高考化學(xué)總復(fù)習(xí) 6.2原電池 化學(xué)電源課件.ppt

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第二節(jié)原電池化學(xué)電源 考綱要求1 了解原電池的工作原理 能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式 2 了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理 1 概念和反應(yīng)本質(zhì)原電池是把轉(zhuǎn)化為 的裝置 其反應(yīng)本質(zhì)是 2 原電池構(gòu)成條件 1 兩個活潑性不同的電極 常見為金屬或石墨 2 將電極插入溶液中 3 兩電極間構(gòu)成閉合回路 4 能發(fā)生 的氧化還原反應(yīng) 考點一原電池的工作原理 化學(xué)能 電能 氧化還原反應(yīng) 電解質(zhì) 自發(fā) 3 工作原理 以銅鋅原電池為例 1 電極反應(yīng) 鋅是極 電子發(fā)生反應(yīng) 銅是 極 電子發(fā)生反應(yīng) 負(fù) 失 氧化 Zn 2e Zn2 正 得 還原 Cu2 2e Cu 2 電子方向和電流方向 電子從負(fù)極流出經(jīng)外電路流入 電流從正極流出經(jīng)外電路流入 3 離子的遷移方向 電解質(zhì)溶液中 陰離子向極區(qū)遷移 陽離子向極區(qū)遷移 4 兩種裝置的比較 鹽橋的作用 a 連接內(nèi)電路 形成閉合回路 b 平衡電荷 使原電池不斷產(chǎn)生電流 裝置 中Zn與Cu2 直接接觸 會有部分Zn與Cu2 直接反應(yīng) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能 造成能量損耗 裝置 中 Zn在負(fù)極區(qū) Cu2 在正極區(qū) 不存在Zn與Cu2 的直接反應(yīng) 而造成的能量損耗 電流穩(wěn)定 且持續(xù)時間長 正極 負(fù)極 負(fù) 正 1 將 中鹽橋換成銅導(dǎo)線是否可行 提示 不可行 原電池放電時 電子走陸路 導(dǎo)線 離子走水路 溶液 外電路是電子的定向移動 內(nèi)電路 溶液中 是陰 陽離子的定向移動 電子不通過內(nèi)電路 鹽橋是離子遷移通路 離子不能通過導(dǎo)線遷移 2 判斷正誤 正確的畫 錯誤的畫 1 在原電池中 發(fā)生氧化反應(yīng)的一極一定是負(fù)極 2 不是所有化學(xué)反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池 3 在原電池中 負(fù)極材料的活潑性一定比正極材料強 4 帶有 鹽橋 的原電池比不帶 鹽橋 的原電池電流持續(xù)時間長 答案 1 2 3 4 1 2015年長春調(diào)研 下圖為一原電池裝置 下列敘述中正確的是 考查原電池的工作原理 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(dǎo)線流向銅片D 銅是陽極 銅片上有氣泡產(chǎn)生答案 A 2 有一種一面鍍鋅 一面鍍二氧化錳的超薄紙質(zhì)電池 在使用印刷與壓層技術(shù)后 變成一張可任意裁剪大小的 電紙 紙內(nèi)的離子 流過 水和氧化鋅組成的電解質(zhì)溶液 電池總反應(yīng)式為Zn 2MnO2 H2O ZnO 2MnOOH 下列說法不正確的是 A 該電池的負(fù)極材料為鋅B 該電池反應(yīng)中二氧化錳發(fā)生了還原反應(yīng)C 電池的正極反應(yīng)式為MnO2 H2O e MnOOH OH D 當(dāng)有0 1mol鋅溶解時 流經(jīng)電解質(zhì)溶液的電子數(shù)為1 204 1023解析 無論原電池還是電解池中電子均不流經(jīng)電解質(zhì)溶液 答案 D 3 如圖所示的裝置能夠組成原電池產(chǎn)生電流的是 解析 只有B能產(chǎn)生電流 F中Zn與Cu直接接觸 電流表A不發(fā)生偏轉(zhuǎn) 答案 B 原電池工作原理中四個常見失分點的規(guī)避 1 只有放熱的氧化還原反應(yīng)才能通過設(shè)計成原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 2 電解質(zhì)溶液中陰 陽離子的定向移動 與導(dǎo)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(zhì)溶液 4 原電池的負(fù)極失去電子的總數(shù)等于正極得到電子的總數(shù) 4 下列有關(guān)原電池的說法中正確的是 