化学能转化为电能电池.ppt

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1、第二讲化学能转化为电能电 池,一、原电池原理原电池是借助反应将 能转化为能的装置。如下图所示：,化学,化学,电,实验现象：(1)有盐桥时；(2)锌片。实验结论：导线中有电流通过，即该装置为一个原电池。,电流表指针发生偏转，,铜片表面有金属析出,逐渐溶解,1铜一锌原电池原理分析在ZnSO4溶液中，锌片失去电子而逐渐溶解，形成Zn2进入溶液，电子经导线流向铜片，溶液中的Cu2得电子被还原成Cu。这一变化可以表示如下：锌片：(氧化反应)铜片：(还原反应)总反应：或,Zn2e=Zn2,Cu22e=Cu,ZnCu2=Zn2Cu,ZnCuSO4=ZnSO4Cu,2原电池形成的条件(1)两个活泼性不同的电极

2、：其中一个相对活泼，另一个相对较不活泼，二者直接或间接地连在一起，插入电解质溶液中；(2)电解质溶液；(3)形成闭合回路；(4)能自发地发生氧化还原反应。,二、化学电源1一次电池碱性锌锰干电池负极材料是锌筒，正极是碳棒。电极反应为：负极：；正极：；总反应：。,Zn2e2OH=Zn(OH)2,2MnO2H2O2e=Mn2O32OH,Zn2MnO2H2O=Zn(OH)2Mn2O3,2二次电池铅蓄电池放电反应为：负极：；正极：；总反应：。充电反应为：阴极：；阳极：；总反应：。,三、金属的电化学腐蚀与防护1金属的腐蚀金属与周围的气体或液体物质发生反应而引起损耗的现象。(1)化学腐蚀：金属与接触的物质直

3、接发生 而引起的腐蚀。(2)电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触发生 反应，较活泼的金属被氧化的腐蚀。,氧化还原,化学反应,原电池,2电化学腐蚀分类以铁的腐蚀为例,酸性,弱碱性,中性,3.金属的防护方法(1)牺牲阳极的阴极保护法原电池原理在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼金属如等，让被保护的金属作原电池的。(2)外加电源的阴极保护法电解池原理用被保护的钢铁设备作，惰性电极作，外接直流电源。(3)其他方法：改变金属内部结构，如；加涂防护层如、等方法。,锌块,正极,阴极,阳极,不锈钢,喷油漆,涂油脂,电镀,考点一原电池的构成及工作原理,例1(2008广东，5)用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、

4、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂KNO3的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是(),在外电路中，电流由铜电极流向银电极正极反应为：Age=Ag实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同ABC D,解析在形成的原电池中，铜片作负极，失电子，Cu2e=Cu2，电子沿导线移向银片，银片作正极，Ag得电子，发生还原反应：Age=Ag，电流流向与电子流向相反；取出盐桥，不能形成闭合回路，原电池不能继续工作，原电池反应为Cu2Ag=Cu22Ag。答案C,1正负极判断,2.电极反应式的书写书写电极反应式时，要根据电极材料、电解质溶液分

5、析电极反应和电极产物，写出电极反应式，还要注意电子守恒。(1)负极为活泼金属时，一般失去电子形成可溶性稳定价态阳离子，或进入溶液，或与电解质发生反应；若为燃料电池，负极一般不参与反应，可燃气体失去电子，形成稳定的氧化产物，或进一步与电解质溶液反应。,(2)正极上，一般是溶液中氧化性最强的微粒获得电子被还原，生成稳定的还原产物，或进一步与电解质溶液反应。(3)正、负两极反应式在确保得失电子数目相等的前提下，加和可得电池反应总方程式。,1下列装置可以形成原电池的是()解析构成原电池需要具备下列三个条件：活泼性不同的两个电极；有电解质溶液；组成闭合回路，故A、B符合条件。答案AB,2将纯锌片和纯铜片

6、按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是()A两烧杯中铜片表面均无气泡产生B甲中铜片是正极，乙中铜片是负极C两烧杯中溶液的pH均增大D甲产生气泡的速度比乙慢,解析甲为由铜、锌、稀硫酸、导线构成的原电池，所以锌电极失电子，失掉的电子沿导线流到铜电极，溶液中的氢离子在铜电极上得到锌失掉的电子而被还原为氢气；乙中铜片没有任何作用，只是锌与稀硫酸发生一个简单的化学反应，锌失电子直接给溶液中的氢离子，氢离子直接在锌片上被还原为氢气，故选项A、B错误；由于两个烧杯中都是氢离子得电子成为氢气脱离溶液体系，所以两烧杯中溶液的pH均增大，选项C正确；只要锌片与稀硫酸的接触面积相同，稀硫酸的浓

