2020版高考化学大一轮复习 第6单元 化学反应与能量 第2节 原电池 化学电源课件 新人教版.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。(宏观辨识与微观探析)2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。(证据推理与模型认知),考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,原电池的工作原理1.概念原电池是把转化为的装置。2.工作原理以锌铜原电池为例,化学能,电能,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,(1)反应原理:,氧化反应,还原反应,正,负,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,(2)盐桥的组成和作用:盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的冻胶。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。,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,3.构成条件,自发进行,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,自主练习1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。(1)反应CaO+H2O=Ca(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)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极,活泼性强的金属一定作负极()(4)在锌铜原电池中,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()(5)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(),考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,2.下列示意图中能构成原电池的是(),答案,解析,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,3.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。下列说法中正确的是()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-+3H2C.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,解析,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,考向1原电池工作原理例1如图是某同学设计的原电池装置,下列叙述中正确的是()A.电极上发生还原反应,作原电池的负极B.电极的电极反应式为Cu2+2e-=CuC.该原电池的总反应为2Fe3+Cu=Cu2+2Fe2+D.盐桥中装有含氯化钾的琼脂,其作用是传递电子,答案,解析,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,归纳总结(1)只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。(2)在原电池中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)负极失去的电子总数一定等于正极得到的电子总数。(5)同一氧化还原反应,设计成原电池反应的速率一定比直接发生氧化还原反应的速率快。(6)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+应结合OH-生成水。电极反应式要遵守电荷守恒、质量守恒及电子得失守恒。,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,对点演练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,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,考向2原电池正负极的判断及电极反应式的书写例2(2018天津静海调研)根据电化学知识回答下列问题:如图所示,在不同的电解质溶液中可以组成不同的电池。(1)当电解质溶液为稀硫酸时,Fe电极是(填“正”或“负”)极,其电极反应式为。(2)当电解质溶液为NaOH溶液时,Al电极是(填“正”或“负”)极,其电极反应式为。(3)若把铝改为锌,电解质溶液为浓硝酸,则Fe电极是(填“正”或“负”)极,其电极反应式为。,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,归纳总结1.原电池正、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,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,2.原电池电极反应式的书写(1)先确定原电池的正、负极,列出正、负极上的反应物。(2)根据氧化还原反应原理写出电极反应式。负极反应。负极上发生失去电子的氧化反应。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。正极上发生得到电子的还原反应。当正极上的反应物是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反应生成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,H+与O2得电子生成水,电极反应式为O2+4H+4e-=2H2O。,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,(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,即可得到较难写出的另一极的电极反应式。,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,对点演练银器时间久了表面会逐渐变黑,这是因为生成了硫化银。有人设计用原电池原理进行“抛光”,其处理方法是将一定浓度的氯化钠溶液放入一铝制容器中,再将变黑的银器浸入溶液中,放置一段时间后,黑色会褪去,而银器恢复光泽,且不会损失。试回答:(1)氯化钠溶液的作用是。(2)在此原电池反应中,负极发生的电极反应为,正极发生的电极反应为。(3)反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体,溶液中发生的反应为,原电池的总反应方程式为。,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,原电池原理的应用1.加快化学反应速率一个自发进行的氧化还原反应,形成原电池时会使反应速率。如在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液构成原电池,使Zn与稀硫酸的反应速率会。2.金属的防护使被保护的金属制品作原电池而得到保护。如在轮船水下部分装上锌块,使锌作原电池的负极保护铁。3.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(特殊情况除外)。,加快,加快,正极,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,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,结合两个半反应确定正、负极材料和电解质溶液。如:根据反应2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2设计的原电池为:,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,装置如下图所示:,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,自主练习1.电工经常说的一句口头禅:“铝接铜,瞎糊弄”,所以电工操作上规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用,原因是什么?,提示铜、铝接触在潮湿的环境中会形成原电池,会加快铝的腐蚀,易造成电路断路。,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,2.