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1、專題1 第二單元 化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化 第一節(jié) 原電池 化學(xué)電源
一、原電池
1.概念: 把________轉(zhuǎn)化為_____的裝置。
2.構(gòu)成條件
⑴要有活潑性不同的兩個 ??;⑵要有 溶液;
⑶兩電極浸入 中且用導(dǎo)線連接起來組成 ??;
⑷能自發(fā)的發(fā)生 ?。ㄐ纬稍姵氐那疤幔?。
3.鋅銅原電池工作原理
在如圖所示:Zn為____極,Cu為____極;負(fù)極上發(fā)生________反應(yīng),電極反應(yīng)式為____________________,正極上發(fā)生________反應(yīng),電極反應(yīng)式為__________________________;電
2、子流出的極是______極,電子流入的極是________極;電流方向______________________。鹽橋中的鹽溶液是飽和KCl溶液,其作用為提供定向移動的陰、陽離子。鹽橋中的Cl-會移向ZnSO4溶液,K+移向CuSO4溶液,使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持電中性。該原電池工作一段時間后,兩電極的質(zhì)量變化情況:___________________________________。
4. 原電池的工作原理和電子流向可用下列圖示表示:
5.原電池正、負(fù)極的判斷正、負(fù)極的判斷 6.電極反應(yīng)式的書寫
(1)一般電極反應(yīng)式的書寫
(2)復(fù)雜電極反
3、應(yīng)式的書寫 (如燃料電池)
=—
7.注意:(1)電極材料有時并不一定是金屬(如石墨碳棒),有時還可以是相同的金屬(如金屬鉑),但電極反應(yīng)一定是氧化還原反應(yīng)。如:氫氧燃料電池。
(2)負(fù)極與電解質(zhì)溶液的溶質(zhì)不一定要求發(fā)生反應(yīng),但負(fù)極上一定有物質(zhì)失去電子變成陽離子或消耗陰離子。
(3)判斷電極時,不能簡單地依據(jù)金屬的活潑性來判斷,要看反應(yīng)的具體情況,如:a.Al在強(qiáng)堿性溶液中比Mg更易失電子,Al作負(fù)極,Mg作正極;b.Fe、Al在濃HNO3中鈍化后,比Cu等金屬更難失電子,Cu等金屬作負(fù)極,F(xiàn)e、Al作正極。
例1.下列關(guān)于原電池的敘述中,錯誤的是( )。
A.構(gòu)成原電
4、池的正極和負(fù)極必須是兩種不同的金屬 B.原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置
C.在原電池中,電子流出的一極是負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng)
D.原電池放電時,電流的方向是從正極到負(fù)極
例2.有A、B、C、D四種金屬。將A與B用導(dǎo)線連接起來,浸入電解質(zhì)溶液中,B為正極。將A、D分別投入等濃度鹽酸中,D比A反應(yīng)劇烈。將銅浸入B的鹽溶液里,無明顯變化。如果把銅浸入C的鹽溶液里,有金屬C析出。據(jù)此判斷它們的活動性由強(qiáng)到弱的順序是 ( )?
A.D>C>A>B B.D>A>B>C C.D>B>A>C D.B>A>D>C
例3. 對于由鋅、銅和稀硫酸組成的原電池裝置中,當(dāng)導(dǎo)線中有1 m
5、ol電子通過時,理論上的兩極變化是( )?! 、黉\片溶解了32.5g ②鋅片增重32.5g ③銅片上析出lg H2 ④銅片上析出1mol H2
A.①和③ B.①和④ C.②和③ D.②和④
例4.有關(guān)電化學(xué)知識的描述正確的是( )
A.CaO+H2O===Ca(OH)2,可以放出大量的熱,故可把該反應(yīng)設(shè)計成原電池,把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
B.某原電池反應(yīng)為Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2Ag,裝置中的鹽橋中可以是由KCl飽和溶液制得的瓊膠
C.因為鐵的活動性強(qiáng)于銅,所以將鐵、銅用導(dǎo)線連接后放入濃硝酸中,若能組成原電池,必是鐵作負(fù)極,銅作正極D.理論上說,任何
6、能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)都可被設(shè)計成原電池
二、化學(xué)電源
1.一次電池(堿性鋅錳干電池)
2.二次電池(可充電電池)
鉛蓄電池是最常見的二次電池,負(fù)極材料是____,正極材料是______。
(1)放電時的反應(yīng)
①負(fù)極反應(yīng):Pb(s)+SO42- (aq)-2e-===PbSO4(s)
