高考化學一輪專題復習 第六章 第2講 原電池 化學電源課件 新人教版.ppt

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第2講原電池化學電源 考點突破題型透析 學科素養(yǎng)技能提升 考點二化學電源 新型化學電源的高考命題角度及解題指導 考綱要求 第六章化學反應與能量 考點三原電池原理的應用 備選素材 考綱要求 1 了解原電池的工作原理 能寫出電極反應式和電池反應方程式 2 了解常見化學電源的種類及其工作原理 考點一原電池及其工作原理 知識梳理思維深化 1 概念把 能轉化為 能的裝置 2 工作原理以鋅銅原電池為例 化學 電 知識梳理思維深化 考點一原電池及其工作原理 鋅片 銅片 氧化反應 還原反應 Cu 正 負 3 原電池的構成條件 1 一看反應 看是否有能 的氧化還原反應發(fā)生 一般是活潑性強的金屬與電解質溶液反應 2 二看兩電極 一般是活潑性不同的兩電極 3 三看是否形成閉合回路 形成閉合回路需三個條件 電解質溶液 兩電極直接或間接接觸 兩電極插入電解質溶液 知識梳理思維深化 考點一原電池及其工作原理 自發(fā)進行 1 正誤判斷 1 所有的氧化還原反應都能設計成原電池 2 只有金屬才能做原電池的電極 3 原電池的兩極中較活潑的金屬一定為負極 4 鋅銅原電池工作時 外電路電子由負極流向正極 5 在原電池中 電子流出的一極是負極 被還原 6 原電池可以把物質內(nèi)部的能量全部轉化為電能 提示 1 2 3 4 5 6 知識梳理思維深化 考點一原電池及其工作原理 2 下列裝置可以形成原電池的是 并寫出形成原電池的電極材料及電極反應式 正極 負極 提示 B銀片 2Ag 2e 2Ag銅片 Cu 2e Cu2 知識梳理思維深化 考點一原電池及其工作原理 3 鹽橋電池的構成有什么特點 提示 1 一般情況下 金屬插入其可溶性鹽溶液中 組成負極和正極 2 為使溶液保持電中性 鹽橋中離子的定向遷移構成了電流通路 3 鹽橋電池的兩個電極材料可以不同 也可以相同 但環(huán)境絕對不同 知識梳理思維深化 考點一原電池及其工作原理 4 鹽橋有什么作用 提示 1 使整個裝置構成閉合回路 代替兩溶液直接接觸 知識梳理思維深化 考點一原電池及其工作原理 1 有關電化學知識的描述正確的是 A CaO H2O Ca OH 2 可以放出大量的熱 故可把該反應設計成原電池 把其中的化學能轉化為電能B 某原電池反應為Cu 2AgNO3 Cu NO3 2 2Ag 裝置中的鹽橋中可以是裝有含瓊膠的KCl飽和溶液C 原電池的兩極一定是由活動性不同的兩種金屬組成D 理論上說 任何能自發(fā)進行的氧化還原反應都可設計成原電池 CaO H2O Ca OH 2不是氧化還原反應 KCl和AgNO3反應生成AgCl沉淀易阻止原電池反應的發(fā)生 作電極的不一定是金屬 如石墨棒也可作電極 題組設計思維建模 題組一原電池原理的考查 解析 答案 D 2 下圖為一原電池裝置 下列敘述中正確的是 A 銅離子在銅片表面被還原B 鹽橋中的K 移向ZnSO4溶液C 電流從鋅片經(jīng)導線流向銅片D 銅是陽極 銅片上有氣泡產(chǎn)生 該原電池裝置中Zn片作負極 Zn 2e Zn2 Cu作正極 Cu2 2e Cu 鹽橋中的K 移向正極 Cl 移向負極 電子從Zn片流向Cu片 電流從Cu片流向Zn片 解析 答案 圖顯 隱 題組設計思維建模 題組一原電池原理的考查 A 3 將如圖所示實驗裝置的K閉合 下列判斷正確的是 A Cu電極上發(fā)生還原反應B 電子沿Zn a b Cu路徑流動D 片刻后可觀察到濾紙b點變紅色 A項 Zn作原電池的負極 Cu作原電池的正極 Cu電極發(fā)生還原反應 B項 電子流向是負極到正極 但a b這一環(huán)節(jié)是在溶液中導電 是離子導電 電子并沒沿此路徑流動 C項 硫酸根離子濃度基本保持不變 D項 濾紙a點是陰極 氫離子放電 溶液中氫氧根離子濃度大于氫離子濃度 顯堿性 試紙變紅色 解析 答案 圖顯 隱 題組設計思維建模 題組一原電池原理的考查 A 規(guī)避原電池工作原理的4個易失分點 1 只有放熱的氧化還原反應才能通過設計成原電池將化學能轉化為電能 2 電解質溶液中陰 陽離子的定向移動 與導線中電子的定向移動共同組成了一個完整的閉合回路 3 無論在原電池還是在電解池中 電子均不能通過電解質溶液 4 原電池的負極失去電子的總數(shù)等于正極得到電子的總數(shù) 題組設計思維建模 4 分析如圖所示的四個原電池裝置 其中結論正確的是 A 中Mg作負極 中Fe作負極B 中Mg作正極 電極反應式為6H2O 6e 6OH 3H2 C 中Fe作負極 