
01.原電池的工作原理
(一)原電池原理1、原電池的概念和構(gòu)成條件(1)概念:是將_______轉(zhuǎn)化為_____的裝置。其反應(yīng)實(shí)質(zhì)是自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。
Zn - 2e-==Zn2+
Cu2++2e-==Cu
鹽橋中裝有飽和的KCl、KNO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。 鹽橋的作用 ①連接內(nèi)電路,形成閉合回路; ②平衡電荷,使原電池不斷產(chǎn)生電流。
1.Cu、Ag與稀硫酸能否設(shè)計成原電池?
不能。Cu、Ag與稀硫酸都不能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
2.試分析鐵、銅作電極,濃硝酸為電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池的正、負(fù)極及得失電子的情況,并寫出兩極的電極反應(yīng)。
鐵、銅及濃硝酸可構(gòu)成原電池,由于常溫下,鐵在濃硝酸中發(fā)生鈍化,銅會溶解,發(fā)生反應(yīng)Cu+4HNO3(濃) == Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,反應(yīng)中銅失去電子,作負(fù)極;NO3-得到電子,鐵作正極。負(fù)極反應(yīng)為Cu-2e- == Cu2+,正極反應(yīng)為4H++2NO3-+2e- == 2NO2↑+2H2O。
從理論上講,能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)均可以設(shè)計成原電池,實(shí)際設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
內(nèi)電路:將兩電極浸入電解質(zhì)溶液中,陰、陽離子作定向運(yùn)動。
(1)增大氧化還原反應(yīng)速率 如實(shí)驗(yàn)室用Zn和稀硫酸反應(yīng)制H2,常用粗鋅,它產(chǎn)生H2的速率大。原因是粗鋅中的雜質(zhì)和鋅、稀硫酸形成原電池,增大了鋅與稀硫酸的反應(yīng)速率,使產(chǎn)生H2的速率增大。
(2)比較金屬的活動性強(qiáng)弱原電池中,負(fù)極一般為活動性較強(qiáng)的金屬,正極一般為活動性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬。
(3)設(shè)計原電池①首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個半反應(yīng)②根據(jù)原電池的反應(yīng)特點(diǎn),結(jié)合兩個半反應(yīng)找出正、負(fù)極材料和電解質(zhì)溶液
1、分類一次電池(干電池): 電池消耗到一定程度,就不能使用;二次電池(充電電池或蓄電池): 放電后可以再充電重新使用;燃料電池: 一種將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池。
1、 普通鋅錳電池(堿性)
(1)組成: 正極:MnO2 負(fù)極:Zn 電解質(zhì):KOH(2)工作原理: 負(fù)極反應(yīng):Zn+2OH--2e- === Zn(OH)2; 正極反應(yīng):2MnO2+2e-+2H2O === 2MnO(OH)+2OH-; 總反應(yīng):Zn+2MnO2+2H2O === 2MnO(OH)+Zn(OH)2。
2、二次電池 (以鉛酸蓄電池為例)
(1)組成: 負(fù)極:Pb 正極:PbO2 電解質(zhì):H2SO4溶液
(2)工作原理: 鉛酸蓄電池是最常見的二次電池,其電極反應(yīng)分為放電和充電兩個過程。①放電過程的電極反應(yīng)、總反應(yīng):
負(fù)極:Pb(s)+SO42-(aq)-2e- = PbSO4(s);正極:PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e- = PbSO4(s)+2H2O;總反應(yīng):Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) = 2PbSO4(s)+2H2O(l)。
②鉛酸蓄電池的充、放電過程:
3、燃料電池(以酸性氫氧燃料電池為例)
(1)組成: 負(fù)極:H2 正極:O2 電解質(zhì):酸溶液或堿溶液
(2)氫氧燃料電池在不同介質(zhì)中的電極反應(yīng)式
怎樣書寫燃料電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式?
(1)寫出燃燒反應(yīng),根據(jù)電解液改寫燃料電池總反應(yīng);(2)寫出正極的電極反應(yīng)式(一般較簡單);(3)由燃料電池總反應(yīng)減去正極的電極反應(yīng)式得負(fù)極的電極反應(yīng)式。(4)正極反應(yīng)一般為 ①酸性介質(zhì)O2 + 4H+ + 4e-=2H2O ②堿性介質(zhì)O2+2H2O+4e-=4OH-
CH4燃料電池(1)堿性介質(zhì)燃燒總化學(xué)反應(yīng):CH4+2O2 = CO2+2H2O燃料電池總反應(yīng): CH4+2OH-+2O2 = CO3 2 -+3H2O正極:2O2+4H2O+8e-= 8OH-負(fù)極:CH4+10OH--8e-= CO32-+7H2O
(2)酸性介質(zhì)燃料電池總反應(yīng):CH4+2O2=CO2+2H2O ①正極反應(yīng):O2+4H++4e-=2H2O ②負(fù)極反應(yīng):①-②×2,得:CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+
甲醇燃料電池(1)酸性介質(zhì) 總反應(yīng): 2CH4O + 3O2 === 2CO2 + 4H2O 正極的電極反應(yīng)式為:3O2+12e-+12H+ === 6H2O 負(fù)極的電極反應(yīng)式為:2CH4O-12e-+2H2O == 12H++ 2CO2(2)堿性介質(zhì) 總反應(yīng)式:2CH4O + 3O2 +4KOH == 2K2CO3 + 6H2O 正極的電極反應(yīng)式為:3O2+12e- + 6H2O==12OH- 負(fù)極的電極反應(yīng)式為:2CH4O -12e-+16OH- == 2CO32- + 12H2O
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