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(gè)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(diǎn)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(shí)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(shí) 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(dòng) 內(nèi)電路 溶液中 是陰 陽離子的定向移動(dòng) 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(cuò)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(jì)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(qiáng) 4 帶有 鹽橋 的原電池比不帶 鹽橋 的原電池電流持續(xù)時(shí)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(shí) 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(gè)常見失分點(diǎn)的規(guī)避 1 只有放熱的氧化還原反應(yīng)才能通過設(shè)計(jì)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(dòng) 與導(dǎo)線中電子的定向移動(dòng)共同組成了一個(gè)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(shí) 正極表面一定有氣泡產(chǎn)生D 原電池工作時(shí) 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(gè)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(qiáng)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(dòng)性強(qiáng)弱兩種金屬分別作原電池的兩極時(shí) 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(shí)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(dòng)性A B 2 加快氧化還原反應(yīng)的速率一個(gè)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng) 設(shè)計(jì)成原電池時(shí)反應(yīng)速率 例如 在Zn與稀H2SO4反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反應(yīng)速率加快 考點(diǎn)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(hù)使被保護(hù)的金屬制品作原電池而得到保護(hù) 例如 要保護(hù)一個(gè)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(jì)制作化學(xué)電源 1 首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng) 2 根據(jù)原電池的反應(yīng)特點(diǎn) 結(jié)合兩個(gè)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(jì)的原電池為 1 有A B C D四種金屬 做如下實(shí)驗(yàn) 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(dòng)性由強(qiáng)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(dòng)性及反應(yīng)速率 2 一定量的稀鹽酸跟過量鋅粉反應(yīng)時(shí) 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(qiáng)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(jì)為如圖的原電池 則下列說法一定錯(cuò)誤的是 設(shè)計(jì)原電池 A Cd作負(fù)極 Co作正極B 原電池工作時(shí) 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(dòng)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(jì)的原電池如圖所示 其中鹽橋?yàn)榄傊?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(diǎn)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(shí)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(cuò)誤的畫 1 太陽能電池不屬于原電池 2 鉛蓄電池放電時(shí)的負(fù)極和充電時(shí)的陽極均發(fā)生氧化反應(yīng) 3 鉛蓄電池工作時(shí) 當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0 2mol電子時(shí) 消耗的H2SO4為0 1mol 4 鉛蓄電池工作時(shí) 當(dāng)電路中轉(zhuǎn)換0 1mol電子時(shí) 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(shí) 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(shí) 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(diǎn) 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(shí) 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(shí)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(gè)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(shí)的陽極反應(yīng)為放電時(shí)正極反應(yīng)的逆過程 充電時(shí)的陰極反應(yīng)為放電時(shí)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(jià)升高 被氧化 Pb為負(fù)極 當(dāng)放電完畢時(shí) 可看作Pb極轉(zhuǎn)化成了PbSO4 充電時(shí)需讓PbSO4轉(zhuǎn)化為Pb 鉛的化合價(jià)降低 被還原 PbSO4一極為陰極 所以 放電時(shí)的負(fù)極就是充電時(shí)的陰極 同理可分析放電時(shí) 即放電時(shí)的正極就是充電時(shí)的陽極 如圖 典例鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池 放電時(shí)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(shí) 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(shí) 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(shí) Li 向負(fù)極遷移B 鋰硫電池充電時(shí) 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(shí)為原電池 陽離子向正極遷移 A項(xiàng)錯(cuò)誤 充電時(shí) 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(xiàng)錯(cuò)誤 鋰離子電池為電解池 鋰硫電池為原電池 D項(xiàng)錯(cuò)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(shí)正極發(fā)生還原反應(yīng) 分析化合價(jià)可知正極為NiOOH得電子生成Ni OH 2 可知A選項(xiàng)正確 OH 由陰極向陽極移動(dòng) B項(xiàng)錯(cuò) M是金屬 無負(fù)價(jià) 只能失電子 C項(xiàng)錯(cuò)誤 D項(xiàng)由已知信息可知NiOOH與氨水反應(yīng) D項(xiàng)錯(cuò)誤 答案 A