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1、 原電池和化學電源 【復習目標】 1.了解原電池的工作原理，能寫出電極反應式和電池反應方程式。 2.了解常見的化學電源的種類及其工作原理。 【知識建構】 一、原電池的工作原理 1．概念：把化學能轉化為電能的裝置。 2．構成條件 (1)有兩?上活動性不同的電極(常見為金屬或石墨)。 (2)具有電解質溶液。 (3)兩電極間形成閉合回路。 3．工作原理 如圖是兩種?CuZn?原電池示意圖，請?zhí)羁眨? (1)電極：負極為?Zn，正極為?Cu。 2 (2)電極反應；負極：Zn－2e－===Zn?＋，正極

2、：Cu2＋＋2e－===Cu。 (3)電子移動方向和電流方向：電子從負極流出經外電路流入正極；電流從正極流出 經外電路流入負極。 (4)離子的遷移方向：電解質溶液中，陰離子向負極遷移，陽離子向正極遷移。 (5)兩種裝置的比較：裝置Ⅰ中還原劑?Zn?與氧化劑?Cu2＋直接接觸，易造成能量損耗； 裝置Ⅱ能避免能量損耗；裝置Ⅱ中鹽橋的作用是提供陰陽離子定向移動的通路，導電。 二、化學電源 1．一次電池——堿性鋅錳干電池 負極材料：Zn 2 電極反應：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH) 正極材料：碳棒 電極反應：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋

3、2OH－ 總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 2．二次電池(以鉛蓄電池為例) (1)放電時的?反應： 4 4 ①負極：Pb(s)＋SO2－(aq)－2e－===PbSO?(s) 4 4 4 ②正極：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－(aq)＋2e－===PbSO?(s)＋2H2O(l) ③總反應：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO?(s)＋2H2O(l)。 (2)充電時的反應： 4 ①陰極：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)

4、＋SO2－(aq) 2 4 ②陽極：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO?(s)＋4H＋(aq)＋SO2－(aq)。 ③總反應：2PbS?O4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。 3．燃料電池 氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分為酸性和堿性兩種。 酸性 堿性 2 負極反應式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H?O 正極反應式 O2＋4H＋＋4e－===2H?O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 電池總反應式 2H2＋O2===2H?O 【典型例析】 1．銀質器皿日

5、久表面會逐漸變黑，這是生成了Ag2S?的緣故。根據(jù)電化學原理可進行如下 處理：在鋁質容器中加入食鹽溶液，再將變黑的銀器浸入該溶液中，一段時間后發(fā)現(xiàn)黑色 會褪去。下列說法正確的是( ) A．處理過程中銀器一直保持恒重 B．銀器為正極，Ag2S?被還原生成單質銀 C．該過程中總反應為?2Al＋3Ag2S===6Ag＋Al2S3 D．黑色褪去的原因是黑色?Ag2S?轉化為白色?AgCl 2．?Mg－H2O2?電池可用于驅動無人駕駛的潛航器。該電池以海水為電解質溶液，示意 圖如下。該電池工作時，下列說法正確的是( ) A．Mg?電極是該電池的正

6、極 B．H2O2?在石墨電極上發(fā)生氧化反應 C．石墨電極附近溶液的?pH?增大 D．溶液中?Cl－向正極移動 3．高考組合題 2 書寫以下電極反應式或電池反應方程式。 (1)二甲醚(CH3OCH3)直接燃料電池具有啟動快、效率高的特點，若電解質為酸性，其 負極反應式為___________________________________________。 (2)高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種強氧化劑，可作為水處理劑和高容量電池材料。?FeCl3?和 KClO?在?強?堿?性?條?件?下?反?應?可?制?取?K2FeO4?，?其?反?應?的?離?子?方?程 式?為 __

7、______________________________；與?MnO2Zn?電池類似，K2FeO4Zn?也可以組成堿性電 池，K2FeO4?在電池中作為正極材料，其電極反應式為________________________，該電池 總反應的離子方程式為____________________________________________________ _______________________________________________________________________。 (3)普通鋅錳電池放電時發(fā)生的主要反應為： 3 Zn＋2NH4Cl＋2MnO2

