原电池和化学电源.docx

1、原电池和化学电源原电池和化学电源一、原电池1能量的转化原电池：将_能转变为_能的装置。电能是现代社会应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。2、Cu-Zn原电池工作原理 3、构成原电池的条件（1）有一个自发进行的_反应（2）装置 要有电极材料 电解质溶液 组成闭合回路（外、内）电解质溶液：电解质中阴离子向_极方向移动，阳离子向_极方向移动，阴阳离子定向移动成内电路。 4几种常见的电池电池的评价比能量：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，更适合使用者的需要。(1)一次电池：

2、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_，正极是_，电解质是KOH 负极：_正极：_总反应式：_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)二次电池铅蓄电池放电电极反应：_负极：_正极：_总反应式：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l) 镍一镉碱性蓄电池负极：Cd+2OH2e=Cd(OH)2；正极：2NiO(OH)+2H2O+2e=2Ni(OH)2+2OH 总反应式：Cd +2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2 (3)燃料电

3、池 电池电极反应酸性电解质碱性电解质氢氧燃料电池负极正极总反应甲烷燃料电池负极正极总反应甲醇燃料电池负极正极总反应除氢气外，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。5原电池原理的应用(1)制造各类电池(2)金属的腐蚀与防护(3)判断金属的活泼性(4)加快反应速率例1、某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H，其基本结构见右图，电池总反应可表示为：2H2O22H2O，下列有关说法正确的是A电子通过外电路从b极流向a极Bb极上的电极反

4、应式为：O2+2H2O+4e4OH C每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2 DH+由a极通过固体酸电解质传递到b极 例2、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： O2+2H2O+4e4OH 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3、某燃料电池所用的原料为H2和空气(含一定量的CO2)，电解质为熔融的K2CO3。电池的总反应为：2H2+O2=2H2O，负极反应为：H2+CO32-2e= H2O+CO2。下列说法中正确的是A

5、正极反应为：4OH4e=2H2O+O2 B电池放电时，电解质中CO32-的物质的量将减小C放电时，电解质中CO32向负极移动D电池工作时，电子从正极经外电路流向负极 例4、肼（N2H4）空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，电解质溶液是20%30%的KOH溶液。电池总反应为：N2H4O2N22H2O。下列关于该燃料电池工作时的说法正确的是A负极的电极反应式是：N2H44OH4e4H2ON2 B正极的电极反应式是：O24H4e2H2O C溶液中阴离子向正极移动D溶液中阴离子物质的量基本不变 例5、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

6、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0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g 电解池（一）电解原理和规律电解池 1能量转化：将电能转变为化学能的装置。 电解：电流通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。 电解是最强有力的氧化还原手段。 2电解池的构造和阴阳极的判断 (1)电解池的构造 (2)阴阳极的判断 3、放电顺序：阳极：看_电

7、子能力金属材料作电极时：（根据金属活动性） 金属失电子被氧化成阳离子进入溶液， 阴离子不容易在电极上放电。 用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时： F- 含氧酸根 OH- Cl- Br-I- S2- 阴极: 看_电子能力Na+ Al3+ Fe2+ H+ Cu2+ Fe3+ Ag+ 放电的顺序取决于： 离子的本性、 离子浓度、 电极材料 Na+ Al3+ Fe2+ H+ Cu2+ Fe3+ Ag+ F- 含氧酸根SO42- OH- Cl- Br-I- S2-金属 说明：阴阳离子在两极上放电顺序复杂，与离子性质、溶液浓度、电流强度、电极材料等都有关，不应将放电顺序绝对化，以上仅是一般规律。电解过

