高考化学基础提分课件第九章第一节原电池 化学电源(1)

欢迎进入化学课堂 第九章电化学基础第一节原电池化学电源 一 原电池1 概念把能转化为能的装置 化学 电 2 工作原理 以锌 铜原电池为例 ZnCu Zn 2e Zn2 Cu2 2e Cu 氧化 还原 负极 正极 3 构成条件 1 两个的电极 2 将电极插入中 3 用导线连接电极构成 4 能自发进行反应 活泼性不同 电解质溶液 闭合回路 氧化还原 1 原电池内部阴 阳离子如何移动 为什么 提示 阴离子移向负极 阳离子移向正极 这是因为负极失电子 生成大量阳离子集聚在负极附近 致使该极附近有大量正电荷 所以溶液中的阴离子要移向负极 正极得电子 该极附近的阳离子因得电子生成电中性物质而使该极附近带负电荷 所以溶液中阳离子要移向正极 二 化学电源1 一次电池 碱性锌锰干电池 Zn Zn 2OH 2e Zn OH 2 MnO2 2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH 总反应 Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 2 二次电池 可充电电池 铅蓄电池是常见的二次电池 负极材料是 正极材料是 1 放电时的反应 负极反应 正极反应 电池总反应 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O Pb PbO2 3 燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池 可分酸性和碱性两种 2H2 4e 4H O2 4H 4e 2H2O O2 2H2O 4e 4OH 2H2 4OH 4e 4H2O 2 可充电电池充电时电极与外接电源的正 负极如何连接 提示 可充电电池充电时的电极接法为 1 2011 大连双基测试 某原电池反应的离子方程式 Zn 2H Zn2 H2 则下列说法正确的是 A HNO3可作电解质溶液B 在电解质溶液中电子从正极流向负极C 锌极质量不变D 石墨可作原电池的正极 解析 硝酸不能作电解质溶液 因为硝酸与金属锌反应生成氮的氧化物 不生成氢气 A选项错误 原电池中 电子从负极流向正极 B选项错误 负极反应为 Zn 2e Zn2 金属锌的质量减少 C选项错误 答案 D 2 2010 广东高考 铜锌原电池 如图 工作时 下列叙述正确的是 A 正极反应为 Zn 2e Zn2 B 电池反应为 Zn Cu2 Zn2 CuC 在外电路中 电子从负极流向正极D 盐桥中的K 移向ZnSO4溶液 解析 该电池中Zn为负极 电极反应为 Zn 2e Zn2 Cu为正极 电极反应为 Cu2 2e Cu A项错误 电池总反应为 Zn Cu2 Zn2 Cu B项正确 原电池工作时 外电路中电子由负极流出经导线流向正极 C项正确 负极上由于Zn放电 ZnSO4溶液中Zn2 的浓度增大 故盐桥中的Cl 移向ZnSO4溶液 D项错误 答案 BC 3 2011 宁夏模拟 在理论上不能用于设计成原电池的化学反应是 A 4Fe OH 2 s 2H2O l O2 g 4Fe OH 3 H 0B CH3CH2OH l 3O2 g 2CO2 g 3H2O l H 0C Al OH 3 s NaOH aq NaAlO2 aq 2H2O l H 0D H2 g Cl2 g 2HCl g H 0 解析 只有自发的 放热的氧化还原反应才能设计成原电池 故C不能 答案 C 4 下面是几种常见的化学电源示意图 有关说法不正确的是 A 上述电池分别属于一次电池 二次电池和燃料电池B 干电池在长时间使用后 锌筒被破坏C 铅蓄电池工作过程中 每通过2mol电子 负极质量减轻207gD 氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 解析 选项A显然正确 在干电池中 Zn作负极 被氧化 B正确 氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内 且工作的最终产物是水 故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D正确 C项忽略了硫酸铅在该极上析出 