②正極反應(yīng):PbO2(s)+4H+(aq)+SO42- (aq) +2e-===PbSO4(s)+2H2O(l)
③電池總反應(yīng):Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)+2H2O(l)
(2)充電時的反應(yīng)
①陰極反應(yīng):PbSO4(s)+
7、2e-===Pb(s)+SO42- (aq)
②陽極反應(yīng):PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-===PbO2(s)+4H+(aq)+SO42- (aq)
③電池總反應(yīng):2PbSO4(s)+2H2O(l)===Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
3.燃料電池
(1)氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池,可分酸性和堿性兩種。
(2)
總結(jié):燃料電池中,O2作正極,可燃物作負(fù)極,酸性電池不能出現(xiàn)氫氧根,堿性不能出現(xiàn)氫離子。重點記正極,負(fù)極由總反應(yīng)—正極。
例5:
A.放電時,負(fù)極的電極反應(yīng)式:Li-e-===
8、Li+ B.充電時,Li0.85NiO2既發(fā)生氧化反應(yīng)又發(fā)生還原反應(yīng)
C.該電池不能用水溶液作為電解質(zhì) D.放電過程中Li+向負(fù)極移動
例6.(2009年高考江蘇卷)以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。關(guān)于該電池的敘述正確的是( )
A.該電池能夠在高溫下工作
B.電池的負(fù)極反應(yīng)為:C6H12O6+6H2O-24e-===6CO2↑+24H+
C.放電過程中,H+從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移
D.在電池反應(yīng)中,每消耗1 mol氧氣,理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣體 L
三、原電池原理的應(yīng)用
1.加快氧化還原反應(yīng)的速率
一個自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),設(shè)計成原電池時反
9、應(yīng)速率增大。例如,在Zn與稀H2SO4反應(yīng)時加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反應(yīng)速率加快。
2.比較金屬活動性強(qiáng)弱
兩種金屬分別作原電池的兩極時,一般作負(fù)極的金屬比作正極的金屬活潑。
3.用于金屬的防護(hù)
使被保護(hù)的金屬制品作原電池正極而得到保護(hù)。例如,要保護(hù)一個鐵制的輸水管道或鋼鐵橋梁等,可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連,使鋅作原電池的負(fù)極。
4.設(shè)計制作化學(xué)電源
(1)首先將已知的氧化還原反應(yīng)拆分為兩個半反應(yīng);
(2)根據(jù)原電池的電極反應(yīng)特點,結(jié)合兩個半反應(yīng)找出正、負(fù)極材料及電解質(zhì)溶液。
①電極材料的選擇
在普通原電池中,較活潑的電極作負(fù)極;電池中的負(fù)極能夠與電解質(zhì)溶液或其中
10、溶解的物質(zhì)反應(yīng)。
②電解質(zhì)溶液的選擇
A.電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng),或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)(如空氣中的氧氣)。
B.如果兩個半反應(yīng)分別在兩個容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋),則左右兩個容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)選擇與電極材料相同的陽離子溶液。如在銅—鋅—硫酸銅構(gòu)成的原電池中,負(fù)極金屬鋅浸泡在含有Zn2+的電解質(zhì)溶液中,而正極銅浸泡在含有Cu2+的電解質(zhì)溶液中。
【特別提醒】 應(yīng)用原電池原理可以設(shè)計任一自發(fā)的氧化還原反應(yīng)的電池,但有的電流相當(dāng)微弱。同時要注意電解質(zhì)溶液不一定參與反應(yīng),如燃料電池,水中一般要加入NaOH、H2SO4或Na2SO4等。
例7.根據(jù)下列
11、反應(yīng)設(shè)計一個原電池:2FeCl3+Fe===3FeCl2。
要求:(1)畫出此原電池的裝置圖。(2)注明原電池的正、負(fù)極和外電路中電子的流向。
