2019届高考化学一轮复习 第19讲 原电池 化学电源课件.ppt

第19讲原电池化学电源 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 考点1原电池及其工作原理及应用 知识梳理 1 概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置 其反应本质是 氧化还原反应 2 构成条件 自发进行 石墨 电解质溶液 3 工作原理 锌 铜 氧化 还原 锌 铜 负极 正极 4 原电池原理的四大应用 1 比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时 一般作极的金属比作极的金属活泼 2 加快氧化还原反应的速率一个自发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 3 设计制作化学电源 必须是能自发进行且的氧化还原反应 正 负极材料的选择 根据氧化还原关系找出正 负极材料 一般选择 的金属作为 的金属或可导电的非金属 如石墨等 作为 负 正 增大 放热 活泼 性较强 负极 活泼性较弱 正极 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能与负极发生反应 如溶解于溶液中的空气 但如果设计含有盐桥的原电池 则两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的 如在Cu Zn构成的原电池中 负极Zn浸泡在含有Zn2 的电解质溶液中 而正极Cu浸泡在含有Cu2 的电解质溶液中 实例 根据Cu 2Ag Cu2 2Ag设计原电池 4 用于金属的防护 牺牲阳极阴极保护法 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 使锌作原电池的负极 阳离子 正极 多维思考 提示 1 2 3 4 5 6 判断下列说法是否正确 正确的打 错误的打 1 CaO H2OCa OH 2 可以放出大量的热 故可把该反应设计成原电池 把其中的化学能转化为电能 2 在原电池中 发生氧化反应的电极一定是负极 3 其他条件均相同 带有 盐桥 的原电池比不带 盐桥 的原电池电流持续时间长 4 某原电池反应为Cu 2AgNO3Cu NO3 2 2Ag 装置中的盐桥内可以是含琼脂的KCl饱和溶液 5 因为铁的活泼性强于铜 所以将铁 铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池 必是铁作负极 铜作正极 6 两种活泼性不同的金属组成原电池的两极 活泼金属一定作负极 提示 7 8 9 10 11 7 原电池工作时 溶液中的阳离子向负极移动 盐桥中的阳离子向正极移动 8 电工操作中规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用 是因为铜 铝在潮湿的环境中形成原电池 加快了铝的腐蚀 易造成断路 9 锌与盐酸反应时 用粗锌比用纯锌产生H2的速率要快 10 C H2OCO H2可设计成原电池 11 将氧化还原反应设计成原电池 可以把物质内部的能量全部转化为电能 考点演练 考向一原电池的工作原理 D 1 关于原电池的叙述正确的是 A 原电池工作时 电极上不一定都发生氧化还原反应B 某可逆电池充 放电时的反应式为Li1 xNiO2 xLiLiNiO2 放电时此电池的负极材料是Li1 xNiO2C 铅 银和盐酸构成的原电池工作时 铅板上有5 175g铅溶解 正极上就有1120mL 标准状况 气体析出D 在理论上可将反应CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l H 0设计成原电池 解析 A中原电池工作时电极上一定都发生氧化反应或还原反应 B中电池放电时 负极材料是Li C中通过电子守恒计算知正极上生成的气体在标准状况下应为560mL 2 2015 天津卷 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 C 易错警示规避原电池工作原理的3个失分点 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 