2013-2014学年高中化学选修四第二单元 原电池的工作原理 化学电源

原电池工作原理
【问题导引】 1.如何判断原电池的正、负极? 2.原电池工作过程中,如何形成闭合回路?
【疑难剖析】 1.正、负极的判断
2.原电池工作原理
(1)在原电池中,不一定是较 活泼的金属一定作负极,而要看谁能与电解 质溶液反应。 Mg—Al—H2SO4 溶液,Mg 作负 如 极;Mg—Al—NaOH 溶液,Al 作负极;Fe—Cu— 浓 HNO3,Fe 钝化,而 Cu 作负极。 (2)形成闭合回路的方式有多种,可以是导 线连接两个电极,也可以是两电极接触。 (3)盐桥的作用:①平衡电荷,保持溶液的电 中性;②构成闭合回路。
-
4H2O。 4OH 。
-
电池反应为 2H2+O2
2H2O。
由这个例子可以看出,燃料电池是通过燃料 与氧化剂分别在两个电极上发生电极反应, 将化学能转化为电能的。
原电池原理的应用
1.加快氧化还原反应的速率。 例如:在锌与稀 H2SO4 反应时加入少量 CuSO4 溶液能使产生 H2 的速率加快。 2.寻求和制造干电池和蓄电池等化学 电源。 3.比较金属活动性强弱。
+ -
生成水。电极反应式要根据电 荷守恒、质量守恒、电子守恒 等加以配平。
两式加 验总式 ——两电极反应式相加,与总反应 式对照验证。 (2)复杂电极反应式的书写 复杂电极反应式=总反应式-较简单一极的 电极反应式 如 CH4 酸性燃料电池中
总反应式 CH4+2O2
+
CO2+2H2O
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正极反应式 2O2+8H +8e
4.有 A、B、C、D 四种金属,将 A 与 B 用导线连接 起来,浸入电解质溶液中,B 不易腐蚀。将 A、D 分 别投入等物质的量浓度的盐酸中,D 比 A 反应剧 烈。将铜浸入 B 的盐溶液里,无明显变化,如果把 铜浸入 C 的盐溶液里,有金属 C 析出。 据此判断它 们的活动性由强到弱的顺序是 。 指津:根据原电池原理:活泼金属作负极,被腐蚀, 所以 A、B 中活泼性 A>B;A、D 与等浓度盐酸反应 时 D 比 A 剧烈,所以 D>A;铜与 B 的盐溶液不反应, 而与 C 反应臵换出 C,说明活泼性 B>C。即金属的 活动性顺序为 D>A>B>C。 答案:D>A>B>C
如图所示:
实验现象:①有盐桥时电流计指针偏转。 ②锌片:溶解。 ③铜片:有物质析出。 ④取出盐桥后,电流计指针不偏转。 (2)原理:①锌半电池:锌原子失去电子, 发生氧化反应。 锌为负极,即电子流出(填 “流出”或“流入”)极,电极反应式 为:Zn-2e
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Zn 。
2+
②铜半电池:Cu 从铜片上得到电子,发 生还原反应。铜为正极,即电子流入(填 “流出”或“流入”)极,电极反应式 为:Cu +2e
【思考 1】 在原电池中,盐桥中的阴、 阳离子 是如何移动的?为什么? 答案:以铜锌原电池为例,负极 Zn 失电子生 成 Zn 进入左池,因此左池中离子所带的正电 荷增多,我们知道电解质溶液是保持电中性 的,因此盐桥中的阴离子向左移动即向负极 移动,同样道理,盐桥中的阳离子向右移动即 向正极移动。
2+
正极 负极 电解质溶液
解析:电池反应 Zn+Cu 为 Zn-2e
2+
2+
Zn +Cu 可分解
2+ -
2+
Zn (氧化反应),Cu +2e
Cu(还原反应),发生氧化反应的一极 为原电池的负极,发生还原反应的一极为 原电池的正极,因此负极材料只能是 Zn。 正极为 Cu 得电子还原成铜,电解质应为 可溶性铜盐,正极材料为活泼性比 Zn 弱的 Cu、Fe(或 C、Pt)等。
3.下列关于化学电源的叙述错误的是( D ) A.干电池根据电池内的电解质分为酸性电池和 碱性电池 B.干电池中碳棒为正极 C.铅蓄电池是可充电电池 D.铅蓄电池中的 PbO2 为负极 指津:铅蓄电池工作时 PbO2→PbSO4,铅元素化 合价由+4 价降为+2 价,被还原,故 PbO2 为正极。
【思考 2】 (1)铅蓄电池在放电过程中,电解质 溶液的 pH 如何变化? (2)燃料电池和其他类型的化学电源的构造有 什么不同? 答案:(1)由铅蓄电池放电时的电池反应可得 知,放电过程中要消耗硫酸,因此电解质溶液 的 pH 增大。 (2)其他化学电源的反应物是贮存在电池内部 的,而燃料电池的反应物是在电池工作过程中 从外部通入的,电池本身只是个反应装臵。