(3)寫出兩電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式。
例8.實驗室準(zhǔn)備較快地制取氫氣,可采用的方法是( )
A.用純鋅與稀H2SO4溶液 B.用純鋅與濃醋酸溶液
C.用粗鋅與硝酸溶液 D.用在CuSO4溶液中浸泡過的鋅與稀H2SO4溶液反應(yīng)
例9.根據(jù)下圖,下列判斷中正確的是( )
A.燒杯a中的溶液pH降低 B.燒杯b中發(fā)生氧化反應(yīng)
C.燒杯a中發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-===H2↑
D.燒杯b中發(fā)生的反
12、應(yīng)為2Cl--2e-===Cl2↑
例10.如圖所示裝置中,觀察到電流計指針偏轉(zhuǎn);M棒變粗;N棒變細(xì),由此判斷表中所列M、N、P物質(zhì),其中可以成立的是( )
M
N
P
A
Zn
Cu
稀H2SO4溶液
B
Cu
Fe
稀HCl溶液
C
Ag
Zn
AgNO3溶液
D
Zn
Fe
Fe(NO3)3溶液
1.關(guān)于原電池的說法,正確的是( )
A.在正極上發(fā)生氧化反應(yīng) B.某電極上有氧氣產(chǎn)生,則此電極為正極
C.在外電路電子流出的為正極 D.在負(fù)極上發(fā)生還原反應(yīng)
2.某學(xué)生設(shè)計一水果電池:他把一鐵釘和碳棒用導(dǎo)線連接好,然后將鐵釘和碳棒平行
13、插入一新鮮西紅柿中,再在導(dǎo)線中接一個靈敏電流表。據(jù)此下列敘述正確的是( )
A.電流表指針不會發(fā)生偏轉(zhuǎn) B.金屬鐵會被腐蝕
C.碳棒作負(fù)極 D.鐵表面有氣體逸出
3.下列事實不能用原電池原理解釋的是( )
A.輪船吃水線以下的船殼上裝有一定數(shù)量的鋅塊 B.鋁片不用特殊方法保存
C.純鋅與稀硫酸反應(yīng)時,滴入少量硫酸銅溶液后反應(yīng)速率加快 D.鍍鋅鐵比鍍錫鐵更耐用
4.(2013年惠州學(xué)業(yè)水平考試模擬)人造衛(wèi)星使用的一種高能電池——銀鋅蓄電池,其電池的電極反應(yīng)式為Zn+2OH-+2e-===ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2O
14、H-。判斷Ag2O是( )
A.負(fù)極,被氧化 B.正極,被還原 C.負(fù)極,被還原 D.正極,被氧化
5.下面是四個化學(xué)反應(yīng),你認(rèn)為理論上不能用于設(shè)計原電池的化學(xué)反應(yīng)是( )
A.2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑ B.2H2+O22H2O
C.Mg3N2+6H2O===3Mg(OH)2↓+2NH3↑ D.CH4+2O2CO2+2H2O
6.為充分利用海洋資源,研究人員發(fā)明海水電池,這種電池能利用淡水與海水之間含鹽量差別進(jìn)行發(fā)電,在海水中電池總反應(yīng)可表示為:5MnO2+2Ag+2NaCl= Na2Mn5O10 + 2AgCl下列說法錯誤
15、的是
A.負(fù)極反應(yīng)式: Ag+Cl- -e- = AgCl B.每生成1 mol Na2Mn5O10轉(zhuǎn)移2 mol電子
C.Cl―不斷向電池的正極移動 D.Na2Mn5O10是還原產(chǎn)物
7.A、B、C、D四種金屬按下表中的裝置圖進(jìn)行實驗。
裝置
現(xiàn)象
二價金屬A不斷溶解
C的質(zhì)量增加
A上有氣泡產(chǎn)生
根據(jù)實驗現(xiàn)象回答下列問題:
(1)裝置甲中負(fù)極的電極反應(yīng)是________________ 。
(2)裝置乙中正極的電極反應(yīng)是___________________。
(3)裝置丙中溶液的pH________(填“變大”、“變小”或“不變
16、)。
(4)四種金屬活動性由強(qiáng)到弱的順序是_________________________________。
8.在由銅片、鋅片和200 mL稀硫酸組成的原電池中,在銅片上放出氣體的體積為3.36 L時(標(biāo)準(zhǔn)狀況)硫酸恰好用完。試求:
(1)產(chǎn)生這些氣體消耗鋅的質(zhì)量為________g。(2)產(chǎn)生這些氣體通過導(dǎo)線的電子的數(shù)目為________。
(3)原稀硫酸的物質(zhì)的量濃度為________。
9.鋁-空氣海水電池:以鋁板為負(fù)極,鉑網(wǎng)為正極,海水為電解質(zhì)溶液,空氣中的氧氣與鋁反應(yīng)產(chǎn)生電流。電池總反應(yīng)為4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3
負(fù)極:____________________; 正極:_____________________。
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