4.1 原电池-【题型分类归纳】2023-2024学年高二化学同步讲与练(人教2019选择性必修1)

第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 『知识梳理』 一、原电池的工作原理 〖原电池〗 ◆原电池的工作原理 ◆电子、电流和离子的移动方向 〖盐桥原电池的组成和作用〗 ◆盐桥原电池中半电池的构成条件：电极金属和其对应的盐溶液。一般不要任意替换成其他阳离子的盐溶液，否则可能影响效果。 ◆盐桥：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶。胶体不流出，离子可在其中自由移动。 ◆盐桥的作用 ①连接内电路，形成闭合回路。 ②平衡电荷，使原电池不断产生电流。 〖原电池中正、负极的判断方法〗 ◆根据电极材料判断 ①对于金属-金属电极，一般地，相对活泼金属是负极，相对不活泼金属是正极。 ②对于金属-非金属电极，金属是负极，非金属是正极，如干电池等。 ③对于金属-化合物电极，金属是负极，化合物是正极。 ◆根据电极反应判断：原电池的负极总是失电子发生氧化反应，正极总是得电子发生还原反应。 ◆根据“三个方向”判断 ①电流方向：在外电路，电流是由正极流向负极。 ②电子移动方向：电子是由负极流向正极。 ③离子迁移方向：在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。 ◆根据电极质量判断 一般情况下，若某电极不断溶解或质量不断减小，则此电极为负极；若某电极的质量不断增大或不变，则此电极为正极。如Zn-C-CuSO₄溶液构成的原电池中，C电极上会析出红色固体物质，则C为原电池的正极。 ◆根据有无气泡判断：原电池中有气泡产生的电极为正极，一般是溶液中 被还原成H₂；无气泡产生的电极为负极。 二、化学电源 〖一次电池〗 ◆活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度就不能再使用的电池，如普通锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等干电池。 ◆碱性锌锰干电池 负极： 正极： 电池总反应式：Zn+2MnO2+2H2O=== Zn(OH)2+2MnO(OH) ◆锌银电池 负极： 正极： 电池总反应式：Zn+Ag2O+H2O = Zn(OH)2+2Ag 〖二次电池〗 ◆可多次充、放电的电池，如铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等蓄电池。 ◆铅酸蓄电池放电时电极反应： 负极： 正极： PbSO4+2H2O ◆铅酸蓄电池充电时电极反应： 阳极： 阴极： 电池总反应式： 〖燃料电池〗 ◆工作原理：连续将氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体燃料和氧化剂的化学能直接转换为电能。电极本身不包含活性物质，不参与氧化还原反应。工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出。 ◆燃料电池的优点 ①氧化剂与燃料在工作时不断地由外部供给，生成物不断地被排出，能连续不断地提供电能。 ②能量转化率高(超过80%)，有利于节约能源。 ③排放的废弃物少甚至零排放，绿色环保。 ◆常见的燃料电池 电池 负极反应 正极反应 总反应式 氢氧燃料电池(H2SO4) H2-2e-==2H+ O2+4e-+4H+==2H2O 2H2+O2==2H2O 氢氧燃料电池(Na2SO4) H2-2e-==2H⁺ O2+4e-+2H2O==4OH- 2H2+O2==2H2O 氢氧燃料电池(KOH) H2-2e-+20H-==2H2O O2+4e-+2H2O==4OH⁻ 2H2+O2==2H2O CH4燃料电池(KOH) CH4+10OH--8e-==CO2-3+7H2O O2+2H2O+4e-==40H⁻ CH4+2O2+20H-==CO2-3+3H2O CH3OH燃料电池(KOH) CH3OH-6e-+8OH-==CO³+6H2O O2+2H2O+4e-==4OH⁻ 2CH3OH+3O2+4OH-==2CO2-3+6H2O 熔融盐燃料电池(Li2CO3) 2CO+2CO²-4e-==4CO2 O2+4e-+2CO2==2CO2-3 2CO+O2==2CO2 〖原电池原理在化学中的应用〗 ◆设计原电池：从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。 ◆设计思路： 电解质溶液：一般能与负极反应或者溶解在溶液中的物质(如O₂)与负极反应。 电极材料：一般较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或非金属作正极。 ◆原电池工作原理的其他应用 ①比较金属活动性强弱 一般作负极的金属比正极的活泼。 电极质量减少作负极，较活泼。 有气体生成、电极质量不断增加或不变的作正极，较不活泼。 ②加快化学反应的速率 构成原电池时反应速率比直接接触的反应速率快。如实验室制H2时，在稀硫酸中加入少量CuSO4溶液，产生H2的速率会更快，这样做的原因是Zn与置换出的Cu、稀硫酸构成原电池，加快了反应的进行。 ③利用原电池原理进行金属防腐。 『题型分析』 『题型一』原电池的工作原理 〖典例1〗自发热“暖宝宝”的主要成分包