高二化第四章 第1、2节 原电池和化学电源.doc

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高中化学解析 高二化学（选修4） 第四章 第1、2节 原电池和化学电源（共3页）
第四章 第1、2节 原电池和化学电源
一、原电池
1、定义：化学能转化为电能的装置
2、原电池的形成条件
（1）具有不同的电极（活泼性不同的导电材料）；
a. 在金属——金属构成的原电池中，相对活泼的金属作负极，被氧化，生成金属阳离子；相对不活泼的金属作正极，溶液中的阳离子被还原（一般被还原为单质）。如电极反应：
负极： 正极：
b. 在金属——非金属构成的原电池中，非金属电极（如石墨），一般只起导电作用，故作正极，金属电极作负极，如电极反应：
负极： 正极：
c. 在金属——金属氧化物构成的原电池中，金属氧化物中的金属元素已是最高（或较高）价态，难被氧化，故作正极，并直接参与还原反应，金属电极作为负极，如（银锌钮扣电池）：
负极： 正极：
d. 用两个惰性电极作为载体的燃烧电池，通有还原性气体的电极作为负极，通有氧化性气体的电极作为正极。如氢氧燃料电池。其电极为可吸附气体的惰性电极，如铂电极，活性炭等，两极分别通入和，以的溶液为电解质溶液：
负极： 正极：
总反应：
（2）具有电解质溶液（电极须插入电解质溶液中）；
（3）电极须用导线连接形成闭合电路。
3、原理：
（1）负极：发生氧化反应，金属活动性强，还原性较强的物质；
正极：发生还原反应，金属活动性弱，氧化性较强的物质。
（2）电流的流动方向：由正极到负极
（通常阳离子在电解质溶液中移向正极，阴离子移向负极；溶解的一极为负极，增重或有气泡放出的一极为正极。）
二、化学电池
1、普通锌锰电池(“干电池”)
“干电池”是用锌制圆筒形外壳作负极，立于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质，淀粉糊的作用是提高阴、阳离子在两个电极的迁移速度。还填有MnO2作去极剂(吸收正极放出的H2，防止产生极化现象)。“干电池”的电压通常约为 l.5伏，不能充电再生。
电极反应：负极：Zn一2e ——Zn2+
正极：2NH4+ + 2e = 2NH3 + H2 H2 + 2MnO2 = Mn2O3 + H2O Zn2+ + 4NH3 = [Zn(NH3)4]2+
电池总反应式：2Zn + 4NH4Cl + 2MnO2 == [Zn(NH3)4]Cl2 + ZnCl2 + Mn2O3 + H2O
2、蓄电池
铅蓄电池可放电亦可充电，具有双重功能。它是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳，在正极板上有一层棕褐色PbO2，负极板是海绵状金属铅，两极均浸在一定浓度的硫酸溶液中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。
蓄电池放电时的电极反应为：负极：Pb + SO42- －2e = PbSO4 正极：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e = PbSO4 + 2H2O
当放电进行到硫酸浓度降低，溶液密度达1.18时即停止放电，而将蓄电池进行充电：
阳极：PbSO4 + 2H2O一2e = PbO2 + SO42- 阴极：PbSO4 + 2e = Pb + SO42-
当溶液密度增加至1.28时，应停止充电。
蓄电池充电和放电的总反应式为：PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
目前，有一种形似于“干电池”的充电电池，它实际是一种银锌蓄电池(电解液为KOH)，电池反应为：
Zn + Ag2O + H2O Zn(OH)2 + 2Ag
3、钮扣式电池
常见的钮扣式电池为银锌电池。它用不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极壳一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH，溶液两边用羧甲基纤维素作隔膜，将电极与电解质溶液隔开。
电极反应：负极：Zn + 2OH- －2e = ZnO + H2O 正极：Ag2O + H2O + 2e = 2Ag + 2OH-
电池总反应式为，Ag2O + Zn = 2Ag + ZnO
一粒钮如式电池的电压达1.59伏，安装在电子表里可使用两年之久。
4、氢氧燃料电池
氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般为活化电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等。电解质溶液－般为40%的KOH溶液。
电极反应式：负极：H2 －2e = 2H+ 2H+ + 2OH- －2e = 2H2O
正极：O2 + 2H2O + 2e = 4OH-
电池总反应式：2H2 + O2 = 2H2O
5、微型电池
常用于心脏起搏器和火箭的一种微型电池叫锂电池，它是用金属锂作负极，石墨作正极，电解后溶液由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOCl2)中组成。这种电池容量大，电压稳定，能在-56.7—71.1℃温度范围内正常工作。
电池总反应式：8Li + 3SOCl2 = 6LiCl + Li2SO4 + 2S
6、海水电池
1991年我国首创以铝-空气-海水为能源的新型电池，用作水标志灯巳研制成功。该电池以取之不尽的海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流。这种海水电池的能量比“干电池”高20—50倍。
电极反应式：负极：Al －3e = Al3+ 正极：O2 + 2H2O + 4e = 4OH-
电池总反应式：4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al(OH)3
7、燃料电池
该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。
电极反应式：负极：CH4 + 10OH- －8e = CO32- + 7H2O 正极O2 + 2H2O + 4e = 4OH-
电池总反应式：CH4 + 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3H2O