化学能与电能的 转化
第一课时 原电池的工作原理 化学 电源
[情景导入]
格林太太是位开朗、活泼的妇女。当她开 怀大笑的时候,人们发现她一口整齐洁白的牙 齿中镶有两颗假牙:其中一颗是黄金的——这 是她富有的标志;另一颗是不锈钢的——这是 一次车祸后留下的痕迹。令人百思不解的是, 自从车祸以后,格林太太经常头痛、 夜间失眠、 心情烦躁„„看了几次医生,格林太太的病情
-
2Ag+2OH ; Zn(OH)2; 2Ag+Zn(OH)2。
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电池反应:Zn+Ag2O+H2O
(2)二次电池(铅蓄电池) 铅蓄电池是一种二次电池,用途极广,电 动车、汽车、发电站等都用到它。铅蓄电 池的性能优良,价格便宜,可多次充放电。 放电时,二氧化铅电极上发生还原反应, 铅电极上发生氧化反应,电池反应为 Pb+PbO2+4H + 2SO
2+ -
2+
Cu。
③电子移动方向:负极(Zn)→正极(Cu), 而电流的方向与电子移动的方向刚好 相反。
2.原电池形成的条件 (1)两个活泼性不同的电极:一般相对活泼的 金属作负极,较不活泼的金属(或能导电的非 金属)作正极; (2)电极材料均插入电解质溶液中; (3)形成闭合回路; (4)能自发地发生氧化还原反应(本质条件)。
1.了解原电池的工作原理及其构成条件,了 解常见的化学电源及其工作原理。 2.能根据电极反应、电流的方向等原电池的 原理判断电源的正极和负极。 3.掌握电极反应和电池反应方程式的书写。 4.依据原电池的原理判断金属的活泼性强 弱及设计原电池。
原电池原理及形成条件
1.原电池原理(以铜锌原电池为例) (1)原电池是利用氧化还原反应原理将化学 能转化为电能的装置。
4H2O CO2+8H
+
负极反应式 CH4+2H2O-8e
来自百度文库
对可充电电池的题目往往 给出电池的总反应,考查电极反应式的书 写及相关问题,如反应类型,离子浓度变化, 离子移动方向等问题,解决的方法是先写 出电极反应式,后分析解决相关问题,书写 电极反应式时,一般根据价态变化,先写出 较易书写的负极电极反应式,用电池总反
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常见的化学电源
1.化学电源的分类及特点
化学 电源 特点 一次 电池 只能放 电,不能 充电 实例 锌锰干 电池 二次 电池 可多 次充 放电 铅蓄 电池 燃料电池 能量利用率 高,可连续使 用,污染小 氢氧燃料电池
2.常见的化学电源 (1)一次电池 ①锌锰干电池
见附表
②银锌钮扣电池 a.组成:正极为 Ag2O,负极为 Zn,电解质溶 液为 KOH 溶液。 b:电极反应和电池反应 正极反应:Ag2O+H2O+2e 负极反应:Zn+2OH -2e
应式减去负极反应式得正极反应式;而 充电时阳极反应为正极反应的逆反应, 阴极反应为负极反应的逆反应。
【例 1】
甲、 乙两位同学想利用原电池反应检测金属的 活动性顺序,两人均使用镁片与铝片作电极, 但甲同学将电极放入 6 mol·L 的 H2SO4 溶液 中,乙同学将电极放入 6 mol·L 的 NaOH 溶 液中,如图所示。
-1 -1
(1)如果甲、 乙同学均认为若构成原电池 的电极材料都是金属,则构成负极材料 的金属应比构成正极材料的金属活泼, 则甲会判断出 而乙会判断出 元素符号)。 的活动性更强, .的活动性更强(填
判断原电池的正、负极时, 最可靠的方法是根据原电池反应的实质, 负极失电子发生氧化反应,而正极得电子 发生还原反应。
【活学活用】
1.下列关于原电池的叙述正确的是( B ) A.构成原电池的正极和负极必须是两种不同 的金属 B.原电池是化学能转变为电能的装置 C.在原电池中,电子流出的一极是负极,该电 极被还原 D.原电池放电时,电流的方向是从负极到 正极
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原电池电极反应式的 书写与原电池设计
【问题导引】 1.书写电极反应式要保证哪些守恒关系? 2.书写电极反应式是否考虑电解质溶液? 3.如何将一化学反应设计成原电池?
