高考化学总复习 第三单元 第2节 原电池 化学电源配套课件.ppt

第2节 原电池化学电源 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 回归教材 一 原电池的工作原理 甲 乙 化学能转化为电能 活动性不同的金属 失 氧化反应 得 还原反应 续表 zn 2e zn2 2h 2e h2 负极 正极 正极 负极 正极 负极 直接接触 闭合回路 电中性 二 化学电源 1 一次电池 不能充电 不能反复使用 zn 2oh 2e zn oh 2 zn ag2o h2o zn oh 2 2ag 2 二次 可充 电池 可充电 可多次重复使用 如铅蓄电池 3 燃料电池 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池 工作时 燃料和氧化剂连续地由外部供给 燃料电池的燃料可以是氢气 烃 肼 甲醇 氨 煤气等多种液体或气体 如氢氧燃料电池 o2 4h 4e 2h2o o2 2h2o 4e 4oh 2h2 4e 4h 2h2 4e 4oh 4h2o 自主测评 1 2013年安徽高考 热激活电池可用作火箭 导弹的工作电源 一种热激活电池的基本结构如下图所示 其中作为电解质的无水licl kcl混合物受热熔融后 电池即可瞬间输出电能 该电池总反应式为 pbso4 2licl ca cacl2 li2so4 pb 下列有关说法正确的是 a 正极反应式 ca 2cl 2e cacl2b 放电过程中 li 向负极移动c 每转移0 1mol电子 理论上生成20 7gpbd 常温时 在正负极间接上电流表或检流计 指针不偏转 动 b错误 每转移0 1mol电子 理论上生成0 05molpb 质量为10 35g c错误 常温下 电解质不是熔融态 离子不能移动 不能产生电流 故指针不偏转 d正确 答案 d 解析 正极发生还原反应 电极方程式为 pbso4 2e pb so a错误 放电过程为原电池 阳离子向正极移 2 2011年福建高考 锂水电池 可作为鱼雷和潜艇的储备电源 该电池以金属锂和钢板为电极材料 以lioh为电解质 a 水既是氧化剂又是溶剂b 放电时正极上有氢气生成c 放电时oh 向正极移动d 总反应式为 2li 2h2o 2lioh h2 答案 c 解析 在反应中氢元素的化合价降低 因此h2o作氧化剂 同时又起到溶剂的作用 a正确 放电时正极反应为2h2o 2e 2oh h2 b正确 正极周围聚集大量oh 因此溶液中的阳离子li 向正极移动 负极周围聚集大量li 因此溶液中的阴离子oh 向负极移动 c错误 根据题给信息知锂水电池的总反应式为 2li 2h2o 2lioh h2 d正确 hcooh的原理示意图 下列说法不正确的是 3 2012年北京高考 人工光合作用能够借助太阳能 用co2和h2o制备化学原料 下图是通过人工光合作用制备 a 该过程是将太阳能转化为化学能的过程b 催化剂a表面发生氧化反应 有o2产生c 催化剂a附近酸性减弱 催化剂b附近酸性增强hcooh d 催化剂b表面发生的反应是 co2 2h 2e 4h o2 可见在催化剂a上有o2产生 因同时生成h 使催化剂a附近酸性增强 所以可知b正确 c错误 h 透过 解析 由题干叙述知该过程利用太阳能使co2与h2o转化为hcooh 实现了太阳能转化为化学能的过程 a正确 利用图示中电子转移可知催化剂a表面发生反应 2h2o 4e 质子交换膜到达催化剂b处与co2发生反应 co2 2h 2e hcooh d正确 答案 c 4 2012年四川高考 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 4e h2o ch3cooh 4h 下列有关说法正确的是 a 检测时 电解质溶液中的h 向负极移动b 若有0 4mol电子转移 则在标准状况下消耗4 48l氧气c 电池反应的化学方程式为 ch3ch2oh o2 ch3cooh h2od 正极上发生的反应为 o2 4e 2h2o 4oh 解析 结合题意 该电池总反应即是乙醇的氧化反应 不 消耗h 故负极产生的h 应向正极移动 a错误 酸性溶液中 正极电极反应式为 o2 4e 4h 2h2o d错误 结合d项 转移0 4mol电子时 消耗o20 1mol 即标况下的体积为2 24l b错误 答案 c 5 分析下图所示的四个原电池装置 结论正确的是 a 1 2 中mg作负极 3 4 中fe作负极 b 2 中mg作正极 电极反应式为 6h2o 6e 6oh 3h2 c 3 中fe作负极 电极反应式为 fe 2e fe2 d 4 中cu作正极 电极反应式为 2h 2e h2 解析 1 中mg作负极 2 中al作负极 发生的总反应为 2al 2naoh 2h2o 2naalo2 3h2 mg不与naoh反应 3 中铁遇浓硝酸钝化 cu与浓硝酸反应 cu 4hno3 浓 cu no3 2 2no2 2h2o 4 中铁作负极 为中性环境 发生吸氧腐蚀 答案 b 重点一 原电池电极的确定 原电池电极材料的几种情况 活性不同的两种金属材料电极 如铜锌原电池中的铜 锌 金属与非金属材料电极 如锌锰干电池中的锌 炭 金属与化合物材料电极 如铅蓄电池中的铅 氧化铅 惰性电极材料电极 