高考化学一轮复习第六单元化学反应与能量6.2原电池化学电源课件.ppt

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工作原理 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 原电池及其工作原理1 定义原电池是把化学能转化为电能的装置 2 工作原理以铜锌原电池为例 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 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 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 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 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 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 负极材料的活动性一定比正极材料活动性强 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 1 图解原电池工作原理 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 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 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 例1 2017课标全国 全固态锂硫电池能量密度高 成本低 其工作原理如图所示 其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料 电池反应为16Li xS88Li2Sx 2 x 8 下列说法错误的是 A 电池工作时 正极可发生反应 2Li2S6 2Li 2e 3Li2S4B 电池工作时 外电路中流过0 02mol电子 负极材料减重0 14gC 石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D 电池充电时间越长 电池中Li2S2的量越多 答案 解析 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 例2 2016课标全国 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 解析 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 B 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 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 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 跟踪训练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 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 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 2 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 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 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 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点三 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增大 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作正极的强 3 金属的防护使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护 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作原电池的负极 考点突破 考点一 考点二 基础梳理 考点三 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 考点突破 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 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 Zn与CuSO4反应生成Cu 形成铜锌原电池 可以增大反应速率 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A B 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 原电池的设计方法设计原电池时要紧扣原电池的构成条件 具体方法是 1 首先判断出氧化还原反应中的还原剂和氧化剂 将还原剂 一般为比较活泼金属 作负极 活动性比负极弱的金属或非金属作正极 含氧化剂的溶液作电解质溶液 2 如果两个半反应分别在要求的两个容器中进行 中间连接盐桥 则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属的阳离子 考点一 考点二 考点三 基础梳理 考点突破 考点一 考点二 考点三 例3不同形式的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 见右图 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 基础梳理 考点突破 考点一 考点二 考点三 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 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 其原因是 基础梳理 考点突破 考点一 考点二 考点三 答案 1 2 被腐蚀 3 甲电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应 导致部分化学能转化为热能 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 基础梳理 考点突破 考点一 考点二 考点三 解析 3 以Zn和Cu作电极为例分析 如果不用盐桥则除了电化学反应外还发生Zn与Cu2 的置换反应 反应放热 会使部分化学能以热能形式散失 使其不能完全转化为电能 而盐桥的使用 可以避免Zn和Cu2 的接触 从而避免能量损失 提供稳定电流 基础梳理 考点突破 考点一 考点二 考点三 易错警示原电池装置图常见失分点警示 1 没有注明电极材料名称或元素符号 2 没有画出电解质溶液或画出但未标注 3 误把盐桥画成导线 4 没有连成闭合回路 基础梳理 考点突破 考点一 考点二 考点三 跟踪训练3 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 A B C D 基础梳理 考点突破 答案 解析 考点一 考点二 考点三 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 基础梳理 考点突破 答案 解析 考点一 考点二 考点三 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 基础梳理 考点突破 考点一 考点二 考点三 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 基础梳理 考点突破 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 化学电源 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 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 多孔炭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 考点三 考点一 考点二 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 H2O 4e CH3COOH 4H 正极上发生的反应为O2 2H2O 4e 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 考点三 考点一 考点二 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 考点三 考点一 考点二 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 考点三 考点一 考点二 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 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 例4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 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 例5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 考点三 考点一 考点二 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 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 3 新型电池 充 放 电时离子移动的方向 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 跟踪训练6 液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小 无须气体存储装置等优点 某科研人员设计了以液态肼 N2H4 为燃料 氧气为氧化剂 某固体氧化物为电解质的新型燃料电池 如图所示 该固体氧化物电解质的工作温度高达700 900 时 O2 可在该固体氧化物电解质中自由移动 反应生成物均为无毒无害的物质 下列说法正确的是 A 电极甲为电池正极B 电池总反应为N2H4 2O2 2NO 2H2OC 电池正极反应式为O2 2H2O 4e 4OH D 图示中的O2 由电极乙移向电极甲 答案 解析 考点三 考点一 考点二 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 单池原电池与盐桥原电池的对比 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 跟踪训练1 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D 电池工作时 电流由a电极沿导线流向b电极 答案 解析 2 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 1 该电池放电时正极的电极反应式为 若维持电流为1A 电池工作十分钟 理论消耗Zng 已知F 96500C mol 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 1 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 2 1 3 4 6 5 1 下列装置不能形成原电池的是 答案 解析 2 1 3 4 6 5 2 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 H2O e Ni OH 2 OH D 放电时Cd在正极上放电 答案 解析 4 3 1 2 6 5 3 2017天津理综 下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是 A 硅太阳能电池工作时 光能转化成电能B 锂离子电池放电时 化学能转化成电能C 电解质溶液导电时 电能转化成化学能D 葡萄糖为人类生命活动提供能量时 化学能转化成热能 A 解析 B项 C项属于电化学反应 一定有电子转移 一定发生氧化还原反应 D项营养物质为人类提供能量的过程 是被O2氧化的过程 发生了氧化还原反应 A项光能转化成电能的过程没有新物质生成 没有发生化学反应 故选A 4 3 1 2 6 5 C 6 5 3 1 2 4 5 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 6 5 3 1 2 4 6 1 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 维持电流为0 5A 电池工作5分钟 理论上消耗锌g 已知F 96500C mol 1 2 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 6 5 3 1 2 4 6 5 3 1 2 4