高三第一轮复习第六章电化学

电化学

知识梳理：

一、原电池

原电池是将化学能转化为电能的装置

1.原电池原理

①、原电池：将化学能转变成电能的装置

②、形成条件：①活动性不同的两电极（连接）；②电解质溶液（插入其中并与电极自发反应）；③电极形成闭合电路④能自发的发生氧化还原反应

③、电极名称：

负极：较活泼的金属（电子流出的一极）

正极：较不活泼的金属或能导电的非金属（电子流入的一极）

④、电极反应：

负极：氧化反应，金属失电子

正极：还原反应，溶液中的阳离子得电子或氧气得电子（吸氧腐蚀）

⑤、电子流向：由负极沿导线流向正极

锌-铜电池，负极-Zn，正极-Cu。

负极：Zn-2e-=Zn2+，电解质溶液——稀硫酸。

正极：2H++2e-=H2↑

总反应：2H++Zn=H2↑+Zn2+

注意：如果在铜锌的导线中加一个电流计，电流计指针会发生偏转。随时间的延续，电流计指针的偏转角度逐渐减小。

⑥盐桥的作用：盐桥起到了使整个装置构成通路的作用

例如:铜锌原电池中用到了盐桥

现象:

⑴、检流计指针偏转，说明有电流通过。反应一段时间后，称重表

明，Zn棒减轻，Cu棒增重。

⑵、取出盐桥，检流计指针归零，重新放入盐桥，指针又发生偏转，

说明盐桥起到了使整个装置构成通路的作用。盐桥是装有饱和KCl琼脂溶胶的U形管，溶液不致流出来，但离子则可以在其中自由移动。

⑦原电池的本质：氧化还原反应

2.化学电源

化学电源又称电池，是一种能将化学能直接转变成电能的装置，它通过化学反应，消耗某种化学物质，输出电能。它包括一次电池、二次电池和燃料电池等几大类。

判断一种电池的优劣或是否符合某种需要，主要看这种电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少（比能量，单位是（W·h）/kg, （W·h）/L）,或者输出功率的大小（比功率，W/kg,W/L）以及电池的可储存时间的长短。除特殊情况外，质量轻、体积小而输出点能多、功率大、可储存时间长的电池，更适合使用者的需要。

（1）一次电池

一次电池的活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度，就不能使用了。一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池。常用的有普通的锌锰干电池、碱性锌锰电池、锌汞电池、镁锰干电池等。

例如；碱性锌锰干电池

负极： Zn ＋ 2OH——2e—＝Zn（OH）2

正极：2MnO2＋ 2H2O ＋2e—＝2MnO(OH) ＋ 2OH—

总反应：Zn ＋2MnO2＋ 2H2O＝2MnO(OH) ＋Zn（OH）2

银一锌电池

电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的，它们所用的电池体积很小，有“纽扣”电池之称。它们的电极材料是Ag2O和Zn，所以叫银一锌电池。电极反应和电池反应是：

负极： Zn＋2OH－—2e—＝Zn(OH)2

正极：Ag2O＋H2O＋2e—＝2Ag＋2OH－

总反应： Zn＋Ag2O＋H2O＝Zn(OH)2＋2Ag

利用上述化学反应也可以制作大电流的电池，它具有质量轻、体积小等优点。这类电池已用于宇航、火箭、潜艇等方面。

锂－二氧化锰非水电解质电池

以锂为负极的非水电解质电池有几十种，其中性能最好、最有发展前途的是锂一二氧化锰非水电解质电池，这种电池以片状金属及为负极，电解活性MnO2作正极，高氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂作为电解质溶液，以聚丙烯为隔膜，电极反应为：

负极反应：Li＝Li＋＋e

正极反应：MnO2＋Li＋＋e＝LiMnO2

总反应：Li＋MnO2＝LiMnO2

该种电池的电动势为 2.69V，重量轻、体积小、电压高、比能量大，充电1000次后仍能维持其能力的90％，贮存性能好，已广泛用于电子计算机、手机、无线电设备等。

（2）二次电池

二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。这类电池可以多次重复使用。铅蓄电池是最常见的二次电池，它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb，电介质是H2SO4 .

