìn)行。 應(yīng)用三: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(gè)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。,應(yīng)用四:設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源 設(shè)計(jì)原電池要緊扣構(gòu)成原電池的三個(gè)條件。 (1)必須是能自發(fā)進(jìn)行且放熱的氧化還原反應(yīng)。 (2)根據(jù)氧化還原關(guān)系找出正負(fù)極材料(負(fù)極就是失電子的物質(zhì),正極用比負(fù)極活潑性差的金屬即可,也可以用石墨)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)生反應(yīng)。,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)生反應(yīng),或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)(如溶解于溶液中的空氣)。但如果兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋),則兩個(gè)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示意圖: 如根據(jù)2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+設(shè)計(jì)原電池:,負(fù)極:Cu-2e-====Cu2+, 正極:2Fe3++2e-====2Fe2+。,【典例2】(2013·泉州模擬)某?；瘜W(xué)興趣小組進(jìn)行探究性活 動(dòng):將氧化還原反應(yīng):2Fe3++2I- 2Fe2++I2,設(shè)計(jì)成帶鹽橋的 原電池。提供的試劑:FeCl3溶液,KI溶液;其他用品任選。請回 答下列問題: (1)請畫出設(shè)計(jì)的原電池裝置圖,并標(biāo)出電極材料,電極名稱及 電解質(zhì)溶液。,(2)發(fā)生氧化反應(yīng)的電極反應(yīng)式為__________。 (3)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),外電路導(dǎo)線中 (填“有”或“無”)電流通過。 (4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體,當(dāng)固體全部溶解后,則此時(shí)該溶液中電極變?yōu)? (填“正”或“負(fù)”)極。 【解題指南】解答本題需要掌握以下2個(gè)關(guān)鍵點(diǎn): (1)鹽橋原電池的構(gòu)成條件。 (2)原電池原理。,【解析】(1)先分析氧化還原反應(yīng),找出正負(fù)極反應(yīng),即可確定正負(fù)極區(qū)的電解質(zhì)溶液。(2)發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是負(fù)極,I-失電子。(3)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),無電子流動(dòng),故無電流產(chǎn)生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體,平衡逆向移動(dòng),此時(shí)Fe2+失電子,電極變成負(fù)極。,答案:(1)如下圖,(2)2I--2e-====I2 (3)無 (4)負(fù),【備選考點(diǎn)】原電池、電解池、電鍍池的比較,【高考警示】 (1)判斷是原電池和電解池的關(guān)鍵是看是否有外加電源,若無外加電源,兩個(gè)裝置串聯(lián)時(shí),存在自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的裝置相當(dāng)于電源,另一個(gè)裝置則是電解池。 (2)二次電池的放電過程是原電池,充電過程是電解池。,【典例1】如圖,將純鐵棒和石墨棒插入1 L飽和NaCl溶液中。下列說法中正確的是( ),A.將M、N用導(dǎo)線直接相連,在溶液中滴入酚酞試液,C電極周圍溶液變紅 B.M接電源正極,N接電源負(fù)極,當(dāng)兩極產(chǎn)生氣體總量為 22.4 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí),則生成0.001 mol NaOH C.M接電源正極,N接電源負(fù)極,將C電極換成Cu電極,電解質(zhì)溶液換成CuSO4溶液,則可實(shí)現(xiàn)在鐵上鍍銅 D.M接電源正極,N接電源負(fù)極,若把燒杯中溶液換成CuSO4溶液,反應(yīng)一段時(shí)間后,燒杯中產(chǎn)生藍(lán)色沉淀,【解析】選A。將M、N用導(dǎo)線直接相連,形成原電池,發(fā)生吸氧腐蝕,C電極為正極,電極附近產(chǎn)生大量OH-,溶液顯堿性,A項(xiàng)正確;B項(xiàng)中陽極不產(chǎn)生氣體,陰極產(chǎn)生氣體為H2,總量為 22.4 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí),電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量為0.002 mol,則應(yīng)生成0.002 mol NaOH,B項(xiàng)不正確;鐵上鍍銅時(shí),鐵應(yīng)作陰極,M應(yīng)接電源負(fù)極,C項(xiàng)不正確;M接電源正極,電極反應(yīng)為Fe-2e- ====Fe2+,N接電源負(fù)極,電極反應(yīng)為Cu2++2e-====Cu,反應(yīng)一段時(shí)間后,燒杯中不會(huì)產(chǎn)生藍(lán)色沉淀,D項(xiàng)不正確。,【典例2】(2013·錦州模擬)下列圖示中關(guān)于銅電極的連接錯(cuò)誤的是( ),【解析】選C。鋅比銅的活潑性強(qiáng),銅為原電池的正極,A正確;電解精煉銅,粗銅作陽極,溶解,銅離子在陰極純銅上析出,B正確;電鍍池中,鍍件應(yīng)作陰極,鍍層金屬作陽極,C不正確;電解氯化鈉溶液,若用銅作電極,只能作陰極,D正確。,