2014年高考化学一轮知识梳理课件：6-3 化学能转化为电能——电池(65张PPT)(鲁科版)

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考向二
原电池工作原理的应用
1．比较金属的活动性强弱 原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或 非金属)作正极。 如有两种金属 A 和 B，用导线将 A 和 B 连接后，插入到稀硫酸 中，一段时间后，若观察到 A 极溶解，而 B 极上有气体放出，则说 明 A 作负极，B 作正极，则可以断定金属活动性 A>B。
电极名称 电极材料 电极反应 反应类型 电子流向 离子运动方向
负极 锌片 Zn― →Zn2 ＋2e
＋ － ＋
正极 铜片 Cu2 ＋2e ― →Cu
－
氧化反应
还原反应
由锌片沿导线流向铜片 阴离子→负极，阳离子→正极
3.原电池构成条件 (1)两个活泼性不同的电极(常见为金属或石墨)。 (2)将电极插入电解质溶液中。 (3)两电极间构成闭合回路。
关系
(1)两种腐蚀往往同时发生 (2)电化学腐蚀更普遍，危害性更大
2.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀 类型 水膜性质 负极反应 正极反应
＋ －
析氢腐蚀 酸性较强
吸氧腐蚀 酸性很弱或呈中性 Fe― →Fe2 ＋2e
＋ －
2H ＋2e ― →H2↑ Fe2＋＋2OH－
2H2O＋O2＋4e ― →4OH 2Fe＋O2＋ 2H2O===2Fe(OH)2
＋ －
【特别提醒】 (1)负极本身不一定都参加反应，如燃料电池中， 作为负极的材料本身并不参加反应。 (2)不注意电解质溶液的成分， 容易误写电极反应式， 如 Al 负极， 在酸性溶液中生成 Al3＋，在碱性溶液中生成[Al(OH)4]－。 (3)电子从负极经外电路流向正极，但电子不能通过电解液，是 通过阴阳离子的移动形成闭合电路。 (4)用总电极反应减去一极的电极反应时，须在两式电子转移数 相等的前提下进行。
是要明确原电池工作时两极相应的氧化还原反应。碱性条件下，铝 能与 NaOH 溶液反应生成 Na[Al(OH)4]和 H2，因此烧杯①中负极反 应式为 2Al－6e－＋8OH－===2[Al(OH)4]－，A 项错误；非强氧化性酸 溶液作电解质时，活泼金属易失电子，为原电池的负极，B 项正确； 烧杯①中，铁与铜都不能与 NaOH 溶液反应，不能形成原电池，C 项错误；烧杯②中铜不能与稀硫酸发生反应，固体不可能完全溶解， D 项错误。 【答案】 B
4．设计制作化学电源 设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件。 (1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。 (2)根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材 料(负极就是失电子的物质，正极用比负极活泼性差的金属即可，也 可以用石墨)及电解质溶液。 ①电极材料的选择 在原电池中，选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的 金属或非金属作为正极，并且原电池的电极必须导电。一般来说， 负极应该跟电解质溶液发生反应。
2．加快化学反应速率 由于形成了原电池，导致反应速率加快。如 Zn 与稀硫酸反应制 氢气时，可向溶液中滴加少量 CuSO4 溶液，形成 CuZn 原电池，加 快反应进行。 3．用于金属的防护 使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如要保护 一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连， 使锌作原电池的负极。
1．不是所有化学反应都可以设计成原电池。(
) )
2．原电池的两电极中，较活泼的电极一定为负极。( 3．燃料电池的反应条件是燃烧。( ) )
4．可充电电池中的电极反应是可逆反应。( 答案：1.√ 2.× 3.× 4.×
1．理解原电池概念的 2 个方面： (1)能量转化：化学能转化为电能；(2)反应本质：氧化还原反应。 2．掌握原电池的两极反应类型： (1)负极：发生氧化反应； (2)正极：发生还原反应。 3．熟记原电池构成的 3 个条件： (1)两个活泼性不同的电极(常见为金属或石墨)； (2)两电极插入电解质溶液中； (3)形成闭合回路。
解析：本题以镁燃料电池为背影考查了原电池原理、不同条件 下电极反应式的书写。镁燃料电池，镁作负极，失电子，产物由电 解质溶液决定，若为酸性溶液，生成 Mg2 ，若为碱性溶液，生成
＋
Mg(OH)2。ClO 在正极反应，由图可知有 Cl 和 OH 生成：ClO ＋ H2O＋2e ===Cl ＋2OH ，OH 向负极移动，生成 Mg(OH)2。 答案：A
－
－
其他反应 及产物
===Fe(OH)2
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH) xH2O＋(3－x)H2O 32Fe(OH)3===Fe2O3·
关系
吸氧腐蚀更普遍
3.金属的防护
(1)加防护层 如在金属表面加上耐腐蚀的油漆、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料、 橡胶及电镀、喷镀或表面钝化等方法。 (2)电化学防护 ①牺牲阳极保护法——原电池原理 被保护的金属设备作正极，比被保护的金属活泼的金属作负极。 ②阴极电保护法——电解原理 被保护的金属设备作阴极，废铁作阳极。 (3)改变内部结构，如制成不锈钢等。
＋
浸泡在含有 Cu2＋的电解质溶液中。
(3)按要求画出原电池装置图。 如根据 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋设计原电池：
