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原电池
原电池
课堂引入:
普通干电池纽扣电池
电脑电池“神六”专用太阳能电池
1.上述装置从能量角度看有什么共同特点?
2.这些装置中发生的化学反应是什么类型的反应呢?
为什么?
原电池定义:
将化学能转变为电能的装置叫原电池。
化学电池的本质:
氧化还原反应。
知识点一、一次能源和二次能源
1.能源按其来源可分为一次能源和二次能源。
能源类别
定义
实例
一次能源
直接从自然界中取得的能源
太阳能、风能、地热能、潮汐能、原煤、石油、天然气等
二次能源
由一次能源经过加工、转换得到的能源
电能(水电、火电、核电)、蒸汽能、机械能等
2.二次能源——火力发电
(1)火力发电原理:
首先通过化石燃料燃烧,使化学能转变为热能,加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机,然后带动发电机发电。
(2)能量转换过程:
化学能
热能
机械能
电能。
其中能量转换的关键环节是燃烧。
(3)火力发电弊端:
①煤属于不可再生资源,用一点少一点,用煤发电会造成资源的浪费。
②能量经过多次转化,利用率低,能量损失大。
③煤燃烧会产生有害物质(如SO2、CO、NO2、粉尘等),污染环境。
例1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)根据一次能源和二次能源的划分,氢气为二次能源( )
(2)电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源( )
(3)火力发电是化学能间接转化为电能的过程( )
(4)水力发电是将化学能转化为电能的过程( )
答案
(1)√
(2)√ (3)√ (4)×
知识点二、原电池
按要求完成下列实验,并填表
实验步骤
现象
解释或说明
锌片逐渐溶解,表面有气泡;铜片表面无气泡
锌与稀硫酸发生置换反应产生H2,而铜则不能
锌片逐渐溶解,铜片表面有气泡,电流表指针发生偏转
锌与稀硫酸反应,但氢气在铜片上产生,导线中有电流
两锌片逐渐溶解且表面都有气泡,电流表指针不偏转
锌与稀硫酸反应,但导线中无电流
无现象
乙醇是非电解质,与Zn、Cu都不反应
1.概念:
是将化学能转变为电能的装置;原电池的反应本质是氧化还原反应。
2.构成条件
①原电池反应必须是自发的氧化还原反应;
②具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属);
③两电极均插入电解质溶液中;
④电解质溶液、电极、导线形成闭合回路。
3.原电池的工作原理
原电池总反应式:
Zn+2H+===Zn2++H2↑。
原电池的工作原理:
(1)反应类型:
负极发生氧化反应,正极发生还原反应。
(2)电子的移动方向:
负极流出,经导线流向正极。
(3)离子的移动方向:
阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
4.能量转化过程:
原电池在工作时,负极失电子,电子通过导线流向正极,被氧化性物质得到,闭合回路中形成电流,化学能转变为电能。
5.原电池正、负极的判断
例2.分析下列几个装置图,判断能构成原电池的是
答案:
ABE
例3.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)HCl+NaOH===NaCl+H2O是放热反应,可以设计成原电池( )
(2)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中,电流表指针发生偏转( )
(3)在铜—锌—稀硫酸原电池中,电子由锌通过导线流向铜,再由铜通过电解质溶液到达锌( )
(4)原电池中阳离子向正极移动( )
(5)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子( )
答案
(1)×
(2)× (3)× (4)√ (5)×
例4.原电池中作负极的一定是活泼金属,作正极的一定是不活泼金属吗?