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 考向二原电池的形成条件及正负极的判断3 下列示意图中能构成原电池的是 解析 Cu C与稀硫酸不反应 A装置不能构成原电池 Al与氢氧化钠溶液发生氧化还原反应 B装置能构成原电池 C装置中两电极相同 不能构成原电池 D装置中缺少盐桥 B 4 2017 河北沧州一中模拟 分析下图所示的四个原电池装置 其中结论正确的是 B 判断原电池正 负极的五种方法 方法技巧 注意 原电池的正极和负极与电极材料的性质有关 也与电解质溶液有关 不要形成活泼电极一定作负极的思维定式 考向三原电池原理的应用5 导学号96656118下列事实不能用原电池原理解释的是 A 将镁粉 铁粉和食盐一块加到水中迅速反应放热B 铁被钝化处理后不易被腐蚀C 纯锌与稀硫酸反应时 滴入少量CuSO4溶液后反应速率加快D 镀层破损后 镀锌铁比镀锡铁更耐用 解析 将镁粉 铁粉和食盐一块加到水中 构成原电池装置 金属镁是负极 镁和水的反应是放热反应 形成原电池可以加快化学反应速率 能用原电池原理解释 A不符合题意 铁被钝化后 在金属表面会形成一层致密的金属氧化膜 保护内部金属不易被腐蚀 不能用原电池原理解释 B符合题意 纯锌与稀硫酸反应时 滴入少量CuSO4溶液后 金属锌可以和硫酸铜反应置换出铜 Zn Cu 硫酸会构成原电池装置 Zn为负极 使得Zn和硫酸的反应速率加快 能用原电池原理解释 C不符合题意 镀层破损后 镀锌铁和潮湿空气形成的原电池中 金属Zn为负极 Fe为正极 Fe被保护 镀锡铁和潮湿空气形成的原电池中 金属Fe为负极 Sn为正极 Fe被腐蚀速率加快 镀锌铁比镀锡铁更耐用 能用原电池原理解释 D不符合题意 B 6 2017 河北衡水模拟 一个原电池的总反应的离子方程式是Zn Cu2 Zn2 Cu 该原电池的合理组成是 解析 原电池中 相对活泼的金属作负极 发生氧化反应 不活泼金属作正极 发生还原反应 所以根据原电池的总反应的离子方程式Zn Cu2 Zn2 Cu知 该原电池中 锌为负极 铜为正极 硫酸铜溶液作电解质溶液 即选项C正确 C 7 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不易被腐蚀 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 如果把铜浸入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 解析 A与B用导线连接后浸入电解质溶液中会构成原电池 B不易被腐蚀 说明B为原电池的正极 说明金属活动性 A B A D与等物质的量浓度的盐酸反应 D比A反应剧烈 说明金属活动性 D A 根据置换反应规律 Cu不能置换出B 说明金属活动性 B Cu Cu能置换出C 说明金属活动性 Cu C 则四种金属活动性的排列顺序是D A B C C 考点2三类常见的化学电源 知识梳理 1 一次电池 2 二次电池铅蓄电池是最常见的二次电池 总反应为Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l 3 燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池 分为酸性和碱性两种 多维思考 1 判断下列说法是否正确 正确的打 错误的打 1 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 2 手机 电脑中使用的锂电池属于一次电池 3 铅蓄电池放电时 正极与负极质量均增加 提示 1 2 3 4 5 4 若使反应Fe 2Fe3 3Fe2 以原电池方式进行 可用锌 铁作电极材料 5 燃料电池工作时燃料在电池中燃烧 然后热能转化为电能 提示 6 7 8 提示 2 可充电电池充电时电极与外接电源的正 负极如何连接 考点演练 D 考向一一次电池1 2017 甘肃兰州模拟 被称为 软电池 的纸质电池 采用一个薄层纸片 在其一边镀锌 在其另一边镀二氧化锰 作为传导体 在纸内的离子 流过 水和氧化锌组成的电解液 电池总反应为Zn 2MnO2 H2OZnO 2MnO OH 下列说法正确的是 A 该电池的正极为锌B 