上海高一化學教案 原電池和電解池

2023-01-21 21:54:02 字數 4304 閱讀 6323

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※上課內容

【複習上節課所學內容及講解作業】

【同步重點知識歸納】

第9章知識梳理:原電池和電解池

1、原電池的概念:

通過氧化還原反應而產生電流的裝置稱為原電池,也可以說是把化學能轉變成電能的裝置。 原電池放電時,負極發生氧化反應,正極發生還原反應。例如銅鋅原電池又稱丹聶爾電池,其正極是銅極,浸中硫酸溶液中;負極是鋅板,浸在硫酸鋅溶液中。

兩種電解質溶液用鹽橋勾通,兩極用導線相連就組成原電池。平時使用的乾電池,是根據原電池原理製成的。

1. 原電池反應屬於放熱的反應,一般是氧化還原反應,但區別於一般的氧化還原反應的是,電子轉移不是通過氧化劑和還原劑之間的有效碰撞完成的,而是還原劑在負極上失電子發生氧化反應,電子通過外電路輸送到正極上,氧化劑在正極上得電子發生還原反應,從而完成還原劑和氧化劑之間電子的轉移。兩極之間溶液中離子的定向移動和外部導線中電子的定向移動構成了閉合迴路,使兩個電極反應不斷進行,發生有序的電子轉移過程,產生電流,實現化學能向電能的轉化。

但是,需要注意,非氧化還原反應一樣可以設計成原電池。從能量轉化角度看,原電池是將化學能轉化為電能的裝置;從化學反應角度看,原電池的原理是氧化還原反應中的還原劑失去的電子經外接導線傳遞給氧化劑,使氧化還原反應分別在兩個電極上進行。

a電極材料由兩種金屬活潑性不同的金屬或由金屬與其他導電的材料(非金屬或某些氧化物等)組成。b.電解質存在。

c.兩電極之間有導線連線,形成閉合迴路。

d.發生的反應是自發的氧化還原反應。

只要具備前三個條件就可構成原電池。而化學電源因為要求可以提供持續而穩定的電流,所以除了必須具備原電池的三個構成條件之外,還要求有自發進行的化學反應。也就是說,化學電源必須是原電池,但原電池不一定都能做化學電池。

形成前提:總反應為自發的化學反應。

a.活潑性不同的金屬:如鋅銅原電池,鋅作負極,銅作正極;

b.金屬和非金屬(非金屬必須能導電):如鋅錳乾電池,鋅作負極,石墨作正極;

c.金屬與化合物如:鉛蓄電池,鉛板作負極,二氧化鉛作正極;

d.惰性電極如:氫氧燃料電池,電極均為鉑。

負極:電子流出的一極(負極定義);化合價公升高的一極;發生氧化反應的一極;活潑性相對較強(有時候也要考慮到電解質溶液對兩極的影響)金屬的一極。(僅適用於原電池)

正極:電子流入的一極(正極定義);化合價降低的一極;發生還原反應的一極;相對不活潑(有時候也要考慮到電解質溶液對兩極的影響)的金屬或其它導體的一極。(僅適用於原電池)

陽極:發生氧化反應的電極(陽極定義)

陰極:發生還原反應的電極(陰極定義)

在原電池中,外電路為電子導電,電解質溶液中為離子導電。

為書寫簡便,原電池的裝置常用方便而科學的符號來表示。其寫法習慣上遵循如下幾點規定:

(1)一般把負極(如zn棒與zn2+離子溶液)寫在電池符號表示式的左邊,正極(如cu棒與cu2+離子溶液)寫在電池符號表示式的右邊。

(2)以化學式表示電池中各物質的組成,溶液要標上活度或濃度(mol/l),若為氣體物質應註明其分壓(pa),還應標明當時的溫度。如不寫出,則溫度為298.15k,氣體分壓為101.

325kpa,溶液濃度為1mol/l。

(3)以符號「∣」表示不同物相之間的接界,用「‖」表示鹽橋。同一相中的不同物質之間用「,」隔開。

(4)非金屬或氣體不導電,因此非金屬元素在不同氧化值時構成的氧化還原電對作半電池時,需外加惰性導體(如原電池鉑或石墨等)做電極導體。其中,惰性導體不參與電極反應,只起導電(輸送或接送電子)的作用,故稱為「惰性」電極。

按上述規定,cu-zn原電池可用如下電池符號表示:(-)zn(s)∣zn2+(c)‖cu2+(c)∣ cu(s) (+)

理論上,任何氧化還原反應都可以設計成原電池,例如反應:

cl2+ 2h-═ 2cl-+h2此反應可分解為兩個半電池反應:

負極:2h-═ h2+ 2e-(氧化反應)

正極:cl2+2e-═ 2cl-(還原反應)

該原電池的符號為:

(-)pt∣ i2(s)∣i- (c)‖cl- (c)∣c2(pcl2) ∣pt(+)

原電池,並成為日常生活中收音機、錄音機、照相機、計算器、電子錶、玩具、助聽器等常用電器的電源。原電池一般按負極活性物質(如鋅、鎘、鎂、鋰等)和正極活性物質(如錳、汞、二氧化硫、氟化碳等)分為鋅錳電池、鋅空氣電池、鋅銀電池、鋅汞電池、鎂錳電池、鋰氟化碳電池、鋰二氧化硫電池等。鋅錳電池產量最大,常按電解質分為氯化銨型和氯化鋅型,並按其隔離層分為糊式電池和低極電池。

