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第2节原电池化学电源考纲要求:1.理解原电池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。基础梳理考点突破原电池及其工作原理1.定义原电池是把能转化为能的装置。2.工作原理以铜锌原电池为例:化学电3基础梳理考点突破(2)两种装置比较。盐桥的作用:a.连接内电路形成闭合回路。b.维持两电极电势差(中和电荷),使电池能持续提供电流。装置中有部分Zn与Cu2+直接反应,使电池效率降低;装置中使Zn与Cu2+隔离,电池效率提高,电流稳定。Zn-2e-=Zn2+Cu2+2e-=Cu氧化还原Zn导线Cu正极负极4基础梳理考点突破电解质氧化还原负正正负负正5基础梳理考点突破特别提醒(1)只有氧化还原反应才能设计成原电池。(2)活泼性强的金属不一定作负极,但负极一定发生氧化反应。(3)电子不能通过电解质溶液,溶液中的离子不能通过盐桥。(4)负极失去电子总数一定等于正极得到电子总数。(5)对于同一反应,原电池反应速率一定比直接发生的氧化还原反应快。6基础梳理考点突破自主巩固自主巩固判断正误,正确的画“”,错误的画“”。(1)原电池可将化学能转化为电能,原电池需外接电源才能工作()(2)NaOH溶液与稀硫酸反应是放热反应,此反应可以设计成原电池()(3)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu的反应可以设计成原电池()(4)氧化还原反应2H2O2H2+O2可以设计成原电池()(5)同种条件下,带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长()(6)在原电池中,发生氧化反应的一极一定是负极()(7)在原电池中,负极材料的活泼性一定比正极材料强()7基础梳理考点突破1.图解原电池工作原理 8基础梳理考点突破2.原电池中正、负极的判断判断原电池的正负极需抓住闭合回路和氧化还原反应进行分析,如图注意:原电池的正负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关,不要形成思维定式活泼金属一定是负极。如Al、Mg和NaOH溶液构成的原电池中,Al为负极,Mg为正极。9基础梳理考点突破例1(2015天津理综,4)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是()A.铜电极上发生氧化反应B.电池工作一段时间后,甲池的c()减小C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡 答案解析解析关闭 答案解析关闭10基础梳理考点突破例2(2016课标全国甲,11)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是()A.负极反应式为Mg-2e-=Mg2+B.正极反应式为Ag+e-=AgC.电池放电时Cl-由正极向负极迁移D.负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2 答案解析解析关闭Mg-AgCl海水电池中,Mg为活泼金属,作负极,发生反应:Mg-2e-=Mg2+,A项正确;AgCl在正极反应:AgCl+e-=Ag+Cl-,B项错误;原电池中,阴离子向负极移动,C项正确;Mg可与H2O缓慢反应,D项正确。答案解析关闭B11基础梳理考点突破答题模板书写电极反应式的三个步骤列物质标得失按照负极发生氧化反应,正极发生还原反应,判断出电极反应物和产物,找出得失电子的数量。看环境配守恒电极产物在电解质溶液的环境中,应能稳定存在,如碱性介质中生成的H+应让其结合OH-生成水。电极反应式要遵守电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等,并加以配平。两式加验总式两电极反应式相加,与总反应方程式对照验证。12基础梳理考点突破跟踪训练跟踪训练1.(2016湖北汉川期末)实验发现,298K时,在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后,Fe3+立即被还原成Fe2+。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。下列有关说法正确的是()A.该原电池的正极反应是Zn-2e-=Zn2+B.左侧烧杯中溶液的红色逐渐褪去C.该电池的铂电极上有气泡出现D.该电池总反应为3Zn+2Fe3+=2Fe+3Zn2+答案解析解析关闭该电池的总反应为Zn+2Fe3+=2Fe2+Zn2+,所以左烧杯中Pt电极为正极,电极反应式为Fe3+e-=Fe2+,右烧杯中Zn电极为负极,电极反应式为Zn-2e-=Zn2+。由于左烧杯中的Fe3+被还原为Fe2+,所以左烧杯中溶液的红色逐渐褪去。答案解析关闭B13基础梳理考点突破2.(2016江西临川一中月考)(1)观察如图四个装置,回答下列问题:装置a和b中铝电极上的电极反应式分别为、。装置c中产生气泡的电极为(填“铁”或“铜”)电极,装置d中铜电极上的电极反应式为。14基础梳理考点突破(2)观察如图两个装置,图甲装置中铜电极上产生大量的无色气泡,图乙装置中铜电极上无气体产生,而铬电极上产生大量的有色气体。