8、===Zn(NH?)2Cl2＋2MnOOH 該電池中，負極材料主要是______________，電解質的主要成分是________，正極發(fā) 生的主要反應是_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)用吸收?H2?后的稀土儲氫合金作為電池負極材料(用?M?H?表示)，NiO(OH)作為電池正 極材料，KOH?溶液作為電解質溶液，可制得高容量、長壽命的

9、鎳氫電池。電池充放電時的 總反應為： 放電 NiO(OH)＋MH 充電 Ni(OH)2＋M 電池放電時，負極的電極反應式為__________________________________________。 4．有?A、B、C、D、E?五塊金屬片，進行?如下實驗：①A、B?用導線相連后，同時浸入 D 稀?H2SO4?溶液中，A?極為負極；②C、D?用導線相連后，同時浸入稀?H2SO4?溶液中，電流由?D→ 導線→C；③A、C?相連后，同時浸入稀?H2SO4?溶液中，C?極產生大量氣泡；④B、D?相連后， 同時浸入稀?H2SO4?溶液中，?極發(fā)生氧化反應；⑤用惰性電極電解含?

10、B?離子和?E?離子的溶液， E?先析出。據(jù)此，判斷五種金屬的活動性順序是( ) A．A＞B＞C＞D＞E B．A＞C＞D＞B＞E C．C＞A＞B＞D＞E D．B＞D＞C＞A＞E 2 5．某原電池總反應為：Cu＋2Fe3＋===Cu?＋＋2Fe2＋，下列能實現(xiàn)該反應的原電池是( ) A B C D 電極材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag 電解液 FeCl3 Fe(NO3)2 CuSO4 Fe2(SO4)3 6．選擇合適的圖像： b (1)將等質量的兩份鋅粉?a、?分別加入過量的稀硫酸中，同時向?a?中加入?少量的?CuSO4

11、 溶液，產生?H2?的體積?V(L)與時間?t(min)的關系是________。 (2)將過量的兩份鋅粉?a、b?分別加入定量的稀硫酸，同時向?a?中加入少量的?CuSO4?溶 液，產生?H2?的體積?V(L)與時間?t(min)的關系是________。 (3)將(1)中的?CuSO4?溶液改成?CH3COONa?溶液，其他條件不變，則圖像是________。 7．原電池原理廣泛應用于科技、生產和生活中，請回答以下問題： (1)肼(N2H4)又稱聯(lián)氨，是一種可燃性的液體，可用作火箭燃料。肼—空氣燃料電池是 一種堿性燃料電池，產物無污染，電解質溶液是?20%～30%的?KOH?溶

12、液。肼—空氣燃料電池 放電時：正極的電極反應式是______________________________________； 負極的電極反應式是____________________________。 (2)有人設想尋求合適的催化劑和電極材料，以?N2、H2?為電極反應物，以?HCl—NH4Cl 為電解質溶液制造新型燃料電池。試寫出該電池的正極反應式：__________________。 (3)請運用原電池原理設計實驗，驗證?I2、Fe3＋氧化性的強弱，請畫出實驗裝置圖并寫 出電極反應式。 【仿真練習】 1．下列設備工作時，將化學能轉化為熱能的是( ) A B

13、C D 2 硅太陽能電池 鋰離子電池 太陽能集熱器 燃氣灶 2．某一同學根據(jù)離子反應方程式?2Fe3＋＋Fe===3Fe?＋來設計原電池。下列設計方案中 可行的是( ) A．電極材料為鐵和鋅，電解質溶液為?FeCl3?溶液 B．電極材料為鐵和銅，電解質溶液為?Fe(NO3)3?溶液 C．電極材料為鐵和石墨，電解質溶液為?FeCl2?溶液 D．電極材料為石墨，電解質溶液為?FeCl3?溶液 3．有關下列四個常用電化學裝置的敘述中，正確的是( ) 圖Ⅰ?堿性鋅錳電池 圖Ⅱ?鉛－硫