以氫氧化鉀為電解質的鋅錳電池,由於其負極(鋅)的構造與其他鋅錳電池不同而習慣上另作一類,稱為鹼性鋅錳電池,簡稱鹼錳電池,俗稱鹼性電池。

2、金屬的腐蝕與防護

①改變金屬內部結構(如把鋼中加cr、ni製成不鏽鋼)

②在金屬表面覆蓋保護層

a、在鋼鐵表面塗礦物性油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等物質。

b、用電鍍、熱鍍、噴鍍的方法,在鋼鐵表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬。

c、用化學方法使鋼鐵表面生成一層緻密而穩定的氧化膜。(表面鈍化)

③電化學保**

a外加電流的陰極保**(把被保護的裝置與外接電源的負極相連)

b犧牲陽極的陰極保**(被保護的裝置與活潑的金屬相連線)

3、判斷金屬的活潑性

4、加快反應速率[2]

鋅-錳電池具有原材料**豐富、工藝簡單,**便宜、使用方便等優點,成為人們使用最多、最廣泛的電池品種。鋅-錳電池以鋅為負極,以二氧化錳為正極。按照基本結構,鋅-錳電池可製成圓筒形、扣式和扁形,扁形電池不能單個使用,可組合疊層電池(組)。

按照所用電解液的差別將鋅-錳電池分為三個型別:

(1)銨型鋅-錳電池:電解質以氯化銨為主,含少量氯化鋅。

電池符號:(-) zn│nh4cl·zncl2│mno2│c(石墨)(+)

總電池反應: zn+2nh4cl+2mno2=[zn(nh3)2]cl2+mn2o3+h2o

(2) 鋅型鋅-錳電池:又稱高功率鋅-錳電池,電解質為氯化鋅,具有防漏效能好,能大功率放電及能量密度較高等優點,是鋅-錳電池的第二代產品,20世紀70年代初首先由德國推出。與銨

原電池型電池相比鋅型電池長時間放電不產生水,因此電池不易漏液。

電池符號:(-) zn│zncl2│mno2(+)

總電池反應(長時間放電):

zn+2zn(oh)cl+6mno(oh)=zncl2·2zno·4h2o+2mn3o4

(3) 鹼性鋅-錳電池:這是鋅-錳電池的第三代產品,具有大功率放電效能好、能量密度高和低溫效能好等優點。

電池符號:(-) zn│koh│mno2(+)

總電池反應: zn+2h2o+mno2=mn(oh)2+zn(oh)2

鋅-錳電池額定開路電壓為1.5v,實際開路電壓1.5-1.

8v ,其工作電壓與放電負荷有關,負荷越重或放電電阻越小,閉路電壓越低。用於手電筒照明時,典型終止電壓為0.9v,某些收音機允許電壓降至0.

75v。

鋰原電池

又稱鋰電池,是以金屬鋰為負極的電池總稱。鋰的電極電勢最負相對分子質量最小,導電性良好,可製成一系列貯存壽命長,工作溫度範圍寬的高能電池。根據電解液和正極物質的物理狀態,鋰電池有三種不同的型別,即:

固體正極—有機電解質電池、液體正極—液體電解質電池、固體正極—固體電解質電池。li—(cf)n的開路電壓為3.3v,比能量為480w·h·l-1,工作溫度在-55~70℃間,在20℃下可貯存10年之久!

它們都是研製的新產品,主要用於軍事、空間技術等特殊領域,在心臟起搏器等微、小功率場合也有應用。

鋰電池與鋰離子電池不同。前者是一次電池,後者可反覆充電。

蓄電池在放電過程中屬於原電池反應。這類電極反應都有電解質溶液參與,如果能分析清楚電解質溶液是否參與電極反應,那麼負極的電極反應式和正極的電極反應式的書寫就可迎刃而解了。

現以鉛酸蓄電池為例來分析電極反應式的書寫方法。

鉛酸蓄電池的總反應為:pb+ pbo2+2h2so4=2pbso4+2h2o

根據原電池的工作原理分析,負極失去電子發生氧化反應,可知:pb–2e-=pb2+①,生成的pb2+進入電解質溶液中,pb2+與溶液中的so42-不能共存,要繼續反應生成pbso4,即:pb2++so42-=pbso4②,因此在原電池的負極反應式為①+②即:

pb–2e-+so42-=pbso4;正極是得電子發生還原反應的一極,則有:pbo2+2e-=pb2++2o2-①,pb2+和o2-進入溶液中,由於電解質溶液是h2so4溶液,o2-在酸性環境中,不能單獨存在,可供o2-結合的微粒有h+和h2o,o2-在酸性環境中優先結合h+生成h2o,這樣在正極發生的反應有:4h++2o2-=2h2o②;pb2++so42-=pbso4③根據以上分析可知正極反應式為①+②+③即:

pbo2+2e-+so42-+4h+=pbso4+2h2o。(注意:在電極反應式中應遵循電荷守恆和質量守恆;在負極反應式與正極反應式相加求總反應時要注意得失電子數要相等。)

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