根据上述现象试推测金属铬具有的两种重要化学性质为、。15基础梳理考点突破答案:(1)2H+2e-=H2Al-3e-+4OH-=铁O2+2H2O+4e-=4OH-(2)金属铬的活动性比铜的强且能和稀硫酸反应生成H2金属铬易在稀硝酸中发生钝化16基础梳理考点突破原电池原理的应用原电池在化工、农业生产及科学研究中的应用1.加快氧化还原反应速率一个自发的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率,例如Zn与稀硫酸反应时加入少量的CuSO4溶液能使产生氢气的速率增大。2.比较金属活动性强弱金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属活动性比正极的。3.金属的防护使被保护的金属制品作原电池的极而得到保护。例如,保护铁制输水管或钢铁桥梁,可用导线将其和一块锌块相连,使Zn作原电池的极。增大强正负17基础梳理考点突破4.设计制作化学电源(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。(2)根据原电池的反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。18基础梳理考点突破自主巩固自主巩固(1)用稀硫酸与锌粒反应制取氢气,加入少量硫酸铜可以增大化学反应速率的原因:。(2)A、B两种金属用导线连接,放入稀硫酸中,B的质量逐渐减小,则两种金属的活动性AB。答案:Zn与CuSO4反应生成Cu,形成铜锌原电池,可以增大反应速率;相连,为正极,金属活动性;相连,上有气泡(H2)逸出,为正极,金属活动性;相连,质量减少,则金属活动性,即金属活动性顺序为,B正确。27基础梳理考点突破4.向两份等质量的铁粉a、b中分别加入过量的稀硫酸,同时向b中加入少量的CuSO4溶液,下列各图表示的是产生H2的体积V(同温同压下测定)与时间t的关系,其中正确的是()B解析:因为b中有一部分铁粉与硫酸铜反应生成Cu,Fe、Cu和稀硫酸构成原电池,使反应速率加快,反应完成所需的时间缩短,但产生氢气的体积小于a。28基础梳理考点突破5.根据下式所示的氧化还原反应设计一个原电池:Cu+2Ag+=Cu2+2Ag(1)装置可采用烧杯和盐桥,画出此原电池的装置简图。(2)注明原电池的正极和负极。(3)注明外电路中电子的流向。(4)写出两个电极上的电极反应式。29基础梳理考点突破答案:(1)(2)(3)如图所示:(4)负极:Cu-2e-=Cu2+正极:2Ag+2e-=2Ag解析:首先将已知的反应拆成两个半反应:Cu-2e-=Cu2+,2Ag+2e-=2Ag,然后结合原电池的电极反应特点分析可知,该电池的负极应为Cu,正极应为Ag。原电池由两个半电池组成,铜和铜盐溶液组成铜半电池,银和银盐溶液组成银半电池,中间通过盐桥连接起来。30基础梳理考点突破化学电源 Zn-2e-=Zn2+31基础梳理考点突破32基础梳理考点突破2H2+4OH-4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O33基础梳理考点突破自主巩固自主巩固判断正误,正确的画“”,错误的画“”。(1)燃料电池中通入燃料的一极为负极()(2)多孔碳可用作氢氧燃料电池的电极材料()(3)氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极,电极反应式为O2+4H+4e-=2H2O()(4)根据反应4Li+FeS2=Fe+2Li2S设计的可充电电池是一种应用广泛的锂电池,可用水溶液作电解质溶液()(5)可充电电池的放电反应和充电反应是可逆反应()(6)原电池中的电解质溶液一定参与反应()34基础梳理考点突破(7)一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,负极上的反应为CH3CH2OH-4e-+H2O=CH3COOH+4H+,正极上发生的反应为O2+4e-+2H2O=4OH-()(8)锂离子电池的总反应为LixC+Li1-xCoO2C+LiCoO2,放电时Li+向负极移动()(9)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应()35基础梳理考点突破1.可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极连接方式36基础梳理考点突破2.利用“加减法”书写原电池电极反应式(1)先确定原电池的正、负极,列出正、负极上的反应物,并标出相同数目电子的得失。(2)根据氧化还原反应原理写出电极反应式。负极反应。负极失去电子发生氧化反应。注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存,则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式。正极反应。正极得到电子发生还原反应。当正极上的反应物质是O2时:若电解质溶液为中性或碱性,则水必须写入正极反应式中,与O2生成OH-,电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-;若电解质溶液为酸性,则H+必须写入正极反应式中,与O2生成水,电极反应式为O2+4H+4e-=2H2O。