8、程中析出的物质的量（或析出物质的质量）：在电解若干串联电解池中的溶液时，各阴极或阳极所通过的电量相等，析出物质的量取决于电路中通过的电量。 电解类型举例电极反应溶液变化溶液复原物质类别实例pH c浓度电解水含氧酸H2SO4 阳极：阴极：强碱NaOH 活泼金属的含氧酸盐Na2SO4 电解电解质无氧酸HCl 阳极：阴极：不活泼金属的无氧酸盐CuCl2 阳极：阴极：溶质和溶剂同时电解活泼金属的无氧酸盐NaCl 阳极：阴极：不活泼金属的含氧酸盐CuSO4阳极：阴极： 总结:1、阳极产物： _2、阴极产物：_阴极：发生_反应的电极。 与电源_相连的电极。阳极：发生_反应的电极。 与电源_相连的电极。放电

9、：离子在电极失去或得到电子，发生_反应的过程 。电解：使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程 。电解池：把电能转变为化学能的装置。分析电解反应的一般思路： 例1用电解质溶液为氢氧化钾水溶液的氢氧燃料电池电解饱和硫酸钠溶液一段时间，假设电解时温度不变且用惰性电极，下列说法不正确的是A当电池负极消耗m g气体时，电解池阴极有m g气体生成B电解池的阳极反应式为：4OH4e2H2O+O2 C反应后，电池中n(KOH)不变；电解池中溶液pH变大D电解后，c(Na2SO4)不变，且溶液中有晶体析出例2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

10、，空气电极为正极。下列说法正确的是ANaCl溶液或NaOH溶液为电解液，正极反应都为 O22H2O4e4OH B以NaOH溶液为电解液时，负极反应为： Al3OH3eAl(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 例3电解2L 4mol/L的NaCl溶液，当电路中通过0.02mol电子时，若不考虑由于电解而引起的溶液体积的变化，则溶液的pH为A2 B7 C11 D12例4Na2SO4和CuSO4的混合溶液1L，硫酸根离子的浓度为2mol/L，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L(标准状况)气

11、体，则原溶液中c(Na+)为A0.5mol/L B1mol/L C1.5mol/L D2mol/L 例5右图为直流电源，为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，为电镀槽。接通电路后发现上的d点显红色。为实现铁上镀锌，接通K后，使c、d两点短路。下列叙述不正确的是Aa为直流电源的负极 Bc极发生的反应为2H+2e=H2 来源:学。科。网Z。X。X。KCf电极为锌板 De极发生还原反应 例6若用右图装置（X、Y是直流电源的两极）分别进行下列各组实验，则下表中所列各项对应关系均正确的一组是 选项电源X极实验前U形管中液体通电后现象或结论A 正极Na2SO4溶液U形管两端滴入酚酞后，a管中呈红色B 正极

12、AgNO3溶液b管中电极反应式是4OH4e2H2OO2 C 负极KCl和CuCl2混合溶液相同条件下，a、b两管中产生的气体总体积可能相等D 负极Fe(OH)3胶体和导电液b管中液体颜色加深 例7取一张用饱和的NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色。则下列说法错误的是 Ab电极是阴极 Ba电极与电源的正极相连C电解过程中水是氧化剂 Db电极附近溶液的pH变小 例8下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g 5.00的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和l00g 10.00的K2SO4

13、溶液。电极均为石墨电极。 (1) 接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4浓度为10.47，乙中c电极质量增加。据此回答问题：电源的N端为_极；电极b上发生的电极反应为_；计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积：_；电极c的质量变化是_g 电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因：甲溶液_；乙溶液_；丙溶液_；(2) 如果电解过程中铜全部析出。此时电解能否继续进行，为什么?_。 电解池（二）电解应用一、氯碱工业目的：电解饱和NaCl溶液，制取NaOH、H2、Cl2 ，并以它们 为原料生产一系列化工产品 技术上必须考虑的问题： 1. NaCl溶液的精制 去除有影响的Ca2+、M

