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第3節(jié)化學能轉(zhuǎn)化為電能——電池,一、原電池,1.概念把_______轉(zhuǎn)化為_____的裝置。2.構(gòu)成條件(1)有兩個___________的電極(常見為金屬或石墨)。(2)將電極插入___________中。(3)兩電極間構(gòu)成閉合回路。,化學能,電能,活潑性不同,電解質(zhì)溶液,3.工作原理如圖是兩種Cu-Zn原電池示意圖,請?zhí)羁?,(1)電極:負極為___,正極為___。(2)電極反應:負極:______________,正極:______________。(3)電子移動方向和電流方向:電子從_____流出經(jīng)外電路流入_____;電流從_____流出經(jīng)外電路流入_____。(4)離子的遷移方向:電解質(zhì)溶液中,陰離子向_____遷移,陽離子向_____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_________的通路,導電。,Cu,Zn-2e-====Zn2+,Cu2++2e-====Cu,正極,正極,負極,負極,正極,離子遷移,負極,二、化學電源的種類及其工作原理,1.一次電池(以堿性鋅錳干電池為例)堿性鋅錳干電池的工作原理如圖:,Zn+2OH--2e-==ZnO+H2O,MnO2+2H2O+2e-==Mn(OH)2+2OH-,2.二次電池(以鉛蓄電池為例),(1)放電時的反應：①負極反應：___________________________；②正極反應：______________________________________；③總反應：Pb+PbO2+2H2SO4====2PbSO4+2H2O。(2)充電時的反應：①陰極反應：_________________________；②陽極反應：___________________________________；③總反應：2PbSO4+2H2O====Pb+PbO2+2H2SO4。,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。,2H2-4e-====4H+,2H2+4OH--4e-====4H2O,O2+4H++4e-====2H2O,O2+2H2O+4e-====4OH-,三、金屬的腐蝕與防護,1.化學腐蝕和電化學腐蝕的比較,原電池,較活潑金屬,無,有,2.兩類電化學腐蝕的比較(鋼鐵腐蝕),酸性,弱酸性或中性或堿性,Fe-2e-====Fe2+,2H++2e-====H2↑,2H2O+O2+4e-====4OH-,3.金屬的防護,(1)加防護層:如在金屬表面加上耐腐蝕的油漆、搪瓷、陶瓷、瀝青、塑料、橡膠及電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。(2)電化學防護:①犧牲陽極保護法——原電池原理被保護的金屬設(shè)備作_______,比被保護的金屬活潑的金屬作_______。②陰極電保護法——電解原理被保護的金屬設(shè)備作_____,廢鐵作_____。(3)改變內(nèi)部結(jié)構(gòu),如制成不銹鋼等。,正極,負極,陰極,陽極,【思考辨析】1.原電池的兩電極中,較活潑的電極一定為負極。()【分析】不一定,如鋁、鎂和NaOH溶液構(gòu)成的原電池,鋁作原電池的負極,鎂作原電池的正極。2.(2012江蘇高考)Zn具有還原性和導電性,可用作鋅錳干電池的負極材料。()【分析】電池的電極應能導電,負極上發(fā)生氧化反應。,,√,3.(2012廣東高考)碘可用作鋰碘電池的材料。該電池反應為2Li(s)+I2(s)====2LiI(s),則碘電極作該電池的負極。()【分析】碘在反應中的化合價降低,發(fā)生還原反應,碘作正極。4.(2011江蘇高考)鉛蓄電池放電時的負極和充電時的陽極均發(fā)生還原反應。