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1、精选优质文档-倾情为你奉上化学能与电能的转化1、原电池一、定义：将化学能转化为电能的装置。二、构成原电池的条件 自发的氧化还原反应； 两个电极（活性不同）； 电解质溶液； 构成闭合回路。三、工作原理（一）以锌铜电池为例1.实验步骤：按右图组装好仪器，像两只烧杯中分别加入30 mL 1.0 moLL-1CuSO4溶液和30 mL 1.0 moLL-1 ZnSO4溶液，将连接导线和电流计的锌片和铜片分别插入CuSO4溶液和ZnSO4溶液中，将盐桥插入两只烧杯内的电解质溶液中，观察实验现象。取出盐桥，观察实验现象。2.实验现象： 左边烧杯中的锌片逐渐溶解，右边烧杯中的铜片上有红色金属析出，电流计的指
2、针发生偏转； 取出盐桥，电流计的指针不再偏转，铜片上不再有红色晶体析出，锌片也不再溶解。负极反应：Zn - 2e- = Zn2+ （氧化反应）正极反应：Cu2+ + 2e- = Cu （还原反应）电池反应：Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu3. 注意：盐桥中通常装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子在盐桥中能自由移动。盐桥的作用： 连接电解质溶液，使原电池形成一个闭合的回路； 平衡电解质溶液中的电荷。（二）工作原理解析：原电池是如何将化学能转化为电能的？负极：还原剂 - ne- = 氧化产物（发生氧化反应）正极：氧化剂 - ne- = 还原产物（发生还原反应）【例1】将锌片和铜片用导线连接置
3、于同一稀硫酸溶液中，则（ ）A 正极附近c()逐渐增大 B反应过程中溶液的pH逐渐增大C电子经外电路由Zn片流向Cu片，又从Cu片经电解质溶液流向Zn片D锌片、铜片和硫酸形成原电池后，化学能全部转化为电能【例2】下列装置能否形成原电池？ 四、原电池正负极的判断 （1）一般是较活泼的金属充当负极，较不活泼的金属或非金属或金属氧化物作正极。 （2）根据电子流向或电流方向确定：电子流出的一极或电流流入的一极为负极； （3）根据内电路中自由离子的移动方向确定：阴离子移向负极，阳离子移向正极。 （4）根据原电池反应式确定: 负极-氧化反应 正极-还原反应（5）一些特殊现象：负极-溶解，减重等 正极-增重
4、，产生气泡等五、形成原电池可以加快化学反应速率【例3】下列有关在实验室用锌和稀盐酸制H2实验的叙述正确的是（ ）用粗锌（含有比锌不活泼的金属）比纯锌反应速率快滴加少量CuSO4溶液可加快产生H2的速率滴加少量CuSO4溶液不改变生成H2的总量采用浓硫酸可以加快产生H2的速率在反应容器中加入一定量CH3COONa晶体会影响反应速率在反应容器中加入一定量CH3COONa晶体会影响生成H2的总量在反应容器中加入一定量Na2CO3晶体会影响生成H2的总量在反应容器中加入NaCl溶液不会改变生成H2的速率在反应容器中加入NaNO3固体不会改变生成H2的速率六、 原电池中电极反应式的书写第一步，写出在两极
5、发生化合价改变的反应物和生成物（分子或离子）及得失电子数，具体地，负极：写出失电子的物质(多为金属单质)、失去的电子数及对应的氧化产物；正极：写出得电子的物质、得到的电子数及对应的还原产物。第二步，结合题中的反应环境（酸性或碱性电解质溶液），在电极反应式的左边或右边添加一定个数的H+或OH，使之满足电荷守恒。实际上只有4种添加方法：左边加H+，右边加H2O；左边加H2O，右边加H+；左边加OH，右边加H2O；左边加H2O，右边加OH。注意：绝不能在一边加H+，一边加OH。第三步，根据原子个数守恒，在电极反应式的左边或右边添加一定个数的H2O。注意调整两个电极上得失电子数目相等。若电极反应产生的
6、离子与电解质溶液中的离子不能共存，则该电解质溶液中的离子也应写入电极反应式。正负极反应式相加得到电池反应的总反应(总的离子方程式)，可据此判断所写电极反应式是否正确。若能写出已知电池反应的总方程式(总的离子方程式)，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。【例4】从铜、铁及碳棒中选取合适的电极材料设计一个原电池，实现如下反应3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O，则负极为 ，电极反应式为 ，正极应选 ，电极反应式为 。钮扣电池（银锌电池）的放电过程可以表示为：Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，则正极为 ，电极反应式为 ，负极为 ，电极反
7、应式为 。以Mg、Al为电极材料设计一个原电池，实现反应：2Al+2NaOH+6H2O =2NaAl(OH)4+3H2，请写出电极反应式并标出电极材料和名称。【例5】氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。其总反应是H2+2NiO(OH)2Ni(OH)2，据此判断，下列叙述中正确的是（ ）A.电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 B.电池放电时，镍元素被氧化C.电池充电时，氢元素被还原 D.电池放电时，H2是负极2、 化学电源常见化学电源的工作原理一次电池是指电池放电后不能用简单的充电方法使活性物质复原而继续使用的电池，当电池中的活性物质大部分被消耗后就不能