答案 不一定。
在原电池中的两极可以都是活泼金属(如Zn-Fe-稀硫酸,Zn作负极),也可以都是不活泼金属(如Cu-Ag-AgNO3,Cu作负极)也可以是一种金属和一种能导电的非金属(如Cu-C-AgNO3,Cu作负极)。
例5.如图是Zn和Cu形成的原电池,某实验兴趣小组做完实验后,在读书卡片上记录如下,在卡片上描述合理的是( )
实验后的记录:
①Zn为正极,Cu为负极
②H+向负极移动
③电子流动方向:
从Zn经外电路流向Cu
④Cu极上有H2产生
⑤若有1mol电子流过导线,则产生H2为0.5mol
⑥正极的电极反应式为Zn-2e-===Zn2+
A.①②③B.③④⑤
C.④⑤⑥D.②③④
答案 B
解析 在该原电池中,Zn比Cu活泼,故Zn作负极,Cu作正极,电子由Zn流出经导线流向Cu片,负极反应为Zn-2e-===Zn2+,正极反应为2H++2e-===H2↑,故转移1mol电子时,产生H20.5mol,在溶液中H+向正极移动,SO
向负极移动,故①②⑥错误,③④⑤正确,选B项。
知识点三、原电池原理的应用
1.比较金属活动性
作负极的金属活动性强,作正极的金属活动性弱。
2.改变化学反应速率
如:
在Zn和稀硫酸反应时,滴加少量CuSO4溶液,则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正、负极,从而加快Zn与稀硫酸反应的速率。
3.设计原电池
如:
把Fe+2Fe3+===3Fe2+设计成原电池,可用Fe作负极,铜(或石墨)作正极,FeCl3溶液作电解质溶液。
4.保护金属设备
如:
船体是钢铁材料,在海水中易被腐蚀,在船体外壳焊接上比铁活泼的金属(如Zn),则构成以Zn、Fe为电极的原电池,Zn被消耗掉而Fe得到保护。
例6.100mL2mol·L-1的盐酸与过量的锌反应,为加快速率,又不影响产生氢气的总量,可采用的方法是( )
A.加入适量的6mol·L-1的盐酸
B.加入数滴氯化铜溶液
C.加入适量的蒸馏水
D.加入适量的氯化钠溶液
答案 B
解析 能加快反应速率,但增加了产生氢气的总量,A错误;不影响H2的量,但稀释了盐酸,降低了反应速率,C、D错误;发生反应Cu2++Zn===Zn2++Cu,形成Cu-Zn原电池,加快了反应速率,B正确。
例7.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:
实验
装置
部分实
验现象
a极质量减小,b极质量增大
b极有气体产生,c极无变化
d极溶解,c极有气体产生
电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A.a>b>c>dB.b>c>d>a
C.d>a>b>cD.a>b>d>c
解析 装置一是原电池,a极质量减小,说明a极金属易失去电子形成离子,故a极金属比b极金属活泼;装置二没有形成原电池,可知b比c活泼,且c位于金属活动性顺序表中氢的后面;装置三和四均形成原电池,易知d比c活泼,d比a活泼。
因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c,故选C。
答案 C
例8.下图各容器中装有海水,铁的腐蚀速率由大到小的顺序正确的是()
A4>2>1>3B2>1>3>4C4>2>3>1D3>2>4>1
【答案】A
随堂练习:
1.由煤燃烧,经过下面一系列的过程产生电能,最后制得
氢气,其中属于化学变化且为分解反应的过程是()
2.将纯锌片和纯铜片按图示方式插入相同浓度的稀硫酸中一段时间。
以下叙述正确的是()
A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B.甲烧杯中铜片是正极,乙烧杯中铜片是负极
C.两烧杯中溶液的pH值都增大
D.甲烧杯产生气泡的速度比乙烧杯慢
3.将等质量的两份锌粉a和b,分别加入两个盛过量的稀硫酸的烧杯中,并向加入a的烧杯中再加入少量CuO粉末。
右边各图表示氢气体积V(H2)与反应时间t的关系,其正确的是()
4.关于右图所示装置的叙述,错误的是()
A.锌是负极,其质量逐渐减小
B.氢离子在铜的表面被还原,产生气泡
C.电流从锌片经导线流向铜片
D.
电子从锌片经导线流向铜片
5.下列各组材料中,
不能构成原电池的是()
6.下列各组的电极材料和电解液,不能组成原电池的是()
A.铜片、石墨棒,稀硫酸B.铜片、石墨棒,硝酸银溶液
C.锌片、铜片,
稀盐酸D.铜片、铁片,FeCl3溶液
7.实验室中欲制氢气,最好的方法是()
A.纯锌与稀硫酸反应B.纯锌与浓硫酸反应
C.纯锌与稀盐酸反应D.粗锌(含铅、铜杂质)与稀硫酸反应
8.根据Zn+Cu2+===Zn2++Cu的反应原理所设计原电池装置,正确的是()
[
9.下列叙述正确的是()
A.构成原电池的电极必须是两种不同的金属
B.当两种不同金属作原电池的电极时,较活泼金属一定是负极
C.原电池中,正极区所发生的反应一定是还原反应
D.原电池工作时,电池液中的阳离子向负极方向移动[
10.现有A、B、C、D四种金属,进行如下操作:
①把A、B用导线连接后同时浸入稀硫酸中,A上有气泡产生;
②把C、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中,D发生还原反应;
③把A、C用导线连接后同时浸入稀硫酸中,A是负极。
根据上述情况,回
答下列问题:
(1)在①中金属_____发
生氧化反应。
(2)在②中金属_____作原电池的负极。
(3)如果把B、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中,则金属_____上有气泡产生。
(4)四种金属的活动性由强到弱的顺序是______
_________。
11.在甲、乙、丙三个烧杯中分别盛有相同浓度的稀硫酸,如图所示:
(1)甲中反应的离子方程式为________________________