電極反應式為Fe 2e Fe2 D 中Cu作正極 電極反應式為2H 2e H2 解析 答案 題組二原電池正 負極判斷 題組設計思維建模 圖顯 隱 B 5 原電池正 負電極的極性不僅與電極材料的性質有關 也與電解質溶液有關 下列由不同材料組成的原電池 電極反應正確的是 A 由Fe Cu與稀硫酸組成的原電池 其負極反應式為Fe 3e Fe3 B 由Al Mg與氫氧化鈉溶液組成的原電池 其負極反應式為Mg 2e 2OH Mg OH 2C 由Pb Cu與氯化鐵溶液組成的原電池 其正極反應式為Cu 2e Cu2 D 由Al Cu與濃硝酸組成的原電池 其負極反應式為Cu 2e Cu2 解析 答案 題組設計思維建模 題組二原電池正 負極判斷 D 1 原電池正 負極判斷方法 題組設計思維建模 2 原電池正負極判斷的注意點 1 原電池正 負極的判斷基礎是自發(fā)進行的氧化還原反應 如果給出一個化學反應方程式判斷正 負極 可以直接根據(jù)化合價的升降來判斷 發(fā)生氧化反應的一極為負極 發(fā)生還原反應的一極為正極 2 判斷電極時 不能簡單地依據(jù)金屬的活潑來判斷 要看反應的具體情況 如 a Al在強堿性溶液中比Mg更易失電子 Al作負極 Mg作正極 b Fe Al在濃HNO3中鈍化后 比Cu等金屬更難失電子 Cu等金屬作負極 Fe Al作正極 題組設計思維建模 6 2015 安徽無為中學模擬 控制合適的條件 將反應2Fe3 2I 2Fe2 I2設計成如下圖所示的原電池 下列判斷不正確的是 A 反應開始時 乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應B 反應開始時 甲中石墨電極上Fe3 被還原C 電流計讀數(shù)為零時 反應達到化學平衡狀態(tài)D 電流計讀數(shù)為零后 在甲中溶入FeCl2固體 乙中的石墨電極為負極 題組設計思維建模 題組三原電池與化學平衡的移動 解析 答案 圖顯 隱 D 由圖示結合原電池原理分析可知 Fe3 得電子變成Fe2 被還原 I 失去電子變成I2被氧化 所以A B正確 電流計讀數(shù)為零時Fe3 得電子速率等于Fe2 失電子速率 反應達到平衡狀態(tài) D項在甲中溶入FeCl2固體 平衡2Fe3 2I 2Fe2 I2向左移動 I2被還原為I 乙中石墨為正極 D不正確 題組設計思維建模 題組三原電池與化學平衡的移動 向B燒杯中逐滴加入濃鹽酸 向B燒杯中逐滴加入40 NaOH溶液結果發(fā)現(xiàn)電流表指針均發(fā)生偏轉 試回答下列問題 1 兩次操作中指針為什么發(fā)生偏轉 2 兩次操作過程中指針偏轉方向為什么相反 試用化學平衡移動原理解釋之 3 操作 過程中C1棒上發(fā)生的反應為 題組設計思維建模 題組三原電池與化學平衡的移動 4 操作 過程中C2棒上發(fā)生的反應為 5 操作 過程中 鹽橋中的K 移向 燒杯溶液 填 A 或 B 解析 答案 題組設計思維建模 題組三原電池與化學平衡的移動 1 2014 高考北京卷 下列電池工作時 O2在正極放電的是 解析 答案 高考真題明確考向 B 2 2014 高考新課標 卷 2013年3月我國科學家報道了如圖所示的水溶液鋰離子電池體系 下列敘述錯誤的是 A a為電池的正極B 電池充電反應為LiMn2O4 Li1 xMn2O4 xLiC 放電時 a極鋰的化合價發(fā)生變化D 放電時 溶液中Li 從b向a遷移 根據(jù)題給裝置圖判斷 b電極為原電池的負極 電極反應式為Li e Li a電極為原電池的正極 A正確 電池充電反應為LiMn2O4 Li1 xMn2O4 xLi B正確 放電時 a極錳的化合價發(fā)生變化 C錯誤 放電時 溶液中Li 從b向a遷移 D正確 解析 答案 圖顯 隱 高考真題明確考向 C 3 2014 高考福建卷 某原電池裝置如圖所示 電池總反應為2Ag Cl2 2AgCl 下列說法正確的是 A 正極反應為AgCl e Ag Cl B 放電時 交換膜右側溶液中有大量白色沉淀生成C 若用NaCl溶液代替鹽酸 則電池總反應隨之改變D 當電路中轉移0 01mole 時 交換膜左側溶液中約減少0 02mol離子 解析 答案 圖顯 隱 高考真題明確考向 D 反應是在酸性電解質溶液中進行的 通入氯氣的一極是正極 反應式為Cl2 2e 2Cl A錯誤 放電時 左側Ag是負極 負極反應式為Ag e Ag 然后發(fā)生反應Ag Cl AgCl 白色沉淀 B錯誤 由于鹽酸中H 只是移動 沒有參與反應 故可以用氯化鈉代替 總反應不變 C錯誤 根據(jù)負極反應可知 每有0 01mol電子轉移 減少0 01molCl 同時有0 01molH 