该极质量应该增加而非减小 答案 C 5 2011 宁波质检 科学家预言 燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径 近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极催化剂 电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过 其工作原理的示意图如下 请回答下列问题 1 Pt a 电极是电池的 极 电极反应式为 Pt b 电极发生 反应 填 氧化 或 还原 电极反应式为 2 电池的总反应方程式为 3 如果该电池工作时电路中通过2mol电子 则消耗的CH3OH有 mol 解析 Pt a 原料为CH3OH和水 产物为CO2 H 根据C化合价由 2价升到 4价 失去6个电子 Pt a 为负极 Pt b 原料为O2 H 产物为H2O O化合价由0价降低为 2价 发生还原反应 为正极 1 原理图示 2 原电池的判断方法 1 先分析有无外接电源 有外接电源的为电解池 无外接电源的可能为原电池 2 然后依据原电池的形成条件分析判断 主要是 四看 名师精析 甲中石墨作正极 发生还原反应 电极反应式为2Fe3 2e 2Fe2 乙中石墨作负极 发生氧化反应 电极反应式为2I 2e I2 当反应达到平衡时 正逆反应速率相等 此时电路中电流强度为零 故灵敏电流计的读数为零 选项A B C均正确 当灵敏电流计的读数为零后 在甲中再溶入FeCl2固体 导致化学平衡逆向移动 即把该反应的逆反应设置成原电池 甲中石墨作负极 发生氧化反应 电极反应式为2Fe2 2e 2Fe3 乙中石墨作正极 发生还原反应 电极反应式为I2 2e 2I D错 答案 D 原电池工作原理是将氧化还原反应拆分在两个电极上 分别发生氧化反应 负极反应 和还原反应 正极反应 电子经外电路由负极流向正极 产生电流 1 2010 江苏高考 下图是一种航天器能量储存系统原理示意图 下列说法正确的是 A 该系统中只存在3种形式的能量转化B 装置Y中负极的电极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH C 装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D 装置X Y形成的子系统能实现物质的零排放 并能实现化学能与电能间的完全转化 解析 A项 该系统中存在太阳能与电能 电能与机械能 化学能与电能 电能与化学能等4种形式的能量转化关系 不正确 B项 装置Y是将化学能转化为电能的燃料电池装置 负极应该是H2发生氧化反应 故不正确 C项 装置X为电解水产生氢气和氧气 故正确 D项 装置X Y形成的子系统可以实现物质的零排放 但不可能实现化学能与电能间的完全转化 能量总是有损失的 故不正确 答案 C 2 关于如图装置的叙述 正确的是 A 铝是负极 铝片上析出无色气体B 石墨是阳极 石墨棒上析出黄绿色气体C 溶液中两电极间产生白色沉淀 不溶解 D 溶液中先产生白色沉淀 最后沉淀溶解 解析 Al 石墨 空气 NaCl溶液形成原电池 Al作负极 发生吸氧腐蚀 电极反应分别为 负极 4Al 12e 4Al3 正极 3O2 6H2O 12e 12OH 因此总反应为 4Al 3O2 6H2O 4Al OH 3 故只有C项正确 答案 C 1 正 负极的判断 2 电极反应式的书写 1 一般电极反应式的书写 2 复杂电极反应式的书写 如CH4酸性燃料电池中 负极反应式的书写 CH4 2O2 CO2 2H2O 总反应式 2O2 8H 8e 4H2O 正极反应式 CH4 2H2O 8e CO2 8H 负极反应式 例2 2010 浙江高考 Li Al FeS电池是一种正在开发的车载电池 该电池中正极的电极反应式为 2Li FeS 2e Li2S Fe 有关该电池的下列说法中 正确的是 A Li Al在电池中作为负极材料 该材料中Li的化合价为 1价B 该电池的电池反应式为 2Li FeS Li2S FeC 负极的电极反应式为 Al 3e Al3 D 充电时 阴极发生的电极反应式为 Li2S Fe 2e 2Li FeS 名师精析 在Li Al