___________________。
(2)乙中Sn极的电极反应式为_____________________________________________,
Sn极附近溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)丙中被腐蚀的金属是________,总反应式为________________________
(写离子方程式)。
(4)比较甲、乙、丙中铁被腐蚀的速率,由快到慢的顺序是 。
课后作业:
1.下列有关电池的说法不正确的是( )
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中,锌电极是负极
2.在理论上不能用于设计原电池的化学反应是( )
A.Al(OH)3(s)+NaOH(aq)===NaAlO2(aq)+2H2O(l)
B.CH3CH2OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l)
C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)===4Fe(OH)3(s)
D.H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g);ΔH<0
3.如图所示装置中,属于电解池的是( )
4.某原电池的结构如右图所示,下列有关该原电池的说法不正确的是( )
A.该原电池工作时将电能转变为化学能
B.铁片的质量变轻
C.铜片上发生的反应为2H++2e-===H2↑
D.SO
向铁片移动
5.X、Y、Z都是金属,把X浸入Z的硝酸盐溶液中,X的表面有Z析出;X和Y组成原电池时,Y为电池的负极。
X、Y、Z三种金属的活动性顺序为( )
A.X>Y>Z B.X>Z>Y
C.Y>X>Z D.Y>Z>X
6.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:
实验装置
部分实验现象
a极质量减小,b极质量增大
b极有气体产生,c极无变化
d极溶解,c极有气体产生
电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A.a>b>c>d B.b>c>d>a
C.d>a>b>c D.a>b>d>c
7.“直接煤燃料电池”能够将煤中的化学能高效、清洁地转化为电能,如图是用固体氧化物作“直接煤燃料电池”的电解质。
下列有关说法正确的是( )
A.电极b为电池的负极
B.电子由电极a沿导线流向b
C.电池反应为C+CO2===2CO
D.煤燃料电池比煤直接燃烧发电能量利用率低
8.Mg—H2O2电池可用于驱动“蛟龙号”潜航器。
该电池以镁片、石墨为电极,海水为电解质溶液,电池反应为Mg+H2O2===Mg(OH)2。
该电池工作时,下列说法正确的是( )
A.Mg电极是该电池的正极
B.电池工作时实现了电能向化学能的转化
C.H2O2在石墨电极上发生还原反应
D.电子从石墨电极流向Mg电极
9.如图所示,电极a与b均为石墨棒,在电解过程中,下列说法正确的是( )
A.电极a表面呈红色
B.电极b作阳极
C.电子由电源的正极沿导线流向电极a
D.当电路中通过0.2mol电子时,理论上b电极质量增加6.4g
10.某化学兴趣小组为了探究铬和铁的活泼性,设计如图所示装置,下列推断合理的是( )
A.若铬比铁活泼,则电子经外电路由铁电极流向铬电极
B.若铬比铁活泼,则铁电极反应式为2H++2e-===H2↑
C.若铁比铬活泼,则溶液中H+向铁电极迁移
D.若铁电极附近溶液pH增大,则铁比铬活泼
11.美国圣路易斯大学研制了一种新型的乙醇电池,用质子(H+)溶剂,在200℃左右时供电。
电池总反应为C2H5OH+3O2===2CO2+3H2O,电池示意图如图。
下列说法正确的是( )
A.a极为电池的正极
B.电池工作时电子由b极沿导线经灯泡再到a极
C.电池正极的电极反应为4H++O2+4e-===2H2O
D.电池工作时,1mol乙醇被氧化时就有6mol电子转移
12.学生为完成2HCl+2Ag===2AgCl+H2↑反应,设计下图所示的四个实验,其中可行的是( )
13.现有A、B、C、D和Cu五种金属片,将其分别用导线连接后浸入稀硫酸中(如图),每次实验时,通过灵敏电流计测出电子流动方向如下表:
实验分组
所用金属
电子流向
①
A、Cu
A→Cu
②
C、D
D→C
③
A、C
C→A
④
B、Cu
Cu→B
⑤
……
……
根据上述情况,回答下列问题:
(1)五种金属的活动性按从大到小的顺序是____________________。
(2)在①中,Cu片上观察到的现象是____________________。
(3)在②中,溶液中H+向金属片________移动。
(4)如果实验⑤用B、D作电极,则导线中电流方向为________(填“B→D”或“D→B”)。
14.
(1)热电厂发电时的能量转化途径通常是“化学能→热能→机械能→电能”,而燃料电池的能量转化途径为“______能→______能”,因此燃料电池的能量转化效率高。
(2)某同学在做电解水实验后,观察到绕成螺旋状的两铂丝电极上附有大量气泡,于是他将两极接到电表上,发现“电表显示电压超过2V,且电压逐渐下降”。
对这个现象的合理解释是____________________________。
(3)下图为固态氧化物燃料电池(SOFC)的原理示意图。
试写出电极反应式:
正极______________,负极________________;在导线中电子流动方向为a______(用“→”或“←”表示)b。
该电池可选用的固态电解质为______(填字母)。
A.ZrO(氧化锆) B.NaOH C.Na2SO4
此电池的工作温度一般应为______(填字母)。
A.常温 B.约100℃ C.约1000℃
(4)在电池反应中,每消耗1mol氧气,理论上能生成标准状况下CO2气体________L。
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