專題1

化學反應與能量轉(zhuǎn)化第三單元化學能與電能的轉(zhuǎn)化原電池的工作原理

【原電池原理復習】

我們在必修2中學習過簡單的原電池：Cu－Zn原電池。怎樣才能構(gòu)成原電池？原電池工作的原理是怎樣的？銅鋅原電池點擊播放動畫構(gòu)成原電池的條件：（1）要有兩種活動性不同的金屬（或者一種金屬和石墨）作電極；（2）要有電解質(zhì)溶液，兩種金屬中較活動的一種可以在這種電解質(zhì)溶液中氧化溶解，輸送出電子；（3）兩塊相連的活潑性不同的金屬與電解質(zhì)溶液接觸構(gòu)成閉合回路。原電池構(gòu)成條件化學電池的本質(zhì)化學電池的本質(zhì)：氧化還原反應?；瘜W能電能氧化還原反應化學電池【原電池定義】將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置叫原電池。對于簡單的原電池－Cu-Zn原電池，如果我們將電解質(zhì)溶液由稀H2SO4換成CuSO4溶液，是否還能構(gòu)成原電池？H2SO4CuSO4(1)電極反應：(負極)鋅片：Zn-2e－→Zn2+

(正極)銅片：2H++2e－→H2↑原電池總反應：Zn+2H+=Zn2++H2↑

裝置1裝置2(2)電極反應：(負極)鋅片：Zn-2e－→Zn2+

(正極)銅片：Cu2++2e－→Cu原電池總反應：Zn+Cu2+=Zn2++Cu

H2SO4CuSO4【說明】由于裝置中Cu2+與Zn直接接觸，Zn失電子后，Cu2+可以直接在鋅片上得到電子，所以這種原電池的效率不高，電流在短時間內(nèi)就會衰減?！舅伎肌坑梢陨戏治鑫覀兛梢钥吹剑簩㈦娊赓|(zhì)溶液由稀H2SO4換成CuSO4溶液，仍可構(gòu)成Cu-Zn原電池，外電路中也有電流通過。但同學們能否發(fā)現(xiàn)這種裝置的弊病所在？你能否找到解決的辦法呢？CuSO4這也是一個Cu-Zn原電池，Cu2+直接在Cu片上得電子，還原成金屬銅并沉積在銅片上。

電極反應：(負極)鋅片：Zn-2e－→Zn2+

（氧化反應）

(正極)銅片：Cu2++2e－→Cu（還原反應）原電池總反應：Zn+Cu2+=Zn2++Cu

原電池裝置的改進【解決辦法】將兩電極置于不同區(qū)域，使氧化反應和還原反應分開在兩個不同的區(qū)域內(nèi)進行，并以適當?shù)姆绞綄蓚€區(qū)域連接起來，形成閉合回路?！钧}橋的工作原理】電池工作時，鹽橋中的Cl-會移向ZnSO4溶液，K＋會移向CuSO4溶液，使兩極的電解質(zhì)溶液均保持電中性，也使氧化還原反應得以持續(xù)不斷地進行，從而使原電池不斷地產(chǎn)生電流。

裝置的一個關(guān)鍵便是使用了鹽橋，鹽橋中的電解質(zhì)溶液將兩電極連接成一個通路。KCl溶液原電池的結(jié)構(gòu)再理解：鋅半電池（鋅＋鋅鹽）銅半電池（銅＋銅鹽）導線和鹽橋構(gòu)成閉合回路原電池的設(shè)計【原電池內(nèi)部】使兩極浸在電解質(zhì)溶液中，并通過正負離子的運動形成內(nèi)電路。【負極】還原性較強的物質(zhì)，能向外電路提供電子?！菊龢O】氧化性較強的物質(zhì)，能從外電路得到電子?！驹姵赝獠俊坑脤Ь€將兩電極連接成回路，使電池工作時能形成環(huán)路。1.某金屬能跟稀鹽酸作用放出氫氣，該金屬與鋅組成原電池時，鋅為負極，此金屬是

（）

A．Mg

B．Fe

C．Al

D．Cu

【課堂練習】B2.銀鋅蓄電池是一種高能電池，它的兩極材料分別為鋅和氧化銀，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，放電時它的正、負兩極的電極反應式如下：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-下列判斷正確的是

（

）

A．鋅為負極，氧化銀為正極

B．鋅為正極，氧化銀為負極

C．原電池工作時，負極區(qū)溶液pH增大

D．原電池反應的化學方程式為：

Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag

AD3.近年我國首創(chuàng)以Al──空氣──海水為能源的新型電池，以海水為電解液．靠空氣中的氧使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流．其工作時電極總反應式為：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3；請判斷：（1）原電池的負極是______；（2）工作時原電池的兩極反應：

A．負極____________＿＿；

B．正極______________＿＿＿；（3）工作時原電池正極附近pH______（填“增大”，“減小”，“不變”）

AlAl-3e-=Al3+

O2+2H2O+4e-=4OH-

增大化學電源電池的分類化學電源一次電池二次電池燃料電池干電池充電電池、蓄電池氫氧燃料電池一、一次電池【一次電池】如：普通鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、鋅銀電池（鈕扣電池）等。負極－鋅；正極－MnO2;電解質(zhì)－

KOH堿性鋅錳電池鋅粉和KOH混合物MnO2金屬外殼堿性鋅錳電池電極反應：鈕扣電池電極反應：二、二次電池【二次電池】既可充電又可放電。如：鉛蓄電池、手機鋰電池等。蓄電池總反應：Pb+PbO2+2H2SO4充電放電2PbSO4+2H2O鎘鎳電池鋰離子電池及其應用三、燃料電池隨著社會的進步，科技的發(fā)展，燃料電池由于其“綠色”，越來越受到人們的關(guān)注。氫氧燃料電池電極反應：負極：2H2－4e-=4H+正極：O2＋4H＋＋4e-=2H2O總反應：2H2＋O2＝2H2O1.銀鋅電池廣泛用作電子儀器的電源，它的充電和放電過程可以表示為：在此電池放電時，負極上發(fā)生反應的物質(zhì)是