14、酸蓄電 圖Ⅲ?電解精煉銅 圖Ⅳ?銀鋅紐扣電池 池 A．圖Ⅰ所示電池中，MnO2?的作用是催化劑 B．圖Ⅱ所示電池放電過程中，硫酸濃度不斷增大 C．圖Ⅲ所示裝置工作過程中，電解質溶液中?Cu2＋濃度始終不變 D．圖Ⅳ所示電池中，Ag2O?是氧化劑，電池工作過程中還原為?Ag 4．電子表所用的紐扣電池的兩極材料為鋅和氧化銀，電解質溶液為?KOH?溶液，其電 極反應式是：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－?？偡磻綖椋篈g2O ＋Zn===2Ag＋ZnO，下列說法正確的是( ) A．Zn?為正極，Ag2O?為負極 B．Zn?

15、為負極，Ag2O?為正極 C．原電池工作時，正極區(qū)溶液?pH?值減小 D．原電池工作時，負極區(qū)溶液?pH?值增大 5．控制適合的條件，將反應?Fe3＋＋ 2＋＋Ag＋設計成如圖所示的原電池(鹽橋裝 4 有瓊脂－硝酸鉀溶液；靈敏電流計的?0?刻度居中，左右均有刻度)。已知，接?通后，觀察 到電流計指針向右偏轉。下列判斷正確的是( ) A．在外電路中，電子從石墨電極流向銀電極 B．鹽橋中的?K＋移向乙燒杯 C．一段時間后，電流計指針反向偏轉，越過?0?刻度，向左邊偏轉 D．電流計指針居中后，往甲燒杯中加

16、入一定量的鐵粉，電流計指針將向左偏轉 6．把?a、b、c、d?四塊金屬浸入稀硫酸中，用導線兩兩連接組成多個原電池，若a、b 相連，?a?為負極；c、d?相連，d?上有氣泡逸出；a、c?相連，a?極減輕；b、d?相連，b?為正 極。則四種金屬的活潑性順序為( ) A．a＞b＞c＞d B．a＞c＞b＞d C．a＞c＞d＞b D．b＞d＞c＞a 7．將氫氣、甲烷、乙醇等物質在氧氣中燃燒時的化學能直接轉化為電能的裝置叫燃 料電池。燃料電池的基本組成為電極、電解質、燃料和氧化劑。此種電池能量利用率可高 達?80%(一般柴油發(fā)電機只有?40%左右)，產物污染也少。下列有關燃料電池的說法錯誤

17、的 是( ) A．上述燃料電池的負極反應材料是氫氣、甲烷、乙醇等物質 B．氫氧燃料電池常用于航天飛行器，原因之一是該電池的產物為水，經過處理之后 可供宇航員使用 C．乙醇燃料電池的電解質常用?KOH，該電池的負極反應為：C2H5OH－12e－===2CO?↑＋ 3H2O D．甲烷燃料電池的正極反應為?O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 8．LiFePO4?電池具有穩(wěn)定性高、安全、對環(huán)境友好等優(yōu)點，可用于電動汽車。電池反 放電 應為：FePO4＋Li 充電 LiFePO4，電池的正極材料是?LiFePO4，負極材料是石墨，含?U?導 電固體為電解質。下列有關?LiFePO

18、4?電池說法正確的是( ) A．可加入硫酸以提高電解質的導電性 B．放電時電池內部?Li?向負極移動 C．充電過程中，電池正極材料的質量增多 4 D．放電時電池正極反應為：FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO 9．空氣常參與設計原電池以方便人們的生活。 (1)我國首創(chuàng)以鋁—空氣—海水電池作為能源的新型的海水標志燈，以海水為電解質 溶液，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產生電流，只要把燈放入海水數(shù)分鐘，就會發(fā)出耀 眼?的?白?光?。?則?電?源?的?負?極?材?料?是?________?，?負?極?反?應?為 ________________________________

