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化學(xué)反應(yīng)與能量,第六章,第17講 原電池 化學(xué)電源,1．原電池裝置中的能量轉(zhuǎn)化 ________轉(zhuǎn)化為________。 2．原電池的電極 原電池的負(fù)極——______金屬——發(fā)生______反應(yīng)——向外電路______電子。 原電池的正極——________金屬(或惰性電極如石墨)——發(fā)生______反應(yīng)——______外電路提供的電子。,原電池及工作原理,化學(xué)能,電能,活潑,氧化,提供,不活潑,還原,接受,3．原電池的構(gòu)成條件 (1)能自發(fā)地發(fā)生 ________________。 (2)電解質(zhì)溶液(構(gòu)成電路或參加反應(yīng))。 (3)由還原劑和導(dǎo)體構(gòu)成______極系統(tǒng)，由氧化劑和導(dǎo)體構(gòu)成______極系統(tǒng)。 (4)形成__________(兩電極接觸或用導(dǎo)線連接)。 4．工作原理(以銅鋅原電池為例),氧化還原反應(yīng),負(fù),正,閉合回路,,Zn,Cu,Zn－2e－===Zn2＋,Cu2＋＋2e－===Cu,氧化,還原,負(fù)極,正極,正極,負(fù)極,負(fù)極,正極,Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu,1．下列裝置可以形成原電池的是________(填字母)，并寫出形成原電池的電極材料及電極反應(yīng)式。正極：__________ ________；負(fù)極：____________________。 【答案】B 銀片：2Ag＋＋2e－===2Ag 銅片：Cu－2e－===Cu2＋,,2．分析下圖所示的4個(gè)原電池裝置，其中結(jié)論正確的是( ),,A．①②中Mg作負(fù)極，③④中Fe作負(fù)極 B．②中Mg作正極，電極反應(yīng)式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ C．③中Fe作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋ D．④中Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑ 【答案】B,1．堿性鋅錳干電池——一次電池 負(fù)極：____________________________； 正極：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。 電池反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH。,化學(xué)電源,Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2,3．氫氧燃料電池(堿性介質(zhì)中) (1)構(gòu)造 負(fù)極：氫氣；正極：氧氣；電解質(zhì)溶液：氫氧化鉀溶液。 (2)電極反應(yīng) 負(fù)極：_______________________________； 正極：_______________________________。 電池反應(yīng)：______________________________。 (3)優(yōu)點(diǎn)：______________________________________(寫一條)。,2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 2H2＋O2===2H2O,能量的利用率高、無污染、原料來源廣泛等,(4)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( ) (2012海南卷—5B) (5)鋰碘電池的反應(yīng)為2Li(s)＋I(xiàn)2(s)===2LiI(s)，則碘電極作該電池的負(fù)極( ) (2012廣東卷—31) 【答案】(1)√ (2)√ (3)√ (4)√ (5)×,小,48,PbO2,Pb,對換,一、原電池正、負(fù)極判斷及電極反應(yīng)式的書寫 1．原電池工作原理圖,,2．原電池的判定方法 (1)先分析有無外接電源，有外接電源者為電解池，無外接電源者可能為原電池；再依據(jù)原電池的構(gòu)成條件分析判定，主要思路是“四看”： 一看電極，兩極為導(dǎo)體且活潑性不同(燃料電池的電極一般為惰性電極)； 二看溶液，兩極插入電解質(zhì)溶液中； 三看回路，形成閉合回路或兩極接觸； 四看本質(zhì)，有無能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生。 (2)多池相連。無外接電源時(shí)，兩極活潑性差異最大的一池為原電池，其他各池可看作是電解池。,3．原電池正、負(fù)極的判斷 (1)根據(jù)電極材料判斷：相對活潑的電極作負(fù)極，相對不活潑的電極作正極。 (2)根據(jù)電子和電流流向判斷：電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極(注意溶液中無電子移動(dòng))，電流由正極經(jīng)外電路流向負(fù)極。 (3)根據(jù)電解質(zhì)溶液中的陰、陽離子遷移方向判斷：陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極。,(4)根據(jù)電極反應(yīng)類型判斷：負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。 (5)根據(jù)現(xiàn)象判斷：負(fù)極一般質(zhì)量減少，變細(xì)；正極一般質(zhì)量增加或有氣泡產(chǎn)生。 (6)燃料電池中通入燃料的一極為負(fù)極，通入氧氣的一極為正極。,,,易錯(cuò)提醒：電極反應(yīng)式正誤判斷 (1)一看反應(yīng)類型是否正確，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。 (2)二看得失電子數(shù)目是否正確，一般要求正負(fù)極得失電子數(shù)守恒。 (3)三看電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)：酸性環(huán)境，方程式中無OH－；堿性環(huán)境，方程式中H＋、CO2；電解質(zhì)溶液環(huán)境，方程式中無O2－等。,微型銀鋅電池是電子表和電子計(jì)算器的常用電源，其電極分別是Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液是氫氧化鉀溶液，電極反應(yīng)式分別是Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。由此判斷，下列說法錯(cuò)誤的是( ) A．鋅是負(fù)極，氧化銀是正極 B．在外電路中電流由氧化銀流向鋅極 C．原電池工作過程中，電解質(zhì)溶液的pH減小 D．原電池反應(yīng)的化學(xué)方程式是Ag2O＋Zn===2Ag＋ZnO,【解析】根據(jù)原電池原理，負(fù)極失電子，正極得電子，A選項(xiàng)正確；外電路中電流由正極流向負(fù)極，即由氧化銀流向鋅極，B選項(xiàng)正確；原電池總反應(yīng)為Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag，因此原電池工作過程中，溶液的pH不變。 【答案】C,(2013江蘇卷)Mg-H2O2電池可用于驅(qū)動(dòng)無人駕駛的潛航器。該電池以海水為電解質(zhì)溶液，示意圖如下圖。該電池工作時(shí)，下列說法正確的是( ),,A．Mg 電極是該電池的正極 B．H2O2 在石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng) C．石墨電極附近溶液的pH增大 D．溶液中Cl－向正極移動(dòng) 【答案】C,【答案】D,二、原電池原理的應(yīng)用 1．加快氧化還原反應(yīng)的速率 一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計(jì)成原電池時(shí)反應(yīng)速率加快。例如，在Zn與稀硫酸反應(yīng)時(shí)，加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的速率加快。 2．比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱 兩種金屬分別作原電池的兩極，一般作負(fù)極的金屬比作正極的金屬活潑。 3．用于金屬的防護(hù) 將金屬制品作原電池的正極而得到保護(hù)。例如，在輪船底部鑲上鋅塊，用于防護(hù)船體在海水中發(fā)生腐蝕。,4．設(shè)計(jì)電池，制造化學(xué)電源 理論上能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池，設(shè)計(jì)原電池要緊扣構(gòu)成原電池的四個(gè)條件： (1)首先將已知氧化還原反應(yīng)拆分為兩個(gè)半反應(yīng)。 (2)根據(jù)原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn)，結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)找出相應(yīng)的正、負(fù)極材料及電解質(zhì)溶液。 ①電極材料的選擇。 在原電池中，選擇活潑性較強(qiáng)的金屬作負(fù)極；活潑性較弱的金屬或石墨作正極，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)(如溶解在溶液中的空氣)。但如果兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行(中間應(yīng)連接鹽橋)，則左右兩個(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－硫酸銅全同構(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。,鐵及鐵的化合物應(yīng)用廣泛，如FeCl3可用作催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血?jiǎng)┑取?(1)寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式：______________________________。 (2)若將(1)中的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，請畫出原電池的裝置圖，標(biāo)出正、負(fù)極，并寫出電極反應(yīng)式。 負(fù)極反應(yīng)：________________________ 正極反應(yīng)：________________________,(4)某科研人員發(fā)現(xiàn)劣質(zhì)不銹鋼在酸中腐蝕緩慢，但在某些鹽溶液中腐蝕現(xiàn)象明顯。請從上表提供的藥品中選擇兩種(水可任選)，設(shè)計(jì)最佳實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證劣質(zhì)不銹鋼易被腐蝕。 有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________ ________________________。