7、度相同，则产生氢气的速度是相同的。答案C,3把a、b、c、d四块金属浸泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连，d上有气体逸出；a、c相连时a极减轻；b、d相连时，b为正极。则四种金属的活动性顺序为()AabcdBacbdCacdb Dbdca解析原电池中金属活泼性强的做负极，即ab；金属与稀H2SO4反应，正极上有H2产生，而负极减轻，故有cd，ac，db，综上应有acdb。答案C,考点二原电池原理的应用,例2(2009江苏，12)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是(),A该电池能够在高温下工作B电池的

8、负极反应为：C6H12O66H2O24e=6CO224HC放电过程中，H从正极区向负极区迁移D在电池反应中，每消耗1 mol氧气理论上能生成标准状况下CO2气体,解析本题考查原电池知识。微生物燃料电池只能在常温下工作，A错；放电过程为原电池反应，H应向正极迁移，C错；由电池反应C6H12O66O2=6CO26H2O知，每消耗1 mol O2理论上生成1 mol CO2，即标况下22.4 L，D错。答案B,1比较不同金属的活动性强弱根据原电池原理可知，在原电池反应过程中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或碳棒)作正极。若有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入稀硫酸中，一段时间后

9、，若观察到A极溶解，而B极上有气体放出，则说明在原电池工作过程中，A被氧化成阳离子而失去电子作负极，B作正极，则可以断定金属A的金属活动性比B的强。,2加快化学反应速率由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反应且有电流产生，因而反应速率加快。如Zn与稀H2SO4反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成CuZn原电池，加快反应进行。,3设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的四个条件。具体方法是：(1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；(2)根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料(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。,

10、电解质溶液的选择电解质是使负极放电的物质。因此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(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如在铜锌硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2的溶液中。,电极材料的选择在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极，并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料(也可以是还原性较强的非金属材料如H2、CH4

11、等)。(3)按要求画出原电池装置图。,1(2009广东，14)可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是()A以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O22H2O4e4OHB以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al3OH3eAl(OH)3C以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变D电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极,解析考查燃料电池的反应原理。无论以NaCl还是以NaOH溶液作电解液，在正极上都是O2得电子被还原，A对；生成的Al(OH)3在碱性介质中不存在，B错；Al(O

12、H)3会与NaOH反应生成NaAlO2消耗电解液中的NaOH，使pH减小，C错；原电池中，电子从负极流出通过外电路流向正极，D错。答案A,2(2009福建，11)控制适合的条件，将反应2Fe32I=2Fe2I2，设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是(),A反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B反应开始时，甲中石墨电极上Fe3被还原C电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极解析本题利用氧化还原反应设计成原电池，考查电池工作时两极发生的变化，A、B均正确，C项由于Fe3和I反应是可逆反应，当电流为0时，说明处于平衡状态，故C正

13、确，D项中加入FeCl2，增大了Fe2的浓度、平衡左移，故乙中石墨电极为正极，发生还原反应，故D错。答案D,3下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是(),Aa电极是负极Bb电极的电极反应为：4OH4e=2H2OO2C氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置解析从图中可看出a电极处进入的是H2，b电极处进入的是O2，该电池的总反应是2H2O2=2H2O，故a电极处H2失e被氧化，a为负极；相对应的b极为正极，b极的电极反应是2H2OO24e=4OH，故选项中只有B选项不正确，符合题意。答案B,考点三

14、金属的腐蚀与防护,例3(2009上海，13)下图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是(),A生铁块中的碳是原电池的正极B红墨水柱两边的液面变为左低右高C两试管中相同的电极反应式是：Fe2eFe2Da试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀解析a为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低，故B项错。答案B,1金属腐蚀的比较,2.金属腐蚀的快慢规律(1)不同类型的腐蚀规律电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防