8、再继续使用。二次电池又称为蓄电池。二次电池中，发生氧化还原反应的物质（电极、电解质溶液）大部分被消耗后，又可以通过充电而获得再生而恢复其供电能力，可多次重复使用。燃料电池的氧化剂和还原剂不是全部储藏在电池内，而是在工作时不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。因此燃料电池能够连续不断的提供电能。电池名称构成反应式一次电池银锌纽扣电池Zn|KOH|Ag2O负极反应式：Zn - 2e- + 2OH- = Zn(OH)2正极反应式：Ag2O + 2e- + H2O = 2Ag + 2OH-电池反应式：Zn + Ag2O + H2O = Zn(OH)2 + 2Ag普通锌锰电池Zn|MnO2、N
9、H4Cl|C负极反应式：Zn - 2e- = Zn2+正极反应式： 2MnO2 + 2e- + 2NH4+ = Mn2O3 + 2NH3 + H2O电池反应式： Zn + 2MnO2 + 2NH4+ = Zn + Mn2O3 + 2NH3 + H2O碱性锌锰电池Zn|KOH|MnO2负极反应式：Zn - 2e- + 2OH- = Zn(OH)2正极反应式：2MnO2 + 2e- + 2H2O = 2MnOOH + 2OH-电池反应式： Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnOOH锂电池Li|LiAlCl4、SOCl2|C负极反应式：8Li - 8e- = 8Li+正
10、极反应式：3SOCl2 + 8e- = SO32- + 2S + 6Cl-电池反应式：8Li + 3SOCl2 = 8Li+ + SO32- + 6Cl- + 2S心脏起搏电池Zn|H+|O2、Pt负极反应式：2Zn - 4e- = 2Zn2+正极反应式：O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O电池反应式：2Zn + O2 + 4H+ = 2Zn2+ + 2H2O海水电池铝|空气、海水|C负极反应式：4Al - 12e- = 4Al3+正极反应式：3O2 + 12e- + 6H2O = 12OH-电池反应式：4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al(OH)3二次电池铅蓄电池Pb|H2SO
11、4|PbO2负极反应式：Pb - 2e- + SO42- = PbSO4正极反应式：PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ = PbSO4 + 2H2O电池反应式：Pb + PbO2 + 4H+ + SO42 = 2PbSO4 + 2H2O镍氢电池H2|OH-|NiO(OH)负极反应式：H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O正极反应式： 2NiO(OH) + 2e- + 2H2O = 2Ni(OH)2 + 2OH-电池反应式：2NiO(OH) + H2 = 2Ni(OH)2铁镍电池Fe|OH-|NiO2负极反应式：Fe - 2e- + 2OH- = Fe(OH)2正极反应式：N
12、iO2 + 2e- + 2H2O = Ni(OH)2 + 2OH-电池反应式：Fe + NiO2 + 2H2O = Fe(OH)2 + Ni(OH)2燃料电池氢氧燃料电池H2|H+|O2负极反应式：H2 - 2e- = 2H+正极反应式：1/2O2 + 2e- + 2H+ = H2O电池反应式：H2 + 1/2O2 = H2O氢氧燃料电池H2|OH-|O2负极反应式：H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O正极反应式：1/2O2 + 2e- + 2H+ = H2O电池反应式：H2 + 1/2O2 = H2O氢氧燃料电池H2|NaCl|O2负极反应式：H2 - 2e- = 2H+正极反应式：
13、1/2O2 + 2H+ + 2e- = H2O电池反应式：H2 + 1/2O2 = H2O甲醇燃料电池CH3OH|OH-|O2负极反应式：2CH3OH -12e- + 16OH- = 2CO32- + 12H2O正极反应式：3O2 + 12e- + 6H2O = 12OH-电池反应式：2CH3OH + 3O2 + 4OH- = 2CO32- + 3H2O甲烷燃料电池CH4|OH-|O2负极反应式：CH4 -8e- + 10OH- = CO32- + 7H2O正极反应式：2O2 + 8e- + 4H2O = 8OH-电池反应式：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O燃料电