铅蓄电池放电的电极反应如下：

负极：Pb（s）＋SO42－（aq）－2e－＝PbSO4（s）（氧化反应）

正极：PbO2（s）＋SO42－（aq）十4H＋（aq）＋2e－＝PbSO4（s）＋2H2O (l)（还原反应）

总反应：Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）＝2PbSO4（s）十2H2O (l)

铅蓄电池充电的反应是上述反应的逆过程：

阴极：PbSO4（s）＋2e－＝Pb（s）＋SO42－（aq）（还原反应）

阳极：PbSO4（s）＋2H2O (l) －2e－＝PbO2（s）＋SO42－（aq）十4H＋（aq）（氧化反应）

总反应：2PbSO4（s）十2H2O (l) ＝Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）

可以把上述反应写成一个可逆反应方程式：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）2PbSO4（s）十2H2O (l) （3）燃料电池

燃料电池是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。燃料电池的电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。它工作时，燃料和氧

化剂连续的由外部供给，在电极上不断的进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断的提供电能。

⑴氢氧燃料电池以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂做电极，使用酸性电解质。它的的工作原理：

负极：2H2 － 4e－＝ 4H＋

正极：O2十4H＋（aq）＋4e－＝2H2O

总反应：2H2十O2＝2H2O

⑵以碱性氢氧燃料电池为例，它的燃料极常用多孔性金属镍，用它来吸附氢气。空气极常用多孔性金属银，用它吸附空气。电解质则由浸有KOH溶液的多孔性塑料制成，其电极反应为：

负极反应：2H2＋4OH－＝4H2O＋4e －

正极反应：O2＋2H2O＋4e －＝4OH－

总反应：2H2＋O2＝2H2O

除氢气以外，烃、肼、甲醇、氨等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧外，空气中的氧气也可以做氧化剂。

(3)甲烷燃料电池（KOH做电解质）用金属铂片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷(燃料)和氧气(氧化剂)。电极反应式为：

负极：CH4＋10OH－－8e-＝CO32-＋7H2O；

正极：4H2O＋2O2＋8e-＝8OH-。

电池总反应式为：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O

知识拓展：海洋电池

1991年，我国首创以铝－空气－海水为能源的新型电池，称之为海洋电池。它是一种无污染、长效、稳定可靠的电源。海洋电池彻底改变了以往海上航标灯两种供电方式：一是一次性电池，如锌锰电池、锌银电池、锌空（气）电池等。这些电池体积大，电能低，价格高。二是先充电后给电的二次性电源，如铅蓄电池，镍镉电池等。这种电池要定期充电，工作量大，费用高。

海洋电池，是以铝合金为电池负极，金属（Pt、Fe）网为正极，用取之不尽的海水为电解质溶液，它靠海水中的溶解氧与铝反应产生电能的。我们知道，海水中只含有0.5%的溶解氧，为获得这部分氧，科学家把正极制成仿鱼鳃的网状结构，以增大表面积，吸收海水中的微量溶解氧。这些氧在海水电解液作用下与铝反应，源源不断地产生电能。两极反应为：

负极：（Al）：4Al－12e－＝4Al3＋

正极：（Pt或Fe等）：3O2＋6H2O十12e－＝12OH－

总反应式：4Al＋3O2十6H2O＝4Al(OH)3↓

海洋电池本身不含电解质溶液和正极活性物质，不放入海洋时，铝电极就不会在空气中被氧化，可以长期储存。用时，把电池放入海水中，便可供电，其能量比干电池高20～50倍。

电池设计使用周期可长达一年以上，避免经常交换电池的麻烦。即使更换，也只是换一块铝板，铝板的大小，可根据实际需要而定。

海洋电池没有怕压部件，在海洋下任何深度都可以正常了作。海洋电池，以海水为电解质溶液，不存在污染，是海洋用电设施的能源新秀。

3.电极方程式的书写

⑴一般电极方程式的书写：