该电池反应中二氧化锰起催化剂作用C 当0 1molZn完全溶解时 流经电解液的电子个数约为1 204 1023D 电池正极反应式为MnO2 e H2OMnO OH OH 解析 由电池反应知 Zn元素化合价由0价变为 2价 Zn失电子作负极 A错误 该电池中二氧化锰参加反应且作氧化剂 B错误 电子不进入电解质溶液 电解质溶液导电是通过离子定向移动形成电流 C错误 正极上二氧化锰得电子发生还原反应 电极反应式为MnO2 e H2OMnO OH OH D正确 2 Li SOCl2电池可用于心脏起搏器 该电池的电极材料分别为锂和碳 电解液是LiAlCl4 SOCl2 电池的总反应可表示为4Li 2SOCl24LiCl S SO2 请回答下列问题 1 电池的负极材料为 发生的电极反应为 2 电池正极发生的电极反应为 解析 分析元素的化合价变化可知 Li被氧化 为还原剂 SOCl2被还原 为氧化剂 1 负极材料为Li 还原剂 4Li 4e 4Li 2 正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到 2SOCl2 4e 4Cl S SO2 答案 1 锂4Li 4e 4Li 2 2SOCl2 4e 4Cl S SO2 考向二二次电池3 2017 山东寿光现代中学月考 蓄电池是一种可反复充电 放电的装置 它放电时起原电池的作用 将化学能转变为电能 而充电时起电解池的作用 将电能转变为化学能贮存起来 某蓄电池充电和放电时发生的反应为Fe NiO2 2H2OFe OH 2 Ni OH 2 关于此蓄电池有下列说法 放电时 NiO2为正极 充电时 阳极反应式为Fe OH 2 2e Fe 2OH 放电时 电解质溶液中的阳离子向正极方向移动 充电时 Ni OH 2的反应式为Ni OH 2 2e NiO2 2H 蓄电池的电极必须浸在碱性电解质溶液中其中正确的组合是 A B C D D 4 导学号96656119某二次电池充 放电的化学方程式为2K2S2 KI3K2S4 3KI 与其他设备连接的电路如图所示 当闭合开关K时 X附近溶液先变红 则下列说法正确的是 C 解析 当闭合开关K时 下部就是一个电解池 电解NaCl溶液 X附近溶液先变红 故H 在X放电 则X是阴极 Y就是阳极 由此可知A是负极 B是正极 A为负极 发生氧化反应 元素的化合价升高 由该二次电池充 放电的化学方程式中的元素化合价的改变来看 是K2S2在负极反应 A B错误 X极发生 2H 2e H2 有0 1molK 通过离子交换膜时转移电子为0 1mol 生成H2为0 05mol 体积为1 12L C正确 电池充电时 B电极要与外电源的正极相连 电极上发生氧化反应 D错误 易错警示1 二次电池充电时 电池正极接外接电源正极 负极接外接电源负极 2 充电电池是既能将化学能转化为电能 放电 又能将电能转化为化学能 充电 的一类特殊电池 需要注意的是充电 放电的反应不能理解为可逆反应 3 充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反 充电时的阳极反应恰与放电时的正极反应相反 充电时的阴极反应恰与放电时的负极反应相反 考向三燃料电池5 2017 甘肃兰州模拟 关于如图微生物燃料电池结构示意图的说法 微生物促进了电子的转移 微生物所在电极区放电时发生还原反应 放电过程中 H 从正极区移向负极区 正极反应式为MnO2 4H 2e Mn2 2H2O 正确的是 C A B C D 解析 在微生物作用下Cm H2O n转化为CO2促进电子的转移 正确 微生物在右侧 右侧电极为电源的负极 所以微生物所在电极区放电时发生氧化反应 错误 根据电流的方向 放电过程中 H 从负极区移向正极区 错误 电池左侧为电池的正极区 MnO2在H 条件下发生得电子反应 所以正极反应式为MnO2 4H 2e Mn2 2H2O 正确 6 导学号96656120NO2 O2和熔融KNO3可制作燃料电池 其原理如图所示 该电池在放电过程中石墨 电极上生成氧化物Y Y可循环使用 下列说法正确的是 C 根据电极产物判断燃料电池正 负极的方法1 在酸性燃料电池中 有H2O生成的是正极 有CO2生成的是负极 2 在碱性燃料电池中有H2O生成的是负极 其另一极为正极 3 在熔融盐或熔融氧化物燃料电池中 生成CO2的是负极 