14、池的工作原理：有关燃料电池的基本常识：负极：燃料失去电子（燃料一定是在负极反应的）正极：O2获得电子（O2一定是在正极上反应的）电解质：水溶液（酸性、碱性、中性）、固体氧化物或熔融氧化物、熔融盐电解质为水溶液（酸性、碱性、中性）【例6】甲烷碱性燃料电池（电解质溶液为KOH）负极：正极：甲烷酸性燃料电池（电解质溶液为H2SO4）负极：正极：【例7】利用反应C2H5OH+3O22CO2+3H2O，可设计为燃料电池（电解质溶液为KOH），试写出其电极反应式。【例8】下图是乙醚（CH3CH2OCH2CH3）燃料电池的结构示意图。乙醚在催化剂作用下提供质子（H+）和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另
15、一极与氧气反应。请写出该燃料电池的电极反应式：a极： ，b极： 。固体氧化物燃料电池【例9】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正确的是（ ）A通入空气的一极是正极，电极反应为：O2+2H2O+4e=4OHB通入空气的一极是正极，电极反应为：O2+4e=2O2C在熔融电解质中，O2由负极移向正极D通入丁烷的一极是负极，电极反应为：C4H10+26e+13O2=4CO2+5H2O熔融盐燃料电池【例10】某种熔融盐燃料电池采用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负
16、极燃气，空气与CO2的混合气体为正极助燃气。试写出两极反应式。以NO2、O2、熔融盐NaNO3组成的燃料电池如图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y（N2O5），并将Y通入石墨电极处，以使电池的电解质组成保持稳定，保证该燃料电池长时间稳定运行。石墨电极反应式为 ；石墨电极反应式为 。【小结】无论酸或碱的水溶液、氧化物、熔融盐何者做为电解质，其导电离子一般要参与两极反应，在某个电极上生成，在另一个电极上消耗。如无特殊情况，当两极转移电子数相等时，该导电离子在两个电极上的生成量和消耗量相等。【例11】利用人工光合作用合成甲酸的原理2CO2+2H2O2HCOOH+O2可设计成原电池，装置
17、如图所示。下列说法不正确的是（ ）A电极1周围溶液的pH增大B该装置将太阳能转化为化学能和电能CH+由电极1室经过质子交换膜流向电极2室D电极2上发生的反应为CO2+2H+2e =HCOOH【例12】2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是（ ）Aa为电池的正极B电池充电反应为LiMn2O4=Li1-xMn2O4+xLiC放电时，a极锂的化合价发生变化D放电时，溶液中Li+从b向a迁移【例13】锂离子电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的总反应为：C6Li+Li1-xMO2=C6Li1-x+LiMO2（C6Li表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料
18、，LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物），请写出放电时的电极反应式。【方法指导】锂电池有多种，正极材料和电解质各不相同，但负极一定是金属锂（可能嵌入某些载体中）失去电子生成Li+。锂电极不能直接与水溶液接触，故须采用某些有机电解质等，或通过某些介质与水溶液间接接触。锂电池具有比容量高、能量密度大等特点，其本质是在不同的电极材料中，质量相同时，锂可以释放出更多的电子。作业1.下列关于下图所示装置的叙述，正确的是（ ） A锌片为负极，铜片为正极 B该装置能将电能转化为化学能 C铜片发生的反应为Cu2e= Cu2 D电流方向是由锌片通过导线流向铜片2.某小组为研究电化学原理，设计如上图装置。下列叙述不
19、正确的是（ ）Aa和b不连接时，铁片上会有金属铜析出Ba和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：Cu2+2e=CuCa和b用导线连接时，电子由铜电极流向铁电极D无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色3.下列反应中可以用于设计原电池的是（ ） AH2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O B2FeCl3 + Fe = 3FeCl2CMg3N 2+6H2O = 3Mg（OH）2+ 2NH3 DNaCl + AgNO3 = NaNO3 + AgCl4.锌空气电池可能成为未来的理想动力源，该电池的电解质溶液可以是酸性或碱性。在碱性溶液中该电池总反应可表示为：2Zn
20、+ 4NaOH + O22Na2ZnO2+ 2H2O。下列有关锌空气电池说法正确的是（ ）A负极反应式为：O2+ 2H2O + 4e4OHB碱性或酸性电解质溶液中，该电池正极反应式相同C该电池工作时，Na移向负极D每生成1 mol ZnO22转移电子数为2 NA（NA为阿伏加德罗常数）5.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（ ）在标准状况下，每消耗5.6L CH4可以向外电路提供2mole通过甲烷电极的电极反应式为：CH4+10OH8e=CO32+7H2O通过甲烷的电极为电池的正极，通过氧气的电极为负极电