15、护措施的腐蚀(2)电化学腐蚀规律对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。活动性不同的两金属：活动性差别越大，活动金属腐蚀越快。,对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快，且氧化剂的浓度越高，腐蚀越快。对于不同氧化剂来说，氧化性越强，金属腐蚀越快。,1钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2。以下说法正确的是()A负极发生的反应为Fe2e=Fe2B正极发生的反应为2H2OO22e=4OHC原电池是将电能转变为化学能的装置D钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀,解析由给出的原电池反应可知，此腐蚀为吸氧腐蚀，负极

16、反应为Fe2e=Fe2(或表示为FeFe22e)，正极发生的反应为2H2OO24e=4OH，故A正确、B错；原电池是将化学能转化为电能的装置，C错；由于吸氧腐蚀与氧气、水有关，所以钢柱在空气与水交界处比水下部分更容易腐蚀，故D错。答案A,2(2010烟台模拟)下图水槽中盛装的是海水，其中铁被腐蚀最慢的是()解析选项B中Zn失电子，所以保护了铁电极；选项C中铁失电子，所以腐蚀较快；选项D为铁连接外接电源正极的电解池，铁直接发生氧化反应。腐蚀快慢顺序是DCAB。答案B,3钢铁在锈蚀过程中，下列5种变化可能发生的是()Fe由2价转化为3价；O2被还原；产生H2；Fe(OH)3失水形成Fe2O3xH2

17、O；杂质C被氧化除去。ABC D,解析钢铁的锈蚀包括析氢和吸氧两种腐蚀。Fe2eFe2O22H2O4e4OH2H2eH2Fe22OHFe(OH)24Fe(OH)2O22H2O4Fe(OH)3Fe(OH)3失水成铁锈Fe2O3xH2O答案C,试回答下列问题：(1)两次操作过程中指针为什么会发生偏转，并且指针偏转方向相反。答：。(2)操作过程中C1为_极，电极反应式为。(3)操作过程中C2为_极，电极反应式为。,答案(1)因为该装置符合形成原电池的条件，形成原电池，导线上有电流产生，故指针发生偏转。又因为该反应是可逆反应，操作反应朝正反应方向进行，操作反应朝逆反应方向进行，故指针偏转方向不同(2)

18、负2I2e=I2,例2实验是化学的最高法庭。以镁条、铝片为电极，以稀NaOH溶液为电解质溶液构成的原电池，人们普遍认为铝是负极。其研究性学习小组为探究该原电池究竟谁是负极，发生怎样的电极反应，进行了如下实验：,如图，剪取约8 cm的镁条及大小相近的铝片，用砂纸去膜，使镁条与铝片分别与量程为50 A的教学演示电表的“”、“”端相连接，迅速将两电极插入盛有1 mol/L NaOH溶液的烧杯中。开始，电表指针向右偏移约500 A，铝片表面有许多气泡，很快电流逐渐减小至0；随后，指针向左偏移，且电流逐渐增大至约400 A，此时，铝片表面气泡有所减少，镁条表面只有极少量的气泡产生。根据以上实验现象，回答

19、下列问题：,(1)开始阶段，原电池的正极是_(填“镁”或“铝”)片；铝片表面产生的气泡是_；负极发生的反应是。(2)随后阶段，铝片发生的电极反应式是；镁条表面只有极少量的气泡产生，其原因之一是：2H2O2e=H22OH(极少)，试判断此电极发生的主要反应是：；铝片表面气泡有所减少，但未消失，产生这一现象的可能原因是。,答案(1)铝H2Mg2OH2e=Mg(OH)2(2)4Al16OH12e=8H2O3O26H2O12e=12OH铝片中含有杂质，构成原电池,1(2009北京，6)下列叙述不正确的是()A铁表面镀锌，铁作阳极B船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀C钢铁吸氧腐蚀的正极反应：O22H

20、2O4e=4OHD工业上电解饱和食盐水的阳极反应：2Cl2e=Cl2,解析本题主要考查电化学知识，只要掌握原电池和电解的原理就能作答，A项中锌作阳极，B项锌作负极，铁被保护，C、D都是正确的。答案A,2(2010日照一中高三月考)将铜片和铝片用导线连接后插入盛有浓硝酸的烧杯中组成原电池，此原电池的负极及其电极反应是()AAl，Al3e=Al3BCu，Cu2e=Cu2CAl,2H2e=H2DCu,2H e=NO2H2O,解析在浓硝酸中Al可以发生钝化，Al表面的氧化膜隔绝了Al与浓硝酸的进一步接触、反应，而Cu与浓硝酸则可以发生氧化还原反应，Cu失去电子(发生氧化反应)，作负极；Al作正极；H发

