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1化学能与电能的转化1、原电池一、定义：将化学能转化为电能的装置。二、构成原电池的条件①自发的氧化还原反应；②两个电极（活性不同）；③电解质溶液；④构成闭合回路。三、工作原理（一）以锌铜电池为例1.实验步骤：按右图组装好仪器，像两只烧杯中分别加入30mL1.0moL·L-1CuSO4溶液和30mL1.0moL·L-1ZnSO4溶液，将连接导线和电流计的锌片和铜片分别插入CuSO4溶液和ZnSO4溶液中，将盐桥插入两只烧杯内的电解质溶液中，观察实验现象。取出盐桥，观察实验现象。2.实验现象：①左边烧杯中的锌片逐渐溶解，右边烧杯中的铜片上有红色金属析出，电流计的指针发生偏转；②取出盐桥，电流计的指针不再偏转，铜片上不再有红色晶体析出，锌片也不再溶解。负极反应：Zn-2e-===Zn2+（氧化反应）正极反应：Cu2++2e-===Cu（还原反应）电池反应：Zn+Cu2+===Zn2++Cu3.注意：盐桥中通常装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子在盐桥中能自由移动。盐桥的作用：①连接电解质溶液，使原电池形成一个闭合的回路；②平衡电解质溶液中的电荷。（二）工作原理解析：原电池是如何将化学能转化为电能的？负极：还原剂-ne-===氧化产物（发生氧化反应）正极：氧化剂-ne-===还原产物（发生还原反应）【例1】将锌片和铜片用导线连接置于同一稀硫酸溶液中，则（）A．正极附近c()逐渐增大B．反应过程中溶液的pH逐渐增大C．电子经外电路由Zn片流向Cu片，又从Cu片经电解质溶液流向Zn片D．锌片、铜片和硫酸形成原电池后，化学能全部转化为电能2【例2】下列装置能否形成原电池？①②③④⑤⑥⑦⑧四、原电池正负极的判断（1）一般是较活泼的金属充当负极，较不活泼的金属或非金属或金属氧化物作正极。（2）根据电子流向或电流方向确定：电子流出的一极或电流流入的一极为负极；（3）根据内电路中自由离子的移动方向确定：阴离子移向负极，阳离子移向正极。（4）根据原电池反应式确定:负极--氧化反应正极--还原反应（5）一些特殊现象：负极--溶解，减重等正极--增重，产生气泡等五、形成原电池可以加快化学反应速率【例3】下列有关在实验室用锌和稀盐酸制H2实验的叙述正确的是（）①用粗锌（含有比锌不活泼的金属）比纯锌反应速率快②滴加少量CuSO4溶液可加快产生H2的速率③滴加少量CuSO4溶液不改变生成H2的总量④采用浓硫酸可以加快产生H2的速率⑤在反应容器中加入一定量CH3COONa晶体会影响反应速率⑥在反应容器中加入一定量CH3COONa晶体会影响生成H2的总量⑦在反应容器中加入一定量Na2CO3晶体会影响生成H2的总量⑧在反应容器中加入NaCl溶液不会改变生成H2的速率⑨在反应容器中加入NaNO3固体不会改变生成H2的速率六、原电池中电极反应式的书写①第一步，写出在两极发生化合价改变的反应物和生成物（分子或离子）及得失电子数，具体地，负极：写出失电子的物质(多为金属单质)、失去的电子数及对应的氧化产物；正极：写出得电子的物质、得到的电子数及对应的还原产物。②第二步，结合题中的反应环境（酸性或碱性电解质溶液），在电极反应式的左边或右边添加一定个数的H+或OHˉ，使之满足电荷守恒。实际上只有4种添加方法：①左边加H+，右边加H2O；②左边加H2O，右边加H+；③左边加OHˉ，右边加H2O；④左边加H2O，右边加OHˉ。注意：绝不能在一边加H+，一边加OHˉ。③第三步，根据原子个数守恒，在电极反应式的左边或右边添加一定个数的H2O。④注意调整两个电极上得失电子数目相等。⑤若电极反应产生的离子与电解质溶液中的离子不能共存，则该电解质溶液中的离子也应写入电极反应式。⑥正负极反应式相加得到电池反应的总反应(总的离子方程式)，可据此判断所写电极反应式是否正确。若能写出已知电池反应的总方程式(总的离子方程式)，可以减去较易写出的3电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式。【例4】①从铜、铁及碳棒中选取合适的电极材料设计一个原电池，实现如下反应3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，则负极为，电极反应式为，正极应选，电极反应式为。