A 在內(nèi)電路中 電子由正極流向負(fù)極B 在原電池中 相對較活潑的金屬作負(fù)極 不活潑的金屬作正極C 原電池工作時 正極表面一定有氣泡產(chǎn)生D 原電池工作時 可能會伴隨著熱能變化答案 D 原電池正負(fù)極的判斷 5 分析下圖所示的四個原電池裝置 其中結(jié)論正確的是 A 中Mg作負(fù)極 中Fe作負(fù)極B 中Mg作正極 電極反應(yīng)式為6H2O 6e 6OH 3H2 C 中Fe作負(fù)極 電極反應(yīng)式為Fe 2e Fe2 D 中Cu作正極 電極反應(yīng)式為2H 2e H2 答案 B 原電池正 負(fù)極判斷方法 說明 1 活潑性強的金屬不一定作負(fù)極 但負(fù)極一定發(fā)生氧化反應(yīng) 2 溶液中的離子不能通過鹽橋 3 負(fù)極本身不一定參加反應(yīng) 如燃料電池中 作為負(fù)極的材料不參加反應(yīng) 只起到了導(dǎo)電的作用 1 比較金屬活動性強弱兩種金屬分別作原電池的兩極時 一般作的金屬比作 的金屬活潑 如有兩種金屬A和B 用導(dǎo)線將A和B連接后 插入到稀硫酸中 一段時間后 若觀察到A極溶解 而B極上有氣體放出 則說明A作負(fù)極 B作正極 則可以斷定金屬活動性A B 2 加快氧化還原反應(yīng)的速率一個進行的氧化還原反應(yīng) 設(shè)計成原電池時反應(yīng)速率 例如 在Zn與稀H2SO4反應(yīng)時加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反應(yīng)速率加快 考點二原電池原理的應(yīng)用 負(fù)極 正極 自發(fā) 增大 3 用于金屬的防護使被保護的金屬制品作原電池而得到保護 例如 要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁等 可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連 使鋅做原電池的負(fù)極 4 設(shè)計制作化學(xué)電源 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 結(jié)合兩個半反應(yīng)找出正 負(fù)極材料和電解質(zhì)溶液 正極 如 根據(jù)反應(yīng)2FeCl3 Cu 2FeCl2 CuCl2設(shè)計的原電池為 1 有A B C D四種金屬 做如下實驗 將A與B用導(dǎo)線連接起來 浸入電解質(zhì)溶液中 B不易腐蝕 將A D分別投入等物質(zhì)的量濃度的鹽酸中 D比A反應(yīng)劇烈 將銅浸入B的鹽溶液里 無明顯變化 如果把銅浸放C的鹽溶液里 有金屬C析出 據(jù)此判斷它們的活動性由強到弱的順序是 A A B C DB C D A BC D A B CD A B D C答案 C 判斷金屬活動性及反應(yīng)速率 2 一定量的稀鹽酸跟過量鋅粉反應(yīng)時 為了加快反應(yīng)速率又不影響生成H2的總量 可采取的措施是 A 加入少量稀NaOH溶液B 加入少量CH3COONa固體C 加入少量NH4HSO4固體D 加入少量CuSO4溶液答案 D 改變Zn與H 反應(yīng)速率的方法 1 加入Cu或CuSO4 形成原電池 加快反應(yīng)速率 加入Cu不影響Zn的量 但加入CuSO4 Zn的量減少 是否影響產(chǎn)生H2的量 應(yīng)根據(jù)Zn H 的相對量多少判斷 2 加入強堿弱酸鹽 由于弱酸根與H 反應(yīng) 使c H 減小 反應(yīng)速率減小 但不影響生成H2的量 3 將鎘 Cd 浸在氯化鈷 CoCl2 溶液中 發(fā)生反應(yīng)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(yīng)設(shè)計為如圖的原電池 則下列說法一定錯誤的是 設(shè)計原電池 A Cd作負(fù)極 Co作正極B 原電池工作時 電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極C 根據(jù)陰陽相吸原理 鹽橋中的陽離子向負(fù)極 甲池 移動D 甲池中盛放的是CdCl2溶液 乙池中盛放的是CoCl2溶液答案 C 4 2015年無錫模擬 根據(jù)氧化還原反應(yīng) 2Ag aq Cu s Cu2 aq 2Ag s 設(shè)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(zhì)溶液Y是 2 銀電極為電池的 極 寫出兩電極的電極反應(yīng)式 銀電極 X電極 答案 1 CuAgNO3 