通過離子交換膜進入右側 D正確 4 2013 高考江蘇卷 Mg H2O2電池可用于驅動無人駕駛的潛航器 該電池以海水為電解質溶液 示意圖如下 該電池工作時 下列說法正確的是 A Mg電極是該電池的正極B H2O2在石墨電極上發(fā)生氧化反應C 石墨電極附近溶液的pH增大D 溶液中Cl 向正極移動 該電池中Mg電極為負極 A項錯誤 石墨電極為正極 H2O2得電子發(fā)生還原反應 電極反應式為 H2O2 2e 2OH 電極附近溶液pH增大 B項錯誤 C項正確 溶液中Cl 移向Mg電極 即Cl 應向負極移動 D項錯誤 解析 答案 圖顯 隱 高考真題明確考向 C 考點二化學電源 知識梳理思維深化 1 一次電池 堿性鋅錳干電池總反應 Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 Zn Zn 2OH 2e 碳棒 2MnO2 2H2O Zn OH 2 2e 2MnOOH 2OH 2 二次電池 以鉛蓄電池為例 1 放電時的反應 負極 氧化反應 知識梳理思維深化 考點二化學電源 正極 還原反應 總反應 Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l 2 充電時的反應 陰極 還原反應 陽極 氧化反應 總反應 2PbSO4 s 2H2O l Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 知識梳理思維深化 考點二化學電源 3 燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池 可分為酸性和堿性兩種 知識梳理思維深化 考點二化學電源 2H2 4e 4H 2H2 4OH 4e 4H2O O2 4H 4e 2H2O O2 2H2O 4e 4OH 1 原電池反應中 兩極材料本身一定發(fā)生反應嗎 提示 不一定 如燃料電池 兩極是鉑電極 本身不參與反應 參與反應的是H2和O2 2 可充電電池充電時電極與外接電源的正負極如何連接 提示 應將可充電電池的負極接外電源的負極 正極接外電源的正極 3 依據(jù)鉛蓄電池充 放電原理 說明在放電時電解液中H2SO4的濃度將如何改變 提示 鉛蓄電池在放電時總反應 Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l 從電池總反應式可知 隨著電池放電 H2SO4不斷被消耗 因此 其濃度逐漸變小 知識梳理思維深化 考點二化學電源 4 氫氧燃料電池以KOH溶液作電解質溶液時 工作一段時間后 電解質溶液的濃度如何變化 溶液的pH如何變化 當氫氧燃料電池以H2SO4溶液作電解質溶液時 又會如何變化 提示 無論以KOH溶液作電解質溶液還是以H2SO4溶液作電解質溶液 總反應均為2H2 O2 2H2O 所以反應一段時間后 因為有H2O的生成而使電解質溶液的濃度均降低 但KOH溶液作電解質溶液時pH減小 H2SO4溶液作電解質溶液時pH增大 知識梳理思維深化 考點二化學電源 1 Li Al FeS電池是一種正在開發(fā)的車載電池 該電池中正極的電極反應式為 2Li FeS 2e Li2S Fe 有關該電池的下列說法中 正確的是 A Li Al在電池中作為負極材料 該材料中Li的化合價為 1價B 該電池的電池反應式為 2Li FeS Li2S FeC 負極的電極反應式為Al 3e Al3 D 充電時 陰極發(fā)生的電極反應式為 Li2S Fe 2e 2Li FeS 由正極的電極反應式知 在負極上Li失去電子被氧化 所以Li Al在電池中作為負極材料 該材料中Li的化合價為0價 A錯誤 負極的電極反應式為 2Li 2e 2Li C錯誤 該電池的電池反應式為正 負電極的電極反應式之和 2Li FeS Li2S Fe B正確 由于充電時陰極發(fā)生還原反應 所以陰極的電極反應式為 2Li 2e 2Li D錯誤 題組設計思維建模 題組一化學電源中電極反應的書寫 解析 答案 B 2 研究人員最近發(fā)明了一種 水 電池 這種電池能利用淡水與海水之間含鹽量差別進行發(fā)電 在海水中電池總反應可表示為 5MnO2 2Ag 2NaCl Na2Mn5O10 2AgCl 下列 水 電池在海水中放電時的有關說法正確的是 A 正極反應式 Ag Cl e AgClB 每生成1molNa2Mn5O10轉移2mol電子C Na 不斷向 水 電池的負極移動D AgCl是還原產(chǎn)物 本題考查電化學 意在考查電極反應式的書寫 電子轉移情況和溶液中離子的移動情況 電池的正極得電子 A錯誤 陽離子向正極移動 C錯誤 Ag化合價升高形成AgCl