全国通用版2019版高考化学大一轮复习第24讲原电池化学电源优选学案.doc

全国通用版2019版高考化学大一轮复习第24讲原电池化学电源优选学案考纲要求考情分析命题趋势1.理解原电池的构成、工作原理及应用。2.能写出电极反应式和电池反应方程式。3.了解常见化学电源的种类及其工作原理。xx，全国卷，11T预计2019年高考本部分知识有变“热”的趋势，题目将更加新颖。复习备考时注重实物图分析、新型电池分析、电解池与原电池的联系以及依据原电池工作原理并结合氧化还原反应知识熟练掌握电极反应式的书写方法。xx，全国卷甲，11Txx，全国卷乙，11Txx，北京卷，12T分值：68分_电解质_溶液；两电极直接或间接接触；两电极插入_电解质_溶液中。3工作原理(以铜锌原电池为例)装置图电极名称负极正极电极材料_锌_片_铜_片电极反应_Zn2e=Zn2_Cu22e=Cu_电极类型_氧化_反应_还原_反应电子流向由_锌_片沿导线流向_铜_片电流方向由_铜_片沿导线流向_锌_片电解质溶液中离子流向电解质溶液中，阴离子向_负极_迁移，阳离子向_正极_迁移盐桥中离子流向盐桥中含有饱和KCl溶液，_K_移向正极，_Cl_移向负极电池反应方程式_ZnCu2=Zn2Cu_4原电池原理的四个应用(1)设计制作化学电源(2)比较金属活动性强弱(3)加快氧化还原反应的速率一个_放热_的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率_加快_。例如：在Zn与稀H2SO4反应时，加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。(4)用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池_正极_而得到保护。盐桥的作用(1)连接内电路，形成闭合回路；(2)平衡电荷，使原电池不断产生电流。1判断正误，正确的划“”，错误的划“”。(1)理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池。()(2)带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。()(3)用Al、Cu作电极，用浓硝酸或浓硫酸作电解液时，Cu作负极，Al作正极。()(4)用Mg、Al作电极，用NaOH溶液作电解液时，Al作负极，Mg作正极。 ()2在如图所示的八个装置中，属于原电池的是(D)ABCD(1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。(2)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。一原电池正负极的判断方法例1原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法正确的是(B)A(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)中Fe作负极B(2)中Mg作正极，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2C(3)中Fe作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2D(4)中Cu作正极，电极反应式为2H2e=H2二比较金属活泼性的三种方法1根据金属活动性顺序表。2根据原电池：一般情况下，活泼性：负极大于正极。3根据电解池：易得电子的金属阳离子，相应金属的活动性较弱。例2 四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。相连时，外电路电流从流向；相连时，为正极；相连时，上有气泡逸出；相连时，的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是(B)ABCD解析 相连时，外电路电流从流向，说明为负极；相连时，为负极；相连时，上有气泡逸出，说明为负极；相连时，的质量减少，说明为负极。金属活泼性：负极正极，综上所述可知，这四种金属活动性由大到小的顺序为，B项正确。三设计原电池理论上能放热的氧化还原反应都可以设计成原电池。1拆反应将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极。2确定电极材料若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；若为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。一般情况下，发生还原反应的电极材料的活泼性弱于负极材料。3确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可。4构成闭合回路例3能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)、铜片、铁片、锌片和导线。(1)完成原电池甲的装置示意图，并作相应标注。要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。如图所示或或(2)以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极_负极逐渐溶解_。(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是_甲_，其原因是_原电池乙的负极可与CuSO4溶液直接反应，导致部分化学能转化为热能；原电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应，化学能在转化为电能时损耗较小_。