高考化学总复习 6.2原电池 化学电源课件.ppt

第二节原电池化学电源 考纲要求1 了解原电池的工作原理 能写出电极反应和电池反应方程式 2 了解常见化学电源的种类及其工作原理 1 概念和反应本质原电池是把转化为 的装置 其反应本质是 2 原电池构成条件 1 两个活泼性不同的电极 常见为金属或石墨 2 将电极插入溶液中 3 两电极间构成闭合回路 4 能发生 的氧化还原反应 考点一原电池的工作原理 化学能 电能 氧化还原反应 电解质 自发 3 工作原理 以铜锌原电池为例 1 电极反应 锌是极 电子发生反应 铜是 极 电子发生反应 负 失 氧化 Zn 2e Zn2 正 得 还原 Cu2 2e Cu 2 电子方向和电流方向 电子从负极流出经外电路流入 电流从正极流出经外电路流入 3 离子的迁移方向 电解质溶液中 阴离子向极区迁移 阳离子向极区迁移 4 两种装置的比较 盐桥的作用 a 连接内电路 形成闭合回路 b 平衡电荷 使原电池不断产生电流 装置 中Zn与Cu2 直接接触 会有部分Zn与Cu2 直接反应 化学能转化为热能 造成能量损耗 装置 中 Zn在负极区 Cu2 在正极区 不存在Zn与Cu2 的直接反应 而造成的能量损耗 电流稳定 且持续时间长 正极 负极 负 正 1 将 中盐桥换成铜导线是否可行 提示 不可行 原电池放电时 电子走陆路 导线 离子走水路 溶液 外电路是电子的定向移动 内电路 溶液中 是阴 阳离子的定向移动 电子不通过内电路 盐桥是离子迁移通路 离子不能通过导线迁移 2 判断正误 正确的画 错误的画 1 在原电池中 发生氧化反应的一极一定是负极 2 不是所有化学反应都可以设计成原电池 3 在原电池中 负极材料的活泼性一定比正极材料强 4 带有 盐桥 的原电池比不带 盐桥 的原电池电流持续时间长 答案 1 2 3 4 1 2015年长春调研 下图为一原电池装置 下列叙述中正确的是 考查原电池的工作原理 A 铜离子在铜片表面被还原B 盐桥中的K 移向ZnSO4溶液C 电流从锌片经导线流向铜片D 铜是阳极 铜片上有气泡产生答案 A 2 有一种一面镀锌 一面镀二氧化锰的超薄纸质电池 在使用印刷与压层技术后 变成一张可任意裁剪大小的 电纸 纸内的离子 流过 水和氧化锌组成的电解质溶液 电池总反应式为Zn 2MnO2 H2O ZnO 2MnOOH 下列说法不正确的是 A 该电池的负极材料为锌B 该电池反应中二氧化锰发生了还原反应C 电池的正极反应式为MnO2 H2O e MnOOH OH D 当有0 1mol锌溶解时 流经电解质溶液的电子数为1 204 1023解析 无论原电池还是电解池中电子均不流经电解质溶液 答案 D 3 如图所示的装置能够组成原电池产生电流的是 解析 只有B能产生电流 F中Zn与Cu直接接触 电流表A不发生偏转 答案 B 原电池工作原理中四个常见失分点的规避 1 只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能 2 电解质溶液中阴 阳离子的定向移动 与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路 3 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 4 原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数 4 下列有关原电池的说法中正确的是 A 在内电路中 电子由正极流向负极B 在原电池中 相对较活泼的金属作负极 不活泼的金属作正极C 原电池工作时 正极表面一定有气泡产生D 原电池工作时 可能会伴随着热能变化答案 D 原电池正负极的判断 5 分析下图所示的四个原电池装置 其中结论正确的是 A 中Mg作负极 中Fe作负极B 中Mg作正极 电极反应式为6H2O 6e 6OH 3H2 C 中Fe作负极 电极反应式为Fe 2e Fe2 D 中Cu作正极 电极反应式为2H 2e H2 答案 B 原电池正 负极判断方法 说明 1 活泼性强的金属不一定作负极 但负极一定发生氧化反应 2 溶液中的离子不能通过盐桥 3 负极本身不一定参加反应 如燃料电池中 作为负极的材料不参加反应 只起到了导电的作用 1 比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时 一般作的金属比作 的金属活泼 如有两种金属A和B 用导线将A和B连接后 