其另一极为正极 方法规律 微点突破17电极反应式的书写 电化学学习中电极反应式的书写成为学生学习这部分知识的拦路虎 掌握电极反应式的书写规律和技巧是学好电化学的前提 对电极反应式的书写归纳如下 1 电极反应式书写的一般步骤 类似氧化还原反应方程式的书写 2 已知总方程式 书写电极反应式 1 书写步骤 步骤一 写出电池总反应式 标出电子转移的方向和数目 ne 步骤二 找出正 负极 失电子的电极 物质 为负极 确定溶液的酸碱性 2 书写技巧若某电极反应式较难写时 可先写出较易的电极反应式 用总反应式减去较易的电极反应式 即可得出较难写的电极反应式 如CH3OCH3 二甲醚 酸性燃料电池中 特别提示 简单电极反应中转移的电子数 必须与总方程式中转移的电子数相同 3 燃料电池电极反应式的书写第一步 写出燃料电池反应的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合后的反应 如甲烷燃料电池 电解质溶液为NaOH溶液 的反应式为 第二步 写出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是O2 随着电解质溶液的不同 其电极反应式有所不同 大致有以下四种情况 1 酸性电解质溶液环境下电极反应式 第三步 根据电池总反应式和正极反应式 写出负极反应式电池反应的总反应式 电池正极反应式 电池负极反应式 因为O2不是负极反应物 因此两个反应式相减时要彻底消除O2 题组巩固 1 导学号96656121 1 分析如图所示的三个装置 回答下列问题 装置a中铝电极上的电极反应式为 装置b中产生气泡的电极为 填 铁 或 铜 电极 装置c中铜电极上的电极反应式为 2 燃料电池是一种高效低污染的新型电池 燃料电池所用燃料可以是氢气 也可以是其他燃料 如甲烷 肼等 如图是甲烷燃料电池原理示意图 回答下列问题 电池的负极是 填 a 或 b 电极 该极的电极反应式为 电池工作一段时间后电解质溶液的pH 填 增大 减小 或 不变 由于反应后产生Na2CO3 即电池工作过程中消耗OH 因此电池工作一段时间后电解质溶液的pH减小 3 肼分子 H2N NH2 可以在氧气中燃烧生成氮气和水 利用肼 氧气与KOH溶液组成碱性燃料电池 请写出该电池的负极反应式 2 如图所示 是原电池的装置图 请回答 1 若C为稀H2SO4溶液 电流表指针发生偏转 B电极材料为Fe且作负极 则A电极上发生的电极反应式为 反应进行一段时间后溶液C的pH将 填 升高 降低 或 基本不变 解析 1 铁作负极 则该原电池反应是铁与稀硫酸置换氢气的反应 所以正极反应是氢离子得电子生成氢气 电极反应式为2H 2e H2 溶液中氢离子放电 导致溶液中氢离子浓度减小 pH升高 答案 1 2H 2e H2 升高 2 若需将反应 Cu 2Fe3 Cu2 2Fe2 设计成如上图所示的原电池装置 则A 负极 极材料为 B 正极 极材料为 溶液C为 3 若C为CuCl2溶液 Zn是极 Cu极发生反应 电极反应为 反应过程溶液中c Cu2 填 变大 变小 或 不变 解析 2 Cu 2Fe3 Cu2 2Fe2 设计成如题图所示的原电池装置 根据方程式中物质发生的反应类型判断 Cu发生氧化反应 作原电池的负极 所以A极材料是Cu B极材料是比Cu不活泼的导电物质如石墨 Ag等即可 溶液C中含有Fe3 如FeCl3溶液 3 Zn比较活泼 在原电池中作负极 Cu作正极 正极发生还原反应 Cu2 在正极得到电子变成Cu 电极反应为Cu2 2e Cu Cu2 发生了反应 则c Cu2 变小 答案 2 Cu石墨FeCl3溶液 3 负还原Cu2 2e Cu变小 4 CO与H2反应还可制备CH3OH CH3OH可作为燃料使用 用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下 解析 4 根据图中的电子流向知c是负极 是甲醇发生氧化反应 CH3OH 6e H2OCO2 6H 线路中转移2mol电子时消耗氧气0 5mol 标准状况下体积为11 2L 电池总反应为2CH3OH 3O22CO2 4H2O 则c电极是 填 正极 或 负极 c电极的反应方程式为 若线路中转移2mol电子 则上述CH3OH燃料电池 消耗的O2在标准状况下的体积为L 答案 4 