19、?；?正?極?材?料?是?__________?，?正?極?反?應?為 ______________________________________。 (2)熔鹽電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，?可用?Li2CO3?和?Na2CO3?的熔融鹽混合 物作電解質，CO?為陽極燃氣，空氣與?CO2?的混合氣為陰極助燃氣，制得在?650℃下工作的 3 2 燃料電池，完成有關電池反應式。陽極反應式：?2CO＋2CO2－－4e－===4CO?，陰極反應式： ______________，電池總反應式：_____________________________?。 10．常見鉛蓄電池是

20、二次電池，其電極材料分別為?Pb?和?PbO2，電解液為稀?H2SO4?溶液， 放電 工作時的總反應式為?Pb?＋PbO2?＋?2H2SO4 充電 2PbSO4＋2H2O。請依據(jù)上述情況判斷： (1)鉛蓄電池的負極材料是________________。 (2)?請?依?據(jù)?兩?極?材?料?和?總?反?應?，?寫?出?放?電?時?正?極?反?應?是 ___________________________。 (3)?請?依?據(jù)?總?反?應?式?和?正?極?反?應?式?，?寫?出?放?電?時?負?極?反?應?是 ________________________。 (4)放電時，電解

21、質溶液中陰離子移向______極；電流方向從______極流向______極。 (5)放電時，電解質溶液的酸性_________(填“增強”、“減弱”或“不變”)。 (6)?充?電?時 PbO2 極?發(fā)?生?_________?反?應?，?電?極?反?應?式 _______________________________?；?Pb?極?發(fā)?生?___________?反?應?，?電?極?反?應?式 _________________________________。 11．化學在能源開發(fā)與利用中起著十分關鍵的作用。氫氣是一種新型的綠色能源，又 是一種重要的化工原料。

22、 Ⅰ.氫氧燃料電池能量轉化率高，具有廣闊的發(fā)展前景?，F(xiàn)用氫氧燃料電池進行如圖 所示的實驗(圖中所用電極均為惰性電極)： (1)對于氫氧燃料電池，下列敘述不正確的是________。 A．a?電極是負極，OH－移向負極 B．b?電極的電極反應為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 點燃 C．電池總反應式為：2H2＋O2=====2H2O D．電解質溶液的?pH?保持不變 E．氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內的新型發(fā)電裝置 (2)上圖右邊裝置中盛有?100?mL?0.1?mol·L－1?AgNO3?溶液，當氫氧燃料電池中消耗氫

23、 氣?112?mL(標準狀況下)時，此時?AgNO3?溶液?的?pH＝________(溶液體積變化忽略不計)。 Ⅱ.已知甲醇的燃燒熱?ΔH＝－726.5?kJ·mol－1，在直接以甲醇為燃料的電池中，電 解質溶液為酸性，負極的反應式為____________________________________，正極的反應 式為________________________________________________________________________。 理想狀態(tài)下，該燃料電池消耗?1?mol?甲醇所能產生的最大電能為?702.1?kJ，則該燃料 電池的理論效率為___

24、_______(燃料電池的理論效率是指電池所產生的最大電能與燃料電 池反應所能釋放的全部能量之比)。 6 第?3?講 原電池和化學電源 【仿真練習】 1．?D 2．?B 3．?D 4．?B 5．?D 6．?C 7．?C 8．?D 3 9．?(1)鋁 4Al－12e－===4Al?＋ 石墨等惰性電極 3O2＋6H2O＋12e－===12OH－ 3 (2)O2＋2CO2＋4e－===2CO?－ 2CO＋O2＝2CO2 4 4 4 4 2 4 4 10?．?(1)?鉛?(Pb) (2)PbO2?＋?4H?＋?＋?SO?2－?＋?2e?－?===PbSO?＋?2H2O (3)Pb?＋?SO?2－?－?2e?－ ===PbSO? (4)負 氧化鉛(PbO2) 鉛(Pb) (5)減弱 (6)氧化 PbSO4＋2H2O－2e－===PbO ＋4H＋＋SO2－ 還原 PbSO4?＋?2e－===Pb?＋SO2－ 11．Ⅰ.(1)CD (2)1 2 Ⅱ.CH3OH＋H2O－6e－===CO?↑＋6H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H?O 96.6%