（）

A．Ag

B．Zn(OH)2

C．Ag2O

D．Zn

【課堂練習】D2.航天技術(shù)上使用一種氫氧燃料電池，它具有高能輕便不污染等優(yōu)點．該電池總的化學方程式為：2H2+O2=2H2O；其負極變化過程可表示為______＿＿＿＿＿；其正極變化過程可表示為______＿＿＿＿＿＿＿。

2H2－4e-=4H+O2＋4H＋＋4e-=2H2O3.銀鋅蓄電池是一種高能電池，它的兩極材料分別為鋅和氧化銀，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，放電時它的正、負兩極的電極反應式如下：

Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-下列判斷正確的是（

）

A．鋅為負極，氧化銀為正極

B．鋅為正極，氧化銀為負極

C．原電池工作時，負極區(qū)溶液pH增大

D．原電池反應的化學方程式為：

Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2AgAD電解池的工作原理及應用原電池是一種將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，那么，能否有一種裝置可將電能又轉(zhuǎn)化為化學能呢？【說明】電解水就是利用電能使水分解為氫氣和氧氣的，在這個過程中，電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能。鉛蓄電池既可放電又可充電，它的放電過程相當于原電池提供電能的過程，那么充電過程又是怎樣的呢？充電鉛蓄電池總反應：Pb+PbO2+2SO42-+4H+2PbSO4+2H2O

放電原電池電解池電解法制取金屬鈉Cl-Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-陰極陽極熔融態(tài)氯化鈉通電前后離子的運動陽極：2Cl-－2e-→Cl2（氧化反應）陰極：Na+＋e-→Na（還原反應）電解反應：2NaCl

Cl2↑＋2Na通電電解熔融氯化鈉制取金屬鈉【電解】使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰陽兩極引起氧化還原反應，叫做電解

。

【電解池】把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置叫電解池。陰極：與電源負極相接陽極：與電源正極相接電解氯化銅溶液【實驗現(xiàn)象】接通直流電源后，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)①陰極石墨棒上逐漸覆蓋了一層紅色物質(zhì)；②在陽極碳棒上有氣泡放出，并可聞到刺激性的氣味，同時看到濕潤的碘化鉀淀粉試紙變藍?！緦嶒灲Y(jié)論】陰極上析出的是金屬Cu；陽極上放出的氣體是Cl2。

【思考】

CuCl2溶液在電流的作用下為什么會分解生成Cu和Cl2呢？

溶液中：CuCl2＝Cu2＋＋2Cl-

；H2O

H++OH-

Cu2+在陰極上得到電子，發(fā)生還原反應，生成單質(zhì)銅，Cl-在陽極上失去電子，發(fā)生氧化反應，生成氯氣。電極反應：陽極：2Cl--2e－→Cl2↑

（氧化反應）陰極：Cu2++2e－→Cu

（還原反應）電解反應：CuCl2

Cu+Cl2↑

通電

【思考】在CuCl2溶液中，存在著四種離子：Cu2+、Cl-、H+和OH-。為什么只有Cu2+在得電子，Cl-在失電子呢？得電子的性質(zhì)即氧化性；失電子的性質(zhì)即還原性。誰易得電子，誰易失電子由什么決定呢？溶液中：CuCl2＝Cu2＋＋2Cl-

；H2O

H++OH-

電解池中離子的運動情況通電時移向陰極的離子有Cu2+和H+，因為Cu2+比H+容易得到電子，所以Cu2+在陰極得到電子生成金屬銅從溶液中析出。通電時，移向陽極的離子有Cl-和OH-，在這樣的實驗條件下，Cl-比OH-容易失去電子，所以Cl-在陽極失去電子，生成Cl2。

OH－OH－H＋H＋【思考】陽離子在陰極得電子，陰離子在陽極失電子，通常來說得失電子的先后順序是怎樣的呢？陽極陰離子的放電順序（失電子）為：

S2－＞

I－＞

Br－＞

Cl－＞

OH－＞含氧酸根離子＞F-

電解池中陰陽離子的放電順序陰極陽離子的放電順序（得電子）為：

K+＜Ca2+＜Na+＜

Mg2+＜

Al3+＜

H+＜

Zn2+＜

Fe2+＜

Cu2+＜

Ag+

電解飽和食鹽水制造燒堿、氯氣、氫氣陽極：2Cl--2e－→Cl2↑（氧化反應）陰極：2H++2e－→H2

↑

（還原反應）電解反應：2NaCl+2H2O

2NaOH+H2

↑+Cl2↑

電解

電鍍是運用電解的原理，在金屬器件表面形成一薄層有抗腐蝕、抗磨損能力的金屬鍍膜的過程。電鍍銅電鍍

一般都是用含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)配成電鍍液；把待鍍金屬制品浸入電鍍液中與直流電源的負極相連，作為陰極；而用鍍層金屬作為陽極，與直流電源正極相連。通入低壓直流電，陽極金屬溶解在溶液中成為陽離子，移向陰極，這些離子在陰極獲得電子被還原成金屬，覆蓋在需要電鍍的金屬制品上。

光亮的鍍銀電鍍銀

陰極：鍍件陽極：鍍層金屬電解液：含鍍層金屬離子電鍍的特點：a．陽極本身溶解b．同種金屬被氧化和還原，即陽極上的金屬鍍在陰極上，無法寫出總的電解方程式。c．電解質(zhì)溶液的量，濃度均不變