37基础梳理考点突破(3)写出电池总反应方程式。结合电子守恒将正、负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式。(4)若已知电池反应的总反应式,可先写出较易书写的一极的电极反应式,然后在电子守恒的基础上,用总反应式减去较易写出的一极的电极反应式,即得到较难写出的另一极的电极反应式。38基础梳理考点突破例4(2016广东汕头期末)液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示,该电池用空气中的氧气作为氧化剂,KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是()A.b极发生氧化反应B.a极的反应式:N2H4+4OH-4e-=N2+4H2OC.放电时,电流从a极经过负载流向b极D.其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜 答案解析解析关闭在燃料电池中,氧气作为氧化剂在正极发生还原反应,故A项错误;燃料N2H4为还原剂,在负极发生氧化反应,故B项正确;放电时,电流由正极(b极)经外电路流向负极(a极),故C项错误;正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-,OH-将透过交换膜在负极发生反应,应选择阴离子交换膜,故D项错误。答案解析关闭B39基础梳理考点突破例5(2016安徽铜陵一中阶段测试)锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池,该电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的电极反应式为:负极反应式为C6Li-xe-=C6Li1-x+xLi+(C6Li表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料)正极反应式为Li1-xMO2+xLi+xe-=LiMO2(LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物)下列有关说法正确的是()A.锂离子电池放电时电池反应为LiMO2+C6Li1-x=C6Li+Li1-xMO2B.锂离子电池充电时电池内部Li+向阳极移动C.放电时,电池内部Li+从负极流向正极D.锂离子电池充电时阳极反应为C6Li1-x+xLi+xe-=C6Li 答案解析解析关闭电池的总反应为C6Li+Li1-xMO2=C6Li1-x+LiMO2,故A项错误;充电时阳离子向阴极移动,故B项错误;放电时,阳离子由负极移向正极,故C项正确;充电时,阳极失电子发生氧化反应,故D项错误。答案解析关闭C40基础梳理考点突破方法指导新型化学电源解题技巧1.新型电池“放电”时正极、负极的判断2.新型电池“放电”时电极反应式的书写首先分析物质得失电子的情况,然后再考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。对于较为复杂的电极反应式,可以利用“总反应式-较简单一极的电极反应式=较复杂一极的电极反应式”的方法解决。41基础梳理考点突破3.新型电池“充、放”电时离子移动的方向42基础梳理考点突破跟踪训练跟踪训练6.(2017河南安阳调研)中科院宁波材料所在金属空气电池的研发中获得重大突破。该电池的工作原理如图所示:下列有关说法正确的是()A.电池工作时,负极附近溶液的pH升高B.电路中转移2mol电子,理论上约消耗标准状况下空气56LC.电池工作时,电流由M极经外电路流向N极D.电池总反应为4Al+3O2=2Al2O3、2Mg+O2=2MgO 答案解析解析关闭金属空气电池中金属作负极,发生氧化反应,正极上空气中的氧气发生还原反应。电池工作时,负极镁、铝失去电子变成离子与氢氧根结合生成氢氧化镁、氢氧化铝,水的电离平衡被破坏,氢离子浓度增大,负极附近溶液的pH降低,A项错误;电路中转移2 mol电子,理论上约消耗氧气0.5 mol,折合成空气2.5 mol,标准状况下体积为56 L,B项正确;电池工作时,电子由M极经外电路流向N极,C项错误;电池工作时,负极生成氢氧化镁、氢氧化铝,D项错误。答案解析关闭B43基础梳理考点突破A.电极b是正极B.质子从b极移向a极C.处理后的废水pH降低D.a极的电极反应式:答案解析解析关闭 答案解析关闭44单池原电池与盐桥原电池的对比单池原电池与盐桥原电池的对比 4546下列叙述中正确的是()A.甲组操作时,电流表(A)指针发生偏转B.甲组操作时,溶液颜色变浅C.乙组操作时,C4作正极D.乙组操作时,C3上发生的电极反应为I2+2e-=2I-答案解析解析关闭 答案解析关闭47跟踪训练跟踪训练1.(2016江苏苏北四市第二次联考)一种微生物燃料电池如图所示,下列关于该电池说法正确的是()A.a电极发生还原反应B.H+由右室通过质子交换膜进入左室C.b电极的反应为+10e-+12H+=N2+6H2OD.电池工作时,电流由a电极沿导线流向b电极 答案解析解析关闭 答案解析关闭482.(2016河北衡水压轴题,节选)高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂,而且高铁电池的研制也在进行中。