2 正2Ag 2e 2AgCu 2e Cu2 3 CuAg 4 B 1 一次電池 堿性鋅錳干電池 堿性鋅錳干電池的工作原理如圖 考點三化學(xué)電源 2 二次電池 以鉛蓄電池為例 3 燃料電池 1 氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池 2 燃料電池的電極本身不參與反應(yīng) 燃料和氧化劑連續(xù)地由 供給 外部 1 二次電池放電和充電時的反應(yīng)是否可逆反應(yīng) 提示 不是 因反應(yīng)不是同一條件 2 判斷正誤 正確的畫 錯誤的畫 1 太陽能電池不屬于原電池 2 鉛蓄電池放電時的負(fù)極和充電時的陽極均發(fā)生氧化反應(yīng) 3 鉛蓄電池工作時 當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0 2mol電子時 消耗的H2SO4為0 1mol 4 鉛蓄電池工作時 當(dāng)電路中轉(zhuǎn)換0 1mol電子時 負(fù)極增加48g 5 在原電池中 正極本身一定不參與電極反應(yīng) 負(fù)極本身一定要發(fā)生氧化反應(yīng) 答案 1 2 3 4 5 化學(xué)電源中電極反應(yīng)式的書寫 2 將Mg和Al用導(dǎo)線連接放入NaOH溶液中組成電池如圖 則 1 Mg是 極 電極反應(yīng)式為 2 Al是 極 電極反應(yīng)式為 3 總反應(yīng)的離子方程式為 加減法 書寫電極反應(yīng)式 1 先確定原電池的正負(fù)極 列出正負(fù)極上的反應(yīng)物質(zhì) 并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失 2 根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理寫出電極反應(yīng)式 負(fù)極反應(yīng) 負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng) 注意負(fù)極反應(yīng)生成的陽離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存 若不共存 則該電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式 正極反應(yīng) 正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng) 當(dāng)正極上的反應(yīng)物質(zhì)是O2時 若電解質(zhì)溶液為中性或堿性 則水必須寫入正極反應(yīng)式中 O2生成OH 寫為O2 2H2O 4e 4OH 若電解質(zhì)溶液為酸性 則H 必須寫入正極反應(yīng)式中 O2生成水 寫為O2 4H 4e 2H2O 3 寫出電池總反應(yīng)方程式 結(jié)合電子守恒將正負(fù)極電極反應(yīng)式相加即得到電池總反應(yīng)方程式 4 若已知電池反應(yīng)的總反應(yīng)式 可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式 然后在電子守恒的基礎(chǔ)上 總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式 即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式 特別提醒書寫電極反應(yīng)式時 注意介質(zhì)是否參加反應(yīng) 堿性介質(zhì)的電極反應(yīng)中不能出現(xiàn)H 酸性介質(zhì)的電極反應(yīng)中不能出現(xiàn)OH 若是堿性條件 一般一極要消耗OH 另一極生成OH 酸性亦然 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(yīng)式的書寫方法 1 酸性條件 燃料電池總反應(yīng)式 CH4 2O2 CO2 2H2O 燃料電池正極反應(yīng)式 O2 4H 4e 2H2O 2 得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式 2 堿性條件 燃料電池總反應(yīng)式 CH4 2O2 2NaOH Na2CO3 3H2O 燃料電池正極反應(yīng)式 O2 2H2O 4e 4OH 2 得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式 燃料電池電極反應(yīng)式的書寫 3 固體電解質(zhì) 高溫下能傳導(dǎo)O2 