精品文档,欢迎下载
如果你喜欢这份文档,欢迎下载,另祝您成绩进步,学习愉快!
原电池 化学电源
【名师预测】
纵观近几年的高考试题发现,对本专题的考查主要围绕着原电池工作原理及应用进行命题。往往以新型能源电池或燃料电池为载体,考查电极的判断、电极反应的书写、电子或电流的方向、溶液pH的变化或计算,或应用电化学原理解释某些化学现象等。本节主要以选择题、填空题形式出现。常综合学科内知识进行考查,如联系“化学实验现象的判断和分析、定量实验的操作要求、离子方程式的书写、氧化还原反应问题分析、化学计算”等。还可以与新科学及新技术如新型电池等问题相联系考查。 【知识精讲】 一、体系构建
二、原电池的工作原理及应用 1.概念和反应本质
原电池是把化学能转化为电能的装置,其反应本质是氧化还原反应。 2.构成条件
(1)一看反应:看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。
(2)二看两电极:一般是活泼性不同的两电极。 (3)三看是否形成闭合回路,形成闭合回路需三个条件: ①电解质溶液;
1
②两电极直接或间接接触; ③两电极插入电解质溶液中。 3.工作原理 以锌铜原电池为例
(1)反应原理
电极名称 电极材料 电极反应 反应类型 电子流向 盐桥中离子移向
(2)盐桥的组成和作用
①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。
②盐桥的作用:a.连接内电路,形成闭合回路;b.平衡电荷,使原电池不断产生电流。 4.原电池原理的应用
(1)比较金属的活动性强弱:原电池中,负极一般是活动性较强的金属,正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。
(2)加快化学反应速率:氧化还原反应形成原电池时,反应速率加快。 (3)用于金属的防护:将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。 (4)设计制作化学电源
①首先将氧化还原反应分成两个半反应。
②根据原电池的工作原理,结合两个半反应,选择正、负电极材料以及电解质溶液。 三、常见化学电源及工作原理
(一)一次电池:只能使用一次,不能充电复原继续使用
2
负极 锌片 Zn-2e===Zn 氧化反应 -2+2+正极 铜片 Cu+2e===Cu 还原反应 -由Zn片沿导线流向Cu片 盐桥含饱和KCl溶液,K移向正极,Cl移向负极 +-1.碱性锌锰干电池
总反应:Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH+Zn(OH)2。
负极材料:Zn。
电极反应:Zn+2OH-2e===Zn(OH)2。 正极材料:碳棒。
电极反应:2MnO2+2H2O+2e===2MnOOH+2OH。 2.纽扣式锌银电池
总反应:Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。
-
-
-
-
电解质是KOH。 负极材料:Zn。
电极反应:Zn+2OH-2e===Zn(OH)2。 正极材料:Ag2O。
电极反应:Ag2O+H2O+2e===2Ag+2OH。 3.锂电池
Li-SOCl2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LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为8Li+3SOCl2===6LiCl+Li2SO3+2S。
(1)负极材料为________,电极反应为_________________________________________。 (2)正极的电极反应为_______________________________________________________。 答案 (1)锂 8Li-8e===8Li (2)3SOCl2+8e===2S+SO3+6Cl
(二)二次电池:放电后能充电复原继续使用 1.铅蓄电池总反应:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
-
2-
-
-
+
-
-
-
-
2PbSO4(s)+2H2O(l)
3
(1)放电时——原电池
负极反应:Pb(s)+SO4(aq)-2e===PbSO4(s);
正极反应:PbO2(s)+4H(aq)+SO4(aq)+2e===PbSO4(s)+2H2O(l)。 (2)充电时——电解池
阴极反应:PbSO4(s)+2e===Pb(s)+SO4(aq);
阳极反应:PbSO4(s)+2H2O(l)-2e===PbO2(s)+4H(aq)+SO4(aq)。 2.图解二次电池的充放电
-
+
2-
-
2-
+
2-
-
2-
-
3.二次电池的充放电规律
(1)充电时电极的连接:充电的目的是使电池恢复其供电能力,因此负极应与电源的负极相连以获得电子,可简记为负接负后作阴极,正接正后作阳极。
(2)工作时的电极反应式:同一电极上的电极反应式,在充电与放电时,形式上恰好是相反的;同一电极周围的溶液,充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。 (三)“高效、环境友好”的燃料电池
1.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。
种类 负极反应式 正极反应式 电池总反应式 备注
2.解答燃料电池题目的思维模型
酸性 2H2-4e===4H O2+4e+4H===2H2O -+-+碱性 2H2+4OH-4e===4H2O O2+2H2O+4e===4OH ----2H2+O2===2H2O 燃料电池的电极不参与反应,有很强的催化活性,起导电作用 4
3.解答燃料电池题目的几个关键点
(1)要注意介质是什么?是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 (2)通入负极的物质为燃料,通入正极的物质为氧气。
(3)通过介质中离子的移动方向,可判断电池的正负极,同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。 【典题精练】
考点1、考查原电池的工作原理
例1.下列有关原电池的说法中正确的是( ) A.在内电路中,电子由正极流向负极
B.在原电池中,一定是相对较活泼的金属作负极,不活泼的金属作正极 C.原电池工作时,正极表面一定有气泡产生 D.原电池工作时,可能会伴随着热能变化
解析:A项,内电路中不存在电子的移动;B项,若是由铝、镁、氢氧化钠溶液构成的原电池,则负极是铝;C项,若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池,则正极表面析出铜,没有气泡产生。 答案:D
误区警示:规避原电池工作原理的3个失分点
(1)原电池闭合回路的形成有多种方式,可以是导线连接两个电极,也可以是两电极相接触。 (2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动,与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。
(3)无论在原电池还是在电解池中,电子均不能通过电解质溶液。 考点2、考查原电池正负极的判断及电极反应式的书写
例2.分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( )
A.①②中Mg作负极,③④中Fe作负极
5