1.了解原電池工作原理及構(gòu)成條件,能正確判斷電極名稱、電子流向、電流方向。會正確書寫電極反應(yīng)式及總反應(yīng)方程式。
2.根據(jù)電極反應(yīng)方程式,正確判斷電解質(zhì)溶液中離子的遷移方向和溶液的PH值變化。
3.了解常見化學(xué)電源的工作原理,了解新型化學(xué)電源
4.根據(jù)電極反應(yīng),理解原電池工作時(shí)基本定量關(guān)系。
【知識梳理】
一.原電池
1.工作原理:
2.基本組成:
3.構(gòu)成條件:
4.原電池正負(fù)極的判斷方法:
原電池有兩個(gè)電極,一個(gè)是正極,一個(gè)是負(fù)極。判斷正極和負(fù)極的方法是:
①
②
③
④
⑤
5.電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式的書寫:
例。 已知下列原電池的總反應(yīng)式,請寫出其電極反應(yīng)式,并歸納如何根據(jù)原電池的總反應(yīng)式正確書寫電極反應(yīng)式。
① Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu
② 2Zn+4NH4Cl+4MnO2=[Zn(NH3)4]Cl2+ZnCl2+2Mn2O3+2H2O
③ CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O
【歸納】根據(jù)總反應(yīng)式書寫電極反應(yīng)式的基本思路:
負(fù)極:還原劑 氧化產(chǎn)物(要不要介質(zhì)參與?)
正極:氧化劑 還原產(chǎn)物(要不要介質(zhì)參與?)
分享:
(1)若總反應(yīng)式中沒有H+參加反應(yīng),則若一極消耗H+,另一極必定生成H+。
(2) 若總反應(yīng)式中沒有OH-參加反應(yīng),則若一極消耗OH-,另一極必定生成OH-。
(3) 氫氧不夠,水來湊。
6.PH值變化:
二.常見化學(xué)電源
(1)一次電池:一次電池的活性物質(zhì)消耗到一定程度,就不能使用了。
如普通的鋅錳電池:
堿性鋅錳電池:
(2)二次電池:二次電池又稱充電電池或蓄電池,放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生。這類電池可以多次重復(fù)使用。
如鉛蓄電池:
(3)燃料電池
燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的化學(xué)電池。它與一般化學(xué)電池不同,一般化學(xué)電池的活性物質(zhì)儲存在電池內(nèi)部,故而限制了電池的容量,而燃料電池的電極本身不包含活性物質(zhì),它工作時(shí),燃料和氧化劑連續(xù)不斷地由外部供給,在電極上不斷地進(jìn)行電極反應(yīng),生成物不斷地被排除,于是電池就連續(xù)不斷地提供電能。
如氫氧燃料電池:
a.電解質(zhì)溶液為硫酸時(shí):負(fù)極 ;正極
b.電解質(zhì)溶液為強(qiáng)堿時(shí):負(fù)極 ;正極
c.電解質(zhì)溶液為水時(shí): 負(fù)極 ;正極
如乙醇燃料堿性電池:負(fù)極 ;正極
小結(jié):一次電池、二次電池、燃料電池的優(yōu)缺點(diǎn):
【典例精析】
例1.下列關(guān)于原電池的敘述,正確的是 ( )
A.構(gòu)成原電池的正極和負(fù)極必須是兩種活潑性不同的金屬
B.電子從負(fù)極流向正極,電流從正極流向負(fù)極
C.在電解質(zhì)溶液中,陰離子從負(fù)極向正極移動,陽離子從正極向負(fù)極移動
D.原電池工作時(shí),正極發(fā)生還原反應(yīng),負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)
解題體會:
例2.把鐵釘和碳棒用銅線聯(lián)接后,浸入0.01 mol / L的食鹽溶液中,可能發(fā)生的現(xiàn)象是
A.碳棒上放出氯氣 B.碳棒近旁產(chǎn)生OH- ( )
C.碳棒上放出氧氣 D.鐵釘上放出氫氣 E.鐵釘被氧化
解題體會:
例3.一種新型燃料電池,一極通入空氣,另一極通入丁烷氣體:電解質(zhì)是摻雜氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO3)晶體,在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O2-。下列對該燃料電池說法正確的是
A.在熔融電解質(zhì)中,O2--由負(fù)極移向正極
B.電池的總反應(yīng)是:2C4H10+13O2 → 8CO2+10H2O
C.通入空氣的一極是正級,電極反應(yīng)為:O2+4e- 2O2--
D.通入丁烷的一極是正極,電極反應(yīng)為:C4H10+26e--+13O2-- 4CO2+SH2O
解題體會:
【反饋練習(xí)】
1.下列各組金屬和溶液,能組成原電池的是 ? ?
