第九章-第一节-原电池-化学电源.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,【,考纲点击,】,1,了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电,池总反应式,2,了解常见化学电源的种类及其工作原理,【,考情播报,】,1,原电池的工作原理及电极反应式的书写,2,了解常用化学电源的构造及新型电源的工作原理，,尤其是可充电电池的充放电过程,3,根据所给自发进行的反应设计原电池，并能绘制,装置图,.,1,概念,把,转化为,的装置,化学能,电能,2,工作原理,(,以锌,铜原电池为例,),电极名称,负极,正极,电极材料,电极反应,反应类型,电子流向,由,沿导线流向,锌片,铜片,氧化反应,还原反应,锌片,铜片,Zn,2e,=,Zn,2,Cu,2,2e,=,Cu,3,原电池构成条件,(1),两个,的电极,(,常见为金属或石墨,),(2),将两极插入,中,(3),两电极间构成,(4),能自发发生,活泼性不同,电解质溶液,闭合回路,氧化还原反应,原电池正、负极的判断与电极反应式的书写,1,正、负极的判断,2,电极反应式的书写,(1),一般电极反应式的书写,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，标出得失电子的数量,电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的,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、电子守恒等加以配平,两电极反应式相加，与总反应对照验证,(2),复杂电极反应式的书写,如,CH,4,酸性燃料电池中，负极反应式的书写：,CH,4,2O,2,=,CO,2,2H,2,O,总反应,式,2O,2,8H,8e,=,4H,2,O,正极反应式,CH,4,2H,2,O,8e,=,CO,2,8H,负极反应式,原电池反应的实质是负极发生氧化反应，失去电子，正极发生还原反应，得到电子因此，对于具体问题要具体分析，不能想当然，不然就会落入出题者的陷阱当中，如：,铁、铜和浓硝酸组成的原电池，虽然铁的活泼性比较强，但,Fe,与浓,HNO,3,发生钝化，而铜可以与浓,HNO,3,反应，因此铜作负极，铁作正极,镁、铝和,NaOH,溶液组成原电池，作负极的应该是铝，而不是镁,1,用铜片、银片、,Cu(NO,3,),2,溶液，,AgNO,3,溶液、导线和盐,桥,(,装有琼脂,KNO,3,的,U,型管,),构成一个原电池以下有,关该原电池的叙述正确的是,(,),在外电路中，电流由铜电极流向银电极,正极反应为：,Ag,e,=,Ag,实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作,将铜片浸入,AgNO,3,溶液中发生的化学反应与该原电池,反应相同,A,B,C,D,解析：,Cu,为负极，电子由,Cu,电极流向,Ag,电极；,取出盐桥，电池不能形成闭合回路，不能继续工作,答案：,C,1,一次电池,碱性锌锰干电池,负极材料是,，正极是,.,电极反应式为：,负极：,；,正极：,；,总反应：,.,Zn,MnO,2,Zn,2OH,2e,=,Zn(OH),2,2MnO,2,2H,2,O,2e,=,2MnOOH,2OH,Zn,2MnO,2,2H,2,O,=,2MnOOH,Zn(OH),2,2,二次电池,(,可充电电池,),铅蓄电池是常见的二次电池，负极材料是,，正极材,料是,.,(1),放电时的反应,负极反应：,正极反应：,电池总反应：,Pb,PbO,2,2H,2,SO,4,=,2PbSO,4,2H,2,O,Pb,PbO,2,PbSO,4,2H,2,O,电池总反应：,Pb,PbO,2,2H,2,SO,4,=,2PbSO,4,2H,2,O,(2)充电时的反应,阴,(,负,),极反应：,阳,(,正,),极反应：,电池总反应：,2PbSO,4,2H,2,O,=,Pb,PbO,2,2H,2,SO,4,PbSO,4,2H,2,O,2e,=,3,燃料电池,氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性,两种,酸性,碱性,负极,反应式,正极,反应式,电池总,反应式,2H,2,O,2,=,2H,2,O,=,2H,2,4OH,4e,4H,2,O,O,2,4H,4e,O,2,2H,2,O,4e,2H2,4e,=,4H,=,4OH,=,2H,2,O,原电池原理的应用,1,比较不同金属的活动性强弱,根据原电池原理可知，在原电池反应过程中，一般活动,性强的金属作负极，而活动性弱的金属,(,或碳棒,),作正极,若有两种金属,A,和,B,，用导线将,A,和,B,连接后，插入到稀硫,酸中，一段时间后，若观察到,A,极溶解，而,B,极上有气体,放出，说明在原电池工作过程中，,A,被氧化成阳离子而失,去电子作负极，,B,作正极，则金属,A,的