高中化学第27讲 原电池和化学电源Word文档下载推荐.docx

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3．原电池的组成条件

（1）两个活泼性不同的电极（材料可以是金属或导电的非金属），分别发生氧化和还原反应。

原电池中两极活泼性相差越大，电池电动势就越高。

（2）电解质溶液，电解质中阴离子向负极方向移动，阳离子向正极方向移动，阴阳离子定向移动成内电路。

（3）导线将两电极连接，形成闭合回路。

（4）有能自发进行的氧化还原反应。

4．原电池的判断方法

（1）先分析有无外接电池，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池。

（2）多池相连，但无外电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看做电解池。

5．原电池的正负极的判断方法

判断依据

活泼性较强的金属

活泼性较弱的金属或能导电的非金属

电子流出极

电子流入极

电解质溶液中离子定向移动方向

阴离子移向的负极

阳离子移向的正极

发生的反应

反应现象

溶解的极

增重或有气泡放出的极

6．原电池中带电粒子的移动方向

在原电池构成的闭合电路中，有带电粒子的定向移动。

在外电路上电子从负极经导线上流入正极；

在内电路上即在电解质溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极。

具体情况见图：

考点二、原电池原理的应用

1．加快氧化还原反应的速率

例如：

在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。

2．比较金属活动性强弱

有两种金属a和b，用导线连接后插入到稀H2SO4中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。

根据现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性a＞b。

3．用于金属的防护

将要保护的金属设计成原电池的正极，得到保护。

在钢（铁）闸门上连接上锌块，由于锌比铁活泼，可使钢闸门受到保护。

4．原电池的设计

设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。

具体方法是：

（1）首先将已知的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、负极材料及电解质溶液。

①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或其中溶解的物质反应。

②电解质溶液的选择

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），则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—硫酸铜构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。