如氢氧燃料电池中的石墨或金属铂 1 根据电极材料确定 对于金属 金属电极 通常较活泼的金属是负极 较不活泼的金属是正极 如原电池 zn cu cuso4中 zn作负极 cu作正极 对于金属 非金属电极 金属作负极 非金属作正极 对于金属 化合物电极 金属作负极 化合物作正极 2 根据电极反应确定 原电池中 负极发生氧化反应 正 极发生还原反应 3 根据电极现象确定 若电极不断溶解或质量不断减少 该电极发生氧化反应 通常为原电池的负极 若原电池电极上有气体生成 电极质量不断增加或不变 该电极发生还原反应 通常为原电池的正极 4 根据移动方向判断 电子流动方向是由负极流向正极 电子流出的一极为负极 流入的一极为正极 电流是由正极流向负极 电流流出的一极为正极 流入的一极为负极 在原电池的电解质溶液内 阳离子移向正极 阴离子移向负极 例1 高铁电池是一种新型的可充电电池 与普通电池相比 该电池能较长时间保持稳定的放电电压 高铁电池的总 反应为 3zn 2k2feo4 8h2o 3zn oh 2 2fe oh 3 4koh 请回答下列问题 1 高铁电池的负极材料是 2 放电时 正极发生 填 氧化 或 还原 反应 已知负极反应为 zn 2e 2oh zn oh 2 则正极反应为 3 放电时 填 正 或 负 极附近溶液的碱性增强 解析 电池的负极上发生氧化反应 正极上发生还原反应 由高铁电池放电时总反应方程式可知 负极材料应为作还原剂的zn 由电池的总反应方程式和负极反应式可得出正极反应式碱性增强 重点二 原电池反应式的书写 书写原电池的电极反应式时 首先要根据原电池的工作原理准确判断正 负极 然后结合电解质溶液的环境确定电极产物 最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式 1 书写步骤 2 书写方法 3 实例分析 例2 可以将氧化还原反应2h2 o2 2h2o设计成原 电池 1 利用氢气和氧气 氢氧化钾溶液构成燃料电池 则负极通入的气体是 正极通入的气体是 电极反应式为 正极 负极 2 如把koh改为稀硫酸作电解质 则电极反应式为 正 极 负极 3 1 和 2 的电解质溶液不同 反应进行后 其溶液的ph 各有何变化 4 如把h2改为甲烷 koh溶液作电解质溶液 则电极反应式为 正极 负极 解析 1 根据电池反应式可知在反应中h2被氧化 o2被还原 h2应该在负极上反应 o2应该在正极上反应 又因为是碱性溶液 不可能有h 参加或生成 故负极的电极反应为 h2 2oh 2e 2h2o 正极的电极反应为 o2 2h2o 4e 4oh 2 若将导电物质换为酸性溶液 此时应考虑不可能有oh 生成 故负极的电极反应为 h2 2e 2h 正极的电极反应为 o2 4h 4e 2h2o 3 由于前者在碱性条件下反应 koh的量不变 但工作时h2o增多 故溶液变稀 ph将变小 而后者为酸溶液 h2so4的量不变 h2o增多 故溶液变稀 ph将变大 4 如把h2改为甲烷 koh溶液作电解质 则正极为2o2 4h2o 8e 8oh 此时不会有co2放出 负极为ch4 10oh co 7h2o 8e 答案 1 h2o2o2 2h2o 4e 4oh h2 2oh 2e 2h2o 2 o2 4h 4e 2h2oh2 2e 2h 3 前者变小 后者变大 4 2o2 4h2o 8e 8oh ch4 10oh 8e co 7h2o 拓展应用 1 肼 空气燃料电池是一种碱性电池 该电池放电时 负 极的反应式为 2 高铁酸钾 k2feo4 是一种强氧化剂 可作为水处理剂和高容量电池材料 fecl3和kclo在强碱性条件下反应可制取k2feo4 其反应的离子方程式为 与mno2 zn电池类似 k2feo4 zn也可以组成碱性电池 k2feo4在电池中作为正极材料 其电极反应式为 该电池总反应的离子方程式为 3 铝电池性能优越 al ago电池可用作水下动力电源 其原理如下图所示 该电池反应的化学方程式为 解析 1 肼 空气燃料电池中o2在正极反应 故负极是肼发生反应 n2h4 4e 4oh n2 4h2o 2 fecl3和kclo在强碱性条件下反应 clo 的还原产物应该是cl k2feo4 zn组成碱性电池 k2feo4在电池中作为正极材料 6价fe应被还原为 3价 其电极反应式为 feo 3e 4h2o fe oh 3 5oh 总反应的离子方程式也不难写出 关键是抓住fe和zn的存在形式分别是fe oh 3和zn oh 2 3 al作负极 ago ag作正极 naoh和naalo2溶液是电解质溶液 所以生成物是naalo2 ag h2o 重点三 原电池原理的应用 1 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增大 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 2 比较金属活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极 一般作负极的金属比作正极的金属活泼 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 