AgCl是氧化產(chǎn)物 D錯誤 解析 答案 題組設計思維建模 題組一化學電源中電極反應的書寫 B 加減法 書寫電極反應式 1 先確定原電池的正負極 列出正負極上的反應物質 并標出相同數(shù)目電子的得失 2 根據(jù)氧化還原反應原理寫出電極反應式 負極反應負極失去電子發(fā)生氧化反應 注意負極反應生成的陽離子與電解質溶液中的陰離子是否共存 若不共存 則該電解質溶液中的陰離子應寫入負極反應式 題組設計思維建模 正極反應正極得到電子發(fā)生還原反應 當正極上的反應物質是O2時 若電解質溶液為中性或堿性 則水必須寫入正極反應式中 O2生成OH 寫為O2 2H2O 4e 4OH 若電解質溶液為酸性 則H 必須寫入正極反應式中 O2生成水 寫為O2 4H 4e 2H2O 3 寫出電池總反應方程式結合電子守恒將正負極電極反應式相加即得到電池總反應方程式 題組設計思維建模 3 以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環(huán)境下電極反應式的書寫方法 1 酸性條件燃料電池總反應式 CH4 2O2 CO2 2H2O 燃料電池正極反應式 O2 4H 4e 2H2O 2 得燃料電池負極反應式 2 堿性條件燃料電池總反應式 CH4 2O2 2NaOH Na2CO3 3H2O 燃料電池正極反應式 O2 2H2O 4e 4OH 2 得燃料電池負極反應式 題組二燃料電池電極反應式的書寫 題組設計思維建模 3 固體電解質 高溫下能傳導O2 燃料電池總反應式 CH4 2O2 CO2 2H2O 燃料電池正極反應式 O2 4e 2O2 2 得燃料電池負極反應式 4 熔融碳酸鹽 如 熔融K2CO3 環(huán)境下電池總反應式 CH4 2O2 CO2 2H2O 正極電極反應式 O2 2CO2 4e 2 得燃料電池負極反應式 答案 題組設計思維建模 題組二燃料電池電極反應式的書寫 4 肼 N2H4 空氣燃料電池是一種堿性燃料電池 電解質溶液是20 30 的KOH溶液 下列說法中 不正確的是 A 該電池放電時 通入肼的一極為負極B 電池每釋放1molN2轉移的電子數(shù)為4NAC 通入空氣的一極的電極反應式是 O2 2H2O 4e 4OH D 電池工作一段時間后 電解質溶液的pH將不變 解析 答案 題組設計思維建模 題組二燃料電池電極反應式的書寫 D 圖顯 隱 該堿性燃料電池的總反應方程式為 N2H4 O2 N2 2H2O N2H4中N化合價升高發(fā)生氧化反應為負極反應 A正確 每生成1molN2轉移電子4mol B項正確 堿性條件下O2放電結合水電離產(chǎn)生的H 生成OH O2 2H2O 4e 4OH C項正確 從總反應可知放電過程生成H2O KOH溶液濃度降低 pH降低 D項錯誤 5 2015 鄭州模擬 CO無色無味有毒 世界各國每年均有不少人因CO中毒而失去生命 一種CO分析儀的工作原理如圖所示 該裝置中電解質為氧化釔 氧化鈉 其中O2 可以在固體介質NASICON中自由移動 下列說法中錯誤的是 A 負極的電極反應式為 CO O2 2e CO2B 工作時電極b作正極 O2 由電極a向電極b移動C 工作時電子由電極a通過傳感器流向電極bD 傳感器中通過的電流越大 尾氣中CO的含量越高 解析 答案 題組設計思維建模 題組二燃料電池電極反應式的書寫 圖顯 隱 B 根據(jù)題意可知 a電極為負極 電極反應式為 CO O2 2e CO2 b電極為正極 電極反應式為 O2 4e O2 總反應為2CO O2 2CO2 工作時電子由電極a通過傳感器流向電極b O2 由電極b向電極a移動 傳感器中通過的電流越大 說明單位時間內(nèi)通過的電子越多 尾氣中CO的含量越高 燃料電池電極反應式的書寫第一步 寫出電池總反應式 燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致 若產(chǎn)物能和電解質反應則總反應為加和后的反應 如甲烷燃料電池 電解質為NaOH溶液 的反應式為 CH4 2O2 CO2 2H2O CO2 2NaOH Na2CO3 H2O 式 式得燃料電池總反應為 CH4 2O2 2NaOH Na2CO3 3H2O 題組設計思維建模 第二步 寫出電池的正極反應式 根據(jù)燃料電池的特點 一般在正極上發(fā)生還原反應的物質都是O2 電解質溶液不同 其電極反應有所不同 其實 我們只要熟記以下四種情況 1 酸性電解質溶液環(huán)境下電極反應式 O2 4H 4e 2H2O 2 堿性電解質溶液環(huán)境下電極反應式 O2 2H2O 4e 4OH 3 固體電解質 高溫下能傳導O2 