燃料電池總反應(yīng)式 CH4 2O2 CO2 2H2O 燃料電池正極反應(yīng)式 O2 4e 2O2 2 得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式 2 得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式 燃料電池電極反應(yīng)式的書寫第一步 寫出電池總反應(yīng)式 燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致 若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加和后的反應(yīng) 如甲烷燃料電池 電解質(zhì)為NaOH溶液 的反應(yīng)式為 CH4 2O2 CO2 2H2O CO2 2NaOH Na2CO3 H2O 式 式得燃料電池總反應(yīng)式為 CH4 2O2 2NaOH Na2CO3 3H2O 第二步 書寫燃料電池的正極反應(yīng)式根據(jù)燃料電池的特點 一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是O2 隨著電解質(zhì)溶液的不同 其電極反應(yīng)有所不同 其實 我們只要熟記以下四種情況 1 酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下正極反應(yīng)式 O2 4H 4e 2H2O 2 堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下正極反應(yīng)式 O2 2H2O 4e 4OH 3 固體電解質(zhì) 高溫下能傳導(dǎo)O2 環(huán)境下正極反應(yīng)式 O2 4e 2O2 新型電池和可充電電池1 新型電池 放電 時正 負(fù)極的判斷 2 可充電電池電極方程式的書寫可充電電池有充電和放電兩個過程 放電發(fā)生的是原電池反應(yīng) 充電發(fā)生的是電解池反應(yīng) 充電的電極反應(yīng)與放電的電極反應(yīng)過程相反 充電時的陽極反應(yīng)為放電時正極反應(yīng)的逆過程 充電時的陰極反應(yīng)為放電時負(fù)極反應(yīng)的逆過程 以鉛蓄電池為例 該過程可結(jié)合圖示分析 由此可見 放電過程中 作為負(fù)極的Pb需轉(zhuǎn)化成PbSO4 鉛化合價升高 被氧化 Pb為負(fù)極 當(dāng)放電完畢時 可看作Pb極轉(zhuǎn)化成了PbSO4 充電時需讓PbSO4轉(zhuǎn)化為Pb 鉛的化合價降低 被還原 PbSO4一極為陰極 所以 放電時的負(fù)極就是充電時的陰極 同理可分析放電時 即放電時的正極就是充電時的陽極 如圖 典例鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池 放電時的總反應(yīng)為Fe Ni2O3 3H2O Fe OH 2 2Ni OH 2 下列有關(guān)該電池的說法不正確的是 A 該電池的電解質(zhì)溶液為堿性溶液 正極為Ni2O3 負(fù)極為FeB 該電池放電時 負(fù)極反應(yīng)為Fe 2OH 2e Fe OH 2C 該電池充電過程中 陰極附近溶液的pH降低D 該電池充電時 陽極反應(yīng)為 2Ni OH 2 2OH 2e Ni2O3 3H2O 解析 答案C A 鋰離子電池放電時 Li 向負(fù)極遷移B 鋰硫電池充電時 鋰電極發(fā)生還原反應(yīng)C 理論上兩種電池的比能量相同D 右圖表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電解析 放電時為原電池 陽離子向正極遷移 A項錯誤 充電時 鋰電極做陰極 發(fā)生還原反應(yīng) B正確 同質(zhì)量產(chǎn)生的電量不相同 C項錯誤 鋰離子電池為電解池 鋰硫電池為原電池 D項錯誤 答案 B 下列說法正確的是 A NiMH電池放電過程中 正極的電極反應(yīng)式為NiOOH H2O e Ni OH 2 OH B 充電過程中OH 離子從陽極向陰極遷移C 充電過程中陰極的電極反應(yīng)式 H2O M e MH OH H2O中的H被M還原D NiMH電池中可以用KOH溶液 氨水等作為電解質(zhì)溶液 解析 NiMH放電時正極發(fā)生還原反應(yīng) 分析化合價可知正極為NiOOH得電子生成Ni OH 2 可知A選項正確 OH 由陰極向陽極移動 B項錯 M是金屬 無負(fù)價 只能失電子 C項錯誤 D項由已知信息可知NiOOH與氨水反應(yīng) D項錯誤 答案 A