A Cu、Cu、稀硫酸 B Zn、Cu、稀硫酸
C Cu、Zn、酒精 D Zn、Cu、CuSO4溶液
2.一個(gè)原電池的總反應(yīng)的離子方程式是Zn+Cu2+??Zn2++Cu,該反應(yīng)的原電池的組成正確的是 ( )
(A)(B)(C)(D)
正極ZnAgCuCu
負(fù)極CuCuZnZn
電解質(zhì)溶液CuCl2H2SO4CuSO4FeCl2
3.由銅、鋅和稀硫酸組成的原電池工作時(shí),電解質(zhì)溶液的pH怎樣變化 ( )
A 不變 B 先變小后變大
C 逐漸變大 D 逐漸變小
4.將鐵片和銀片用導(dǎo)線連接置于同一稀鹽酸溶液中,并經(jīng)過一段時(shí)間后,下列各敘述正確的是 ( )
A 負(fù)極有Cl2逸出,正極有H2逸出
B 負(fù)極附近Cl?的濃度減小
C 正極附近Cl?的濃度逐漸增大
D 溶液中Cl?的濃度基本不變
5.關(guān)于如圖所示裝置的敘述,正確的是 ( )
A 銅是陽極,銅片上有氣泡產(chǎn)生
B 銅片質(zhì)量逐漸減少
C 電流從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片
D 氫離子在銅片表面被還原
6.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(1)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq)
C 電池工作時(shí),電子由正極通過外電路流向負(fù)極
D 外電路中每通過0.2 mol電子,鋅的質(zhì)量理論上減小6.5 g
7.高鐵電池是一種新型可充電電池,與普通高能電池相比,該電池能長時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為:
3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(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)2
B 充電時(shí)陽極反應(yīng)為:Fe(OH)3-3e-+5OH-====FeO42-+4H2O
C 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)
8.鋰離子電池已經(jīng)成為新一代實(shí)用化的蓄電池,該電池具有能量密度大、電壓高的特性。鋰離子電池放電時(shí)的電極反應(yīng)式為
負(fù)極反應(yīng):C6Li-xe- C6Li1-x+x Li+ (C6Li表示鋰原子嵌入石墨形成的復(fù)合材料)
正極反應(yīng):Li1-xMO2+xLi++xe- LiMO2 (LiMO2表示含鋰的過渡金屬氧化物)
下列有關(guān)說法正確的是 ( )
A 鋰離子電池充電時(shí)電池反應(yīng)為C6Li+Li1-xMO2 LiMO2+C6Li1-x
B 電池反應(yīng)中,鋰、鋅、銀、鉛各失去1 mol電子,金屬鋰所消耗的質(zhì)量小
C 鋰離子電池放電時(shí)電池內(nèi)部Li+向負(fù)極移動
D 鋰離子電池充電時(shí)陰極反應(yīng)為C6Li1-x+x Li++x e- C6Li
9.如圖所示的裝置,在鐵圈和銀圈的焊接處,用一根棉線將其懸吊在盛水的燒杯中,使之平衡。小心地向燒杯中央滴入CuSO4溶液,片刻后可觀察到的現(xiàn)象是 ( )
A 鐵圈和銀圈左右搖擺不定
B 保持平衡狀況
C 鐵圈向下傾斜
D 銀圈向下傾斜
10.將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b,分別加入過量的稀硫酸,同時(shí)向a中加少量CuSO4溶液,下列各圖中產(chǎn)生H2的體積v(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系如圖,其中正確的是 ( )
11.根據(jù)右圖所示的裝置,回答下列問題:
(1)鐵片與銅片不用導(dǎo)線連接,現(xiàn)象是 ,
反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。
(2)用導(dǎo)線把金屬片連接起來,現(xiàn)象是 ,
電極反應(yīng)式為:負(fù)極 ,正極 ,
反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。
12.(1)將兩鉑片插入KOH溶液中作為電極,在兩極區(qū)分別通入甲烷(或氫氣、一氧化碳等可燃性氣體)和氧氣構(gòu)成燃料電池,則通入甲烷氣體的極是原電池的 ,該極的電極反應(yīng)是 ,電池工作時(shí)的總反應(yīng)的離子方程式是 。
(2)熔融鹽燃料電池具有高的發(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(zhì),CO為負(fù)極燃?xì),空氣與CO2的混合氣體為正極助燃?xì)猓频?50℃下工作的燃料電池,完成下列反應(yīng)式:正極: ,