環(huán)境下電極反應式 O2 4e 2O2 題組設計思維建模 4 熔融碳酸鹽 如 熔融K2CO3 環(huán)境下電極反應式 O2 2CO2 4e 第三步 根據(jù)電池總反應式和正極反應式寫出電池的負極反應式 電池的總反應式 電池正極反應式 電池負極反應式 注意在將兩個反應式相減時 要約去正極的反應物O2 題組設計思維建模 1 2014 高考大綱全國卷 右圖是在航天用高壓氫鎳電池基礎上發(fā)展起來的一種金屬氫化物鎳電池 MH Ni電池 下列有關說法不正確的是 A 放電時正極反應為 NiOOH H2O e Ni OH 2 OH B 電池的電解液可為KOH溶液C 充電時負極反應為 MH OH H2O M e D MH是一類儲氫材料 其氫密度越大 電池的能量密度越高 高考真題明確考向 解析 答案 圖顯 隱 C 在金屬氫化物鎳電池 MH Ni電池 中 MH M為零價 H為零價 在負極發(fā)生反應 MH OH e M H2O NiOOH在正極發(fā)生反應 NiOOH H2O e Ni OH 2 OH 電解液可為KOH溶液 A B正確 充電時 陰極反應式為M H2O e MH OH C錯誤 MH中氫密度越大 單位體積電池所儲存電量越多 即電池能量密度越高 D正確 2 2013 高考新課標 卷 銀質器皿日久表面會逐漸變黑 這是生成了Ag2S的緣故 根據(jù)電化學原理可進行如下處理 在鋁質容器中加入食鹽溶液 再將變黑的銀器浸入該溶液中 一段時間后發(fā)現(xiàn)黑色會褪去 下列說法正確的是 A 處理過程中銀器一直保持恒重B 銀器為正極 Ag2S被還原生成單質銀C 該過程中總反應為2Al 3Ag2S 6Ag Al2S3D 黑色褪去的原因是黑色Ag2S轉化為白色AgCl 根據(jù)電化學原理可知 Al為負極 電極反應為 2Al 6e 2Al3 銀器為正極 電極反應為 3Ag2S 6e 6Ag 3S2 溶液中反應為 2Al3 3S2 6H2O 2Al OH 3 3H2S 三反應相加可得該過程的總反應為 2Al 3Ag2S 6H2O 2Al OH 3 6Ag 3H2S 故B正確 C D錯誤 銀器表面黑色的Ag2S變成了Ag 質量必然減小 A錯誤 解析 答案 高考真題明確考向 B 3 2013 高考課標 卷 ZEBRA 蓄電池的結構如圖所示 電極材料多孔Ni NiCl2和金屬鈉之間由鈉離子導體制作的陶瓷管相隔 下列關于該電池的敘述錯誤的是 A 電池反應中有NaCl生成B 電池的總反應是金屬鈉還原三價鋁離子C 正極反應為 NiCl2 2e Ni 2Cl D 鈉離子通過鈉離子導體在兩電極間移動 結合蓄電池裝置圖 利用原電池原理分析相關問題 A項 在負極Na失電子生成Na 正極反應為NiCl2 2e Ni 2Cl 故電池反應中有NaCl生成 B項 電池的總反應是金屬鈉還原二價鎳離子 C項 正極上NiCl2發(fā)生還原反應 電極反應為NiCl2 2e Ni 2Cl D項 鈉在負極失電子 被氧化生成Na Na 通過鈉離子導體在兩極間移動 解析 答案 圖顯 隱 高考真題明確考向 B 4 2013 高考安徽卷 熱激活電池可用作火箭 導彈的工作電源 一種熱激活電池的基本結構如圖所示 其中作為電解質的無水LiCl KCl混合物受熱熔融后 電池即可瞬間輸出電能 該電池總反應為PbSO4 2LiCl Ca CaCl2 Li2SO4 Pb 下列有關說法正確的是 A 正極反應式 Ca 2Cl 2e CaCl2B 放電過程中 Li 向負極移動C 每轉移0 1mol電子 理論上生成20 7gPbD 常溫時 在正負極間接上電流表或檢流計 指針不偏轉 解析 答案 圖顯 隱 高考真題明確考向 仔細分析題給信息 結合原電池工作原理進行分析判斷 A項 分析電池總反應 Ca在反應中失電子 所以Ca應作負極 PbSO4中的Pb2 得電子生成單質鉛 所以正極反應物應是PbSO4 所以A項錯誤 B項 放電過程中 負極失電子 電子通過導線流向正極 所以正極表面聚集大量電子 能夠吸引電解質中的陽離子向正極移動 所以B項錯誤 C項 根據(jù)方程式知 每轉移0 1mol電子 生成0 05mol鉛 其質量為10 35g 所以C項錯誤 D項 根據(jù)題給信息 該電池為熱激活電池 常溫下 無水LiCl KCl為固態(tài) 沒有自由移動的離子 該裝置不能形成閉合回路 處于非工作狀態(tài) 所以沒有電流產(chǎn)生 即電流表或檢流計的指針不會發(fā)生偏轉 D 考點三原電池原理的應用 知識梳理思維深化 1 比較金屬的活動性強弱原電池中 一般活動性強的金屬作 而活動性弱的金屬 或非金屬 作 2 加快化學反應速率一個 進行的氧化還原反應 設計成原電池時反應速率 