原電池的構成、工作原理及應用知識點

2021-01-17 高中學習幫

電化學在高考中屬於必考內容,主要以新型電池或電解池(活潑陽極電解池或多室電解池)為載體,考查考生在新情景中對原電池原理和電解池原理的理解能力。

(1)兩個活潑性不同的電極(燃料電池的兩個電極活潑性可以相同)
(2)負極上發生氧化反應,正極上發生還原反應。
(3)利用電解質形成閉合迴路。

(1)電池的電極反應一定是氧化反應或還原反應,但電池總反應卻不一定是氧化還原反應,如沉澱反應、中和反應等非氧化還原反應也可以設計成原電池;此外,利用離子濃度差也可以設計原電池,即「濃差電池」。
(2)電解質既可以是電解質的水溶液,也可以是能傳導離子的固體電解質,還可以是有機電解質溶液。

甲(一室電池) 乙(雙室鹽橋電池)


(1)一室電池的缺點:由於氧化劑與還原劑直接接觸,工作一段時間後,鋅片表面觀察到有少量紅色銅析出,說明鋅片表面存在腐蝕電流,該電池的效率不高,電池不工作時,鋅片繼續被氧化,使得該電池的可貯存時間不長。
(2)雙室鹽橋電池的優點:利用鹽橋防止氧化劑與還原劑直接接觸,提高電池效率、延長電池的可貯存時間。

(1)鋁銅濃硝酸電池

初期,活潑金屬鋁作負極被氧化,由於鋁表面很快形成緻密氧化物薄膜阻止反應繼續進行,使鋁鈍化;電流計指針回到0後,銅作負極,鈍化鋁作正極,電流計指針向與初期相反的方向發生偏轉。


(2)鎂鋁燒鹼溶液電池

初期,活潑金屬鎂作負極被氧化,生成的氫氧化鎂附著在鎂電極上阻止反應繼續進行,使鎂鈍化;電流計指針回到0後,鋁作負極,鎂作正極,電流計指針向與初期相反的方向發生偏轉。

(1)用於金屬的防護
使被保護的金屬製品(如海輪船殼)作原電池正極(陰極)而得到保護,鑲嵌在金屬製品表面的較活潑金屬(如鋅塊)作原電池的負極(陽極)被腐蝕,即犧牲陽極的陰極保護法。


(2)使變黑的銀質器皿復原
銀質器皿久置,表面會生成Ag2S而逐漸變黑(4Ag+O2+2H2S=2Ag2S+2H2O),在鋁質容器(作負極)中加入食鹽溶液,再將變黑的銀質器皿(作正極)浸入該溶液中,一段時間後,黑色的Ag2S會被還原為銀白色的單質銀,該法能使銀質器皿無損耗復原。有關反應為
負極反應:2Al-6e-=2Al3+;
正極反應:3Ag2S+6e-=6Ag+3S2-;
負極產生的Al3+與正極產生的S2-在溶液中繼續反應:2Al3++3S2-+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2S↑。

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