高考化學(xué)月刊 專題七 電化學(xué)及其應(yīng)用 (8)課件.ppt

專題七電化學(xué)及其應(yīng)用 8 一 原電池原理 1 原電池的概念 利用自發(fā)的氧化還原反應(yīng) 使氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在不同的兩極上發(fā)生 從而在連接兩極上產(chǎn)生電流的裝置 是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置 原電池的電路工作原理 外電路 負(fù)極失去電子 電子經(jīng)導(dǎo)線流向正極 內(nèi)電路 溶液中陰陽(yáng)離子發(fā)生移動(dòng) 2 原電池的電極和電極反應(yīng)正極 符號(hào) 得到電子 發(fā)生還原反應(yīng) 負(fù)極 符號(hào) 失去電子 發(fā)生氧化反應(yīng) 3 兩種銅鋅原電池比較 說(shuō)明 1 關(guān)于原電池中離子的移動(dòng)原電池中由于并未形成電場(chǎng) 離子移動(dòng)主要由于三個(gè)原因 一是由于反應(yīng)消耗 如裝置 1 中銅離子在正極反應(yīng)而在正極附近濃度減小 銅離子會(huì)由濃度較高的地方向正極移動(dòng) 二是由于反應(yīng)生成 按照熵增的原理 粒子在分散系中總是盡可能均勻分散 新生成的離子總是自發(fā)向低濃度的地方擴(kuò)散 三是由于溶液保持電中性的原因 鹽橋中的離子會(huì)定向移動(dòng) 溶液中移動(dòng)的離子所帶電荷總數(shù)等于導(dǎo)線上移動(dòng)的電子的電荷數(shù) 2 鹽橋 鹽橋中通常裝有含瓊脂的氯化鉀飽和溶液 使用鹽橋的優(yōu)點(diǎn) 一是可以提高電池工作效率 二是用于不需要電極參加反應(yīng)的原電池 在實(shí)際電池中 大多采用離子交換膜 3 銅鋅原電池裝置示意圖 1 中溶液溫度升高的原因 形成原電池的同時(shí) 還存在鋅片與硫酸銅的直接反應(yīng) 鋅失去電子直接給了銅離子 鋅離子進(jìn)入溶液 而銅離子直接得到了電子 相當(dāng)于短路 所以反應(yīng)時(shí)放出熱量而溫度升高 基礎(chǔ)題一 關(guān)于鉛蓄電池的說(shuō)法正確的是 a 在放電時(shí) 正極發(fā)生的反應(yīng)是pb s so42 aq pbso4 s 2e b 在放電時(shí) 該電池的負(fù)極材料是鉛板c 在充電時(shí) 電池中硫酸的濃度不斷變小d 在充電時(shí) 陽(yáng)極發(fā)生的反應(yīng)是pbso4 s 2e pb s so42 aq b 解析 鉛蓄電池的充放電反應(yīng)為 pb pbo2 2h2so42pbso4 2h2o 放電時(shí) pb單質(zhì)化合價(jià)升高 失去電子 作負(fù)極 反應(yīng)為 pb 2e so42 pbso4 所以b選項(xiàng)正確 a選項(xiàng)錯(cuò)誤 因?yàn)檎龢O上反應(yīng)為 pbo2 2e 4h so42 pbso4 2h2o c d考查電解池知識(shí) 充電時(shí) h2so4的濃度不斷增大 陽(yáng)極上發(fā)生的是氧化反應(yīng) 是失去電子而不是得到電子 二 原電池形成的一般條件 1 電極 能夠?qū)щ姷牟牧弦话闱闆r 活潑性不同的兩個(gè)金屬電極 活潑性強(qiáng)的電極參與氧化還原反應(yīng) 充電電池 兩個(gè)電極都參與氧化還原反應(yīng) 燃料電池 兩個(gè)電極都不參與氧化還原反應(yīng) 2 電解質(zhì)溶液 連通兩個(gè)電極 一般參與氧化還原反應(yīng) 3 形成閉合回路電子流動(dòng)方向 外電路 負(fù)極 正極 陰陽(yáng)離子流動(dòng)方向 電解質(zhì)溶液中 陰離子向負(fù)極移動(dòng) 陽(yáng)離子向正極移動(dòng) 4 氧化還原反應(yīng) 原電池中必須有能夠自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng) 基礎(chǔ)題二 在下圖所示的裝置中 能夠發(fā)生原電池反應(yīng)的是 a b c d c 解析 兩個(gè)電極相同 所以不能發(fā)生原電池反應(yīng) 中液體為非電解質(zhì)乙醇 所以不能發(fā)生原電池反應(yīng) 不能形成閉合電路 所以不能發(fā)生原電池反應(yīng) 思考題 堿性電池具有容量大 放電電流大的特點(diǎn) 因而得到廣泛應(yīng)用 鋅 錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液 電池總反應(yīng)式為zn s 2mno2 s h2o l zn oh 2 s mn2o3 s 