（3）按要求画出原电池装置图。

考点三、几种常见的电池

（一）电池的评价

比能量：

电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。

比功率：

电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。

质量轻、体积小而输出电能多、功率大、可储存时间长的电池，更适合使用者的需要。

（二）实用电池的特点

（1）能产生比较稳定而且较高电压的电流；

（2）安全、耐用且便于携带，易于维护；

（3）能够适用于各种环境；

（4）便于回收处理，不污染环境或对环境的污染影响较小；

（5）能量转换率高。

（三）几种常见的电池

1、一次电池：

放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。

干电池：

一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动。

碱性锌锰电池

构成：

负极是锌，正极是MnO2，电解质是KOH

负极：

Zn+2OH－－2e－=Zn（OH）2；

正极：

2MnO2+2H2O+2e－=2MnOOH+2OH－

总反应式：

Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn（OH）2

特点：

比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电。

2、二次电池

①铅蓄电池

放电电极反应：

Pb（s）+SO42－（aq）－2e－＝PbSO4（s）；

PbO2（s）+4H+（aq）+SO42－（aq）+2e－＝PbSO4（s）+2H2O（l）

Pb（s）+PbO2（s）+2H2SO4（aq）＝2PbSO4（s）+2H2O（l）

充电电极反应：

阳极：

PbSO4（s）+2H2O（l）－2e－=PbO2（s）+4H+（aq）+SO42－（aq）；

阴极：

PbSO4（s）+2e－=Pb（s）+SO42－（aq）

总反应：

2PbSO4（s）+2H2O（l）=Pb（s）+PbO2（s）+2H2SO4（aq）

总反应方程式：

Pb（s）+PbO2（s）+2H2SO4（aq）2PbSO4（s）+2H2O（l）

说明：

a负极阴极正极阳极

b

电池的正负极分别和电源的正负极相连

c各极的pH变化看各电极反应，电池的pH变化看电池总反应

②镍一镉碱性蓄电池

Cd+2OH－－2e－=Cd（OH）2；

2NiO（OH）+2H2O+2e－=2Ni（OH）2+2OH－

Cd+2NiO（OH）+2H2O2Ni（OH）2+Cd（OH）2

3、燃料电池

电池

反应

酸性电解质

碱性电解质

氢氧燃料电池

2H2－4e－＝4H+

2H2+4OH－－4e－＝4H2O

O2+4H++4e－＝2H2O

O2+2H2O+4e－＝4OH－

总反应

2H2+O2＝2H2O

甲烷燃料电池

CH4+2H2O－8e－=CO2+8H+

CH4+10OH－－8e－=CO32－+7H2O

2O2+8H++8e－＝4H2O

2O2+4H2O+8e－=8OH－

CH4+2O2=CO2+2H2O

CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O

甲醇燃料电池

2CH3OH+2H2O－12e－=2CO2+12H+

2CH3OH+16OH－－12e－=2CO32－+12H2O

3O2+12H++12e－＝6H2O

3O2+6H2O+12e－=12OH－

2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O

2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O

除氢气外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；

除纯氧气外，空气中的氧气也可作氧化剂。

燃料电池的能量转化率高于80％，远高于燃烧过程（仅30％左右），有利于节约能源。

燃料电池有广阔的发展前途。

（四）正确书写电极反应式

（1）列出正、负电极上的反应物质，在等式的两边分别写出反应物和生成物。

（2）标明电子的得失。

（3）使质量守恒。

电极反应式书写时注意：

①负极反应生成物的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。

若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应该写入负极反应式；

②若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则H2O必须写入正极反应式，且生成物为OH－；

若电解液为酸性，则H+必须写入反应式中，生成物为H2O。

③电极反应式的书写必须遵循离子方程式的书写要求。

（4）正负极反应式相加得到电池反应的总的化学方程式。

若能写出总反应式，可以减去较易写出的电极反应式，从而写出较难书写的电极方程式。

注意相加减时电子得失数目要相等。

[技能篇]

类型一：

原电池原理

例1．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是（　　）

A．铜电极上发生氧化反应

B．电池工作一段时间后，甲池的c（SO42－）减小

C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加

D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡

举一反三：

【变式1】用铜片、银片、Cu（NO3）2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3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

①在外电路中，电流由铜电极流向银电极

②正极反应为：

Ag++e-=Ag

③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作

④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同

A.①②B.②③C.②④D.③④

【变式2】将纯锌片和纯铜片按图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

【变式3】右图是一种航天器能量储存系统原理示意图。

下列说法正确的是（）

A．该系统中只存在3种形式的能量转化

B．装置Y中负极的电极反应式为：

C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生

D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化

例2．某同学根据离子反应方程式2Fe3++Fe==3Fe2+来设计原电池。

下列设计方案中可行的是（）

A．电极材料为铁和锌，电解质溶液为FeCl3溶液

B．电极材料为铁和石墨，电解质溶液为Fe（NO3）3溶液

C．电极材料为铁和石墨，电解质溶液为FeCl2溶液

D．电极材料为石墨，电解质溶液为FeCl3溶液

【变式1】依据氧化还原反应：

2Ag+（aq）+Cu（s）==Cu2+（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。

类型二：

金属活动性强弱比较

例3．X、Y、Z、W四块金属分别用导线两两相连浸入稀硫酸中，组成原电池。

X、Y相连时，X为负极；

Z、W相连时，电流方向是W→Z；

X、Z相连时，Z极上产生大量气泡；

W、Y相连时，W极发生氧化反应。

据此判断四种金属的活泼性顺序是（）

A．X＞Z＞W＞YB．Z＞X＞Y＞WC．W＞X＞Y＞ZD．Y＞W＞Z＞X

【变式1】根据下列实验事实：

（1）X+Y2+=X2++Y

（2）Z+2H2O（冷水）=Z（OH）2+H2↑

（3）Z2+离子的氧化性比X2+弱

（4）由Y、W作电极组成的原电池负极反应为：

Y—2e－=Y2+，

由此可知，X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是（）

A．X>

Y>

Z>

WB．Y>

X>

W>

Z

C．Z>

WD．Z>

W

类型三：

干电池

例4．Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2－NH4Cl混合溶液。

（1）该电池的负极材料是