劣質(zhì)不銹鋼腐蝕的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象______________________________________。 思路指導(dǎo)：根據(jù)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)式，設(shè)計(jì)原電池，畫出裝置圖；除去Fe2＋雜質(zhì)時(shí)常先把它氧化成Fe3＋，再調(diào)節(jié)pH至3.2～4.7，除掉Fe3＋同時(shí)不會(huì)沉淀Cu2＋。,(4)不銹鋼在某些鹽溶液中比在酸溶液中腐蝕明顯，說明這些鹽溶液中的金屬陽離子的氧化性比H＋的氧化性強(qiáng)，即這些金屬在金屬活動(dòng)性順序中位于氫的后面。要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證劣質(zhì)不銹鋼易被腐蝕，需要有容易與鐵反應(yīng)的鹽。,【答案】(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ (2) Cu－2e－===Cu2＋ 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ (3)①通入足量氯氣將Fe2＋氧化成Fe3＋；②加入CuO調(diào)節(jié)溶液的pH至3.2～4.7；③過濾[除去Fe(OH)3] (4)CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O，CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu 不銹鋼表面有紫紅色物質(zhì)生成,(2015廣州調(diào)研)下列敘述正確的是( ) A．氫氧燃料電池中O2通入負(fù)極 B．鉛蓄電池在放電時(shí)，其負(fù)極的電極反應(yīng)為Pb－2e－===Pb2＋ C．堿性鋅錳電池在工作時(shí)，電解質(zhì)中的OH－移向正極 D．在海輪外殼鑲嵌鋅塊保護(hù)外殼不受腐蝕是采用了犧牲陽極的陰極保護(hù)法 【答案】D,判斷下列說法是否正確(對的畫“√”，錯(cuò)的畫“×”)。 (1)如在Zn與稀H2SO4反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反應(yīng)速率加快( ) (2)兩種金屬分別作原電池的兩極時(shí)，一般作負(fù)極的金屬比作正極的金屬活潑( ),(3)有兩種金屬a、b，用導(dǎo)線連接后插入到稀H2SO4中，觀察到a溶解，b極上有氣泡產(chǎn)生，則金屬a作負(fù)極，比金屬b活潑( ) (4)如要保護(hù)一個(gè)鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負(fù)極( ) 【答案】(1)√ (2)√ (3)√ (4)√,原電池、化學(xué)電源的考查 高考對原電池及化學(xué)電源能力的考查以接受、吸收、整合化學(xué)信息的能力為主，試題難度中等偏上。從近年來的高考命題來看，對于原電池的考查往往結(jié)合實(shí)用電池進(jìn)行。解答這類題目，首先要抓住原電池的根本原理——氧化還原反應(yīng)，然后從這個(gè)角度分析題目已知條件及問題。 常見的考點(diǎn)：①原電池的工作原理及應(yīng)用；②原電池的電極判斷與材料選擇；③實(shí)用化學(xué)電源特別是燃料電池的分析。,氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。下圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍一層細(xì)小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強(qiáng)，性質(zhì)穩(wěn)定。請回答：,,【解析】(2)負(fù)極H2被氧化，寫電極反應(yīng)式時(shí)要注意電解質(zhì)溶液的組成。 (3)本題考查讀題能力，鉑粉作用在題設(shè)中有說明，在學(xué)習(xí)中要注意自學(xué)能力的培養(yǎng)。 (4)反應(yīng)中Li從0價(jià)升至＋1價(jià)，作還原劑；H2O中的H從＋1價(jià)降至H2中0價(jià)，作氧化劑。 【答案】(1)由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 由a到b (2)2H2＋4OH－－4e－===4H2O (3)增大電極單位面積吸附H2、O2分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率 (4)Li H2O,(2012四川卷)一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計(jì)的酒精檢測儀，負(fù)極上的反應(yīng)為CH3CH2OH－4e－＋H2O ===CH3COOH＋4H＋。下列有關(guān)說法正確的是( ) A．檢測時(shí)，電解質(zhì)溶液中的H＋向負(fù)極移動(dòng) B．若有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移，則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗 4.48 L 氧氣 C．電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH3CH2OH＋O2=== CH3COOH＋H2O D．正極上發(fā)生的反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 【答案】C,