负极：Cu＝Cu2＋＋2e－
正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
【特别提醒】
(1)能设计成原电池的反应一定是放热的氧化还
原反应，吸热反应不可能将化学能转化为电能。 (2)利用原电池原理可加快制氢气的速率，但可能影响生成氢气 的量。需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决于酸的量。 (3)设计原电池时，负极材料确定之后，正极材料的选择范围较 广，只要合理都可以。
二、常见的化学电源 1．一次电池——锌锰干电池 (1)酸性锌锰干电池(一次性电池) 负极(锌)：Zn→Zn2＋＋2e－；
－ 正极(石墨)：2NH＋ ＋ 2e →2NH3＋H2。 4
(2)碱性锌锰干电池(一次性电池) 负极(锌)：Zn＋2OH－→ZnO＋H2O＋2e－； 正极(石墨)：MnO2＋2H2O＋2e →2Mn(OH)2＋2OH 。 电池反应：Zn＋MnO2＋H2O===Mn(OH)2＋ZnO
＋ －
碱性 H2＋2OH－― →2H2O＋2e－
― →2H2O
O2＋4e－＋2H2O― →4OH－
2H2＋O2===2H2O
三、金属的腐蚀与防护 1．化学腐蚀与电化学腐蚀 化学腐蚀 实质 特点 条件 电化学腐蚀
M―→Mn＋＋ne－ 无微电流产生 有微电流产生
金属与氧化剂直接发生 不纯金属在电解质溶 电子转移 液中发生原电池反应
②电解质溶液的选择 电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶 解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。 但如果两 个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)， 则左右两个容器中 的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如在 CuZn硫酸构成 的原电池中，负极 Zn 浸泡在含有 Zn2 的电解质溶液中，而正极 Cu
2．镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、 原材料来源丰富、成本低等特点。一般研究的镁燃 料电池可分为镁－空气燃料电池、镁－海水燃料电 池、镁－过氧化氢燃料电池和镁－次氯酸盐燃料电 池。其中，镁－次氯酸盐燃料电池的工作原理如图 所示，下列有关说法不正确的是( A．放电过程中 OH－移向正极 B．电池的总反应式为 Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2↓＋Cl－ C．镁燃料电池中镁均为负极，发生氧化反应 D．镁－过氧化氢燃料电池，酸性电解质中正极反应式为 H2O2 ＋2H＋＋2e－===2H2O )
第 3节
化学能转化为电能——电池
[考纲展示] 1．了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。 2．了解常见化学电源的种类及其工作原理 3．理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金 属腐蚀的措施。
一、原电池工作原理 1．概念 把化学能转化为电能的装置。 2．工作原理(以锌－铜原电池为例)
【技巧点拨】
本题重点考查原电池的基本原理，包括正、负
极的判断和电极反应式的书写。 书写电极反应式的前提是能判断原电池的正、负极反应产物， 判断的关键是关注电解质的介质环境，如本题铝在酸性条件下氧化 产物是 Al3＋，碱性条件下的氧化产物是[Al(OH)4]－，又如燃料电池中 正极上通入的气体是氧气，若在酸性介质中，则与介质中的 H＋结合 形成 H2O，若是碱性介质，则与 H2O 反应生成 OH－。负极上通入的 是气体燃料时，碳元素对应的产物为 CO2，若是酸性介质，CO2 则 不与介质反应，反应产物仍是 CO2，若为碱性介质，CO2 与 OH－反
解析：在原电池中，易失去电子的物质作负极(或在负极区参加 负极反应)，故 Li 作负极，负极发生氧化反应，A 选项错误；原电池 在放电过程中，负极失去的电子经外电路转移到正极，在电解质溶 液中阴离子移向负极，阳离子移向正极，这样形成了闭合回路，但 是带电粒子只能在电解质溶液中移动， 不能进入外电路， B 选项错误； 有机溶剂不能导电，故要形成闭合回路，LiClO4 在有机溶剂中必定 会发生电离，C 选项错误。 答案：D
Hale Waihona Puke 以色列科学家达尼埃尔· 谢赫特曼因发现“准晶体”独获 诺贝尔化学奖。某准晶体W由一定比例的铁、铜、铝组成，取两小 块该准晶体：一块投入烧杯①中，注入浓氢氧化钠溶液浸没固体； 另一块投入烧杯②中，注入稀硫酸浸没固体。下列分析合理的是 ( ) A．在烧杯中①中，若构成微型电池，负极反应式为2Al－6e－ ===2Al3 ，正极反应式为6H2O＋e ===6OH ＋3H2↑
原电池原理广泛应用于科技、生产和生活中，请回答以下 问题： (1)肼(N2H4)又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。 肼一空气燃料电池是一种碱性燃料电池，产物无污染，电解质溶液 是 20%～30%的 KOH 溶液。肼一空气燃料电池放电时：正极的电 极反应式是___________；负极的电极反应式是_____________。 (2)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以 N2、H2 为电极反 应物，以 HCl－NH4Cl 为电解质溶液制造新型燃料电池。试写出该 电池的正极反应式_____________。 (3)请运用原电池原理设计实验， 验证 Cu2＋、 Fe3＋氧化性的强弱。 请画出实验装置图并写出电极反应式。