下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 a 電池工作時(shí) 鋅失去電子b 電池正極的電極反應(yīng)式為 2mno2 s h2o l 2e mn2o3 s 2oh aq c 電池工作時(shí) 電子由正極通過(guò)外電路流向負(fù)極d 外電路中每通過(guò)0 2mol電子 鋅的質(zhì)量理論上減小6 5g c 解析 該電池的電解液為koh溶液 結(jié)合總反應(yīng)式可寫(xiě)出負(fù)極反應(yīng)式 zn s 2oh aq 2e zn oh 2 s 用總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式 可得到正極反應(yīng)式 2mno2 s h2o l 2e mn2o3 s 2oh aq zn為負(fù)極 失去電子 電子由負(fù)極通過(guò)外電路流向正極 1molzn失去2mol電子 外電路中每通過(guò)0 2mol電子 zn的質(zhì)量理論上減小6 5g 故答案為c項(xiàng) 三 原電池的ph變化和有關(guān)計(jì)算 1 在原電池工作時(shí) 由于負(fù)極金屬失去電子進(jìn)入電解質(zhì)溶液 正極附近的陽(yáng)離子得到電子從溶液中析出 可能會(huì)引起溶液ph的變化 1 當(dāng)負(fù)極產(chǎn)生的金屬離子結(jié)合溶液中的oh 時(shí) 電極附近的溶液ph降低 當(dāng)正極o2得電子結(jié)合溶液中的水時(shí) 生成oh 使溶液中的ph增大 2 電池工作時(shí)整個(gè)溶液ph的變化必須從總反應(yīng)式來(lái)分析 當(dāng)電解質(zhì)溶液中酸被消耗時(shí) 溶液ph增大 當(dāng)電解質(zhì)溶液中堿被消耗時(shí) 溶液ph減小 2 原電池的有關(guān)計(jì)算電子守恒法是依據(jù)氧化劑與還原劑得失電子數(shù)目相等這一原則進(jìn)行計(jì)算的 電子守恒法是氧化還原計(jì)算的最基本的方法 計(jì)算時(shí)可由電極反應(yīng)式中的氧化劑 或還原劑 與得到的電子 或失去的電子 之間的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算 基礎(chǔ)題三 湖南長(zhǎng)沙周南中學(xué)2010屆高三第四次月考 1 將鋅片和銀片浸入稀硫酸中組成原電池 兩電極間連接一個(gè)電流計(jì) 鋅片上發(fā)生的電極反應(yīng) 銀片上發(fā)生的電極反應(yīng) 2 若該電池中兩電極的總質(zhì)量為60g 工作一段時(shí)間后 取出鋅片和銀片洗凈干燥后稱重 總質(zhì)量為47g 試計(jì)算 產(chǎn)生氫氣的體積 標(biāo)準(zhǔn)狀況 通過(guò)導(dǎo)線的電量 已知na 6 02 1023 mol 電子電荷為1 60 10 19c zn 2e zn2 2h 2e h2 解析 1 根據(jù)金屬活潑性分析得出鋅片為負(fù)極 銀片為正極 相應(yīng)電極反應(yīng)為zn 2e zn2 2h 2e h2 2 鋅片與銀片減輕 是因與酸反應(yīng) zn 2h zn2 h2 轉(zhuǎn)移2e 得v h2 4 48l q 3 85 104c 重要考點(diǎn)1原電池正負(fù)電極的判斷 原電池電極名稱的判斷方法 1 看誰(shuí)能與電解質(zhì)溶液反應(yīng) 包括溶解在電解質(zhì)溶液中的氧氣 誰(shuí)反應(yīng)誰(shuí)作負(fù)極 如zn cu 稀硫酸構(gòu)成的電池中鋅為負(fù)極 此時(shí)遵循的原則是較活潑的金屬作負(fù)極 mg al 氫氧化鈉溶液構(gòu)成的電池中鋁為負(fù)極 cu al 濃硝酸構(gòu)成的電池中銅為負(fù)極 2 根據(jù)化合價(jià)的變化判斷或根據(jù)反應(yīng)判斷 元素化合價(jià)升高的為負(fù)極 元素化合價(jià)降低的為正極 失電子的反應(yīng) 氧化反應(yīng) 負(fù)極 得電子的反應(yīng) 還原反應(yīng) 正極 3 根據(jù)電子或電流方向 電子流出的為負(fù)極 電流流出的為正極 考點(diǎn)釋例1 原電池的電極名稱不僅與電極材料的性質(zhì)有關(guān) 也與電解質(zhì)溶液有關(guān) 下列說(shuō)法中不正確的是 a 由al cu 稀h2so4組成原電池 其負(fù)極反應(yīng)式為al 3e al3 b 由mg al naoh溶液組成原電池 其負(fù)極反應(yīng)式為al 3e 4oh alo2 2h2oc 由fe cu fecl3溶液組成原電池 其負(fù)極反應(yīng)式為cu 2e cu2 d 由al cu 濃硝酸組成原電池 其負(fù)極反應(yīng)式為cu 