如要保护一个铁制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 4 设计制作化学电源 1 首先将已知的氧化还原反应拆分成为两个半反应 2 根据原电池的电极反应特点 结合两个半反应找出正 负极材料及电解质溶液 3 电池中的负极必须能够与电解质溶液或其中溶解的物 质反应 4 电解质溶液一般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 如空气中的氧气 但如果两个半反应分别在两个容器中进行 中间连接盐桥 则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子 5 按要求画出原电池装置图 例3 某科研单位利用电化学原理用so2来制备硫酸 装置如下图 含有某种催化剂 电极为多孔的材料 能吸附气体 同时也能使气体与电解质溶液充分接触 1 通入so2的电极为 极 其电极反应式为 此电极区ph 填 增大 减小 或 不变 2 电解质溶液中的h 通过质子膜 填 向左 向右 或 不 移动 通入氧气的电极反应式为 3 电池总反应式为 新型电源考点归纳1 新型电池的正负极的判断 该类电池一般会给出相应的反应物 生成物或反应方程式 只要根据元素的常规价态去判断即可 新型电池 负极材料 元素化合价升高的物质发生氧化反应的物质 正极材料 元素化合价降低的物质发生还原反应的物质 2 书写新型电池的电极反应式 分析物质得失电子情况 据此确定正极 负极上发生反应的物质 分析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 写出比较容易书写的电极反应式 若有总反应式 可用总反应式减去第三步中的电极反应式 即得另一极的电极反应式 3 新型电池充电时的判断 电池充电的实质是把放电时发生的变化再复原的过程 即放电是原电池 充电是电解的过程 解决该类题目时 先分清原电池放电时的正 负极 再根据电池充电时阳极接正极 阴极接负极的原理进行分析 4 新型电池中离子的移动方向 阴离子移向负极 阳离子移向正极 这是因为负极失电子 生成大量阳离子积聚在负极附近 致使该极附近有大量正电荷 所以溶液中的阴离子要移向负极 正极得电子 该极附近的阳离子因得电子生成电中性的物质而使该极附近带负电荷 所以溶液中的阳离子要移向正极 虽然从微观上讲不参与电极反应的离子发生移动 但从宏观上讲其在溶液中各区域的浓度基本不变 解析 由题意知 电池总反应为 h2 2nio oh 2ni oh 2 可充电电池在充电时 实际上起一个电解池的作用 与外电源正极连接的电极是阳极 发生氧化反应 与放电时的正极反应相反 可知ni oh 2在反应中失电子被氧化 发生氧化反应 答案 d 例4 一种充电电池放电时的电极反应为 h2 2oh 2e 2h2o nio oh h2o e ni oh 2 oh 当为电池充电时 与外电源正极连接的电极上发生的反应是 a h2o的还原b nio oh 的还原c h2的氧化d ni oh 2的氧化 考点一原电池工作原理1 原电池正 负电极的极性不仅与电极材料的性质有关 也与电解质溶液有关 下列由不同材料组成的原电池 电极反应正 确的是 a 由fe cu与稀硫酸组成的原电池 其负极反应式为 fe 3e fe3 b 由al mg与氢氧化钠溶液组成的原电池 其负极反应式为 mg 2e 2oh mg oh 2c 由pb cu与氯化铁溶液组成的原电池 其正极反应式为 cu 2e cu2 d 由al cu与浓硝酸组成的原电池 其负极反应式为 cu 2e cu2 答案 d 解析 由fe cu与稀硫酸组成的原电池 fe作负极 电极反应式为 fe 2e fe2 a错误 由al fe与氢氧化钠溶液组成的原电池 电池总反应为 2al 2h2o 2naoh 2naalo2 3h2 al作负极 电极反应式为 al 3e 4oh alo 2h2o b错误 由pb cu与氯化铁溶液组成的原电池 正极为pb 电极反应式为 fe3 e fe2 c错误 由al cu与浓硝酸组成的原电池 al遇浓硝酸钝化 cu作负极 电极反应式为 cu 2e cu2 d正确 a 装置 和装置 中负极反应均是 fe 2e fe 2 根据下图判断 下列说法正确的是 2 b 装置 和装置 中正极反应均是 o2 2h2o 4e 4oh c 装置 和装置 中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动d 放电过程中 装置 左侧烧杯和装置 右侧烧杯中溶液的ph均增大 答案 d 解析 装置 中 由于zn比fe活泼 所以zn作原电池的负极 电极反应式为 zn 2e zn2 fe作正极 电极反应式为 o2 2h2o 4e 4oh 由于正极有oh 生成 因此溶液的ph增大 装置 中 fe作负极 电极反应式为 fe 2e fe2 cu作正极 电极反应式为 2h 2e h2 正极由于不断消耗h 所以溶液的ph逐渐增大 据此可知a b皆错 d正确 在原电池的电解质溶液中 阳离子移向正极 c错误 不正确的是 考点二 化学电源 3 一种新型燃料电池 以镍板为电极插入koh溶液中 分别向两极通入乙烷 c2h6 和氧气 其中某一电极反应式为 c2h6 18oh 14e 2co3 12h2o