第16讲 原电池 新型电源- 2024年高考化学大一轮复习【精讲精练+专题讲座】

第16讲 原电池 新型电源 【化学学科素养】 变化观念与平衡思想：认识原电池反应的本质是自发的氧化还原反应；能多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转换。 证据推理与模型认知：能利用典型的原电池装置，分析原电池原理，建立解答原电池问题的思维模型，并利用模型揭示其本质及规律。 科学态度与社会责任：具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与原电池有关的社会热点问题做出正确的价值判断与分析。 【必备知识解读】 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)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。 (2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。 (3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件： ①电解质溶液； ②两电极直接或间接接触； ③两电极插入电解质溶液中。 3.工作原理 以锌铜原电池为例 (1)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 电子流向 由Zn片沿导线流向Cu片 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 (2)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）单液原电池(无盐桥)和双液原电池(有盐桥)对比 名称 单液原电池 双液原电池 装置 相同点 正、负极电极反应，总反应式，电极现象 不同点 还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗 Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，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。 二、常见化学电源及工作原理 （一）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。 负极材料：Zn。 电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。 正极材料：碳棒。 电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。 2.纽扣式锌银电池 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。 电解质是KOH。 负极材料：Zn。 电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。 正极材料：Ag2O。 电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。 3.锂电池 Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。 (1)负极材料为锂，电极反应为8Li－8e－===8Li＋。 (2)正极的电极反应为3SOCl2＋8e－===2S＋SO＋6Cl－。 （二）二次电池：放电后能充电复原继续使用 1.铅酸蓄电池总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l) (1)放电时——原电池 负极反应：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)； 正极反应：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)。 (2)充电时——电解池 阴极反应：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)； 阳极反应：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)。 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。 （三）燃料电池 1.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－==