21、生还原反应，生成氢气。答案B,3(2007山东)铅蓄电池用途极广，可多次充、放电。在铅蓄电池中铅作为负极，二氧化铅作为正极，电解液为30%的H2SO4溶液。电池充、放电时的总反应可表示为：PbPbO22H2SO4 2PbSO42H2O下列关于此电池的说法中，不正确的是(),A放电一段时间后，电解液的pH将增大C充电时，二氧化铅电极上发生氧化反应D充电时，电解液中的阳离子向二氧化铅电极移动,解析A是关于原电池的反应，其中电解液中的硫酸被消耗，故酸性减弱，pH将增大，正确；B是关于负极反应式的判断，判断的要点是：抓住总方程式中“放电”是原电池、“充电”是电解池的规律，再分析清楚价态的变化趋势，从而

22、快速准确地判断，B是正确的；C是充电时的电解池反应，二氧化铅作为阳极，其上必发生氧化反应，正确；D是充电时的电解池反应，阳离子应向阴极移动即向铅电极移动，错误。答案D,4如图，烧杯内盛水，铁圈和银圈直接相连接，在接头处用一根绝缘细线吊住使之平衡，小心地向烧杯中央滴入CuSO4溶液，一段时间后可观察到的现象是()A两圈仍保持平衡B铁圈向下倾斜C银圈向下倾斜D有气泡产生，两圈摇摆不定,解析构成Fe、Ag原电池，Cu2得e而附着在Ag圈上。答案C,5如下图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为()A BC D,解析中Fe为负极，杂质C为正极的原电池腐蚀，是钢铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢。、

23、实质均为原电池装置。中Fe为正极，被保护；、中Fe为负极，均被腐蚀。但相对来说Fe和Cu的金属活泼性差别较Fe和Sn的大，故FeCu原电池中Fe被腐蚀更快。是Fe作阳极，Cu作阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀。是Fe作阴极，Cu作阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知：铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为。答案C,6某新型二次锂离子电池结构如下图，电池内部是固体电解质，充电、放电时允许Li在其间通过(图中电池内部“”表示放电时Li的迁移方向)。充电、放电时总反应可表示为：LiCoO26C放电充电Li1xCoO2LixC6，下列说法不正确的是(),A外电路上的“”，表示放电时的电流方向B充

24、电时阴极电极反应：LixC6xe=6CxLiC放电时负极电极反应：LiCoO2xe=Li1xCoO2xLiD外电路有0.1 mol e通过，发生迁移的Li的质量为0.7 g,解析放电时化学能转化为电能，相当于原电池，碳棒作正极发生还原反应，LiCoO2作负极发生氧化反应。因此外电路上的“”，表示放电时的电子流动方向，选项A错。充电时电能转化为化学能，相当于电解池，阴极发生还原反应，因此选项B错。答案AB,7新型高能钠硫电池以熔融的钠、硫为电极，以钠离子导电的陶瓷为固体电解质。该电池放电时为原电池，充电时为电解池。反应原理为：请回答下列问题：,(1)放电时S发生_反应，Na为_极。(2)充电时N

25、a所在电极与直流电源_极相连。(3)充电时阳极反应为_；放电时负极反应为_。(4)用此电池电解饱和NaCl溶液，当阳极产生11.2 L(标准状况)气体时，消耗金属钠_g。,8(2009山东，29)ZnMnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2NH4Cl混合溶液。(1)该电池的负极材料是_。电池工作时，电子流向_(填“正极”或“负极”)。(2)若ZnCl2NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是_。欲除去Cu2，最好选用下列试剂中的_(填代号)。aNaOHbZncFedNH3H2O,(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式是_。若电解电路中通过2mol电子，MnO2的理论产量为_。,解析(1)负极是失电子的一极，Zn失电子由负极经外电路流向正极。(2)锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。除杂的基本要求是不能引入新杂质，所以应选Zn将Cu2置换为单质而除去。(3)阴极上得电子，发生还原反应，H得电子生成氢气。因为MnSO4MnO22e，通过2mol电子产生1mol MnO2，质量为87g。答案(1)Zn(或锌)正极(2)锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀b(3)2H2eH2，87g,