高中化学原电池化学电源.ppt

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1、第十六讲,原电池 化学电源,考纲要求,命题走向,1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。 2了解常见化学电源的种类及其工作原理。,1.纵览20082013年的广东高考： (1)原电池原理； (2)电极反应的书写； (3)新型化学电源分析；多以选择题呈现，试题难度较大。 22014年预测：预计高考仍将以传统选择题为主，题目选材会更加新颖。基于此，我们在复习时注重从原电池原理角度分析新型化学电源，以“负极氧化正还原”原则从理论上进行分析。,复习重点和难点 1、原电池的构成的条件和电极的判断 2、常见的化学电源的构成原理和电极反应 3、燃料电池的电极反应方程式： 4、原电池电解质溶

2、液离子的移动方向的判断,氢氧燃料电池,有机燃料电池,在酸碱环境中的书写方法和技巧（难点）,5、原电池原理的应用 （1）金属单质的活泼性 （2）金属与酸反应的速度问题 （3）氧化还原反应二次电池的问题 （4）胶体的电泳现象和矿尘的净化 （5）金属的腐蚀和防护,3.原电池构成条件: (1)两个_的电极。 (2)将电极插入_中。 (3)用导线连接电极构成_。 (4)能自发进行的_。,1.原电池装置能量转化： 转化为 。 2.原电池的电极: (1)原电池的负极 金属发生 反应向外电路 电子 (2)原电池的正极 金属(或惰性电极如 石墨)发生 外 电路提供的电子,化学能,电能,活泼,氧化,提供,不活泼,

3、还原反应,接受,活泼性不同,电解质溶液,闭合回路,氧化还原反应,一、原电池及其工作原理,4工作原理(以锌铜原电池为例，如图所示),Zn,Cu,负极,正极,Zn2e=Zn2,Cu22e=Cu,【要点2】如何判断原电池的正负极？,原电池判定：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“四看”：一看电极：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；三看回路：形成闭合回路或两极接触；四看本质：有无自发氧化还原反应发生。,【要点1】如何判定原电池装置？,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，

4、中Fe作负极 B中Mg作正极，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2 C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=H2,大本P122,B,2(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“变小”“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“变小”“增大”或“不变”)。,大本P122,变小,增大,变小,变小,Zn2OH 2e=Zn(OH)2,Zn2MnO22H2O = 2MnOOHZn(OH)2,二、常见化学电源,酸性：

5、 O24e 4H=2H2O,2H24e 4OH =4H2O,熔融碳酸钠？,负极：CH44CO328e=5CO22H2O 正极：2O2 + 8e 4CO2= 4CO32,碳酸钠溶液？,负极：CH49CO323H2O 8e=10HCO3 正极：2O2 + 8e 8HCO3 = 8CO32 4H2O,练习（1）银锌电池,1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。 1975-1983, 为美国海军生产潜水艇用银锌电池。 1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。 1992-1998, 为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。,写出放电时的电极反应式:,负极反应：Z

6、n2OH2e=ZnOH2O； 正极反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH；,（2）镉镍电池,负极材料：Cd ，正极材料：涂有NiO2 ，电解质：KOH溶液。反应式如下：,写出放电时电极反应式：,负极反应：Cd2OH2e = Cd(OH)2； 正极反应：NiO22H2O2e= Ni(OH)22OH；,可充电电池原理示意图,【难点1】燃料电池与普通化学电池有何不同？ 提示：燃料电池和普通电池不同，必须使用辅助电极，电极本身不参与反应，所采用的燃料一般为H2、CH4、CH3OH等，助燃剂一般为O2(或空气)。,例如：CH30H和氢氧化钾溶液的的燃料电池,负极：CH30H - 6e- + 8OH- =

7、 CO32- +6H2O,正极：02 + 4e- + 2H2O = 4OH-,一、正负极的判断,4、根据反应判断。负极：失电子发生氧化反应，正极：得电子发生还原反应(不一定是电极本身得失电子，特别是正极)。 5、根据现象判断。溶解的一极为负极，增重或有气泡生成的一极为正极。 6、根据电池总反应判断，反应中的还原剂是负极的活性物质，对应的电极为负极；氧化剂则是正极的活性物质，对应的电极为正极。,1、由电极材料判断。由两种金属(或一种金属与一种非金属)作电极时，一般情况下较活泼的金属为负极。 2、根据电流方向或电子流动方向判断。电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。 3、根据电解质溶液内离子的定

8、向移动判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。,考点一、正负极的判断与电极方程式的书写,按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应， 判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。,电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在， 加碱性介质中生成的H+应让其结合OH-生成水。电 极反应式要遵守电荷守恒和质量守恒，得失电子守 恒等加以配平。,两电极反应式相加，与总反应离子方程式对照验证。,1.一般电极反应式的书写,二、电极反应式的书写,如CH4酸性燃料电池中 CH42O2=CO22H2O总反应式 2O28H8e=4H2O正极反应式 CH42H2O8e=CO28H负极反应式,2.复杂

9、电极反应式的书写,【练习1】(2010浙江)Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2LiFeS2e=Li2SFe。有关该电池的下列说法中，正确的是()。 ALi-Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为 1价 B该电池的电池反应式为：2LiFeS=Li2SFe C负极的电极反应式为Al3e=Al3 D充电时，阴极发生的电极反应式为：Li2SFe2e =2LiFeS,3.原电池（特别是燃料电池）电极反应式的书写 考点、热点,B,(2012济宁质检)一种新型熔融盐燃料电池具有高发电效率。现用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，一极通CO气