()【分析】鉛蓄電池放電時的負極和充電時的陽極均發(fā)生氧化反應。,,,5.(2012海南高考)鋅與稀硫酸反應時,要加大反應速率可滴加少量硫酸銅。()【分析】反應混合物中加入硫酸銅之后,鋅與硫酸銅反應生成銅單質(zhì),生成的銅與鋅和稀硫酸形成原電池,從而加快反應速率。6.(2010天津高考)在入?？诘匿撹F閘門上裝一定數(shù)量的銅塊可防止閘門被腐蝕。()【分析】銅和鐵組成的原電池,鐵作負極被腐蝕。7.陰極電保護法是將被保護金屬接在直流電源的正極。()【分析】接直流電源的正極相當于電解池的陽極,發(fā)生氧化反應,使金屬腐蝕得更快。,,√,,考點1原電池正負極的判斷和電極反應式的書寫,1.原電池正、負極判斷“四角度”,2.電極反應式書寫的步驟和規(guī)律(1)一般電極反應式書寫的“三步驟”:,(2)復雜電極反應式的書寫:,如CH4酸性燃料電池中,電極反應式為CH4+2O2====CO2+2H2O……總反應式2O2+8H++8e-====4H2O……正極反應式CH4+2H2O-8e-====CO2+8H+……負極反應式,【典例1】(2012福建高考)將如圖所示實驗裝置的K閉合,下列判斷正確的是(),A.Cu電極上發(fā)生還原反應B.電子沿Zn→a→b→Cu路徑流動C.片刻后甲池中c()增大D.片刻后可觀察到濾紙b點變紅色【解題指南】解答本題時應明確以下4點:(1)甲和乙裝置形成原電池作電源,電解飽和硫酸鈉溶液。(2)原電池的負極和電解池的陽極發(fā)生氧化反應。(3)陰離子分別移向原電池的負極和電解池的陽極。(4)電子在原電池中由負極移向正極,在電解池中由陽極移向陰極,但是不經(jīng)過電解質(zhì)溶液。,【解析】選A。K閉合后,甲和乙裝置通過鹽橋形成原電池,Zn是負極,發(fā)生氧化反應,Cu是正極,發(fā)生還原反應,A選項正確;電子不經(jīng)過溶液,B選項錯誤;在原電池中陰離子由正極移向負極,鹽橋中的Cl-向甲池移動,K+向乙池移動,兩池中的c()均不變,C選項錯誤;a是電解池的陰極,電極反應式為2H++2e-====H2↑,由于H+來自于水的電離,所以H+放電的同時溶液中產(chǎn)生了OH-,所以濾紙的a點變紅,D選項錯誤。,考點2原電池工作原理的“四大應用”,應用一：比較金屬的活動性強弱原電池中，一般活動性強的金屬作負極，而活動性弱的金屬(或非金屬)作正極。如有兩種金屬A和B，用導線將A和B連接后，插入到稀硫酸中，一段時間后，若觀察到A極溶解，而B極上有氣體放出，則說明A作負極，B作正極，則可以斷定金屬活動性A＞B。,應用二:加快化學反應速率由于形成了原電池,導致反應速率加快。如Zn與稀硫酸反應制氫氣時,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成Cu-Zn原電池,加快反應進行。應用三:用于金屬的防護使需要保護的金屬制品作原電池正極而受到保護。例如要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁,可用導線將其與一塊鋅塊相連,使鋅作原電池的負極。,應用四:設(shè)計制作化學電源設(shè)計原電池要緊扣構(gòu)成原電池的三個條件。(1)必須是能自發(fā)進行且放熱的氧化還原反應。(2)根據(jù)氧化還原關(guān)系找出正負極材料(負極就是失電子的物質(zhì),正極用比負極活潑性差的金屬即可,也可以用石墨)及電解質(zhì)溶液。①電極材料的選擇在原電池中,選擇活潑性較強的金屬作為負極;活潑性較弱的金屬或非金屬作為正極,并且原電池的電極必須導電。一般來說,負極應該跟電解質(zhì)溶液發(fā)生反應。,②電解質(zhì)溶液的選擇電解質(zhì)溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應,或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負極發(fā)生反應(如溶解于溶液中的空氣)。