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第 3 节 化学能转化为电能电池,一、原电池,1.概念 把_转化为_的装置。 2.构成条件 (1)有两个_的电极(常见为金属或石墨)。 (2)将电极插入_中。 (3)两电极间构成闭合回路。,化学能,电能,活泼性不同,电解质溶液,3.工作原理 如图是两种Cu-Zn原电池示意图,请填空:,(1)电极:负极为_,正极为_。 (2)电极反应:负极:_,正极:_。 (3)电子移动方向和电流方向:电子从_流出经外电路流入 _;电流从_流出经外电路流入_。 (4)离子的迁移方向:电解质溶液中,阴离子向_迁移,阳离 子向_迁移。 (5)两种装置的比较:装置中还原剂Zn与氧化剂Cu2+直接接触, 易造成能量损耗;装置能避免能量损耗;装置中盐桥的作用 是提供_的通路,导电。,Cu,Zn-2e-=Zn2+,Cu2+2e-=Cu,正极,正极,负极,负极,正极,离子迁移,负极,二、化学电源的种类及其工作原理,1.一次电池(以碱性锌锰干电池为例) 碱性锌锰干电池的工作原理如图:,Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O,MnO2+2H2O+2e-=Mn(OH)2+2OH-,2.二次电池(以铅蓄电池为例),(1)放电时的反应： 负极反应：_； 正极反应： _； 总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。 (2)充电时的反应： 阴极反应：_； 阳极反应：_； 总反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4。,3.燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分为酸性和碱性两种。,2H2-4e-=4H+,2H2+4OH-4e-=4H2O,O2+4H+4e-=2H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-,三、金属的腐蚀与防护,1.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较,原电池,较活泼金属,无,有,2.两类电化学腐蚀的比较(钢铁腐蚀),酸性,弱酸性或中性或碱性,Fe-2e-=Fe2+,2H+2e-=H2,2H2O+O2+4e-=4OH-,3.金属的防护,(1)加防护层:如在金属表面加上耐腐蚀的油漆、搪瓷、陶瓷、 沥青、塑料、橡胶及电镀、喷镀或表面钝化等方法。 (2)电化学防护: 牺牲阳极保护法原电池原理 被保护的金属设备作_,比被保护的金属活泼的金属作_。 阴极电保护法电解原理 被保护的金属设备作_,废铁作_。 (3)改变内部结构,如制成不锈钢等。,正极,负极,阴极,阳极,【思考辨析】 1.原电池的两电极中,较活泼的电极一定为负极。( ) 【分析】不一定,如铝、镁和NaOH溶液构成的原电池,铝作原电池的负极,镁作原电池的正极。 2.(2012江苏高考)Zn具有还原性和导电性,可用作锌锰干电池的负极材料。( ) 【分析】电池的电极应能导电,负极上发生氧化反应。,3.(2012广东高考)碘可用作锂碘电池的材料。该电池反应为2Li(s)+I2(s)=2LiI(s),则碘电极作该电池的负极。( ) 【分析】碘在反应中的化合价降低,发生还原反应,碘作正极。 4.(2011江苏高考)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应。( ) 【分析】铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应。,5.(2012海南高考)锌与稀硫酸反应时,要加大反应速率可滴加 少量硫酸铜。( ) 【分析】反应混合物中加入硫酸铜之后,锌与硫酸铜反应生成铜 单质,生成的铜与锌和稀硫酸形成原电池,从而加快反应速率。 6.(2010天津高考)在入海口的钢铁闸门上装一定数量的铜块 可防止闸门被腐蚀。( ) 【分析】铜和铁组成的原电池,铁作负极被腐蚀。 7.阴极电保护法是将被保护金属接在直流电源的正极。( ) 【分析】接直流电源的正极相当于电解池的阳极,发生氧化反应, 使金属腐蚀得更快。,考点 1 原电池正负极的判断和电极反应式的书写,1.原电池正、负极判断“四角度”,2.电极反应式书写的步骤和规律 (1)一般电极反应式书写的“三步骤”:,(2)复杂电极反应式的书写:,如CH4酸性燃料电池中,电极反应式为 CH4+2O2=CO2+2H2O总反应式 2O2+8H+8e-=4H2O正极反应式 CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+负极反应式,【典例1】(2012福建高考)将如图所示实验装置的K闭合,下列判断正确的是( ),A.Cu电极上发生还原反应 B.电子沿ZnabCu路径流动 C.片刻后甲池中c( )增大 D.片刻后可观察到滤纸b点变红色 【解题指南】解答本题时应明确以下4点: (1)甲和乙装置形成原电池作电源,电解饱和硫酸钠溶液。 (2)原电池的负极和电解池的阳极发生氧化反应。 (3)阴离子分别移向原电池的负极和电解池的阳极。 (4)电子在原电池中由负极移向正极,在电解池中由阳极移向阴极,但是不经过电解质溶液。,【解析】选A。K闭合后,甲和乙装置通过盐桥形成原电池,Zn是 负极,发生氧化反应,Cu是正极,发生还原反应,A选项正确;电子 不经过溶液,B选项错误;在原电池中阴离子由正极移向负极,盐 桥中的Cl-向甲池移动,K+向乙池移动,两池中的c( )均不 变,C选项错误;a是电解池的阴极,电极反应式为2H+2e-= H2,由于H+来自于水的电离,所以H+放电的同时溶液中产生了 OH-,所以滤纸的a点变红,D选项错误。