负极CH3OH 6e H2OCO2 6H 11 2 氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应总结 方法技巧 微点突破18新型电源装置图的分析方法 高考中的新型电池 有二次电池 如 氢镍电池 高铁电池 锂离子电池 全固态锂硫电池 等 燃料电池 如 新型细菌燃料电池 锌 空气燃料电池 等 能源危机是整个世界都在关注的热点问题 而化学电源能实现化学能与电能间的互变 因此 特别是带新型电源装置图的有关问题 成了全国各地高考的 宠儿 解答本类题目的关键是 正确地理解所给装置图信息 有的装置图给出了两极材料 可以根据两极材料的活泼性或者性质 结合所给总反应或者某一极电极反应判断出两极 正确理解箭头 用箭头指向电极的为反应物 远离电极的为生成物 有的直接标出了电子的流向或者原电池的正负极 可根据原电池原理写出电极反应 有的给出了离子交换膜 明确原电池中阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 一般传导的这种离子 要在一个电极产生 在另一电极消耗 可有助于正确地书写电极反应 题组巩固 1 2017 福建厦门一中月考 交通运输部在南海华阳礁举行华阳灯塔和赤瓜灯塔竣工发光仪式 宣布两座大型多功能灯塔正式发光并投入使用 灯塔可用镁海水电池提供能源 其装置如图所示 下列有关海水电池的说法正确的是 A X可为铁 铜 石墨等电极B 每转移2mol电子 2molH 由交换膜左侧向右侧迁移C 正极的电极反应式为H2O2 2e 2H 2H2OD 该电池能将化学能全部转化成电能 C 解析 该海水电池的负极材料是金属镁 正极X的材料的金属活泼性比金属镁的差 但不能是可以和双氧水反应的金属铁等物质 故A错误 阳离子会移向正极 即每转移2mol电子 有2molH 由交换膜右侧向左侧迁移 故B错误 原电池的正极上发生得电子的还原反应 H2O2 2e 2H 2H2O 故C正确 该电池能将化学能部分转化成电能 部分转化为热能 故D错误 2 2018 湖北恩施月考 据报道 以硼氢化合物NaBH4 B元素的化合价为 3价 和H2O2作原料的燃料电池 其负极材料采用Pt C 正极材料采用MnO2 可用作空军通信卫星电源 其工作原理如图所示 下列说法正确的是 A 该电池的负极反应为 8OH 8e 6H2OB 电池放电时Na 从b极区移向a极区C 每消耗3molH2O2 转移的电子为3molD 电极a采用MnO2作电极材料 A B 真题体验感悟考法 明确考向 考向一新型化学电源1 2017 全国 卷 11 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 D B 3 2014 全国 卷 12 2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系 下列叙述错误的是 A a为电池的正极B 电池充电反应为LiMn2O4Li1 xMn2O4 xLiC 放电时 a极锂的化合价发生变化D 放电时 溶液中Li 从b向a迁移 C 解析 根据原电池中金属性较强的材料作负极 可知b为电池的负极 则a为电池的正极 A项正确 电池的充电反应为电解池原理 B项正确 放电时 a作电池的正极 Mn元素化合价发生变化 Li元素化合价不变 C项错误 放电时 阳离子移向电池的正极 D项正确 考向二二次电池 C 考向三燃料电池5 2015 全国 卷 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 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 6O26CO2 6H2O 解析 负极发生氧化反应 生成CO2气体 A项错误 微生物电池中的化学反应速率较快 即微生物促进了反应中电子的转移 B项正确 原电池中阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 C项正确 电池总反应是C6H12O6与O2反应生成CO2和H2O D项正确 6 2015 江苏卷 10 一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图 下列有关该电池的说法正确的是 D