等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中加入少量的CuSO4溶液,如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系,其中正确的是(),答案,解析,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,考向原电池原理的应用例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: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料、电解质溶液。,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,(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,则此时该溶液中电极变为(填“正”或“负”)极。,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,答案(1)(2)2I-2e-=I2(3)无(4)负,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,解析(1)依据原电池原理分析,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,正极所在的电解质溶液为FeCl3。电极材料可选取惰性电极,如石墨(碳棒)或其他不活泼性金属。(2)发生氧化反应的电极是负极,负极上I-失电子。(3)反应达到平衡时,从左到右和从右到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,该溶液中电极变成负极。,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,归纳总结原电池设计类试题的解题思路(1)利用氧化还原反应知识判断题给总反应中的氧化反应、还原反应。(2)选择合适的电极材料和电解质溶液。(3)画出原电池装置图。画图时应注意:要标出电极材料、电解质溶液;要明确简易装置图和带有盐桥的装置图的区别等。,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,对点演练(1)事实证明,能设计成原电池的反应通常是放热反应,下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是(填序号,下同)。a.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)H0b.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)H0c.NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)H0若以KOH溶液为电解质溶液,依据所选反应设计一个原电池,其正极的电极反应式为。,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,(2)某同学用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂饱和KNO3溶液的U形管)设计成一个原电池,如图所示,下列判断中正确的是。a.实验过程中,左侧烧杯中浓度不变b.实验过程中取出盐桥,原电池能继续工作c.若开始时用U形铜代替盐桥,装置中无电流产生d.若开始时用U形铜代替盐桥,U形铜的质量不变,答案(1)bO2+4e-+2H2O=4OH-(2)d,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,化学电源,Zn-2e-=Zn2+,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,2H2+4OH-4e-=4H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-,2H2-4e-=4H+,O2+4H+4e-=2H2O,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,自主练习1.判断正误,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)铅蓄电池工作时,当电路中转移0.1mol电子时,负极增重4.8g()(3)若使反应Fe+2Fe3+=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作催化剂,可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长()(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()(6)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(),必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,2.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、放电过程为Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2,有关该电池的说法正确的是()A.充电时阳极反应:Ni(OH)2+OH-e-NiOOH+H2OB.充电过程是化学能转化为电能的过程C.放电时负极附近溶液的碱性不变D.放电时电解质溶液中的OH-向正极移动,答案,解析,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考向1燃料电池例1(2019天津武清区大良中学高三月考)燃料电池作为安全性能较好的一类化学电源得到了更快的发展,一种以联氨(N2H4)为燃料的环保电池工作原理如图所示,工作时产生稳定无污染的物质。下列说法正确的是()A.M极生成氮气且电极附近pH降低B.负极上每消耗1molN2H4,会有2molH+通过质子交换膜C.正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-D.电极M是原电池的正极,答案,解析,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,解题思路,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,归纳总结书写燃料电池电极反应式的步骤,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,对点演练科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池,其效率更高。一个电极通入空气,另一电极通入汽油蒸气,其中电池的电解质是掺杂了Y2O3(Y为钇)的ZrO2(Zr为锆)晶体,它在高温下能传导O2-,若以丁烷(C4H10)代表汽油,总反应为2C4H10+13O2=8CO2+10H2O。有关该电池的说法错误的是()A.该电池负极的电极反应式为2C4H10+26O2-52e-=8CO2+10H2OB.O2-向负极移动C.该电池正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-D.丁烷在放电时发生氧化反应,答案,解析,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考向2可充电电池例2(2018课标全国,12)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为:3CO2+4Na2Na2CO3+C,下列说法错误的是()A.放电时,向负极移动B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2C.放电时,正极反应为:3CO2+4e-=2+CD.充电时,正极反应为:Na+e-=Na,答案,解析,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,解题模板,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,归纳总结(1)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、放电反应过程不能理解为可逆反应。(2)充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反,充电时的阳极反应与放电时的正极反应相反,充电时的阴极反应与放电时的负极反应相反。根据正确书写的电极反应式,可顺利判断各电极周围溶液pH的变化。,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(3)可充电电池电极反应式的书写技巧。书写可充电电池电极反应式时,一般都是先书写放电时的电极反应式。书写放电时的电极反应式时,一般要有三个步骤:第一,先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目,找出参与负极和正极反应的物质;第二,写出一个比较简单的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液反应);第三,在电子守恒的基础上,利用总反应式减去写出的电极反应式即可得到另一电极反应式。,考点一,考点二,