（课标通用）山东省高考化学专题六第2讲原电池化学电源课件.pptx

1、第2讲 原电池 化学电源,微专题一 原电池的工作原理及应用,微专题二 化学电源,总纲目录,山东省教学指导意见,微专题一原电池的工作原理及应用,1.概念和反应本质 原电池是将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,3.工作原理,特别提醒(1)盐桥的组成:盐桥中装有KCl等溶液和琼胶制成的胶 冻。 (2)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。,4.原电池原理的应用 (1)比较金属活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属比作 正极的金属活泼。 (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

2、应速率 加快。例如,在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。,(3)用于金属的防护 使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如,要保 护铁质的输水管道或钢铁桥梁等,可用导线将其与一锌块相连,使锌作原电池的负极。 (4)设计制作化学电源 a.首先将氧化还原反应分成两个半反应。 b.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。,1.易错易混辨析(正确的画“”,错误的画“”)。 (1)所有的氧化还原反应都可以设计成原电池( ) (2)原电池装置可以把化学能全部转化为电能( ) (3)Mg-Al形成的原电池,Mg一定作负极( ) (4)在原电池

3、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( ) (5)实验室制备H2时,用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳( ),(6)铁铜原电池中,负极反应式为Fe-3e- Fe3+( ) (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)锌铜原电池中,因为有电子通过电解质溶液,形成闭合回路,所以有电流产生( ),2.【深度思考】 如何判断原电池的正、负极? (1)由组成原电池的电极材料判断。一般是活动性较强的金属为极,活动性较弱的金属或能导电的非金属为极。 (2)根据电流方向或电子流动方向判断。外电路:电流由极流向极;电子由极流向极。 (

4、3)根据原电池的电解质溶液中离子的移动方向判断。在原电池的电解质溶液中,阳离子移向极,阴离子移向极。,(4)根据原电池两极发生的反应类型判断。原电池的极失电子发生氧化反应,极得电子发生还原反应。 (5)根据现象判断。一般情况下,溶解的一极为极,增重或有气体逸出的一极为极。,答案(1)负正(2)正负负正(3)正负(4)负正(5)负正,题组一原电池的工作原理,1.(2018安徽合肥模拟)如图是某同学设计的铜锌原电池装置,实验时,观察到滤纸上紫色小点向A极移动。下列说法不正确的是( ),A.A为Zn片,发生氧化反应 B.电子由B经导线流向A C.B电极反应式为2H+2e-H2 D.若将Cu片移出滤纸

5、,锌片会继续溶解,解析BA项,原电池中阴离子向负极移动,Mn向A极移动,则A极为 Zn片,作为原电池的负极,发生氧化反应,正确;B项,电子由A(负极)经导线流向B(正极),错误;C项,H+在Cu电极上得电子,正确;D项,Zn会与滤纸上的稀硫酸反应而溶解,正确。,2.(2019重庆联考)分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( ),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,A.中Mg作负极,中Fe作负极,解析B中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能和NaOH溶液反

6、应失去电子,故Al是负极;中Fe在浓硝酸中钝化,Cu和浓硝酸反应失去电子,作负极,A、C错误。中电池总反应为2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+ 3H2,负极反应式为2Al+8OH-6e- 2Al+4H2O,则正极反应式为6H 2O+6e- 6OH-+3H2,B正确。中Cu作正极,电极反应式为O2+2H2O +4e- 4OH-,D错误。,题后悟道 原电池电极反应式的书写方法 注电极反应式配平方法:先电荷守恒,再质量守恒。,题组二原电池原理的应用,3.向两份过量的锌粉a、b中分别加入等量的稀硫酸,同时向a中加入少量的CuSO4溶液,产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系正确的是

7、 ( B ),解析加入CuSO4溶液,Zn置换出Cu,Zn、Cu、稀硫酸形成原电池,反应速率加快,由于H2SO4的物质的量相等,故产生H2的体积相等。,4.X、Y、Z、M四种金属,已知X可以从Y的盐溶液中置换出Y;X和Z作原电池电极时,Z为正极;Y和Z的离子共存于电解液中,Y离子先放电;M离子的氧化性强于Y离子。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为( D ) A.XYZMB.XZMY C.MZXYD.XZYM,解析X可以从Y的盐溶液中置换出Y,说明X的活动性强于Y;X和Z作原电池电极时,Z为正极,说明X的活动性强于Z;Y和Z的离子共存于电解液中,Y离子先放电,说明Z的活动性强于Y;M离子的氧化