如图1是高铁电池的模拟实验装置:49(1)该电池放电时正极的电极反应式为;若维持电流强度为1A,电池工作十分钟,理论消耗Zng(已知F=96500Cmol-1)。(2)盐桥中盛有饱和KCl溶液,此盐桥中氯离子向(填“左”或“右”)移动;若用阳离子交换膜代替盐桥,则钾离子向(填“左”或“右”)移动。(3)图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线,由此可得出高铁电池的优点有。50511.原电池中的能量转化及本质(1)能量转化:化学能转化为电能。(2)反应本质:自发进行的氧化还原反应。2.原电池中的4个“方向”(1)外电路中电子移动方向:负极正极。(2)外电路中电流方向:正极负极。(3)电池内部离子移动方向:阴离子负极,阳离子正极。(4)盐桥中(含饱和KCl溶液)离子移动方向:K+正极,Cl-负极。3.判断原电池正负极的6种方法电极材料、电极现象、电子移动方向、离子移动方向、得失电子、电解质溶液。52531234561.(人教版必修2P454改编)下列装置不能形成原电池的是()答案解析解析关闭A、B、D项都具有活动性不同的电极、电解质溶液、闭合回路及自发进行的氧化还原反应,均能构成原电池;C项中酒精为非电解质,不能构成原电池。答案解析关闭C541234562.(人教版选修4P783改编)镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液,其充、放电按下式进行:Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。有关该电池的说法正确的是()A.放电时负极附近溶液的碱性不变B.放电时电解质溶液中的OH-向正极移动C.放电时正极反应为NiOOH+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-D.放电时Cd在正极上放电 答案解析解析关闭放电时Cd作负极,发生Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2,碱性减弱,A、D错误;放电时电解质溶液中的OH-向负极移动,B错误;放电时正极反应式为NiOOH+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-,C正确。答案解析关闭C551234563.(2017广西柳州模拟)锌-空气燃料电池可作电动车动力电源,电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+2H2O+4OH-=。下列说法正确的是()A.放电时,电解质溶液中K+移向负极B.放电时,电解质溶液的pH不变C.充电时,阴极的反应为+2e-Zn+4OH-D.充电时,当有4.48L氧气(标准状况下)释放出来时,则析出固体Zn为13g 答案解析解析关闭 答案解析关闭56123456 答案解析解析关闭 答案解析关闭571234565.(2015课标全国,11)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()A.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区D.电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O 答案解析解析关闭C6H12O6中C的平均化合价为0价,二氧化碳中C的化合价为+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,故CO2在负极生成,A选项错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率加快,所以微生物促进了反应的发生,B项正确;质子交换膜只允许质子(即H+)通过,原电池中阳离子向正极移动,C项正确;电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应,D项正确。答案解析关闭A581234566.(1)(2015课标全国,26)酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。该电池的正极反应式为,电池反应的离子方程式为。维持电流强度为0.5A,电池工作5分钟,理论上消耗锌g。(已知F=96500Cmol-1)(2)(2013课标全国,27)锂离子电池的应用很广,其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2),导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时,该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi+xe-=LixC6。充放电过程中,发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化,写出放电时电池反应方程式。利用“放电处理”回收锂电池中的金属锂,“放电处理”有利于锂在正极的回收,其原因是。591234566012345661
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