如Zn與稀硫酸反應制氫氣時 可向溶液中滴加少量CuSO4溶液 形成Cu Zn原電池 加快反應進行 3 用于金屬的防護使需要保護的金屬制品作原電池正極而受到保護 例如要保護一個鐵質的輸水管或鋼鐵橋梁 可用導線將其與一塊鋅塊相連 使鋅作原電池的負極 負極 正極 自發(fā) 增大 4 設計制作化學電源 1 首先將氧化還原反應分成兩個半反應 2 根據(jù)原電池的反應特點 結合兩個半反應找出正 負極材料和電解質溶液 電解質溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應 或者電解質溶液中溶解的其他物質能與負極發(fā)生反應 如溶解于溶液中的空氣 但如果兩個半反應分別在兩個容器中進行 中間連接鹽橋 則兩個容器中的電解質溶液選擇與電極材料相同的陽離子 如在Cu Zn 硫酸構成的原電池中 負極Zn浸泡在含有Zn2 的電解質溶液中 而正極Cu浸泡在含有Cu2 的電解質溶液中 知識梳理思維深化 考點三原電池原理的應用 1 有A B C D E五塊金屬片 進行如下實驗 A B用導線相連后 同時浸入稀H2SO4溶液中 A極為負極 C D用導線相連后 同時浸入稀H2SO4溶液中 電流由D 導線 C A C相連后 同時浸入稀H2SO4溶液中 C極產(chǎn)生大量氣泡 B D相連后 同時浸入稀H2SO4溶液中 D極發(fā)生氧化反應 用惰性電極電解含B離子和E離子的溶液 E先析出 據(jù)此 判斷五種金屬的活動性順序是 A A B C D EB A C D B EC C A B D ED B D C A E 金屬與稀H2SO4溶液組成原電池 活潑金屬為負極 失去電子發(fā)生氧化反應 較不活潑的金屬為正極 H 在正極表面得到電子生成H2 電子運動方向由負極 正極 電流方向則由正極 負極 在題述原電池中 A B原電池 A為負極 C D原電池 C為負極 A C原電池 A為負極 B D原電池 D為負極 E先析出 E不活潑 綜上可知 金屬活動性 A C D B E 題組設計思維建模 題組一判斷金屬活動性 解析 答案 B 2 四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可組成原電池 相連時 外電路電流從 流向 相連時 為正極 相連時 上有氣泡逸出 相連時 的質量減少 據(jù)此判斷這四種金屬活動性由大到小的順序是 A B C D 相連時 外電路電流從 流向 說明 為負極 相連時 為負極 相連時 上有氣泡 說明 為負極 相連時 的質量減少 說明 為負極 綜上所述可知 這四種金屬活動性由大到小的順序為 B正確 解析 答案 題組設計思維建模 題組一判斷金屬活動性 B 比較金屬活潑性的 三種方法 1 根據(jù)原電池 一般情況下 負極大于正極 2 根據(jù)電解池 易得電子的金屬陽離子 相應金屬的活動性較弱 3 根據(jù)金屬活動性順序表 題組設計思維建模 3 2015 文登模擬 將鎘 Cd 浸在氯化鈷 CoCl2 溶液 發(fā)生反應的離子方程式為 Co2 aq Cd s Co s Cd2 aq aq表示溶液 如將該反應設計為如圖的原電池 則下列說法一定錯誤的是 A Cd作負極 Co作正極B 原電池工作時 電子從負極沿導線流向正極C 根據(jù)陰陽相吸原理 鹽橋中的陽離子向負極 甲池 移動D 甲池中盛放的是CdCl2溶液 乙池中盛放的是CoCl2溶液 將該反應設計為原電池時 Cd作負極 電極反應為Cd 2e Cd2 Co作正極 電極反應為Co2 2e Co 鹽橋中的陽離子向正極 乙池 移動 解析 答案 題組二原電池的設計 題組設計思維建模 圖顯 隱 C 4 2015 合肥模擬 根據(jù)氧化還原反應 2Ag aq Cu s Cu2 aq 2Ag s 設計的原電池如圖所示 其中鹽橋為瓊脂 飽和KNO3鹽橋 請回答下列問題 1 電極X的材料是 電解質溶液Y是 2 銀電極為電池的 極 寫出兩電極的電極反應式 銀電極 X電極 題組設計思維建模 題組二原電池的設計 3 外電路中的電子是從 電極流向 電極 4 鹽橋中向CuSO4溶液中遷移的離子是 填序號 根據(jù)題給原電池反應可知 負極材料為銅 正極材料為Ag 1 銅AgNO3溶液 2 正2Ag 2e 2AgCu 2e Cu2 3 銅 X Ag 4 B 解析 答案 題組設計思維建模 題組二原電池的設計 5 據(jù) 中國環(huán)境報 報道 由美國賓夕法尼亞州立大學的科學家洛根率領的一個研發(fā)小組宣布 他們研制出一種新型微生物燃料電池 不僅可以產(chǎn)生氫 作為清潔能源 也可以凈化有機廢水 這項技術的出現(xiàn)有望把污水處理變成一個有利可圖的產(chǎn)業(yè) 