但如果兩個半反應分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋),則兩個容器中的電解質(zhì)溶液選擇與電極材料相同的陽離子。如在Cu-Zn-硫酸構(gòu)成的原電池中,負極Zn浸泡在含有Zn2+的電解質(zhì)溶液中,而正極Cu浸泡在含有Cu2+的電解質(zhì)溶液中。,(3)按要求畫出原電池裝置示意圖:如根據(jù)2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+設(shè)計原電池:,負極:Cu-2e-====Cu2+,正極:2Fe3++2e-====2Fe2+。,【典例2】(2013泉州模擬)某?；瘜W興趣小組進行探究性活動:將氧化還原反應:2Fe3++2I-2Fe2++I2,設(shè)計成帶鹽橋的原電池。提供的試劑:FeCl3溶液,KI溶液;其他用品任選。請回答下列問題:(1)請畫出設(shè)計的原電池裝置圖,并標出電極材料,電極名稱及電解質(zhì)溶液。,(2)發(fā)生氧化反應的電極反應式為__________。(3)反應達到平衡時,外電路導線中(填“有”或“無”)電流通過。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體,當固體全部溶解后,則此時該溶液中電極變?yōu)?填“正”或“負”)極?！窘忸}指南】解答本題需要掌握以下2個關(guān)鍵點:(1)鹽橋原電池的構(gòu)成條件。(2)原電池原理。,【解析】(1)先分析氧化還原反應,找出正負極反應,即可確定正負極區(qū)的電解質(zhì)溶液。(2)發(fā)生氧化反應的電極是負極,I-失電子。(3)反應達到平衡時,無電子流動,故無電流產(chǎn)生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體,平衡逆向移動,此時Fe2+失電子,電極變成負極。,答案:(1)如下圖,(2)2I--2e-====I2(3)無(4)負,【備選考點】原電池、電解池、電鍍池的比較,【高考警示】(1)判斷是原電池和電解池的關(guān)鍵是看是否有外加電源,若無外加電源,兩個裝置串聯(lián)時,存在自發(fā)進行氧化還原反應的裝置相當于電源,另一個裝置則是電解池。(2)二次電池的放電過程是原電池,充電過程是電解池。,【典例1】如圖,將純鐵棒和石墨棒插入1L飽和NaCl溶液中。下列說法中正確的是(),A.將M、N用導線直接相連,在溶液中滴入酚酞試液,C電極周圍溶液變紅B.M接電源正極,N接電源負極,當兩極產(chǎn)生氣體總量為22.4mL(標準狀況)時,則生成0.001molNaOHC.M接電源正極,N接電源負極,將C電極換成Cu電極,電解質(zhì)溶液換成CuSO4溶液,則可實現(xiàn)在鐵上鍍銅D.M接電源正極,N接電源負極,若把燒杯中溶液換成CuSO4溶液,反應一段時間后,燒杯中產(chǎn)生藍色沉淀,【解析】選A。將M、N用導線直接相連,形成原電池,發(fā)生吸氧腐蝕,C電極為正極,電極附近產(chǎn)生大量OH-,溶液顯堿性,A項正確;B項中陽極不產(chǎn)生氣體,陰極產(chǎn)生氣體為H2,總量為22.4mL(標準狀況)時,電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量為0.002mol,則應生成0.002molNaOH,B項不正確;鐵上鍍銅時,鐵應作陰極,M應接電源負極,C項不正確;M接電源正極,電極反應為Fe-2e-====Fe2+,N接電源負極,電極反應為Cu2++2e-====Cu,反應一段時間后,燒杯中不會產(chǎn)生藍色沉淀,D項不正確。,【典例2】(2013錦州模擬)下列圖示中關(guān)于銅電極的連接錯誤的是(),【解析】選C。鋅比銅的活潑性強,銅為原電池的正極,A正確;電解精煉銅,粗銅作陽極,溶解,銅離子在陰極純銅上析出,B正確;電鍍池中,鍍件應作陰極,鍍層金屬作陽極,C不正確;電解氯化鈉溶液,若用銅作電極,只能作陰極,D正確。,