金属活动性比,B,强,2,加快化学反应速率,由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反应且有电流,产生，因而反应速率加快,如,Zn,与稀,H,2,SO,4,反应制氢气时，可向溶液中滴加少量,CuSO,4,溶液，形成,Cu,Zn,原电池，加快反应进行,3,用于金属的防护,要保护一个铁制闸门，可用导线将其与一锌块相连，使,锌作原电池的负极，铁制闸门作正极,4,设计制作化学电源,设计原电池时要紧扣构成原电池的条件,(1),首要将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；,(2),根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正,负极材料,(,负极就是失电子的物质，正极用比负极活泼,性差的金属或导电的非金属如石墨,),及电解质溶液,电解质溶液的选择,电解质是使负极放电的物质因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应,(,如空气中的氧气,),但如果两个半反应分别在两个容器中进行,(,中间连接盐桥,),，左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子如在铜,锌,硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有,Zn,2,的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有,Cu,2,的溶液中,电极材料的选择,在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极并且，原电池的电极必须导电电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料,(,也可以是还原性较强的非金属材料如,H,2,、,CH,4,等,),(3),举例,根据以下反应设计的原电池：,原理,负极,正极,电解质溶液,电极反应,2FeCl,3,Cu,=,2FeCl,2,CuCl,2,Cu,石墨,FeCl,3,负极：,Cu,2e,=,Cu,2,正极：,2Fe,3,2e,=,2Fe,2,由于在原电池反应中，电解质可参与反应，也可以不参与反应，因此，设计原电池时，若氧化还原反应无明确的电解质溶液，可用水作电解质，但为了增强其导电性，要加入强碱或一般的强酸以增加水的导电性例如，燃料电池，水中一般要加入,NaOH,或,H,2,SO,4,或,Na,2,SO,4,.,2,把,A,、,B,、,C,、,D,四块金属片浸入稀硫酸中，分别用导线两,两相连可以组成原电池,A,、,B,相连时,A,为负极；,C,、,D,相,连时，电流由,D,C,；,A,、,C,相连时，,C,极上产生大量气泡；,B,、,D,相连时，,D,极发生氧化反应这四种金属的活动顺,序是,(,),A,A,B,C,D,B,A,C,D,B,CC,A,B,D D,B,D,C,A,解析：,A,、,B,相连时,A,为负极，说明,A,比,B,活泼；,C,、,D,相连时，电流由,D,C,，则电子由,C,D,，所以,C,为失去电子的一极，,C,比,D,活泼；,A,、,C,相连时，,C,上产生气泡，即,C,上发生的反应是,2H,2e,=,H,2,，是还原反应，,A,比,C,活泼；,B,、,D,相连时,D,极发生氧化反应，则,D,为负极，四种金属的活动顺序为,ACDB.,答案：,B,3,一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲,醇与氧气作用生成水和二氧化碳该电池负极发生的,反应是,(,),A,CH,3,OH(g),O,2,(g),2e,=H,2,O(l),CO,2,(g),2H,(aq),B,O,2,(g),4H,(aq),4e,=,2H,2,O(l),C,CH,3,OH(g),H,2,O(l),6e,=,CO,2,(g),6H,(aq),D,O,2,(g),2H,2,O(l),4e,=,4OH,解析：,甲醇燃料电池是甲醇在负极上发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应，故,B,、,D,错误；,A,项不是电极反应,答案：,C,例,1,(2009,广东高考,),可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以,NaCl,溶液或,NaOH,溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极下列说法正确的是,(,),A,以,NaCl,溶液或,NaOH,溶液为电解液时，正极反应都为：,O,2,2H,2,O,4e,=,4OH,B,以,NaOH,溶液为电解液时，负极反应为：,Al,3OH,3e,=,Al(OH),3,C,以,NaOH,溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液,的,pH,保持不变,D,电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极,思路点拨,解答本题要注意以下几点：,(1),明确原电池的工作原理,(2),电极产物与电解质溶液能否发生反应,(3),电极产物对电解质溶液的影响,课堂笔记,选,B,项，以,NaOH,为电解液时，不应生成,Al(OH),3,沉淀，而应生成,.C,项，电解液的,pH,应减小,D,项，电子通过外电路从负极流向正极,A,解答该类题目要注意电极产物与电解液之间所发生的反应，全面思维,例,2,(2009,浙江高考,),市场上经常见到的标记为,Liion,的电池,称为,“,锂离子电池,”,它的负极,材料是金属锂和,碳的复合材料,(,碳作为金属锂的载体,),，电解质为一种能,传导,Li,的高分子材料这里锂离子电池的电池反应式,为：,Li,2Li,0.35,NiO,2,2Li,0.85,NiO,2,下列说法不正确的,是,(,),.,A,放电时，负极的电极反应式：,Li,e,=,Li,B,充电时，,Li,0.85,NiO,2,既发生氧化反应又发生还原反应,C,该电池不能用水溶液作为电解质,D,放电过程中,Li,向负极移动,思路点拨,解答本题应注意以下两点：,(1),放电,发生原电池反应；充电,发生电解池反应,(2),准确判断化合价的变化，分析所发生的电极反应,课堂笔记,选,A,项，放电时,Li,为负极，发生氧化反应；,B,项，充电时,Li,0.85,NiO,2,既是氧化剂，又是还原剂；,C,项，用水作电解质，,Li,要与水反应；,D,项，放电时，正极得电子而吸引阳离子,Li,.,D,可充电电池可以认为是原电池与电解池的统一体，当电池放电时为原电池，负极失电子，发生氧化反应，正极得电子，发生还原反应；电池充电时为电解池，阴极与直流电源的负极相连，发生还原反应；阳极与直流电源的正极相连，发生氧化反应,结合科技前沿探究原电池的应用,近几年高考中新型电源的相关考题层出不穷，该类题目主要考查原电池的工作原理，电极名称的判断、电极反应式的书写以及电解液的变化分析等原电池是电化学的灵魂，随着科技的发展，原电池的种类层出不穷，但不管原电池的材料、种类如何变化，其基本原理都不变，也就是,“,万变不离其宗,”,，只要掌握原电池的基本原理，就可以解答各种原电池问题,据,中国环境报,报道，近日，由美国宾夕法尼亚州立大学的科学家洛根率领的一个研发小组宣布，他们研制出一种新型的微生物燃料电池，可以把未经处理的污水转变成干净用水和电源,阅读上述信息，解答下列问题：,(1),洛根设计的电池装置：一个圆柱形的树脂玻璃密闭槽，里面装有8,条阳极石墨棒，它们围绕着一个阴极棒，密闭槽中间以质子交换膜间隔，密闭槽外部以铜线组成闭合电路，用作电子流通的路径工作时，只需要把污水注入反应槽，然后细菌酶就可以将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子和质子,该过程中，释放出的电子通过,_(,填,“,溶液,”,或,“,铜线,”,),流向,_(,填,“,负极,”,或,“,正极,”,),，而质子则流向,_(,填,“,负极,”,或,“,正极,”,),；密闭槽中的质子交换膜的作用是,_,；写出阴极反应式：,_(,提示：阴极反应有氧气参与,),(2),这种燃料电池的燃料是废水中的有机化合物，这些有机化合物在阳极附近被细菌分解，分解的产物除电子和质子外还有,_(,填序号,),a,二氧化碳,b,氢气,c,氧气,d,氮气,(3),这种新型微生物燃料电池最适宜处理的废水是,_,(,填序号,),a,硫酸厂废水,b,畜牧厂的废水,c,电镀厂废水,d,生活污水,【,解析,】,(1),洛根设计的这种微生物燃料电池装置中,“,膜,”,的作用是允许穿过特殊的离子，这种微生物燃料电池装置,的,“,膜,”,是为了让氢离子穿过,；负极附近细菌分解污水中,的有机化合物被氧化，失去的电子沿外电路的导线到达正,极，而氢离子从溶液中,穿过,“,膜,”,到达正极，在,正极电子、氢离子和氧气一起生成水,(2),在阳极附近氧化有机化合物，其产物之一是氢离子，而有机化合物至少应该含有碳元素和氢元素，氢元素转化为氢离子，化合价没有变化，而有机化合物被氧化，碳元素的化合价应该升高，所以产物可以是二氧化碳,(3),这种新型微生物燃料电池的燃料,(,原料,),是有机化合物，所以污水中必须含有机化合物,【,答案,】,(1),铜线正极正极使质子穿过到达正极,O,2,4H,4e,=,2H,2,O,(2)a,(3)bd,1,下列说法正确的是,(,),A,构成原电池正极和负极的材料必须是金属,B,在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极,被还原,C,实验室欲快速制取氢气，可利用粗锌与稀,H,2,SO,4,反应,D,原