21、池放电后，溶液pH不断升高A B C D 6.全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能电池。其电池总反应为： V3+VO2+H2OVO2+2H+V2+。下列说法正确的是（ ）A放电时正极反应为：VO2+2H+e-=VO2+H2OB充电时阴极反应为：V2+-e-V3+C放电过程中电子由负极经外电路移向正极，再由正极经电解质溶液移向负极D充电过程中，H+由阴极区向阳极区迁移7.下列化学电池不易造成环境污染的是（ ） A锌锰干电池 B氢氧燃料电池 C镍镉电池 D铅蓄电池8.爱迪生电池在充电和放电时发生的反应：Fe+NiO2+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2，下列对该蓄电池推断错误的是：（ ） 放电
22、时，Fe参与负极反应，NiO2参与正极反应 充电时，阴极上的电极反应式为：Fe(OH)2 + 2e= Fe + 2OH 放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动 放电时，负极上的电极反应式为：Fe + 2H2O2e = Fe(OH)2 + 2H+ 蓄电池的电极必须浸入某种碱性电解质溶液中 A只有 B C D9.普通水泥在固化过程中自由水分子减少并产生Ca(OH)2，溶液呈碱性。根据这一物理化学特点，科学家发明了电动势法测水泥初凝时间。此法的原理如图所示，反应的总方程式为：2CuAg2O=Cu2O2Ag，下列有关说法正确的是()。A工业上以纯碱、石灰石、石英为主要原料来制造水泥B测量原理示意图
23、中，Ag2O为负极C负极的电极反应式为：2Cu2OH2e=Cu2OH2OD电池工作时，OH向正极移动10.有a、b、c四种金属，将a与b用导线连结起来浸入电解质溶液中，b不易腐蚀将a、c分别投入等浓度的盐酸中，c比a反应剧烈据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是( )Ac、a、b Ba、b、c Cb、a、c Db、a、c 11.有A、B、D、E四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向AB；当A、D组成原电池时，A为正极；B与E构成原电池时，电极反应式为：E2+2e-=E，B-2e-=B2+则A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为（）A、ABED B、ABDE C、DEABD、DABE12.根据
24、下图可判断下列离子方程式中错误的是（ ）A2Ag(s)+Cd2+(aq)=2Ag+(aq)+Cd(s) BCo2+(aq)+Cd(s)=Co(s)+Cd2+(aq)C2Ag+(aq)+Cd(s)=2Ag(s)+Cd2+(aq) D2Ag+(aq)+Co(s)=2Ag(s)+Co2+(aq)13.氢氧燃料电池已用于航天飞机。以30%KOH溶液为电解质溶液的这种电池在使用时的电极反应如下：2H2+4OH4e-=4H2O O2+2H2O+4e-=4OH-，下列说法中错误的是（ ）A、供电时的总反应是：2H2+O2=2H2O B、产物为无污染的水，属于环境友好电池C、燃料电池的能量转化率可达100%
25、D、H2在负极发生氧化反应14.汽车的启动电源常用铅蓄电池，放电时其电池反应如下：PbO2+Pb+2H2SO4= 2PbSO4+2H2O。根据此反应判断，下列叙述中正确的是（ ）APb是正极BPbO2得电子，被氧化C负极反应是Pb+SO422e= PbSO4D电池放电时，溶液酸性增强15.据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。其电池反应为：2CH3OH + 3O2 + 4OH- 2CO32-+6H2O，则下列说法正确的是 ( ) A构成该电池的正极和负极必须是两种活性不同的金属B充
26、电时有CH3OH生成的电极为阳极C放电时电解质溶液的pH逐渐增大 D放电时负极的电极反应为：CH3OH6e 8OH CO32- + 6H2O16.氢气是未来最理想的能源之一，科学家最近研制出利用太阳能产生激光，并在二氧化钛（TiO2）表面作用使海水分解得到氢气的新技术：2H2O2H2+O2。制得的氢气可用于燃料电池。试回答下列问题：（1）海水分解生成的氢气用于燃料电池时，实现_能转变为_能。水分解时，断裂的化学键为_键，分解海水的反应属于_反应（填“放热”或“吸热”）。（2）某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质，两极上发生的电极反应分别为：A极：2H2+2O24e=2H2O；B极：O
27、2+4e=2O2，则A极是电池的_极；电子从该极_（填“流入”或“流出”）。（3）有人以化学反应：2Zn+O2+4H+=2Zn2+2H2O为基础设计出一种原电池，移入人体内作为心脏起搏器的能源，它们靠人体内血液中溶有一定浓度的O2、H+、Zn2+进行工作。则原电池的负极材料是_，正极上发生反应的电极反应式为 。17.某同学想利用原电池反应探究Zn和Cu的金属活动性顺序。请你帮他选择适宜的材料和试剂设计一个原电池，并完成下列实验报告：实验目的：探究Zn和Cu的金属活动性顺序（1）电极材料：正极： ；负极： ；电解质溶液为H2SO4溶液。（2）写出正极反应式： 。（3）请画出该原电池装置图：实验现象：负极不断溶解，正极上气泡产生实验结论： 。专心-专注-专业