2e cu2 c 解析 a中活潑性al cu 故負(fù)極反應(yīng)為al 3e al3 b中mg al在naoh溶液中al活潑 故其負(fù)極反應(yīng)式為al 3e 4oh alo2 2h2o c中活潑性fe cu 其負(fù)極反應(yīng)式為fe 2e fe2 d中由于al在濃硝酸中鈍化 故cu相對(duì)活潑 故其負(fù)極反應(yīng)式為cu 2e cu2 溫馨提示 1 原電池正 負(fù)極的判斷基礎(chǔ)是氧化還原反應(yīng) 如果給出一個(gè)方程式判斷正 負(fù)極 可以直接根據(jù)化合價(jià)的升降來(lái)判斷 發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負(fù)極 發(fā)生還原反應(yīng)的一極為正極 2 活潑金屬在原電池中不一定是負(fù)極 1 某同學(xué)用光亮的鎂片和鋁片插入3mol l的naoh溶液中組成原電池 下列說(shuō)法正確的是 a mg作正極 al作負(fù)極b al作正極 mg作負(fù)極c mg被氧化 al被還原d al被氧化 mg被還原 a 2 湖南同升湖實(shí)驗(yàn)學(xué)校2010屆高三第三次月考 有人設(shè)計(jì)出利用ch4和o2的反應(yīng) 用鉑電極在koh溶液中構(gòu)成原電池 電池的總反應(yīng)類似于ch4在o2中燃燒 則下列說(shuō)法正確的是 每消耗1molch4可以向外電路提供8mole 負(fù)極上ch4失去電子 電極反應(yīng)式ch4 10oh 8e co32 7h2o 負(fù)極上是o2獲得電子 電極反應(yīng)式為o2 2h2o 4e 4oh 電池放電后 溶液ph不斷升高a b c d a 3 某原電池總反應(yīng)的離子方程式為 2fe3 fe 3fe2 不能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是 雙選 a 正極為cu 負(fù)極為fe 電解質(zhì)為fecl3溶液b 正極為c 負(fù)極為fe 電解質(zhì)為fe no3 3溶液c 正極為fe 負(fù)極為zn 電解質(zhì)為fe2 so4 3溶液d 正極為ag 負(fù)極為fe 電解質(zhì)為cuso4溶液 cd 重要考點(diǎn)2原電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě) 1 根據(jù)原電池發(fā)生的氧化還原反應(yīng)書(shū)寫(xiě)正負(fù)極反應(yīng)式及總反應(yīng)式 負(fù)極 氧化反應(yīng) 失電子 正極 還原反應(yīng) 得電子 總反應(yīng)式 負(fù)極反應(yīng)式 正極反應(yīng)式 對(duì)總反應(yīng)式 負(fù)極反應(yīng)式和正極反應(yīng)式 只要知其中任兩個(gè) 就可以通過(guò)加或減求第三個(gè) 2 注意正負(fù)極反應(yīng)生成的離子與電解質(zhì)溶液能否共存 若不能共存 則參與反應(yīng)的物質(zhì)也要寫(xiě)入電極反應(yīng)式中 如o2 不能在溶液中穩(wěn)定存在 先遇h 必然生成h2o 遇h2o必然生成oh 3 注意質(zhì)量守恒 電荷守恒 電子得失守恒 特別是電子得失守恒 這樣可以避免在由電極反應(yīng)式寫(xiě)總反應(yīng)方程式 或由總反應(yīng)方程式改寫(xiě)成電極反應(yīng)式所帶來(lái)的失誤 同時(shí) 也可避免在有關(guān)計(jì)算中產(chǎn)生誤差 考點(diǎn)釋例2 一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為 在酸性溶液中甲醇與氧氣作用生成水和二氧化碳 該電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是 a ch3oh l o2 g h2o l co2 g 2h aq 2e b o2 g 4h aq 4e 2h2o l c ch3oh l h2o l co2 g 6h aq 6e d o2 g 2h2o l 4e 4oh c 解析 甲醇與氧氣反應(yīng)的氧化還原反應(yīng)方程式為 2ch3oh 3o2 2co2 4h2o 化合價(jià)升高的元素為甲醇中的c元素 所以在負(fù)極上甲醇失去電子而放電 在該極上的電極反應(yīng)式為 ch3oh l h2o l co2 g 6h aq 6e 溫馨提示 依據(jù)電子得失守恒 正負(fù)電極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)的總方程式 若能寫(xiě)出已知電池反應(yīng)的總方程式 可以減去較易寫(xiě)出的電極反應(yīng)式 