第四章电化学基础

第四章电化学基础（复习）一、原电池化学电源（一）原电池原理原电池：把化学能转化为电能的装置。

1、构成条件(1)有两个活泼性不同的电极(常见为金属或石墨)。

(2)将电极插入电解质溶液中。

(3)两电极间构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。

(4)能自发发生氧化还原反应。

2、原理：①电子方向：从负极流出沿导线流入正极；②电流方向：从正极沿导线流向负极；③离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。

例1.如图，在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是( )A．外电路的电流方向为：X→外电路→YB．若两电极分别为铁和碳棒，则X为碳棒，Y为铁C．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应D．若两电极都是金属，则它们的活动性强弱为X＞Y4、原电池正、负极的判断及电极反应式的书写例2．(2015·泗洪模拟)如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是( )A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极B．电极Ⅱ的电极反应式为Cu2＋＋2e－===CuC．该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子例3．(2012·四川高考)一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。

下列有关说法正确的是( )A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动B ．若有0.4 mol 电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L 氧气C ．电池反应的化学方程式为CH 3CH 2OH ＋O 2===CH 3COOH ＋H 2OD ．正极上发生的反应是O 2＋4e －＋2H 2O===4OH －例4．有关电化学知识的描述正确的是( )A ．CaO ＋H 2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能B ．某原电池反应为Cu ＋2AgNO 3===Cu(NO 3)2＋2Ag ，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl 饱和溶液C ．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成D ．一般地说，能自发进行的氧化还原反应可设计成原电池（二）化学电源1总反应：Zn ＋2MnO 2＋2H 2O===2MnOOH ＋Zn(OH)22、二次电池(以铅蓄电池为例) (1)放电时的反应：①负极反应：Pb(s) －2e －＋SO 2－4(aq)===PbSO 4(s)。

②正极反应：PbO 2(s)＋ 2e －＋4H ＋(aq)＋SO 2－4(aq)===PbSO 4(s)＋2H 2O(l)。

③总反应：Pb(s)＋PbO 2(s)＋2H 2SO 4(aq)===2PbSO 4(s)＋2H 2O(l)。

(2)充电时的反应：①阴极反应： PbSO 4(s)＋2e －=== Pb(s) ＋SO 2－4(aq)。

②阳极反应：PbSO 4(s)＋2H 2O(l)－ 2e －=== PbO 2(s)＋ 4H ＋＋SO 2－4(aq)。

③总反应：2PbSO 4(s)＋2H 2O(l)===Pb(s)＋PbO 2(s)＋2H 2SO 4(aq)。

3、燃料电池4、新型电源中电极反应式的书写首先根据电池反应分析物质得失电子情况，然后再考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应；对于较复杂的电极反应，可以利用总反应方程式减去较简单一极的电极反应式，从而得到较复杂一极的电极反应式。

例5.按要求写出电极反应式或总反应方程式。

(1)肼(N 2H 4)_空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的电极反应式为____________________。

(2)K 2FeO 4_Zn 可以组成碱性电池，K 2FeO 4在电池中作为正极材料，其电极反应为__________________________， 该电池总反应的离子方程式为_______________________。

(3)铝电池性能优越，Al_AgO 电池可用作水下动力电源，其原理如下图所示。

该电池反应的化学方程式为_______________________________________________。

5、不同环境对燃料电池电极反应式的影响甲烷燃料电池在不同环境下电极反应式的书写： (1)酸性条件电池总反应式：CH 4＋2O 2===CO 2＋2H 2O①；正极反应式：O 2＋4H ＋＋4e －===2H 2O②①－②×2，得燃料电池负极反应式：___________________________________________________________。

(2)碱性条件电池总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O①；正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－②①－②×2，得燃料电池负极反应式：___________________________________________________________。

(3)固体电解质(高温下能传导O2－)电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①；正极反应式：O2＋4e－===2O2－②①－②×2，得燃料电池负极反应式：___________________________________________________________。

(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①；正极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3②①－②×2，得燃料电池负极反应式：___________________________________________________________。

例6．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2。

下列有关该电池的说法不正确的是( )A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为FeB．电池放电时，负极反应为 Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋H2O例7．(1)直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极反应式为__________________________、正极反应式为______________________________________________________。

(2) 熔融盐电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，完成有关电池反应式。

阳极反应式：2CO＋2CO2－3－4e－===4CO2，阴极反应式：__________________，电池总反应式：_____________________。

（三）原电池原理的四大应用1、比较金属的活动性强弱原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或非金属)作正极。

如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A溶解，而B上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，则可以判断金属活动性A＞B。

例8.有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4中，C 极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。

据此，判断五种金属的活动性顺序是( )A．A＞B＞C＞D＞E B．A＞C＞D＞B＞E C．C＞A＞B＞D＞ED．B＞D＞C＞A＞E2、加快化学反应速率由于形成了原电池，导致反应速率加快。

如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu－Zn原电池，加快反应进行。

例9.将两份过量的锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系正确的是( )3、用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。

例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。

4、设计原电池设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件(1)必须是能自发进行且放热的氧化还原反应。

(2)根据氧化还原关系找出正负极材料(负极是失电子的物质，正极用比负极活泼性差的金属，也可以用石墨)及电解质溶液。

①电极材料的选择：在原电池中，选择活泼性较强的金属（极活泼金属除外）作为负极；活泼性较弱的金属或非金属作为正极，并且原电池的电极必须导电。

一般来说，负极应该跟电解质溶液发生反应。

②电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。

但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的阳离子。

如在Cu－Zn构成的原电池中，负极Zn浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极Cu浸泡在含有Cu2＋的电解质溶液中。

(3)按要求画出原电池装置示意图：请根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：例10．称取三份锌粉，分别盛于甲、乙、丙三支试管中，按下列要求另加物质后，塞上带导管的塞子，定时间测定生成H2的体积。

甲：加入50 mL、pH＝3的盐酸；乙：加入50 mL、pH＝3的醋酸；丙：加入50 mL、pH ＝3的醋酸及少量胆矾粉末。

若反应终止时，生成的H2一样多，且无剩余的锌。

回答下列问题：(1)开始时反应速率的大小关系为________(用“＞”、“＝”或“＜”表示，下同)。

(2)三支试管中参加反应的锌的质量为________________。

(3)反应终止，所需的时间为________。

(4)在反应过程中，乙、丙速率不同的原因是________________________________。

以“两个甲烷燃料电池串联”为载体串联原电池的相关知识高考载体(2012·海南高考T16改编)新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质溶液为KOH溶液。

某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。

[知识串联设计](1)通入甲烷的一极作原电池的________极(填“正”或“负”下同)，通入O2的一极作原电池的________极。