FeS电池中 负极材料为Li Al 该材料中Li以游离态存在 化合价为0价 故A错 负极反应式为2Li 2e 2Li C错 已知正极反应式为2Li FeS 2e Li2S Fe 则总反应为2Li FeS Li2S Fe 故B对 充电时 阴极应发生还原反应 得电子 故D错 答案 B 书写原电池的电极反应式应注意以下四点 1 明确电池的负极反应物是电极本身还是其他物质 反应产物及化合价的变化 2 确定电池的正极反应物是电解质溶液中的离子 还是其他物质 如溶有或通入的氧气 3 判断是否存在特定的条件 如介质中的粒子H OH 非放电物质参加反应 进而推断电解质溶液的酸碱性的变化 4 总的反应式是否满足质量守恒 得失电子守恒 电荷守恒 3 2011 南通模拟 近年来 科学家研制出一种新型细菌燃料电池 利用细菌将有机物转化为氢气 氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电 该电池的负极反应式为 A H2 2OH 2e 2H2OB O2 4H 4e 2H2OC H2 2e 2H D O2 2H2O 4e 4OH 解析 燃料电池中燃料在负极发生氧化反应 O2在正极发生还原反应 酸性电解质 OH 不能在电极反应显示 碱性电解质 H 不能在电极反应中显示 答案 C 4 2011 盐城模拟 银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源 它的充 放电过程可表示为 2Ag Zn OH 2Ag2O Zn H2O 根据上述信息回答下列问题 1 电池在放电时 作为负极的是 正极上的反应为 2 写出充电时的电极反应式 阳极 阴极 解析 从电池化学反应方程式可以看出 Zn在放电后化合价升高 Zn是负极 Ag2O为正极 充电时Zn OH 2为阴极 Zn OH 2得电子变为Zn Ag为阳极 答案 1 ZnAg2O H2O 2e 2Ag 2OH 2 2Ag 2e 2OH Ag2O H2OZn OH 2 2e Zn 2OH 设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的构成条件 具体方法是 1 首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应 2 根据原电池的电极反应特点 结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液 电极材料的选择在原电池中 选择还原性较强的物质作为负极 氧化性较强的物质作为正极 并且 原电池的电极必须导电 电池中的负极必须能够与电解质溶液反应 电解质溶液的选择电解质溶液一般要能够与负极发生反应 或者电解质溶液中溶解的其他物质 如空气中的氧气 能与负极发生反应 但如果两个半反应分别在两个容器中进行 中间连接盐桥 则左右两个容器中的电解质溶液应选择含有与电极材料相同的阳离子 如在铜 锌 硫酸构成的原电池中 负极金属锌浸泡在含有Zn2 的电解质溶液中 而正极铜浸泡在含有Cu2 的溶液中 3 按要求画出原电池装置图 如根据以下反应设计的原电池 例3 原电池原理广泛应用于科技 生产和生活中 请回答以下问题 1 肼 N2H4 又称联氨 是一种可燃性的液体 可用作火箭燃料 肼 空气燃料电池是一种碱性燃料电池 产物无污染 电解质溶液是20 30 的KOH溶液 肼 空气燃料电池放电时 正极的电极反应式是 负极的电极反应式是 2 请运用原电池原理设计实验 验证Cu2 Fe3 氧化性的强弱 请画出实验装置图并写出电极反应式 名师精析 1 在肼 空气燃料电池中 电解质溶液为KOH溶液 通入空气的电极为正极 电极反应为 O2 4e 2H2O 4OH 加入肼的电极为负极 电极反应为 N2H4 4OH 4e N2 4H2O 2 验证Cu2 Fe3 氧化性的强弱可以依据化学反应2Fe3 Cu 2Fe2 Cu2 氧化性 Fe3 Cu2 进行设计 可将该化学反应拆分为氧化反应 即负极反应 Cu 2e Cu2 还原反应 即正极反应 2Fe3 2e 2Fe2 据此可选择铜作负极材料 正极材料为导电的 非金属材料 如石墨 或不如铜活泼的金属材料 如Pt Ag等 电解质溶液选择含Fe3 的盐溶液 