②钮扣电池（银锌电池）的放电过程可以表示为：Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，则正极为，电极反应式为，负极为，电极反应式为。③以Mg、Al为电极材料设计一个原电池，实现反应：2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑，请写出电极反应式并标出电极材料和名称。【例5】氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。其总反应是H2+2NiO(OH)2Ni(OH)2，据此判断，下列叙述中正确的是（）A.电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大B.电池放电时，镍元素被氧化C.电池充电时，氢元素被还原D.电池放电时，H2是负极2、化学电源常见化学电源的工作原理一次电池是指电池放电后不能用简单的充电方法使活性物质复原而继续使用的电池，当电池中的活性物质大部分被消耗后就不能再继续使用。二次电池又称为蓄电池。二次电池中，发生氧化还原反应的物质（电极、电解质溶液）大部分被消耗后，又可以通过充电而获得再生而恢复其供电能力，可多次重复使用。燃料电池的氧化剂和还原剂不是全部储藏在电池内，而是在工作时不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。因此燃料电池能够连续不断的提供电能。电池名称构成反应式一次电池银锌纽扣电池Zn|KOH|Ag2O负极反应式：Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2正极反应式：Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH-电池反应式：Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag普通锌锰电池Zn|MnO2、NH4Cl|C负极反应式：Zn-2e-===Zn2+正极反应式：2MnO2+2e-+2NH4+===Mn2O3+2NH3+H2O电池反应式：Zn+2MnO2+2NH4+===Zn+Mn2O3+2NH3+H2O碱性锌锰电池Zn|KOH|MnO2负极反应式：Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2正极反应式：2MnO2+2e-+2H2O===2MnOOH+2OH-电池反应式：Zn+2MnO2+2H2O===Zn(OH)2+2MnOOH锂电池Li|LiAlCl4、SOCl2|C负极反应式：8Li-8e-===8Li+正极反应式：3SOCl2+8e-===SO32-+2S+6Cl-电池反应式：8Li+3SOCl2===8Li++SO32-+6Cl-+2S心脏起搏电池Zn|H+|O2、Pt负极反应式：2Zn-4e-===2Zn2+4正极反应式：O2+4e-+4H+===2H2O电池反应式：2Zn+O2+4H+===2Zn2++2H2O海水电池铝|空气、海水|C负极反应式：4Al-12e-===4Al3+正极反应式：3O2+12e-+6H2O===12OH-电池反应式：4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3二次电池铅蓄电池Pb|H2SO4|PbO2负极反应式：Pb-2e-+SO42-===PbSO4正极反应式：PbO2+2e-+SO42-+4H+===PbSO4+2H2O电池反应式：Pb+PbO2+4H++SO42===2PbSO4+2H2O镍氢电池H2|OH-|NiO(OH)负极反应式：H2-2e-+2OH-===2H2O正极反应式：2NiO(OH)+2e-+2H2O===2Ni(OH)2+2OH-电池反应式：2NiO(OH)+H2===2Ni(OH)2铁镍电池Fe|OH-|NiO2负极反应式：Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2正极反应式：NiO2+2e-+2H2O===Ni(OH)2+2OH-电池反应式：Fe+NiO2+2H2O===Fe(OH)2+Ni(OH)2燃料电池氢氧燃料电池H2|H+|O2负极反应式：H2-2e-===2H+正极反应式：1/2O2+2e-+2H+===H2O电池反应式：H2+