14、g2+、SO42- 2. Cl2对NaOH溶液的影响3. H2与空气、Cl2的安全问题 氯碱工业-阳离子交换膜 阳离子交换膜的特点： 只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体分子通过 作用：（1）阻止了H2、Cl2混合，避免了爆炸；（2）阻止了Cl2与NaOH反应；（3）极大地降低了碱液中NaCl的含量。 二、铜的精炼 目的：火法冶炼得到的铜纯度不够高，不能满足电气工业对铜 的要求(含Cu量99.95%)。为了得到高纯度的铜常采用电解法精炼。 粗铜中的主要杂质：Zn、Fe、Ni、Pb、Au、Ag 、Cu2O 、CuS等 原理：电解质溶液为CuSO4(aq) 阳极(粗铜): Zn-2e-=Zn2+ 、

15、 Fe-2e-=Fe2+、 Ni-2e-=Ni2+ Cu-2e-=Cu2+ Ag、Au掉入阳极附近形成阳极泥 阴极(纯铜):Cu2+2e-=Cu （2个判定） 三、电 镀 阳极镀层金属 Mne-Mn 阴极镀件 Mnne-M 来源:学&科&网Z&X&X&K 电解液：含镀层金属阳离子的盐溶液。 四、电冶金 1、钠的冶炼 原料：NaCl 阴极材料：不锈钢 阳极材料：石墨 电极反应： 阴极：_ 阳极：_ 金属钠的冶炼 2、镁的冶炼 原料：MgCl2 阴极材料：不锈钢 阳极材料：石墨 电极反应： 阴极：_ 阳极：_ 3、铝的冶炼 原料：Al2O3 阴极材料：不锈钢 阳极材料：石墨 阴极：_阳极：_ Al

16、2O3的熔点2045冰晶石_将Al2O3的熔点降低到大约1000 电解食盐水电镀电解精炼铜(含Fe、Ag、Zn) 电冶金(1)阴极室与阳极室应用阳离子交换膜分开，只允许阳离子Na+通过，而阻止阴离子(Cl、OH)和分子Cl2通过，这样既能阻止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。(2)食盐水需经净化，除Mg2+、Ca2+、Fe3+、SO42-等离子。(1)镀件必须作阴极。镀层金属作阳极。(2)用含镀层阳离子的溶液作电镀液。(3)电镀液的浓度保持不变(1)粗铜作阳极，溶解下来。来源:学#科#网Z#X#X#K(2)精铜作阴极。(3)阳极泥包括Ag和A

17、u，电解质溶液中c(Cu2+)会不断减少，应定期的更换电解质溶液，阳极减少Cu的质量小于阴极增加铜的质量。(1)制备金属钠电解熔融的NaCl (2)制备金属铝电解熔融的Al2O3例1、德国人哈伯发明了合成氨技术而获得1918年诺贝尔化学奖，但该方法须在高温高压催化剂条件下，否则难以自发进行。2000年希腊化学家斯佳在科学杂志上公布了他的新发明在常压下把氢气与氮气通入一加热到570的电解池（如图），氢氮在电极上合成氨，而且转化率高于哈伯法的五倍，达到80%。 该电解池采用了能传导某种离子（ H+、 Li+、F-、 O2- ）的固体复合氧化物为电解质（简称SCY），吸附在SCY内外侧表面的金属钯多

18、孔多晶薄膜为电极。写出上文中电解池的阴阳极反应式和电解池总反应式。例2、电解NaCl的饱和溶液，NaClH2O NaClOH2 ， 画出电解装置图： 例3、碘被称为“智力元素”，科学合理地补充碘可防止碘缺乏病。碘酸钾(KIO3)是国家规定的食盐加碘剂，它的晶体为白色，可溶于水。碘酸钾在酸性介质中与过氧化氢或碘化物作用均生成单质碘。以碘为原料，通过电解制备碘酸钾的实验装置如右图所示。 (1)电解前，先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液，溶解时发生反应：3I2+6KOH=5KI+KIO3+3H2O，将该溶液加入阳极区。另将氢氧化钾溶液加入阴极区，电解槽用水冷却。电解时，阳极上发生反应的电极反应式