8、性强于Y离子,说明Y的活动性强于M,所以得出这四种金属的活动性由强到弱的顺序为XZYM。,5.某原电池总反应为Cu+2Fe3+Cu2+2Fe2+,下列能实现该反应的原电 池是( D ),解析由题意知,Cu作负极,正极材料的金属活动性必须弱于Cu或为导电的非金属,其中B、D项符合该条件;由Fe3+得电子生成Fe2+,可知电解质溶液中必须含有Fe3+,故D项符合题意。,6.某校化学兴趣小组进行探究性活动,将氧化还原反应2Fe3+2I- 2Fe2+ I2设计成带盐桥的原电池。提供的试剂有FeCl3溶液、KI溶液,其他用品任选。请回答下列问题: (1)请补充下面原电池的装置图,在括号内填上正、负极的材

9、料、电解质溶液。,(2)发生氧化反应的电极反应式为。 (3)反应达到平衡时,外电路导线中(填“有”或“无”)电流通过。 (4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,当固体全部溶解后,则此时该溶液中的电极变为(填“正”或“负”)极。,答案(1) (2)2I-2e- I2(3)无(4)负,解析(1)依据原电池原理分析,该氧化还原反应中Fe3+在正极得电子,发生还原反应,I-在负极失电子,发生氧化反应,负极所在的电解质溶液为KI溶液,正极所在的电解质溶液为FeCl3溶液。电极材料可选取惰性电极,如石墨(碳棒)或其他相对不活泼的金属。 (2)发生氧化反应的电极是负极,I-失电子。 (3)反应

10、达到平衡时,从左向右和从右向左移动的电子数目相同,故无电流产生。 (4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,平衡逆向移动,此时Fe2+失 电子,电极变成负极。,微专题二化学电源,1.一次电池 (1)碱性锌锰干电池 正极反应:2MnO2+2H2O+2e- 2MnOOH+2OH-; 负极反应:Zn-2e-+2OH- Zn(OH)2; 总反应:Zn+2MnO2+2H2O 2MnOOH+Zn(OH)2。,(2)锌银电池 负极反应:Zn+2OH-2e- Zn(OH)2; 正极反应:Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-; 总反应:Zn+Ag2O+H2O Zn(OH)2+2Ag。,2.二次

11、电池 铅蓄电池总反应:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l) (1)放电时原电池 负极反应:Pb(s)+S(aq)-2e- PbSO4(s); 正极反应:PbO2(s)+4H+(aq)+S(aq)+2e- PbSO4(s)+2H2O(l)。 (2)充电时电解池 阴极反应:PbSO4(s)+2e- Pb(s)+S(aq);,阳极反应:PbSO4(s)+2H2O(l)-2e- PbO2(s)+4H+(aq)+S(aq)。 放电时原电池的负极作充电时电解池的阴极。,3.燃料电池 (1)氢氧燃料电池 总反应:2H2+O2 2H2O; a.酸性介质 负极:H

12、2-2e- 2H+; 正极:O2+4H+4e- 2H2O。 b.碱性介质,负极:H2-2e-+2OH- 2H2O; 正极:O2+4e-+2H2O 4OH-。 c.熔融的金属氧化物作介质传导O2- 负极:H2-2e-+O2- H2O; 正极:O2+4e- 2O2-。 d.碳酸盐作介质 负极:H2-2e-+C CO2+H2O;,正极:O2+4e-+2CO2 2C。 (2)甲烷氧气燃料电池(只写出负极反应式即可) a.CH4-8e-+10OH- C+7H2O(碱性介质); b.CH4-8e-+2H2O CO2+8H+(酸性介质); c.CH4-8e-+4C 5CO2+2H2O(碳酸盐作介质); d.

13、CH4-8e-+4O2- CO2+2H2O(熔融的金属氧化物作介质高温下 能传导O2-)。,1.易错易混辨析(正确的画“”,错误的画“”)。 (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)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( ) (4)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能( ) (5)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2-4e- 4H+( ),(6)铅蓄电池工作时,当电路中转移0.1 mol电子时,负极增重48 g( ),2.【深度思考】 (1)氢氧燃料电池以

14、KOH溶液作电解质溶液时,工作一段时间后,电解质溶液的浓度将(填“减小”“增大”或“不变”,下同),溶液的pH。 (2)氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时,工作一段时间后,电解质溶液的浓度将(填“减小”“增大”或“不变”,下同),溶液的pH。,答案(1)减小减小(2)减小增大,题组一一次电池,1.银锌电池是一种常见化学电源,其反应原理为Zn+Ag2O+H2O Zn(OH)2+2Ag,其工作示意图如图,下列说法不正确的是( ),A.Zn电极是负极 B.Ag2O电极发生还原反应 C.Zn电极的电极反应式:Zn-2e-+2OH- Zn(OH)2 D.放电前后电解质溶液的pH保持不变,解析D由