【疑难剖析】 1.电极反应式的书写 (1)一般电极反应式的书写 列物质 标得失 ——判断出电极反应产物,找出得 失电子的数量。
看环境 配守恒 ——电极产物在电解质溶液的环 境中,应能稳定存在,如碱性介 质中生成的 H 应让其结合 OH
解析:原电池的电极也可以是金属和非金 属;原电池中电子流出的一极为负极,发 生氧化反应,该电极被氧化;原电池中电 流的方向是从正极到负极。
2.一个原电池的电池反应为: Zn+Cu
2+
Zn +Cu,该原电池可能( D )
A B Al Zn CuSO4 溶液 C Zn Cu ZnCl2 溶液 D Fe Zn CuCl2 溶液 Cu Zn H2SO4 溶液
指津:由题图可知,电子的流动方向是 X→ 外电路→Y,则电流的方向就为 Y→外电路 →X;X 为原电池的负极,Y 为正极,X 的活动 性比 Y 的强,X 极应发生氧化反应,Y 极应发 生还原反应。所以 A、B、D 错误,C 正确。
2.下列说法中不正确的是( A ) A.碱性锌锰电池是二次电池 B.铅蓄电池是二次电池 C.二次电池又叫蓄电池,它放电后可以再充 电使活性物质获得再生 D.燃料电池的活性物质不是全部储存在电池 内部 指津:碱性锌锰电池是一次电池。
1.如图所示的原电池装置,X、 为两电极, Y 电解质溶液为稀硫酸,外电路中的电子流 向如图所示,对此装置的下列说法正确的 是( C )
A.外电路的电流方向为:X→外电路→Y B.若两电极分别为 Zn 和碳棒,则 X 为碳 棒,Y 为 Zn C.若两电极都是金属,则它们的活动性为 X>Y D.X 极上发生的是还原反应,Y 极上发生的 是氧化反应
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2PbSO4+2H2O。 PbSO4。
负极: Pb 2SO 2e
正极:PbO2+4H + SO +2e
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PbSO4+2H2O。
铅蓄电池的充电反应是上述反应的逆反应。 (3)燃料电池(以氢氧燃料电池为例) ①组成:正极和负极分别为 O2 和 H2,电解质为 酸或碱。 ②电极反应和电池反应(以碱性电解质为例) 负极:2H2+4OH -4e 正极:O2+2H2O+4e
仍未好转„„一位化学老师来看望格林太太, 并为格林太太揭开了病因。 化学老师发现了什 么?你能为格林太太开一个药方吗?
课前预习 课堂探究
栏 目 导 航
1.原电池概念:将化学能转变为电能的装置。 2.构成原电池的条件 理论上,自发的氧化还原反应均可设计成原 电池。
两个活泼性不同得金属 或一个为能导电的非金属 条件 作电极 电解质溶液，构成闭合回路 用导线连接或直接接触
(2)由此实验,可得到哪些正确的结论? (选填序号)。 A.利用原电池反应判断金属活动性顺序时 应注意选择合适的介质 B.镁的金属性不一定比铝的金属性强 C.该实验说明金属活动性顺序表已过时,已 没有实用价值 D.该实验说明化学研究对象复杂,反应受条 件影响较大,因此应具体问题具体分析
(3)上述实验也反过来证明了 “直接利用金属 活动性顺序表判断原电池的正、负极”的做 法 (填“可靠”或“不可靠”)。如 不可靠,请你提出另一个判断原电池正、 负极 的可行方案 . (如可靠,此 空可不填)。
解题导引:
解析:在 NaOH 溶液作介质的装臵中,镁片不与 碱反应,无法失去电子,作正极,故负极应该是 铝片,从而进一步确定原电池反应都是自发进 行的氧化还原反应。 在确定 “直接利用金属活 动性顺序表判断原电池的正、 负极” 的做法不
可靠之后,要设计可行方案,就必须根据氧化还 原反应实质(有电子得失),结合实验装臵,利用 电流计测定电流的方向,从而判断电子流动方向, 再确定原电池的正、负极。 答案:(1)Mg Al (2)AD (3)不可靠 将两种金属连上电流计后插入电解 质溶液中,构成原电池,利用电流计测定电流的 方向,从而判断电子的流动方向,由此确定原电 池的正、负极