原电池 知识讲解（学生版）.docxVIP

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第2讲原电池化学电源

复习目标

知识建构

1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和总反应方程式。

2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。

一、原电池的工作原理及应用

1．概念和反应本质

原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。

2．构成条件

(1)能自发进行的氧化还原反应，一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应。

(2)电极，一般是活泼性不同的两电极。

(3)电解质溶液或熔融电解质。

(4)形成闭合回路。

3．工作原理(以铜锌原电池为例)

(1)两种装置

(2)反应原理

电极名称

负极

正极

电极材料

锌片

铜片

电极反应

Zn－2e－===Zn2＋

Cu2＋＋2e－===Cu

反应类型

氧化反应

还原反应

盐桥中

离子移向

盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极

(3)带电粒子移动方向及闭合回路的形成

(4)盐桥的组成和作用

①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。

②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。

③盐桥中离子移向与电解液中离子流向保持一致。

【特别提醒】

Ⅰ、Ⅱ两种装置的比较

装置Ⅰ中Zn与Cu2＋直接接触，会有部分Zn与Cu2＋直接反应，化学能转化为热能，造成能量损耗；装置Ⅱ中，Zn在负极区，Cu2＋在正极区，不存在Zn与Cu2＋的直接反应而造成能量损耗，电流稳定，且持续时间长。

4．原电池原理的应用

(1)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。

(2)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。

(3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。

(4)设计制作化学电源

①首先将氧化还原反应分成两个半反应。

②根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。

【诊断1】判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。

(1)放热的反应都可设计成原电池()

(2)在原电池中，发生氧化反应的一极是负极()

(3)用Mg、Al分别作电极，用NaOH溶液作电解液构成的原电池，Mg为正极()

(4)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生()

(5)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动()

(6)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高()

二、化学电源

1．一次电池

只能使用一次，不能充电复原继续使用

(1)碱性锌锰干电池

总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。

(2)纽扣式锌银电池

总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。

2．二次电池

(1)铅蓄电池

铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为

Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))2PbSO4(s)＋2H2O(l)

(2)图解二次电池的充放电

(3)二次电池的充放电规律

①充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后作阴极，正接正后作阳极。

②工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。

3．燃料电池

(1)氢氧燃料电池

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。

种类

酸性

碱性

负极反应式

2H2－4e－===4H＋

2H2＋4OH－－4e－===4H2O

正极反应式

O2＋4e－＋4H＋===2H2O

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

电池总

反应式

2H2＋O2===2H2O

备注

燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用

(2)甲烷燃料电池

①酸性介质(如H2SO4)

总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O。

负极反应式：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。

正极反应式：2O2＋8e－＋8H＋===4H2O。

②碱性介质(如KOH)

总反应式：CH4＋2O2＋2OH－===COeq\o\al(2－,3)＋3H2O。

负极反应式：CH4－8e－＋10OH－===COeq\o\al(2－,3)＋7H2O。

正极反应式：2O2＋8e－＋4H2O===8OH－。

【诊断2】判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。

(1)太阳能电池不属于原电池()

(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池()

(3)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加(