從而得到較難寫(xiě)出的電極反應(yīng)式 1 湖南省雙峰一中高三12月月考 高鐵電池是一種新型可充電電池 與普通高能電池相比 該電池長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓 高鐵電池的總反應(yīng)為 3zn 2k2feo4 8h2o3zn oh 2 2fe oh 3 4koh 下列敘述不正確的是 a 放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為 zn 2e 2oh zn oh 2b 充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為 fe oh 3 3e 5oh feo 4h2oc 放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3mol電子 正極有1molk2feo4被氧化d 放電時(shí)正極附近溶液的堿性增強(qiáng) c 2 下圖為銅鋅原電池的裝置請(qǐng)回答 1 銅是正極 銅片上有氣泡產(chǎn)生 電極反應(yīng)式為 2 鋅為極 電極反應(yīng)式為 3 電池反應(yīng)式為 cu2 2e cu 負(fù) zn 2e zn2 zn cu2 zn2 cu 重要考點(diǎn)3原電池原理的應(yīng)用 1 原電池反應(yīng)可加快化學(xué)反應(yīng)速率如實(shí)驗(yàn)室中用zn和稀h2so4制取h2時(shí) 常加入少量cuso4 cuso4與zn發(fā)生置換反應(yīng)生成cu 從而構(gòu)成cu zn原電池加快h2的產(chǎn)生速率 2 判斷金屬的活動(dòng)性順序一般情況下負(fù)極金屬的活動(dòng)性強(qiáng)于正極 例外 鎂 鋁與燒堿溶液構(gòu)成原電池 因?yàn)槭卿X失去電子 此時(shí)鋁為負(fù)極 鐵 銅與濃硝酸構(gòu)成原電池 因?yàn)殍F被鈍化 此時(shí)銅失去電子 銅為負(fù)極 3 設(shè)計(jì)原電池設(shè)計(jì)原電池時(shí) 首先要根據(jù)所提供的氧化還原反應(yīng)的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì) 原電池的設(shè)計(jì)還要緊扣原電池的三個(gè)條件 具體方法是 1 首先將已知氧化還原反應(yīng)拆分為兩個(gè)半反應(yīng) 2 根據(jù)原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn) 結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)找出正負(fù)極材料 負(fù)極就是失電子的物質(zhì) 正極用比負(fù)極活潑性差的金屬或石墨 及電解質(zhì)溶液 3 按要求畫(huà)出原電池裝置圖 考點(diǎn)釋例2 100ml濃度為2mol l 1的鹽酸跟過(guò)量的鋅片反應(yīng) 為加快反應(yīng)速率 又不影響生成氫氣的總量 可采用的方法是 a 加入適量的6mol l 1的鹽酸b 加入數(shù)滴氯化銅溶液c 加入適量蒸餾水d 加入適量的氯化鈉溶液 b 解析 向溶液中再加入鹽酸 h 的物質(zhì)的量增加 生成h2的總量也增加 a錯(cuò) 加入氯化銅后 鋅置換出的少量銅附在鋅片上 形成了原電池反應(yīng) 反應(yīng)速率加快 又鋅是過(guò)量的 生成h2的總量決定于鹽酸的量 故b正確 向原溶液中加入水或氯化鈉溶液都引起溶液中h 濃度的下降 反應(yīng)速率變慢 故c d都不正確 所以本題正確答案為b選項(xiàng) 溫馨提示 萬(wàn)變不離其宗 只要我們抓住了原電池的原理 從原理出發(fā) 各方面的應(yīng)用都可以迎刃而解 1 茫茫黑夜中 航標(biāo)燈為航海員指明了方向 航標(biāo)燈的電源必須長(zhǎng)效 穩(wěn)定 我國(guó)科技工作者研制出以鋁合金 pt fe合金網(wǎng)為電極材料的海水電池 在這種電池中 鋁合金是陽(yáng)極 鋁合金是負(fù)極 海水是電解液 鋁合金電極發(fā)生還原反應(yīng)a b c d a 2 湖南周南中學(xué)2010屆高三月考 用銅片 銀片 cu no3 2溶液 agno3溶液 導(dǎo)線和鹽橋 裝有瓊脂 kno3的u型管 構(gòu)成一個(gè)原電池 以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是 在外電路中 電流由銅電極流向銀電極 正極反應(yīng)為 ag e ag 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中取出鹽橋 原電池仍繼續(xù)工作 將銅片浸入