負(fù)極:2CO+2CO32-==4CO2+4e-?偡磻(yīng): 。
(3)鉛蓄電池(原電池)工作時(shí),總反應(yīng)為:PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O由此可以判斷。
A 原電池的電極材料:① 正極 ;② 負(fù)極 。
B 電極反應(yīng)式:正極PbO2+4H++SO42-+2e-==PbSO4+2H2O,
負(fù)極電極反應(yīng)式為 。
C 工作后,蓄電池里電解質(zhì)溶液的pH(填“變大”“變小”或“不變”) 。
理由是 。
13.如右圖所示組成一種原電池,試回答下列問題(燈泡功率合適)。
(1)電解質(zhì)溶液為稀硫酸時(shí),燈泡 (填“亮”或“不亮”,填“亮”做a題,填“不亮”做b題)。
a.若燈泡亮,則Mg電極上發(fā)生的反應(yīng)為 ;
Al電極上發(fā)生的反應(yīng)為 。
b.若燈泡不亮,其理由為 。
(2)電解質(zhì)溶液為NaOH溶液時(shí),燈泡 (填“亮”或“不亮”,填“亮”做a題,填“不亮”做b題)。
a.若燈泡亮,則Mg電極上發(fā)生的反應(yīng)為 ;
Al電極上發(fā)生的反應(yīng)為 。
b.若燈泡不亮,其理由為 。
14.化學(xué)電池在通訊、交通及日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。
(1)目前常用的鎳(Ni)鎘(Cd)電池,其電池總反應(yīng)可以表示為:
Cd+2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+Cd(OH)2
已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均難溶于水但能溶于酸,以下說法中正確的是
① 以上反應(yīng)是可逆反應(yīng) ② 以上反應(yīng)不是可逆反應(yīng)
③ 充電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?④ 放電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?br />A ①③ B ②④ C ①④ D ②③
(2)廢棄的鎳鎘電池已成為重要的環(huán)境污染物,有資料表明一節(jié)廢鎳錫電池可以使一平方米面積的耕地失去使用價(jià)值。在酸性土壤中這種污染尤為嚴(yán)重。這是因?yàn)?
(3)另一種常用的電池是鋰電池(很是一種堿金屬元素,其相對原子質(zhì)量為7,由于它的比容量(單位質(zhì)量電板材料所能轉(zhuǎn)換的電量)特別大而廣泛應(yīng)用于心臟起搏器,一般使用時(shí)間可長達(dá)十年。它的負(fù)極用金屬鋰制成;電池總反應(yīng)可表示為:Li+MnO2→LiMnO2
試回答:鋰電池比容量特別大的原因是
鋰電池中的電解質(zhì)溶液需用非水溶劑配制,為什么這種電池不能使用電解質(zhì)的水溶液?請用化學(xué)方程式表示其原因
15.由銅片、鋅片和200mL稀H2SO4組成的原電池,當(dāng)在銅片上共放出3.36L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體時(shí),H2SO4恰好全部用完。(假設(shè)鋅片不放出氣體)求:
(1)消耗鋅的質(zhì)量;(2)通過導(dǎo)線的電子數(shù);(3)稀H2SO4的物質(zhì)的量濃度。
原電池 第一課時(shí) 參考答案
[典例精析]
例1 BD 例2 BE 例3 BC
[反饋練習(xí)]
1.BD 2.C 3.C 4.D 5.D 6.C 7.C 8.BD
9.D 10.A
11.(1) Fe片溶解,周圍有氣泡逸出 Cu周圍無明顯現(xiàn)象
(2)Fe片溶解 Cu周圍有氣泡逸出 負(fù)極 Fe ― 2e- = Fe2+
正極2H+ + 2e- = H2 Fe + 2H+ = H2 ↑+ Fe2+
12.(1) 負(fù)極 CH4― 8e- + 10OH- = CO32- + 7 H2O
CH4 + 2O2 +2OH- = CO32- + 3H2O
(2) 2CO+ 2CO32--4e-=4CO2 2CO+O2=2CO2
(3)A. PbO2 Pb
B. Pb-2e-+SO42-=PbSO4
C. 變大,在過程中消耗了H2SO4
13.(1)亮
a.Mg―2e- = Mg2+ 2H+ + 2 e- = H2
(2)亮
a. 2H2O + 2e- = H2 ↑+2OH- Al ―3e- + 4 OH- = AlO2- + 2H2O
14.(1)B (2)Ni(OH)2和Cd(OH)2能溶于酸性溶液。
(3)鋰的摩爾質(zhì)量小 :2Li+ZH2O→LiOH+H2↑
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