閱讀上述信息 回答下列問題 1 洛根設計的電池裝置 一個圓柱形的樹脂玻璃密閉槽 里面裝有8條負極石墨棒 它們圍繞著一個正極棒 密閉槽中間以質子交換膜間隔 密閉槽外部以銅線組成閉合電路 作為電子流通的路徑 工作時 只需要把污水注入反應槽 然后細菌酶就可以將污水中的有機物分解 在此過程中釋放出電子和質子 該過程中 釋放出的電子通過 填 溶液 或 銅線 流向 填 正極 或 負極 質子流向 填 正極 或 負極 密閉槽中的質子交換膜的作用是 寫出正極反應式 提示 正極反應有氧氣參與 題組設計思維建模 題組二原電池的設計 2 這種燃料電池的燃料是廢水中的有機化合物 這些有機化合物在負極附近被細菌分解 分解的產(chǎn)物除電子和質子外還有 填序號 A 二氧化碳B 氫氣C 氧氣D 氮氣 3 這種新型微生物燃料電池最適宜處理的廢水是 填序號 A 硫酸廠廢水B 畜牧廠的廢水C 電鍍廠廢水D 生活污水 1 洛根設計的這種微生物燃料電池裝置中 膜 的作用是允許穿過特殊的離子 這種微生物燃料電池裝置的 膜 是為了讓氫離子穿過 負極附近細菌分解污水中的有機化合物 失去的電子沿外電路的導線到達正極 而氫離子從溶液中穿過 膜 到達正極 在正極電子 氫離子和氧氣一起生成水 2 在負極附近細菌分解氧化有機化合物 其產(chǎn)物之一是氫離子 而有機化合物中含有碳元素和氫元素 氫元素轉化為氫離子 化合價沒有變化 而碳元素的化合價應該升高 所以產(chǎn)物中還有二氧化碳 3 這種新型微生物燃料電池的燃料 原料 是有機化合物 所以污水中必須有有機化合物 解析 答案 題組設計思維建模 題組二原電池的設計 1 銅線正極正極使質子穿過到達正極O2 4H 4e 2H2O 2 A 3 BD 2013 高考廣東卷節(jié)選 能量之間可相互轉化 電解食鹽水制備Cl2是將電能轉化為化學能 而原電池可將化學能轉化為電能 設計兩種類型的原電池 探究其能量轉化效率 限選材料 ZnSO4 aq FeSO4 aq CuSO4 aq 銅片 鐵片 鋅片和導線 1 完成原電池甲的裝置示意圖 見圖 并作相應標注 要求 在同一燒杯中 電極與溶液含相同的金屬元素 2 銅片為電極之一 CuSO4 aq 為電解質溶液 只在一個燒杯中組裝原電池乙 工作一段時間后 可觀察到負極 3 甲乙兩種原電池中可更有效地將化學能轉化為電能的是 其原因是 高考真題明確考向 解析 圖顯 隱 1 由題給材料及用品 結合原電池的形成條件可知可以組合的原電池是 鋅銅 鋅鐵 鐵銅原電池 由圖示所給電子移動方向可知左邊為負極 相對活潑金屬 右邊為正極 相對不活潑金屬 則組裝的原電池可以如圖所示 2 由所給的電極材料可知 當銅片作電極時 銅片一定是正極 則負極是比銅活潑的金屬 失電子發(fā)生氧化反應 反應的現(xiàn)象是電極逐漸溶解 3 以Zn和Cu作電極為例 如果不用鹽橋則Zn與CuSO4反應 置換出的Cu附著在Zn表面 阻礙了Zn與CuSO4的接觸 不能提供穩(wěn)定的電流 解析 答案 高考真題明確考向 1 答案不唯一 合理即可 2 電極逐漸溶解 3 甲可以避免活潑金屬如Zn和CuSO4的接觸 從而提供穩(wěn)定電流 高考中的新型電池 有 氫鎳電池 高鐵電池 鋅 錳堿性電池 我國首創(chuàng)的 海洋電池 燃料電池 如新型細菌燃料電池 氫氧燃料電池 丁烷燃料電池 甲醇質子交換膜燃料電池 CO燃料電池 鋰離子電池 銀鋅電池 紐扣電池 等 這些電池一般具有高能環(huán)保 經(jīng)久耐用 電壓穩(wěn)定 比能量 單位質量釋放的能量 高等特點 取材于這些知識點的試題 由于題材廣 信息新 陌生度大 所以 大多數(shù)考生對這類試題感到難 而難在何處又十分迷茫 實際上這些題目主要考查的是學生遷移應用的能力 具體有以下幾種考查角度 新型化學電源的高考命題角度及解題指導 角度一新型電池 放電 即原電池反應 時正極 負極的判斷 知識基礎 在Zn Cu 稀硫酸 原電池中 較活潑的金屬材料作負極 較不活潑的金屬材料或非金屬材料作正極 負極 Zn 2e Zn2 正極 2H 2e H2 解題指導 新型化學電源的高考命題角度及解題指導 典例1 2015 哈爾濱月考 一種新型燃料電池 一極通入空氣 另一極通入丁烷氣體 電解質是摻雜氧化釔 Y2O3 的氧化鋯 ZrO2 晶體 在熔融狀態(tài)下能傳導O2 下列對該燃料電池說法不正確的是 A 在熔融電解質中 O2 移向負極B 電池的總反應是 2C4H10 13O2 8CO2 10H2OC 通入空氣的一極是正極 電極反應為 O2 4e 2O2 D 通入丁烷的一極是正極 電極反應為 C4H10 26e 13O2 4CO2 5H2O 由原電池原理知陰離子移向負極 