解析 (1)根据电子的流向，左烧杯中电极为负极，右烧杯中电极为正极。(2)负极可以是Zn或Fe，可以观察到负极逐渐溶解。例1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(SO)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题送检来自阅卷名师报告错误致错原因扣分A正、负极判断错误6D考生未弄清楚阳离子交换膜只允许阳离子通过6解析 铜为原电池的正极，发生还原反应，A项错误；SO和水不参与电池反应，其浓度不变，B项错误；随电池反应的进行，负极区产生的Zn2通过阳离子交换膜进入正极区补充减少的Cu2，使乙池溶液的质量增加，C项正确；由题意知阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，阴离子不能通过，D项错误。答案 C1MgH2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如下：该电池工作时，下列说法正确的是(C)AMg电极是该电池的正极BH2O2在石墨电极上发生氧化反应C石墨电极附近溶液的pH增大D溶液中Cl向正极移动解析 在原电池中，活泼金属一般作负极，即Mg为负极，A项错误；石墨电极为正极，H2O2得电子发生还原反应，电极反应式为H2O22e=2OH，石墨电极附近溶液的pH增大，B项错误，C项正确；原电池中，阴离子应向负极移动，D项错误。1(xx上海卷)图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示(C)A铜棒的质量Bc(Zn2)Cc(H)Dc(SO)解析 该装置构成原电池，Zn是负极，Cu是正极。A项，溶液中的H在Cu电极的表面获得电子变为氢气，Cu棒的质量不变，错误；B项，由于Zn是负极，不断发生反应：Zn2e=Zn2，所以溶液中c(Zn2)增大，错误；C项，由于反应不断消耗H，所以溶液的c(H)逐渐减小，正确；D项，SO不参加反应，其浓度不变，错误。2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)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C6H12O66O2=6CO26H2O解析 由电池结构图可知，在正极上氧气得到电子发生还原反应生成H2O，A项错误；微生物在反应中促进葡萄糖的氧化，即促进了电子的转移，B项正确；利用原电池工作原理知，质子可通过质子交换膜从负极区移向正极区，C项正确；该电池的总反应为葡萄糖发生氧化反应生成二氧化碳和水，D项正确。3常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。0t1时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是_2HNOe=NO2H2O_，溶液中的H向_正_极移动。t1时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是_Al在浓HNO3中发生钝化，氧化膜阻止了Al的进一步反应_。考点二化学电源1一次电池(1)碱性锌锰干电池负极材料：_Zn_电极反应：_Zn2OH2e=Zn(OH)2_正极材料：_MnO2_电极反应：_2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH_总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。(2)银锌纽扣电池(电解质溶液为KOH溶液)负极材料：_Zn_，电极反应：_Zn2e2OH=Zn(OH)2_。正极材料：_Ag2O_，电极反应：_Ag2O2eH2O=2Ag2OH_。总反应：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。2二次电池铅蓄电池(电解质溶液为30% H2SO4溶液)(1)放电时的反应负极反应：_Pb2eSO=PbSO4_。正极反应：_PbO22eSO4H=PbSO42H2O_。总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。电解质溶液的pH_增大_(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)充电时的反应阴极反应：_PbSO42e=PbSO_。阳极反应：_PbSO42H2O2e=PbO24HSO_。总反应：2PbSO42H2OPbPbO22H2SO4。3燃料电池氢氧燃料电池电池酸性碱性或中性负极反应式_2H24e=4H_2H24e4OH=4H2O_正极反应式_O24e4H=2H2O_O24e2H2O=4OH_总反应式2H2O2=2H2O说明：燃料电池的电极本身不参与反应，燃料和氧化剂连续地由_外部_供给。1判断正误，正确的划“”，错误的划“”。(1)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。()(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。 ()(3)若使反应Fe2Fe3=3Fe2以原电池方式进行，可用锌铁作电极材料。()(4)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长。 ()(5)固体电解质(高温下能传导O2)甲醇燃料电池的负极反应式：2CH3OH12e6O2=2CO24H2O。()(6)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下甲烷燃料电池正极反应式：3O212e6CO2=6CO。()2铝空气海水电池：以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4Al3O26H2O=4Al(OH)3；负极：_4Al12e12OH=4Al(OH)3_；正极：_3O26H2O12e=12OH_。3ZnMnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2NH4Cl混合溶液。(1)该电池的负极材料是_Zn(或锌)_。电池工作时，电子流向_正极_(填“正极”或“负极”)。(2)若ZnCl2NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是_锌与还原出的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀_。欲除去Cu2，最好选用下列试剂中的_b_(填字母)。aNaOHbZncFedNH3H2O一般电池电极反应式书写的“三步骤”两电极反应式相加，与总反应式对照验证一书写化学电池电极反应式的一般方法书写电极反应式时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质溶液的环境确定电极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。电极反应式书写的一般方法有：1拆分法(1)写出总反应，如2Fe3Cu=2Fe2Cu2。(2)把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，注明正、负极，并依据质量守恒、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应：正极：2Fe32e=2Fe2。负极：Cu2e=Cu2。2加减法(1)写出总反应，如LiLiMn2O4=Li2Mn2O4。(2)写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)，如Lie=Li(负极)。(3)利用总反应与上述的一极反应相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4Lie=Li2Mn2O4(正极)。例1(1)以Al和NiOOH为电极，NaOH溶液为电解液，可以组成一种新型电池，放电时NiOOH转化为Ni(OH)2。该电池的负极反应式为_Al4OH3e=Al(OH)4_，电池总反应的化学方程式为_Al3NiOOHNaOH3H2O=NaAl(OH)43Ni(OH)2_。(2)某新型电池以金属锂为负极，K2FeO4为正极，溶有LiPF6的有机溶剂为电解质。工作时Li通过电解质迁移入K2FeO4晶体中，生成K2LixFeO4。该电池的正极反应式为_K2FeO4xexLi=K2LixFeO4_。二可充电电池的反应规律可充电电池有充电和放电两个过程，放电发生的是原电池反应，充电发生的是电解池反应。充电的电极反应与放电的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时负极反应的逆过程。充电：原电池负极电源负极，原电池正极电源正极。放电时的负极反应和充电时的阴极反应、放电时的正极反应和充电时的阳极反应在形式上互逆。将负(正)极反应式变方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。放电总反应和充电总反应在形式上互逆(但不是可逆反应)。例2(xx四川卷)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为：Li1xCoO2LixC6=LiCoO2C6(xFe3，设计了盐桥式的原电池，如图。盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是(C)A甲烧杯中的溶液发生还原反应B乙烧杯中发生的电极反应为2Cr37H2O6e=Cr2O14HC外电路的电流方向是从b到aD电池工作时，盐桥中的SO移向乙烧杯解析 因为氧化性：Cr2OFe3，所以该原电池反应是Cr2O将Fe2氧化为Fe3，所以甲烧杯中发生氧化反应，A项错误；乙烧杯中发生还原反应，电极反应为Cr2O6e14H=2Cr37H2O，B项错误；根据以上分析，a是负极，b是正极，则电流方向是从正极向负极流动，C项正确；原电池中的阴离子向负极移动，所以SO向甲烧杯移动，D项错误。12(xx哈尔滨六中高三第一次月考)光电池是发展性能源。一种光化学电池的结构如图，当光照在表面涂有氯化银的银片上时，AgCl(s)Ag(s)Cl(AgCl)Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面，接着Cl(AgCl)e=Cl(aq)，若将光源移除，电池会立即恢复至初始状态。下列说法不正确的是(B)A光照时，电流由X流向YB光照时，Pt电极发生的反应为2Cl2e=Cl2C光照时，Cl向Pt电极移动D光照时，电池总反应为AgCl(s)Cu(aq)Ag(s)Cu2(aq)Cl(aq)解析 光照时，银作正极，铂作负极。负极上亚铜离子失电子发生氧化反应，电极反应式为Cu(aq)e=Cu2(aq)，B项错误；正极上氯原子得电子发生还原反应，电池反应式为AgCl(s)Cu(aq)Ag(s)Cu2(aq)Cl(aq)。