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能,解析：,构成原电池的材料可以是非金属，如碳棒；电子流出的极为负极，发生氧化反应；粗锌可与稀,H,2,SO,4,构成原电池加速反应的进行；原电池反应后，电极产物仍会具有一定的能量，故原电池不能把物质中的能量全部转化为电能,答案：,C,2,科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池利用细菌,将有机酸转化成氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料,电池发电电池负极反应为,(,),A,H,2,2OH,2e,=,2H,2,O,B,O,2,4H,4e,=,2H,2,O,C,H,2,2e,=,2H,D,O,2,2H,2,O,4e,=,4OH,解析：,原电池负极发生的是氧化反应，可以排除选项,B,、,D,；因为该燃料电池的电解质为磷酸，所以又可以排除选项,A.,答案：,C,3,将纯锌片和纯铜片按如图所示方式插入同浓度的稀硫酸,中一段时间，以下叙述正确的是,(,),A,两烧杯中铜片表面均无气泡产生,B,甲中铜片是正极，乙中铜片是负极,C,两烧杯中溶液的,pH,均增大,D,产生气泡的速率甲比乙慢,解析：,因乙杯中锌片和铜片没有接触，故不能构成原电池，,A,、,B,皆错；因甲烧杯中,Zn,、,Cu,用导线连接后构成原电池，加快了,Zn,的溶解，故,D,错；又因两烧杯中的,Zn,都能与稀,H,2,SO,4,反应产生,H,2,而消耗,H,，故,C,正确,答案：,C,4,电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池,的发明是化学对人类的一项重大贡献，下列有关电池的叙,述正确的是,(,),A,锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细,B,氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能,C,氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化,D,太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅,解析：,碳棒是正极，工作中不会消耗，,A,错误；原电池是将化学能转化为电能的装置，,B,错误；原电池工作时，氢气在负极上失去电子被氧化，,C,正确；,SiO,2,是制造光导纤维的材料，太阳能电池的主要材料是晶体硅，,D,错误,答案：,C,5,依据氧化还原反应：,2Ag,(aq),Cu(s),=,Cu,2,(aq),2Ag(s),设计的原电池如图所示,请回答下列问题：,(1),电极,X,的材料是,_,；电解质溶液,Y,是,_,；,(2),银电极为电池的,_,极，发生的电极反应为,_,；,X,电极上发生的电,极反应为,_,；,(3),外电路中的电子是从,_,电极流向,_,电极,解析：,该题考查原电池的基本原理，根据所给反应的设计要求并结合所给装置可看出：,X,极是,Cu,，,Y,极必须是,AgNO,3,溶液，因为,Cu,比,Ag,活泼，所以,Cu,为负极，,Ag,极为正极，电极反应分别为负极：,Cu,2e,=,Cu,2,，正极：,Ag,e,=,Ag,，在外电路，电子由负极,Cu,流向正极,Ag.,答案：,(1),铜,(,或,Cu),AgNO,3,溶液,(2),正,Ag,e,=,Ag,Cu,2e,=,Cu,2,(3),负,(Cu),正,(Ag),6,ZPower,电池使用锌聚合物作为负极和银纳米颗粒作为正,极，其安全性类似于传统的碱性电池，并且其材料,95%,可回收，该电池的容量比同体积的锂电池高,30%.,银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充、放电,过程可表示为,2Ag,Zn(OH),2,Ag,2,O,Zn,H,2,O.,根,据上述信息回答下列问题：,(1),电池在放电时，作为负极的是,_,，正极上反应式为,_,(2),该电池属于,_,性电池,(,填,“,酸,”,、,“,碱,”,或,“,中,”,),(3),写出充电时的反应式：,阳极,(,负极,),：,_,；,阴极,(,正极,),：,_.,解析：,(1),明确电池放电的过程即发生原电池反应的过程，其电池反应方程式为：,Zn,Ag,2,O,H,2,O,=,2Ag,Zn(OH),2,，被氧化的,Zn,为负极，则,Ag,2,O,为正极,(2),从产物分别为金属氧化物和金属氢氧化物的实际来看，该电池的电解质溶液应为碱性,(3),充电时发生电解池反应，,Ag,为阳极，,Zn(OH),2,为阴极，分别发生氧化反应和还原反应,答案：,(1)Zn,Ag,2,O,H,2,O,2e,=,2Ag,2OH,(2),碱,(3)2Ag,2e,2OH,=,Ag,2,O,H,2,O,Zn(OH),2,2e,=,Zn,2OH,