,考点 2 原电池工作原理的“四大应用”,应用一：比较金属的活动性强弱 原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或非金属)作正极。 如有两种金属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，则说明A作负极，B作正极，则可以断定金属活动性AB。,应用二:加快化学反应速率 由于形成了原电池,导致反应速率加快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成Cu-Zn原电池,加快反应进行。 应用三:用于金属的防护 使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁,可用导线将其与一块锌块相连,使锌作原电池的负极。,应用四:设计制作化学电源 设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件。 (1)必须是能自发进行且放热的氧化还原反应。 (2)根据氧化还原关系找出正负极材料(负极就是失电子的物质,正极用比负极活泼性差的金属即可,也可以用石墨)及电解质溶液。 电极材料的选择 在原电池中,选择活泼性较强的金属作为负极;活泼性较弱的金属或非金属作为正极,并且原电池的电极必须导电。一般来说,负极应该跟电解质溶液发生反应。,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(如溶解于溶液中的空气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如在Cu-Zn-硫酸构成的原电池中,负极Zn浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中,而正极Cu浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。,(3)按要求画出原电池装置示意图: 如根据2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+设计原电池:,负极:Cu-2e-=Cu2+, 正极:2Fe3+2e-=2Fe2+。,【典例2】(2013泉州模拟)某校化学兴趣小组进行探究性活 动:将氧化还原反应:2Fe3+2I- 2Fe2+I2,设计成带盐桥的 原电池。提供的试剂:FeCl3溶液,KI溶液;其他用品任选。请回 答下列问题: (1)请画出设计的原电池装置图,并标出电极材料,电极名称及 电解质溶液。,(2)发生氧化反应的电极反应式为_。 (3)反应达到平衡时,外电路导线中 (填“有”或“无”)电流通过。 (4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,当固体全部溶解后,则此时该溶液中电极变为 (填“正”或“负”)极。 【解题指南】解答本题需要掌握以下2个关键点: (1)盐桥原电池的构成条件。 (2)原电池原理。,【解析】(1)先分析氧化还原反应,找出正负极反应,即可确定正负极区的电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极是负极,I-失电子。(3)反应达到平衡时,无电子流动,故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,平衡逆向移动,此时Fe2+失电子,电极变成负极。,答案:(1)如下图,(2)2I-2e-=I2 (3)无 (4)负,【备选考点】原电池、电解池、电镀池的比较,【高考警示】 (1)判断是原电池和电解池的关键是看是否有外加电源,若无外加电源,两个装置串联时,存在自发进行氧化还原反应的装置相当于电源,另一个装置则是电解池。 (2)二次电池的放电过程是原电池,充电过程是电解池。,【典例1】如图,将纯铁棒和石墨棒插入1 L饱和NaCl溶液中。下列说法中正确的是( ),A.将M、N用导线直接相连,在溶液中滴入酚酞试液,C电极周围溶液变红 B.M接电源正极,N接电源负极,当两极产生气体总量为 22.4 mL(标准状况)时,则生成0.001 mol NaOH C.M接电源正极,N接电源负极,将C电极换成Cu电极,电解质溶液换成CuSO4溶液,则可实现在铁上镀铜 D.M接电源正极,N接电源负极,若把烧杯中溶液换成CuSO4溶液,反应一段时间后,烧杯中产生蓝色沉淀,【解析】选A。将M、N用导线直接相连,形成原电池,发生吸氧腐蚀,C电极为正极,电极附近产生大量OH-,溶液显碱性,A项正确;B项中阳极不产生气体,阴极产生气体为H2,总量为 22.4 mL(标准状况)时,电子转移的物质的量为0.002 mol,则应生成0.002 mol NaOH,B项不正确;铁上镀铜时,铁应作阴极,M应接电源负极,C项不正确;M接电源正极,电极反应为Fe-2e- =Fe2+,N接电源负极,电极反应为Cu2+2e-=Cu,反应一段时间后,烧杯中不会产生蓝色沉淀,D项不正确。,【典例2】(2013锦州模拟)下列图示中关于铜电极的连接错误的是( ),【解析】选C。锌比铜的活泼性强,铜为原电池的正极,A正确;电解精炼铜,粗铜作阳极,溶解,铜离子在阴极纯铜上析出,B正确;电镀池中,镀件应作阴极,镀层金属作阳极,C不正确;电解氯化钠溶液,若用铜作电极,只能作阴极,D正确。,
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