依此画出原电池的装置图即可 答案 1 O2 2H2O 4e 4OH N2H4 4OH 4e N2 4H2O 2 正极反应 2Fe3 2e 2Fe2 负极反应 Cu 2e Cu2 原电池的设计关键是负极材料和电解质溶液的成分 一般来说 在总反应中失电子的物质做负极或某物质在负极上失电子发生氧化反应 溶液中的某离子或物质在正极上得电子 发生还原反应 5 2011 无锡模拟 根据氧化还原反应 2Ag aq Cu s Cu2 aq 2Ag s 画出原电池示意图并在图中加入电流表 注明电极材料名称和电解质溶液 其中盐桥为琼胶 饱和KNO3盐桥 解析 由反应方程式可知 该电池的电极反应式为 正极 2Ag 2e 2Ag负极 Cu 2e Cu2 所以负极应为Cu 正极为Ag 电解质溶液应为CuSO4溶液和AgNO3溶液 外电路中的电子从Cu极流向Ag极 盐桥中的K 移向正极 Ag极 NO移向负极 Cu极 答案 1 正2Ag 2e 2AgCu 2e Cu2 2 CuAg 3 B 6 下图是工程师设计的氢氧燃料电池的示意图 a b两个电极均由多孔的碳块组成 通入的氢气和氧气由孔隙中逸入 并在电极表面发生反应而放电 1 a电极是电源的 极 2 若该电池产生360kg的水 则电路中通过了 mol电子 解析 电路中通过的电子的物质的量为 360000g 18g mol 2 40000mol 答案 1 负 2 40000 高考中的新型电池 有 氢镍电池 高铁电池 锌 锰碱性电池 我国首创的 海洋电池 燃料电池 如新型细菌燃料电池 氢氧燃料电池 丁烷燃料电池 甲醇质子交换膜燃料电池 CO燃料电池 锂离子电池 银锌电池 纽扣电池 等 这些电池一般具有高能环保 经久耐用 电压稳定 比能量 单位质量释放的能量 高等特点 取材于这些知识点的试题 由于题材广 信息新 陌生度大 所以 大多数考生对这类试题感到难 而难在何处又十分迷茫 实际上这些题目主要考查的是学生迁移应用的能力 具体有以下几种考查角度 2 新型电池 放电 时正极 负极上电极反应式的书写首先根据电池反应分析物质得失电子情况 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 对于较复杂的电极反应 可以利用总反应 较简单一极电极反应式 较复杂一极电极反应式的方法解决 3 新型电池 充电 时阴 阳极的判断首先明确原电池放电时的正 负极 再根据电池充电时 阳极接正极 阴极接负极的原理进行分析 4 新型电池充 放电时 电解质溶液中离子移动方向的判断首先分清电池是放电还是充电 再判断正 负极或阴 阳极 进而可确定离子的移动方向 下列关于该电池叙述错误的是 A 电池工作时 是将太阳能转化为电能B 电池工作时 I 离子在镀铂导电玻璃电极上放电C 电池中镀铂导电玻璃为正极D 电池的电解质溶液中I 和I浓度不会减少 答案 B A 放电时负极的电极反应式为Li e Li B 放电时正极的电极反应式为O2 2H2O 4e 4OH C 负极锂每减少7g 电路中通过1mol电子D 电流由金属锂极经外电路流向空气极 解析 电流方向与电子移动方向相反 电流方向是从正极到负极 D项错误 答案 D 2 2011 石家庄市模拟 被称之为 软电池 的纸质电池 采用一个薄层纸片作为传导体 在其一边镀锌 而在其另一边镀二氧化锰 在纸内的离子 流过 水和氧化锌组成的电解液 总反应的化学方程式为 Zn 2MnO2 H2O Zn OH 2 Mn2O3 下列说法错误的是 A 电池工作时 锌失去电子B 外电路中每通过0 2mol电子 锌的质量理论上减小6 5gC 电池工作时 电子由正极通过外电路流向负极D 电池正极的电极反应式为 2MnO2 H2O 2e Mn2O3 2OH 解析 由总反应的化学方程式可知锌为负极 放电时锌失去电子 外电路中每通过2mol电子 锌的质量在理论上减少65g 故A B项均正确 电池工作时电流是从正极通过外电路流向负极 而电子恰好相反 C项错误 正极的电极反应式可能不太容易直接写出 此时可先写出负极的电极反应式 Zn 2OH 2e Zn OH 2 再用总方程式减去负极的 即得正极的电极反应式 D项正确 答案 C 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全