PPT《1. 了解原电池的工作原理,能写出电极反应式和电池反应方程...》

1.

了解原电池的工作原理,能写出电极反应式和电池反应方程式.2.了解常见化学电源的种类及其工作原理. 人教版2011创新设计一轮复习课件第6章

第二节 原电池化学电源 1.原电池装置能量转化特点 转化为 .2.原电池的电极原电池的负极―金属――发生 反应――向外电路 电子原电池的正极―金属(或石墨)――发生 外电路提供的电子 化学能 电能 活泼 氧化 提供 不活泼 还原反应 接受 3.原电池的构成条件(1)能自发地发生 .(2)电解质溶液(构成电路或参加反应).(3)由还原剂和导体构成 极系统,由氧化剂和导体构成 极系统.(4)形成 (两电极接触或用导线连接).4.原电池工作原理以稀H2SO4作为电解质溶液的Cu―Zn原电池为例:(1)电极:为负极,为正极 氧化还原反应 负正闭合回路 Zn Cu (2)电极反应:Zn为负极:发生 反应:Cu为正极,发生 反应:3)电子和电流方向:电子从 流出经 流入 ;

电流从 流出经外电路流入 .(4)离子的迁移方向电解质溶液中,阴离子向 迁移,阳离子向 迁移. 氧化 还原 负极 导线 正极 正极 负极 负极 正极 Zn-2e-===Zn2+ 2H++2e-===H2↑ 原电池的工作原理和电子流向可用下列图示表示: 延伸:原电池判定:先分析有无外接电源,有外接电源者为电解池,无外接电源者可能为原电池,然后依据原电池的形成条件分析判定,主要思路是 四看 :①一看电极:两极为导体且活泼性不同;

②再看溶液:两极插入电解质溶液中;

③三看回路:形成闭合回路或两极接触;

④四看本质:有无氧化还原反应发生. 1.一次电池:如碱性锌锰电池,电解质溶液为KOH溶液中:负极:正极:2MnO2+2H2O+2e-===2MnO(OH)+2OH-电池反应的总反应式为:2.二次电池(可充电,可多次重复使用)如铅蓄电池:H2SO4作电解质溶液 Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2 Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2 (1)放电时:负极:正极:总反应:Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O(2)充电反应为电解过程,是放电反应的逆过程阴极:阳极:总反应:2PbSO4+2H2O Pb+PbO2+2H2SO4. 3.燃料电池(1)氢氧燃料电池①用酸性电解质时:负极:正极:总反应:H2+ O2===H2O.②用NaOH等碱性溶液时:负极:正极:总反应:H2+ O2===H2O. H2-2e-===2H+ H2+2OH--2e-===2H2O (2)CH4燃料电池:电解质为KOH负极:正极:总反应:CH4+2O2+2KOH===C2CO3+3H2O.延伸:(1)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.(2)燃料电池在负极上发生氧化反应的是燃料(如H

2、CH

4、CH3OH等),在正极上参与反应的是空气或氧气,电解质溶液一般是KOH溶液.(3)书写电极反应方程式时:酸性条件下可用H+和H2O配平;

碱性条件可用OH-和H2O配平. 2O2+4H2O+8e-===8OH- 1.正负极的判断在书写原电池的电极反应式时,首先应正确判断原电池的两个电极哪一个是正极,哪一个是负极.常用的判断方法有:(1)根据电子流动方向判断.在原电池中,电子流出的一极是负极;

电子流入的一极是正极.(2)根据两极材料判断.一般活泼性较强金属为负极;

活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极. (3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断.阳离子向正极移动,阴离子向负极移动.(4)根据原电池两极发生的变化来判断.负极总是失去电子,发生氧化反应,正极总是得到电子发生还原反应.(5)根据现象判断.溶解的一极为负极,质量增加或放出气体的一极为正极. 2.电极反应式的书写书写电极反应式时,按照负极发生氧化反应,正极发生还原反应,首先正确判断出电极反应产物,然后结合反应物及转移电子数量写出反应式,再结合质量守恒、电荷守恒配平各电极反应式.两电极反应式相加则得总反应式.(1)根据两个电极反应式,写出总反应式.使两个电极反应式得失电子数相等后,将两式相加,消去相同的化学式.(2)根据总反应式写电极反应式一般分四个步骤:①列物质,标得失;

②选离子,配电荷;

③配个数,巧用水;

④两式加,验总式. 【例1】有人设计出利用CH4和O2的反应,用铂电极在KOH溶液中构成原电池.电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧,则下列说法正确的是( )①每消耗1 mol CH4可以向外电路提供8 mol e-②负极上CH4失去电子,电极反应式:CH4+10OH--8e-===CO +7H2O③负极上是O2 获得电子,电极反应式为:O2+2H2O+4e-===4OH-④电池放电后,溶液pH不断升高 A.B.C.D.③④ 解析:本题是考查原电池原理在燃料电池中的具体应用,首先要判断出电池的正负极,其方法是确定在该电极上发生的是失电子还是得电子反应,若发生的是失电子反应则是原电池的负极,反之是正极.CH4在铂电极上发生类似于CH4在O2中的燃烧反应,即CH4→CO2,严格讲生成的CO2还与KOH反应生成K2CO3,化合价升高,失去电子,是电池的负极,电极反应式为CH4-8e-+10OH-7H2O,1 mol CH4参加反应有8 mol e-发生转移,O2在正极上发生反应,获得电子,电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-.虽然正极产生OH-,负极消耗OH-,但从总反应CH4+2O2+2KOH===K2CO3+3H2O可看出是消耗KOH,所以电池放电时溶液的pH不断下降,故①②正确,③④错误.答案:A ①原电池正、负极的判断基础是氧化还原反应,如果给出一个方程式判断正、负极,可以直接根据化合价的升降来判断.发生氧化反应的一极为负极,发生还原反应的一极为正极.②注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存.若不共存,则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式;