A正確 原電池反應就是一個氧化還原反應 只是氧化反應和還原反應分別在兩極進行 由丁烷的燃燒反應知 該電池的總反應為 2C4H10 13O2 8CO2 10H2O 且丁烷失電子 O2得電子 故選D 解析 答案 D 新型化學電源的高考命題角度及解題指導 角度二新型電池 放電 即原電池反應 時正極 負極上電極反應式的書寫 知識基礎 鉛蓄電池 Pb PbO2 H2SO4溶液 電極反應的書寫 新型化學電源的高考命題角度及解題指導 解題指導 首先分析物質得失電子的情況 然后再考慮電極反應生成的物質是否跟電解質溶液中的離子發(fā)生反應 對于較為復雜的電極反應 可以利用 總反應式 較簡單一極的電極反應式 較復雜一極電極反應式 的方法解決 新型化學電源的高考命題角度及解題指導 典例2 2015 江西八校聯(lián)考 被稱之為 軟電池 的紙質電池 采用一個薄層紙片作為傳導體 在其一邊鍍鋅 而在其另一邊鍍二氧化錳 在紙內(nèi)的離子 流過 水和氧化鋅組成的電解液 電池總反應為Zn 2MnO2 H2O ZnO 2MnOOH 下列說法正確的是 A 該電池的正極為鋅B 該電池反應中二氧化錳起催化劑作用C 當0 1molZn完全溶解時 流經(jīng)電解液的電子個數(shù)為1 204 1023D 電池正極反應式為2MnO2 2e 2H2O 2MnOOH 2OH 解析 答案 D D D 由總反應式可知 二氧化錳為氧化劑而不是催化劑 鋅為還原劑 應為原電池的負極 A B錯 電子只能經(jīng)外電路流動 而不能在電解液中流動 電解液內(nèi)電流的形成是由于陰 陽離子的定向移動 C錯 電池負極反應式為Zn 2e 2OH ZnO H2O 用總反應式減去負極反應式得正極反應式為2MnO2 2e 2H2O 2MnOOH 2OH 新型化學電源的高考命題角度及解題指導 角度三新型電池 充電 即電解反應 時陰極 陽極的判斷 知識基礎 充電的實質就是把放電時發(fā)生的變化再復原的過程 如鉛蓄電池 新型化學電源的高考命題角度及解題指導 解題指導 首先應搞明白原電池放電時的正 負極 再根據(jù)電池充電時陽極接正極 陰極接負極的原理 即可以看成是放電時的負極與充電時的陰極互為逆反應 放電時的正極與充電時的陽極互為逆反應 然后進行分析 新型化學電源的高考命題角度及解題指導 典例3 2015 湖南永州模擬 市場上經(jīng)常見到的標記為Li ion的電池稱為 鋰離子電池 它的負極材料是金屬鋰和碳的復合材料 碳作為金屬鋰的載體 電解質為一種能傳導Li 的高分子材料 這種鋰離子電池的電池反應式為 下列說法不正確的是 A 放電時 負極的電極反應式 Li e Li B 充電時 Li0 85NiO2既發(fā)生氧化反應又發(fā)生還原反應C 該電池不能用水溶液作為電解質D 放電過程中Li 向負極移動 A項 Li從零價升至正價 失去電子 作為負極 正確 B項 反應逆向進行時 反應物只有一種 故化合價既有升又有降 所以既發(fā)生氧化反應又發(fā)生還原反應 正確 C項 由于Li可以與水反應 故電解質應為非水材料 正確 D項 原電池中陽離子應遷移至正極得電子 錯誤 解析 答案 D 新型化學電源的高考命題角度及解題指導 角度四新型電池充 放電時 電解質溶液中離子移動方向的判斷 知識基礎 原電池中 陽離子移向正極 陰離子移向負極 如Zn Cu 稀H2SO4 電池中 H 移向Cu極 SO移向Zn極 電解池中 陽離子移向陰極 陰離子移向陽極 符合帶電微粒在電場中的運動規(guī)律 解題指導 首先應分清電池是放電還是充電 再判斷出正 負極或陰 陽極 進而即可確定離子的移動方向 新型化學電源的高考命題角度及解題指導 典例4 2015 長沙模擬 LiFePO4電池具有穩(wěn)定性高 安全 對環(huán)境友好等優(yōu)點 可用于電動汽車 電池反應為 FePO4 LiLiFePO4 電池的正極材料是LiFePO4 負極材料是石墨 含Li 導電固體為電解質 下列有關LiFePO4電池說法不正確的是 A 可加入硫酸以提高電解質的導電性B 放電時電池內(nèi)部Li 向正極移動C 充電過程中 電池正極材料的質量減小D 放電時電池正極反應為 FePO4 Li e LiFePO4 由于Li能和稀H2SO4 H2O反應 因此電解質不能用硫酸 放電過程為原電池原理 在原電池中 陰離子向負極移動 陽離子向正極移動 充電過程是電解的過程 電解池的陽極失電子 即LiFePO4 e Li FePO4 因此陽極材料 LiFePO4 質量會減小 將電解池陽極反應倒過來就是原電池的正極反應 綜合上述分析可知B C D正確 解析 新型化學電源的高考命題角度及解題指導 答案 A