插入到稀硫酸中 一段时间后 若观察到A极溶解 而B极上有气体放出 则说明A作负极 B作正极 则可以断定金属活动性A B 2 加快氧化还原反应的速率一个进行的氧化还原反应 设计成原电池时反应速率 例如 在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快 考点二原电池原理的应用 负极 正极 自发 增大 3 用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池而得到保护 例如 要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等 可用导线将其与一块锌块相连 使锌做原电池的负极 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 正极 如 根据反应2FeCl3 Cu 2FeCl2 CuCl2设计的原电池为 1 有A B C D四种金属 做如下实验 将A与B用导线连接起来 浸入电解质溶液中 B不易腐蚀 将A D分别投入等物质的量浓度的盐酸中 D比A反应剧烈 将铜浸入B的盐溶液里 无明显变化 如果把铜浸放C的盐溶液里 有金属C析出 据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是 A A B C DB C D A BC D A B CD A B D C答案 C 判断金属活动性及反应速率 2 一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时 为了加快反应速率又不影响生成H2的总量 可采取的措施是 A 加入少量稀NaOH溶液B 加入少量CH3COONa固体C 加入少量NH4HSO4固体D 加入少量CuSO4溶液答案 D 改变Zn与H 反应速率的方法 1 加入Cu或CuSO4 形成原电池 加快反应速率 加入Cu不影响Zn的量 但加入CuSO4 Zn的量减少 是否影响产生H2的量 应根据Zn H 的相对量多少判断 2 加入强碱弱酸盐 由于弱酸根与H 反应 使c H 减小 反应速率减小 但不影响生成H2的量 3 将镉 Cd 浸在氯化钴 CoCl2 溶液中 发生反应的离子方程式为 Co2 aq Cd s Co s Cd2 aq aq表示溶液 如将该反应设计为如图的原电池 则下列说法一定错误的是 设计原电池 A Cd作负极 Co作正极B 原电池工作时 电子从负极沿导线流向正极C 根据阴阳相吸原理 盐桥中的阳离子向负极 甲池 移动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年无锡模拟 根据氧化还原反应 2Ag aq Cu s Cu2 aq 2Ag s 设计的原电池如图所示 其中盐桥为琼脂 饱和KNO3盐桥 请回答下列问题 1 电极X的材料是 电解质溶液Y是 2 银电极为电池的 极 写出两电极的电极反应式 银电极 X电极 答案 1 CuAgNO3 2 正2Ag 2e 2AgCu 2e Cu2 3 CuAg 4 B 1 一次电池 碱性锌锰干电池 碱性锌锰干电池的工作原理如图 考点三化学电源 2 二次电池 以铅蓄电池为例 3 燃料电池 1 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池 2 燃料电池的电极本身不参与反应 燃料和氧化剂连续地由 供给 外部 1 二次电池放电和充电时的反应是否可逆反应 提示 不是 因反应不是同一条件 2 判断正误 正确的画 错误的画 1 太阳能电池不属于原电池 2 铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应 3 铅蓄电池工作时 当电路中转移0 2mol电子时 消耗的H2SO4为0 1mol 4 铅蓄电池工作时 当电路中转换0 1mol电子时 负极增加48g 5 在原电池中 正极本身一定不参与电极反应 负极本身一定要发生氧化反应 答案 1 2 3 4 5 化学电源中电极反应式的书写 2 将Mg和Al用导线连接放入NaOH溶液中组成电池如图 则 1 Mg是 极 电极反应式为 2 Al是 极 电极反应式为 3 总反应的离子方程式为 加减法 书写电极反应式 1 先确定原电池的正负极 列出正负极上的反应物质 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 