19、为 ；阴极上观察到的实验现象是 。 (2)电解过程中，为确定电解是否完成，需检验电解液中是否有I-。请设计一个检验电解液中是否有I-的实验方案，并按要求填写下表。要求：所需药品只能从下列试剂中选择，实验仪器及相关用品自选。试剂：淀粉溶液、碘化钾淀粉试纸、过氧化氢溶液、稀硫酸。实验方法实验现象及结论 例4、下列描述中，不符合生产实际的是A电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极 B电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极C电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极D在镀件上电镀锌，用锌作阳极 例5、下列关于铜电极的叙述正确的是A铜锌原电池中铜作负极 B在铁制品上电镀铜时，用铜作阴极C电解饱和食盐水制烧碱时，用铜

20、作阳极 D电解法精炼铜时，粗铜连接电源的正极 例6、以下现象与电化学腐蚀无关的是A黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿B生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈C铁制器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈D银质奖牌长期放置后在其奖牌的表面变暗 电极反应式的书写一、正确书写原电池电极反应式(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：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；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 极反应式，

21、且生成物为 ，若电解液为酸性，则H+必须写入反应式中，生成物为 。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。 总结： 1、负极（失电子、氧化、阳极、阴离子向这运动） 2、电解质（参与反应） 例1根据右图，可判断出下列离子方程式中错误的是 A. 2Ag(s)+Cd2+(aq) = 2Ag+(aq)+Cd(s)B. Co2+(aq)+Cd(s) = Co(s) +Cd2+ (aq) C. 2Ag+(aq)+Cd(s) = 2Ag(s)

22、+Cd2+(aq) D. 2Ag+(aq)+Co(s) = 2Ag(s)+Co2+(aq) 例2右图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是A生铁块中的碳是原电池的正极B红墨水柱两边的液面变为左低右高C两试管中相同的电极反应式是：Fe2eFe2+ Da试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀 例3LiSOCl2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LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li+2SOCl2 = 4LiCl +S +SO2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_，发生的

23、电极反应为_；(2)电池正极发生的电极反应为_；(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是_ _，反应的化学方程式为_；(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是_ _。 例4被称之为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片作为传导体，在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰。水（加入氧化锌）作为电解液。电池总反应为：Zn +2MnO2+H2O=ZnO+2MnO (OH)。下列说法正确的是 来源:学科网ZXXKA该电池的正极为锌 B该电池反应中二氧化锰起催化剂作用 C电池正极反应式为：2MnO22e

24、一2H2O= 2MnO (OH)2OH D当0.lmol Zn完全溶解时，流经电解液的电子个数为1.204l023 例5某新型电池，以NaBH4(B的化合价为+3价)和H2O2作原料， 该电池可用作深水勘探等无空气环境电源，其工作原理如下图所 示。下列说法正确的是Aa极上的电极反应式为：BH4- + 8OH- - 8e- = BO2- + 6H2O Bb极上的电极反应式为：H2O2 + 2e- + 2H+ = 2H2O C每消耗3mol H2O2，转移3mol e- D电池工作时Na+从b极区移向a极区 二、正确书写电解池的电极反应式 1、分析溶液中的阴阳离子 2、根据实验目的或放电顺序写出电

25、极反应 3、考虑电解质溶液看是否调整Na+ Al3+ Fe2+ H+ Cu2+ Fe3+ Ag+ F- 含氧酸根SO42- OH- Cl- Br-I- S2-金属 总结:1、阳极产物： 2、阴极产物： 例6.电解尿素CO(NH2)2的碱性溶液制氢的装置示意图如下图所示（电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）。 电解时，阳极的电极反应式为 。 例7.用惰性电极电解 溶液的装置如右图所示。阳极区放出气体的成分为 。（填化学式） 三、关于充放电问题铅蓄电池放电电极反应：负极：Pb(s)+SO42(aq)2ePbSO4(s)； 正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42(aq)+2ePbSO4(s)+2H2O(l) 总反应式： 充电电极反应：阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)2e=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42(aq)；阴极： 总反