1/2O2===H2O氢氧燃料电池H2|OH-|O2负极反应式：H2-2e-+2OH-===2H2O正极反应式：1/2O2+2e-+2H+===H2O电池反应式：H2+1/2O2===H2O氢氧燃料电池H2|NaCl|O2负极反应式：H2-2e-===2H+正极反应式：1/2O2+2H++2e-===H2O电池反应式：H2+1/2O2===H2O甲醇燃料电池CH3OH|OH-|O2负极反应式：2CH3OH-12e-+16OH-===2CO32-+12H2O正极反应式：3O2+12e-+6H2O===12OH-电池反应式：2CH3OH+3O2+4OH-===2CO32-+3H2O甲烷燃料电池CH4|OH-|O2负极反应式：CH4-8e-+10OH-===CO32-+7H2O正极反应式：2O2+8e-+4H2O===8OH-电池反应式：CH4+2O2+2OH-===CO32-+3H2O燃料电池的工作原理：有关燃料电池的基本常识：负极：燃料失去电子（燃料一定是在负极反应的）正极：O2获得电子（O2一定是在正极上反应的）电解质：①水溶液（酸性、碱性、中性）、②固体氧化物或熔融氧化物、③熔融盐⒈电解质为水溶液（酸性、碱性、中性）【例6】甲烷碱性燃料电池（电解质溶液为KOH）负极：正极：甲烷酸性燃料电池（电解质溶液为H2SO4）负极：正极：5【例7】利用反应C2H5OH+3O2→2CO2+3H2O，可设计为燃料电池（电解质溶液为KOH），试写出其电极反应式。【例8】下图是乙醚（CH3CH2OCH2CH3）燃料电池的结构示意图。乙醚在催化剂作用下提供质子（H+）和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应。请写出该燃料电池的电极反应式：a极：，b极：。⒉固体氧化物燃料电池【例9】一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2ˉ。下列对该燃料电池说法正确的是（）A．通入空气的一极是正极，电极反应为：O2+2H2O+4eˉ=4OHˉB．通入空气的一极是正极，电极反应为：O2+4eˉ=2O2ˉC．在熔融电解质中，O2ˉ由负极移向正极D．通入丁烷的一极是负极，电极反应为：C4H10+26eˉ+13O2ˉ=4CO2↑+5H2O⒊熔融盐燃料电池【例10】①某种熔融盐燃料电池采用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气体为正极助燃气。试写出两极反应式。②以NO2、O2、熔融盐NaNO3组成的燃料电池如图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y（N2O5），并将Y通入石墨Ⅱ电极处，以使电池的电解质组成保持稳定，保证该燃料电池长时间稳定运行。石墨Ⅰ电极反应式为；石墨Ⅱ电极反应式为。【小结】无论酸或碱的水溶液、氧化物、熔融盐何者做为电解质，其导电离子一般要参与两极反应，在某个电极上生成，在另一个电极上消耗。如无特殊情况，当两极转移电子数相等时，该导电离子在两个电极上的生成量和消耗量相等。【例11】利用人工光合作用合成甲酸的原理2CO2+2H2O2HCOOH+O2可设计成原电池，装置如图所示。下列说法不正确的是（）A．电极1周围溶液的pH增大B．该装置将太阳能转化为化学能和电能C．H+由电极1室经过质子交换膜流向电极2室D．电极2上发生的反应为CO2+2H++2eˉ=HCOOH【例12】2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是（）A．a为电池的正极6B．电池充电反应为LiMn2O4=Li1-xMn2O4+xLiC．放电时，a极锂的化合价发生变化D．放电时，溶液中Li+从b向a迁移【例13】锂离子电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的总反应为：C6Li+Li1-xMO2=C6Li1-x+LiMO2（C6Li表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料，LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物），请写出放电时的电极反应式。【方法指导】①锂电池有多种，正极材料和电解质各不相同，但负极一定是金属锂（可能嵌入某些载体