习题训练：
1、下列事实不用原电池原理解释的是（ ）
A、轮船吃水线以下的船壳上装有一定数量的锌块 B、铝片不用特殊方法保存
C、纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量CuSO4溶液后反应速率加快 D、镀锌铁比镀锡铁更耐用

2、把一小块镁、铝合金放入6mol/L的NaOH溶液中，可以形成微型原电池，则该电池负极上发生的电极反应为（ ）
A、Mg—2e==Mg2+ B、Al+4OH——3e==AlO2—+2H2O C、4OH——4e==2H2O+O2 D、2H2O+2e==2OH—+H2

3、将A、B、C、D四种不同金属片两两浸入稀硫酸中，用导线两两相连可组成原电池。若A、B相连形成原电池时，A为负极；C、D相连形成原电池时，D为正极；A、C相连形成原电池时，A极不断溶解；B、D相连形成原电池时，B极上有大量气泡产生。则这四种金属的活动性由大到小的正确顺序是（ ）
A、C＞A＞B＞D；B、A＞B＞C＞D；C、A＞C＞D＞B；D、D＞B＞A＞C

4、碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电
池总反应式为： Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)==Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s) ，下列说法错误的是( )
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)+H2O(1)+2e—=Mn2O3(s)+2OH—(aq)
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过O.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g

5、一种新型的燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反应为：2C2H6 ＋7O2＋8KOH====4K2CO3＋10H2O，有关此电池的推断正确的是（ ）
A、正极反应为14H2O＋7O2＋28e－====28OH－ B、放电一段时间后，负极周围的pH升高
C、每消耗1 mol C2H6 ，则电路上转移的电子为14 mol D、放电过程中KOH的物质的量浓度不变

6、氢—氧燃料电池是将H2和O2分别通入电池，穿过浸入20%--40%的KOH溶液的多孔碳电极，其电极反应式为：2H2 + 4OH– - 4e– == 4H2O和O2 +2H2O+4e– == 4OH–则下列叙述正确的是（ ）
A、通H2的一极是正极，通O2的一极是负极 B、通O2的一极是正极，通H2的一极是负极
C、工作一段时间后电解质溶液的pH增大 D、工作时负极区附近pH增大

7、我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为：4Al + 3O2 +6H2O == 4Al（OH）3 ，下列说法不正确的是（ ）
A、正极反应式为：O2 +2H2O + 4e- === 4OH- B、电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极
C、以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积 D、该电池通常只需更换铝板就可继续是使用

8、某原电池中，电解质溶液为KOH(aq)，分别向一极通入C2H4(g)，向另一极通入O2。试完成下列问题：当分别通入C2H4和O2时：①正极反应：____________________；②负极反应：_______________________；③电池总反应：________________________；
④反应前后溶液pH的变化：__________(填“增大”“减小”或“不变”，)。

9、阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池，其电池总反应式：2H2 + O2 == 2H2O，回答下列问题：
1） 若电解质溶液为KOH溶液，构成燃料电池，则负极反应为_______________________
正极反应为____________________________
2） 如把KOH改为稀硫酸作导电物质，则负极反应为____________________________
正极反应为____________________________
3） 如把H2改为甲烷，KOH作导电物质，则负极反应为____________________________
正极反应为___________________________