10、体，另一极通O2和CO2混合气体，其总反应为：2COO2=2CO2。则下列说法中正确的是()。 A通CO的一极是电池的正极 B负极发生的电极反应是：O22CO24e=2CO32- C负极发生的电极反应是：COCO2e=2CO2 D正极发生氧化反应,【练习2】,C,有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是 ()。 每消耗1 mol CH4可以向外电路提供8 mol e 负极上CH4失去电子，电极反应式： 负极上是O2获得电子，电极反应式为： O22H2O4e=4OH 电池放电后，溶液pH不断升高 A B C D,

11、【练习3】,A,1Li-SOCl2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LiAlCl4-SOCl2。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 _。,大本P122,锂(或Li),Lie= Li,2SOCl24e= 4ClSSO2,1、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。 2、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

12、极的金属比作正极的金属活泼。 例如：有两种金属a、b，用导线连接后插入到稀H2SO4中，观察到a溶解，b极上有气泡产生，则金属a作负极，比金属b活泼。,3、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。,考点二、原电池原理的应用,4、设计电池，制造化学电源 理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。 (1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极。 (2)确定电极材料：如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；如为气体(如H2)或溶液中的

13、还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。发生还原反应的电极材料必须不如负极材料活泼。,(3)确定电解质溶液：一般选用反应物中的电解质溶液即可。 (4)构成闭合回路。,如根据以下两个反应设计的原电池如下表所示：,装置图？,5、探究金属腐蚀的快慢规律 (1)不同类型的腐蚀规律 电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀,(2)电化学腐蚀规律 对同一种金属来说，腐蚀的快慢： 强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。 活动性不同的两金属： 活动性差别越大，活泼金属腐蚀越快。 对同一种电解质溶液来说， 电解质溶液浓度越大，腐蚀越快，且氧化剂的浓度越高，腐蚀越快。 对于不同氧化剂

14、来说， 氧化性越强，金属腐蚀越快。,高考中的新型电池，有“氢镍电池”“高铁电池”“锌-锰碱性电池”、我国首创的“海洋电池”“燃料电池”(如新型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁烷燃料电池、甲醇质子交换膜燃料电池、CO燃料电池)、“锂离子电池”“银锌电池”“纽扣电池”等。这些电池一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量(单位质量释放的能量)高等特点。,取材于这些知识点的试题，由于题材广、信息新、陌生度大，所以大多数考生对这类试题感到难，而难在何处又十分迷茫。实际上这些题目主要考查的是学生迁移应用知识的能力。具体有以下几种考查角度：,考点三、新型化学电源分析探究,2新型电池“放电”时正极、负极上电

15、极反应式的书写 首先根据电池反应分析物质得失电子情况，然后再考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应；对于较复杂的电极反应，可以利用总反应较简单一极电极反应式较复杂一极电极反应式的方法解决。 3新型电池“充电”时阴、阳极的判断 首先明确原电池放电时的正、负极，再根据电池充电时，阳极接电源正极、阴极接电源负极的原理进行分析。,1新型电池“放电”时正极、负极的判断,4新型电池充、放电时，电解质溶液中离子移动方向的判断 首先分清电池是放电还是充电；再判断正、负极或阴、阳极，进而可确定离子的移动方向。,A放电时正、负极附近溶液的pH均不变 B放电时正极材料为MH，发生氧化反应 C充电时阳

16、极反应为：Ni(OH)2OHe=NiOOHH2O D放电时每转移1 mol电子，负极有1mol NiOOH被还原,C,1北京市政府规定，必须使用以氢氧燃料电池为动力源的公交车才能在北京市运行，以淘汰汽油公交车。质子交换膜燃料电池常作为电动汽车的动力源。该燃料电池以氢气为燃料，空气为氧化剂，铂为催化剂，导电离子是H。下列对该燃料电池的描述正确的是() 正极反应式为：O24H4e=2H2O 负极反应式为：2H24e=4H 总反应式为：2H2O2=2H2O 氢离子通过电解质向正极移动,A B C D,C,某可充电的锂离子电池以LiMn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li+导电固体为电解质。放电

17、时的电池反应为：Li+LiMn2O4=Li2Mn2O4。下列说法正确的是 A放电时，LiMn2O4发生氧化反应 B放电时，正极反应为：Li+LiMn2O4+e-=Li2Mn2O4 C充电时，LiMn2O4发生氧化反应 D充电时，阳极反应为：Li+e-=Li,【练习4】,B,目前市场上的手提应急灯，主要是“无液干粉”铅酸蓄电池，其原理是将有腐蚀性的浓硫酸灌注到硅胶凝胶中去，使电解质溶液不易发生泄漏，大大改善了电池的性能。所用的原料仍然是铅二氧化铅硫酸。下列关于该铅酸蓄电池的说法正确的是 A充电时电源的正极接蓄电池标“+”的一极 B“无液干粉”铅酸蓄电池彻底改变了原来的铅酸蓄电池的反应原理 C放电

18、时在铅酸蓄电池的负极发生还原反应 D充电时铅酸蓄电池上标有“”的电极发生氧化反应,【练习5】,A,（2013江苏化学9）Mg-H2O2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，示意图如下。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,【练习6】,C,（2013海南化学4）Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为：2AgCl+ Mg = Mg2+ 2Ag +2Cl-。有关该电池的说法正确的是 AMg为电池的正极 B负极反应为AgCl+e-=Ag+Cl- C不能被KCl 溶液激活 D可用于海上应急照明供电,【练习7】,D,A,2H +2e= H2 ,增大,Zn+ 2H = Zn2 + H2 ,BAC,a,CH4 +10OH -8e = CO32-+7H2O,减小,再 见,