15、银锌电池的总反应式可知,放电后n(OH-)不变,V(H2O)减小,故c(OH-)变大,则pH变大。,2.某电池以K2FeO4和Zn为电极材料,KOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是( A ) A.Zn为电池的负极 B.正极反应式为2Fe+10H+6e- Fe2O3+5H2O C.该电池放电过程中电解质溶液浓度不变 D.电池工作时OH-向正极迁移,解析根据化合价升降判断,Zn化合价只能上升,故为负极材料,K2FeO4为正极材料,A正确;KOH溶液为电解质溶液,则正极电极反应式为2Fe+6e-+8H2O 2Fe(OH)3+10OH-,B错误;由电池总反应式3Zn+2K2 FeO4+8H2O 3Z

16、n(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH可知,放电后电解质溶液浓 度变大,C错误;电池工作时阴离子OH-向负极迁移,D错误。,3.(2016课标,11,6分)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述的是( B ) A.负极反应式为Mg-2e- Mg2+ B.正极反应式为Ag+e- Ag C.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电池中,Mg为负极,AgCl为正极,故正极反应式应为AgCl+e- Ag+Cl-,B项错误。,A.放电时,Cl向负极移动 B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2 C.放电时,

17、正极反应为:3CO2+4e-2C+C D.充电时,正极反应为:Na+e-Na,解析D放电时,负极反应为:4Na-4e-4Na+,正极反应为3CO2+4e- C+2C;Na+移向正极,C、Cl移向负极,A、C正确;充电过程 与放电过程相反,B正确;充电时,阳极反应为2C+C-4e-3CO2,D 错误。,5.(2018课标,11,6分)一种可充电锂空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是( ),A.放电时,多孔碳材料电极为负极 B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移

18、D.充电时,电池总反应为Li2O2-x 2Li+(1-)O2,解析DA项,依据题意和可充电电池装置图判断出,放电时锂电极作负极,多孔碳材料电极作正极,错误;B项,在原电池中,外电路电子由负极流向正极,即放电时,外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极,错误;C项,充电时,电解质溶液中的阳离子向阴极区迁移,即Li+向锂电极区迁移,错误;D项,充电时,Li+在阴极区得到电子生成Li,阳极区生成O2,即电池总反应为Li2O2-x 2Li+(1-)O2,正确。,6.(2017课标,11,6分)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+x

19、S8 8Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是( ),A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li+2e- 3Li2S4 B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 g C.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,解析D电池工作时为原电池,电池内部阳离子向正极移动,根据图示中Li+移动方向可知,电极a为正极,依次发生S8Li2S8Li2S6Li2S4Li2S2的转化,A正确;电池工作时负极反应式为Li-e- Li+,当转移0.02 mol 电子时,负极消耗的Li的物质的量为0.02 mol,质量为0.14 g,B

20、正确;石墨烯具有导电性,可以提高电极a的导电能力,C正确;电池充电时为电解池,此时Li2S2的量越来越少,D错误。,7.联合国开发计划署在中国首个“氢经济示范城市”江苏如皋落户。用吸附了H2的碳纳米管等材料制作的二次电池的原理如图所示。下列说法正确的是( ),A.电池总反应式为H2+2NiO(OH) 2Ni(OH)2 B.放电时,甲电极为负极,OH-移向乙电极 C.放电时,乙电极反应为NiO(OH)+H2O+e- Ni(OH)2+OH- D.充电时,甲电极与直流电源的正极相连,解析C放电时,H2在甲电极放电,负极的电极反应式为H2+2OH-2e- 2H2O,正极的电极反应式为2NiO(OH)+

21、2H2O+2e- 2Ni(OH)2+2 OH-,则两式相加得总反应式:H2+2NiO(OH) 2Ni(OH)2,故A错误;放电 时,该电池为原电池,甲电极为负极,电解质溶液中阴离子向负极移动,所以OH-向负极甲电极移动,故B错误;放电时,乙电极为正极,得电子发生还原反应,电极反应式为NiO(OH)+H2O+e- Ni(OH)2+OH-,故C正确; 放电时,氢气在甲电极发生氧化反应,甲电极作负极,充电时,甲电极发生,还原反应,作阴极,应与电源的负极相连,故D错误。,题后悟道 二次电池工作原理模型,题组三燃料电池,8.H2S废气资源化利用途径之一是回收能量并得到单质硫。反应原理为:2H2S(g)+O2(g) S2(s)+2H2O(l)H=-632 kJmol-1。下图为质子膜 H2S燃料电池的示意图。下列说法不正确的是( ),A.电路中每通过2 mol电子,电池内部释放316 kJ热能 B.每34 g H2S参与反应,有2 mol H+经质子膜进入正极区 C.电极a为电池的负极 D.电极b上发生的电极反应为O2+4e-+4H+2H2O,解析A原电池的能量转化形式主要是化学能转化为电能,A错误;34 g H2S的物质的量为1 mol,根据电极反应式可知有2 mol H+经质子膜进入正极区,与氧气结合生成水,B正确;该电池属于燃料电池,通入燃料的一极为负极,通入氧气的一极为正极,电极