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高中化学教案
高中化学-高一化学教案-原电池教案
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高中化学
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化学电源
1. 普通锌锰电池——干电池
干电池是用锌制筒形外壳作负极,位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极,在石墨周围填充ZnCl
2
、NH
4
Cl和淀粉糊作电解质,还填有MnO
2
黑色粉末,吸收正极放出的H
2
,防止产生极化现象。
电极反应为:
负极:Zn-2e
-
=Zn
2+
正极:2NH
4
+
+2e
-
=2NH
3
+H
2
H
2
+2MnO
2
=Mn
2
O
3
+H
2
O
4NH
3
+Zn
2+=
[Zn(NH
3
)
4
]
2+
淀粉糊的作用是提高阴、阳离子在两极的迁移速率。
电池的总反应式为:
2Zn+4NH
4
Cl+4MnO
2
=[Zn(NH
3
)
4
]Cl
2
+ZnCl
2
+2Mn
2
O
3
+2H
2
O
干电池的电动势通常约为1.5V,不能充电再生。
2. 铅蓄电池
铅蓄电池可以放电亦可充电,它是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳,在正极板上有一层棕褐色的PbO
2
,负极板是海绵状的金属铅,两极均浸入硫酸溶液中;且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。
放电时起原电池的作用,电极反应为:
当放电进行到硫酸的浓度降低,溶液的密度达1.18g 时应停止使用,需充电,充电时起电解池的作用,电极反应为:
阳极:PbSO
4
+2H
2
O-2e
-
=PbO
2
+4H
+
+SO
4
2-
阴极:PbSO
4
+2e
-
=Pb+SO
4
2-
当溶液的密度增加至1.28 时,应停止充电。
蓄电池充电和放电的总化学方程式为:
3. 银锌电池——钮扣式电池
它是用不锈钢制成的一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒,形似纽扣,盒内正极壳一端填充由Ag
2
O和石墨组成的正极活性材料,负极盖一端填充锌汞合金组成的负极活性材料,电解质溶液为KOH浓溶液。电极反应为:
负极:Zn+2OH
—
-2e
-
=ZnO+H
2
O
正极:Ag
2
O+H
2
O+2e
-
=2Ag+2OH
-
电池的总反应式为:Ag
2
O+Zn=2Ag+ZnO
电池的电动势为1.59V,使用寿命较长。
4. 微型锂电池
常用于心脏起搏器的一种微型电池叫锂电池,它是用金属锂作负极,石墨作正极,电解质溶液由四氯化铝锂(LiAlCl
4
)溶解在亚硫酸氯(SOCl
2
)中组成。电池的总反应式为:8Li+3SOCl
2
=6LiCl+Li
2
SO
4
+2S
这种电池容量大,电压稳定,能在-56.7~71.1℃温度范围内正常工作。
5. 氢氧燃料电池
氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池,主要用于航天领域。它的电极材料一般为活性电极,具有很强的催化活性,如铂电极,活性炭电极等。电解质溶液为40%的KOH溶液。电极反应为:
负极:2H
2
+4OH
—
-4e=4H
2
O
正极:O
2
+2H
2
O+4e
-
=4OH
-
电池的总反应式为:2H
2
+O
2
=2H
2
O
6. 海水电池
1991年,我国首创以铝—空气—海水为能源的新型电池,用作航海标志灯。该电池以取之不尽的海水为电解质,靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。电极反应式为:
负极:4Al-12e
-
=4Al
3+
正极:3O
2
+6H
2
O+12e
-
=12OH
-
电池的总反应式为:
这种海水电池的能量比“干电池”高20~50倍。
7. 新型燃料电池
该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极,又在两极上分别通甲烷和氧气。电极反应为:
负极:CH
4
+10OH
—
-8e
-
=CO
3
2-
+7H
2
O
正极:2O
2
+4H
2
O+8e
-
=8OH
-
电池的总反应式为:CH
4
+2O
2
+2KOH=K
2
CO
3
+3H
2
O
电解时电极产物的判断
1. 阳极产物判断
首先看电极,如果是活动性电极(金属活动顺序表Ag以前),则电极材料失电子,电极被溶解,溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨),则要再看溶液中的离子的失电子能力。此时根据阴离子放电顺序判断。
阴离子放电顺序:S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-
2. 阴极产物判断
直接根据阳离子得电子能力进行判断,阳离子放电顺序:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na2+>Ca2+>K+
3. 电镀条件,由于阳极不断溶解,由镀液中阳离子保持较高的浓度,故在此条件下Zn2+先于H+放电。
原电池、电解池、电镀池之比较
原电池
电解池
电镀池
定义
将化学能转变成电能的装置
将电能转变成化学能的装置
应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属的装置
装置举例
形成条件
① 活动性不同的两电极(连接)
② 电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应)
③ 形成闭合电路
①两电极接直流电源
②两电极插入电解质溶液
③形成闭合电路
①镀层金属接电源正极,待镀金属接电源负极
②电镀液必须含有镀层金属的离子(电镀过程浓度不变)
电极名称
负极:氧化反应,金属失电子
正极:还原反应,溶液中的阳离子得电子或者氧气得电子(吸氧腐蚀)
阳极:氧化反应,溶液中的阴离子失电子,或电极金属失电子
阴极:还原反应,溶液中的阳离子得电子
阳极:金属电极失电子(溶液)
阴极:电镀液中镀层金属阳离子得电子(在电镀控制的条件下,水电离产生的H+及OH-一般不放电)
电子流向
负极 正极
电源负极 阴极
电源正极 阳极
同电解池
⑴同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等。⑵同一电解池的阳极、阴极电极反应中得、失电子数相等。⑶串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。上述三种情况下,在写电极反应式时得、失电子数要相等;在计算电解产物的量时,应按得、失电子数相等计算。
用惰性电极电解电解质溶液时的规律
1. 电解水型:含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐(如NaOH、H2SO4、K2SO4等)的电解。
阴极:
阳极:
总反应:
2. 分解电解质型:无氧酸(除HF外)、不活泼的无氧酸盐(氟化物除外)(如HCl、CuCl2等)溶液的电解。
阴极:
阳极:
总反应:
3. 放氢生碱型:活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)(如NaCl、MgBr2)溶液的电解。
阴极:
阳极:
总反应:
4. 放氧生酸型:不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4、AgNO3等)溶液的电解。
阴极:
阳极:
总反应:
化学教案-原电池
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