若正极上的反应物质是O2,且电解质溶液为中性或碱性,则H2O必须写入正极反应式中,且O2生成OH-;

若电解质溶液为酸性,则H+必须写入正极反应式中,且O2生成H2O;

若在熔融盐电解质中反应,则O2可能得电子变成O2-.③依据电子守恒,正负电极反应式相加得到电池反应的总方程式,若能写出已知电池反应的总方程式,可以减去较易写出的电极反应式,从而得到较难写出的电极反应式. 1.电瓶车所用电池一般为铅蓄电池,这是一种典型的可充电电池,电池总反应式为: 则下列说法正确的是( )A.放电时:负极板上发生了还原反应B.放电时:正极反应是Pb-2e-PbSO4C.充电时:铅蓄电池的负极应与充电器电源的正极相连D.充电时:阳极反应是PbSO4-2e-+2H2O===PbO2+4H+ 解析:铅蓄电池在放电时,负极为Pb,失去电子发生氧化反应,正极为PbO2,得到电子发生还原反应,故A、B错误;

铅蓄电池在充电时,是电解池的装置,与充电器电源正极相连的叫阳极,即它放电时的正极,阳极失去电子转移到充电器电源的正极,故C错误,D正确.答案:D 1.原电池反应可加快化学反应速率如实验室中用Zn和稀H2SO4制取H2时,常加入少量CuSO4,CuSO4与Zn发生置换反应生成Cu,从而构成Cu、Zn原电池加快H2的产生速率.2.判断金属的活动性顺序,负极金属的活动性强于正极.3.设计原电池设计原电池时,首先要根据所提供的氧化还原反应的特点进行设计.原电池的设计还要紧扣原电池的三个条件.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或石墨)及电解质溶液;

(3)按要求画出原电池装置图. 【例2】 (2009・江苏化学,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.电池的负极反应为:C6H12O6+6H2O-24e-===6CO2↑+24H+C.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 L 解析:该燃料电池的原理为C6H12O6+6O2===6CO2+6H2O,根据总反应方程式可书写出电极反应方程式,负极为C6H12O6+6H2O-24e-===6CO2↑+24H+,正极为6O2+24e-+24H+===12H2O,从电极反应方程式易知H+应从负极区移向正极区,从总反应方程式可见每生成1 mol CO2消耗1 mol O2.答案:B 2.(2010・原创)铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等.(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式_2)若将(1)中的反应设计成原电池,请画出原电池的装置图,标出正、负极,并写出电极反应式.正极反应_负极反应_ 解析:(1)Fe3+氧化性强于Cu2+,故Cu可溶于FeCl3溶液中,发生离子反应:2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+.(2)Fe3+有氧化性,可得e-,Cu有一定还原性可失e-,FeCl3溶液与Cu可组成原电池,发生氧化还原反应,其中铜棒做负极,碳棒做正极,FeCl3溶液做电解质溶液.答案:(1)2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+(2)2Fe3++2e-===2Fe2+ Cu-2e-===Cu2+ 【例1】(2010・模拟精选,山东泰安一模)一种新型燃料电池,一极通入空气,另一极通入丁烷气体;

电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在熔融状态下能传导O2-.下列对该燃料电池说法不正确的是( )A.在熔融电解质中,O2-由负极移向正极B.电池的总反应是:2C4H10+13O2===8CO2+10H2OC.通入空气的一极是正极,电极反应为:O2+4e-===2O2-D.通入丁烷的一极是正极,电极反应为: C4H10-26e-+13O2-===4CO2↑+5H2O 解析:由原电池原理知负极失去的电子经导线转移到正极,所以正极上富集极电子,根据电性关系,O2-不可能移向正极,A错;

原电池反应就是一个氧化还原反应,只是氧化反应和还原反应分别在两极进行,由丁烷的燃烧反应知,该电池的总反应为:2C4H10+13O2===8CO2+10H2O,且丁烷失电子,O2得电子;

丁烷作为还原剂,应通入负极,反应中失去e-,C4H10-26e-+13O2-===4CO2↑+5H2O.答案:A 高分策略本题考查了新型燃料电池的基本工作原理.O2的作用考查较为新颖.O2在不同介质中的电极反应式:a.在碱性、中性或弱酸性条件下正极:O2+2H2O+4e-===4OH-;

b.在较强酸性条件下正极: O2+4H+ +4e-===2H2O;

c.在熔融的金属氧化物中正极:O2+4e-===2O2-;

d.在其他介质中的电极反应式,如:在熔融的碳酸盐中,正极反应物是O2和CO2时,正极电极反应式为:O2+2CO2+4e- 【例2】据报道,我国拥有完全自主知识产权的氢氧燃料电池车已经在奥运会期间为运动员提供了服务.某种氢氧燃料电池的电解质溶液为KOH溶液.下列有关该电池的叙述不正确的是( )A.正极反应式为:O2+2H2O+4e-===4OH-B.工作一段时间后,电解质溶液中的KOH的物质的量不变C.该燃料电池的总反应方程式为:2H2+O2===2H2OD.用该电池电解CuCl2溶液,产生2.24 L Cl2(标准状况)时,有0.1 mol电子转移 解析:氢氧燃料电池的总反应式是:2H2+O2===2H2O,电解质溶液为KO........