O2生成OH 写为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 O2生成水 写为O2 4H 4e 2H2O 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 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 特别提醒书写电极反应式时 注意介质是否参加反应 碱性介质的电极反应中不能出现H 酸性介质的电极反应中不能出现OH 若是碱性条件 一般一极要消耗OH 另一极生成OH 酸性亦然 3 以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法 1 酸性条件 燃料电池总反应式 CH4 2O2 CO2 2H2O 燃料电池正极反应式 O2 4H 4e 2H2O 2 得燃料电池负极反应式 2 碱性条件 燃料电池总反应式 CH4 2O2 2NaOH Na2CO3 3H2O 燃料电池正极反应式 O2 2H2O 4e 4OH 2 得燃料电池负极反应式 燃料电池电极反应式的书写 3 固体电解质 高温下能传导O2 燃料电池总反应式 CH4 2O2 CO2 2H2O 燃料电池正极反应式 O2 4e 2O2 2 得燃料电池负极反应式 2 得燃料电池负极反应式 燃料电池电极反应式的书写第一步 写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致 若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应 如甲烷燃料电池 电解质为NaOH溶液 的反应式为 CH4 2O2 CO2 2H2O CO2 2NaOH Na2CO3 H2O 式 式得燃料电池总反应式为 CH4 2O2 2NaOH Na2CO3 3H2O 第二步 书写燃料电池的正极反应式根据燃料电池的特点 一般在正极上发生还原反应的物质都是O2 随着电解质溶液的不同 其电极反应有所不同 其实 我们只要熟记以下四种情况 1 酸性电解质溶液环境下正极反应式 O2 4H 4e 2H2O 2 碱性电解质溶液环境下正极反应式 O2 2H2O 4e 4OH 3 固体电解质 高温下能传导O2 环境下正极反应式 O2 4e 2O2 新型电池和可充电电池1 新型电池 放电 时正 负极的判断 2 可充电电池电极方程式的书写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 以铅蓄电池为例 该过程可结合图示分析 由此可见 放电过程中 作为负极的Pb需转化成PbSO4 铅化合价升高 被氧化 Pb为负极 当放电完毕时 可看作Pb极转化成了PbSO4 充电时需让PbSO4转化为Pb 铅的化合价降低 被还原 PbSO4一极为阴极 所以 放电时的负极就是充电时的阴极 同理可分析放电时 即放电时的正极就是充电时的阳极 如图 典例铁镍蓄电池又称爱迪生电池 放电时的总反应为Fe Ni2O3 3H2O Fe OH 2 2Ni OH 2 下列有关该电池的说法不正确的是 A 该电池的电解质溶液为碱性溶液 正极为Ni2O3 负极为FeB 该电池放电时 负极反应为Fe 2OH 2e Fe OH 2C 该电池充电过程中 阴极附近溶液的pH降低D 该电池充电时 阳极反应为 2Ni OH 2 2OH 2e Ni2O3 3H2O 解析 答案C A 锂离子电池放电时 Li 向负极迁移B 锂硫电池充电时 锂电极发生还原反应C 理论上两种电池的比能量相同D 右图表示用锂离子电池给锂硫电池充电解析 放电时为原电池 阳离子向正极迁移 A项错误 充电时 锂电极做阴极 发生还原反应 B正确 同质量产生的电量不相同 C项错误 锂离子电池为电解池 锂硫电池为原电池 D项错误 答案 B 下列说法正确的是 A NiMH电池放电过程中 正极的电极反应式为NiOOH H2O e Ni OH 2 OH B 充电过程中OH 离子从阳极向阴极迁移C 充电过程中阴极的电极反应式 H2O M e MH OH H2O中的H被M还原D NiMH电池中可以用KOH溶液 氨水等作为电解质溶液 解析 NiMH放电时正极发生还原反应 分析化合价可知正极为NiOOH得电子生成Ni OH 2 可知A选项正确 OH 由阴极向阳极移动 B项错 M是金属 无负价 只能失电子 C项错误 D项由已知信息可知NiOOH与氨水反应 D项错误 答案 A