高考化学一轮复习 第8章 第2讲 原电池 化学电源.ppt

必考部分 第八章 化学反应与能量 导航高考 考点突破 随堂演练 自我诊断 课时作业 1 了解原电池的工作原理 能写出电极反应式和电池反应方程式 2 了解常见的化学电源 认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用 3 了解新型电池的电极反应及应用 考纲解读 近五年来 新课标地区对原电池工作原理考查18次 试题难度以中等难度为主稍有难度 预计2014年高考在题型上以传统题型为主 其中原电池的工作原理 电极及电池反应式的书写 原电池的有关计算都是命题的热点内容 考向分析 考点图析 一 原电池1 概念 把化学能转化为 的装置 2 工作原理 以锌 铜电池为例 基础知识梳理 3 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 能自发进行的 反应 思考 通常的氧化还原反应为什么不能获得电流 二 化学电源1 碱性锌锰干电池 一次电池负极反应 正极反应 2mno2 2h2o 2e 2mnooh 2oh 总反应式 zn 2mno2 2h2o 2mnooh zn oh 2 2 二次电池 可充电电池 铅蓄电池铅蓄电池是常见的二次电池 负极材料是 正极材料是 1 放电时的反应 负极反应 正极反应 pbo2 s 4h aq so aq 2e pbso4 s 2h2o l 电池总反应 pb s pbo2 s 2h2so4 aq 2pbso4 s 2h2o l 2 充电时的反应 阴极反应 3 燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池 可分酸性和碱性两种 答案 一 1 电能2 zn 2e zn2 cu2 2e cu氧化还原zncuzn cu2 zn2 cu3 2 电解质 4 氧化还原思考 通常的氧化还原反应中 还原剂把电子直接转移给氧化剂 如zn cu2 zn2 cu中 此反应中 zn原子把电子直接给了在溶液中与之接触的cu2 自身被氧化成zn2 进入溶液 而cu2 在锌片上直接得到电子被还原成cu 得不到电流 1 双选 下列装置可以形成原电池的是 自主检查 答案 ab 解析 构成原电池需要具备下列三个条件 活泼性不同的两个电极 有电解质溶液 组成闭合回路 故a b符合条件 2 某学生欲完成cu 2ag 2ag cu2 反应 设计了下列四个实验 可行的是 答案 c 解析 a b d三项中反应都不能自发进行 只有c正确可行 3 如图所示是zn和cu形成的原电池 其实验兴趣小组做完实验后 在读书卡上的记录如下 则卡片上的描述合理的是 a b c d 答案 b 4 碱性电池具有容量大 放电电流大的特点 因而得到广泛应用 锌 锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液 电池总反应式为 zn 2mno2 2h2o zn oh 2 2mnooh 下列说法错误的是 a 电池工作时 锌失去电子b 电池正极的电极反应式为 2mno2 2h2o 2e 2mnooh 2oh c 电池工作时 电子由正极通过外电路流向负极d 外电路中每通过0 2mol电子 锌的质量理论上减少6 5g 答案 c 解析 从电池总反应式zn 2mno2 2h2o zn oh 2 2mnooh可以确定zn为负极 电子从负极流出经外电路流向正极 当外电路中通过0 2mol电子 参加反应的锌理论上为0 1mol 即质量减少6 5g 5 a b二个烧杯分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸 1 a中反应的离子方程式为 2 b中sn作 极 电极反应式为 sn极附近溶液的ph 填 增大 减小 或 不变 fe作 极 电极反应式为 答案 1 fe 2h fe2 h2 2 正2h 2e h2 增大负fe 2e fe2 1 正负极判断 2 电极反应式的书写书写电极反应式时 要根据电极材料 电解质溶液分析电极反应和电极产物 写出电极反应式 还要注意电子守恒 1 负极为活泼金属时 一般失去电子形成可溶性稳定价态阳离子 或进入溶液 或与电解质发生反应 若为燃料电池 负极一般不参与反应 可燃气体失去电子 形成稳定的氧化产物 或进一步与电解质溶液反应 2 正极上 一般是溶液中氧化性最强的微粒获得电子被还原 生成稳定的还原产物 或进一步与电解质溶液反应 3 正 负两极反应式在确保得失电子数目相等的前提下 加和可得电池反应总方程式 例1 双选 铜锌原电池如图工作时 下列叙述正确的是 a 正极反应为 zn 2e zn2 b 电池反应为 zn cu2 zn2 cuc 在外电路中 电子从负极流向正极d 盐桥中的k 移向znso4溶液 解析 本题考查原电池 电池的正极得电子 a选项错误 结合该电池的装置图可知 该过程中的氧化还原反应为zn cu2 zn2 cu b选项正确 外电路中 电子从负极流向正极 c选项正确 左烧杯中由于zn失去电子形成zn2 使的该烧杯中正电荷的离子增加 为维持电中性 k 应该通过盐桥流向cuso4所在的右烧杯 d选项错误 答案 bc 1 将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间 以下叙述正确的是 a 两烧杯中铜片表面均无气泡产生b 甲中铜片是正极 乙中铜片是负极c 两烧杯中溶液的ph均增大d 甲产生气泡的速度比乙慢 变式训练 答案 c 解析 甲为由铜 锌 稀硫酸 导线构成的原电池 所以锌电极失电子 失掉的电子沿导线流到铜电极 溶液中的氢离子在铜电极上得到锌失掉的电子而被还原为氢气 乙中铜片没有任何作用 只是锌与稀硫酸发生一个简单的化学反应 锌失电子直接给溶液中的氢离子 氢离子直接在锌片上被还原为氢气 故选项a b错误 由于两个烧杯中都是氢离子得电子成为氢气脱离溶液体系 所以两烧杯中溶液的ph均增大 选项c正确 甲 乙总反应相同 但甲构成了原电池反应速率较快 d项错 2 有关电化学知识的描述正确的是 a 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b 某原电池反应为cu 2agno3 cu no3 2 2ag 装置中的盐桥中可以是装有含琼脂的kcl饱和溶液 答案 d 解析 a项中 反应是非氧化还原反应 不能设计成原电池 错 b项中 反应过程中会发生ag cl agcl 错 c项中 fe遇浓硝酸会发生钝化 而cu能与浓硝酸反应失去电子作负极 错 1 比较不同金属的活动性强弱根据原电池原理可知 在原电池反应过程中 一般活动性强的金属作负极 而活动性弱的金属 或碳棒 作正极 若有两种金属a和b 用导线将a和b连接后 插入稀硫酸中 一段时间后 若观察到a极溶解 而b极上有气体放出 则说明在原电池工作过程中 a被氧化成阳离子而失去电子作负极 b作正极 则可以断定金属a的金属活动性比b的强 2 加快化学反应速率由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反应且有电流产生 因而反应速率加快 如zn与稀h2so4反应制氢气时 可向溶液中滴加少量cuso4溶液 形成cu zn原电池 加快反应进行 3 设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的四个条件 具体方法是 1 首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应 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 负极就是失电子的物质 正极用比负极活泼性差的金属即可 也可以用石墨 及电解质溶液 电解质溶液的选择电解质是使负极放电的物质 因此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选择与电极材料相同的阳离子 如在铜 锌 硫酸构成的原电池中 负极金属锌浸泡在含有zn2 的电解质溶液中 而正极铜浸泡在含有cu2 的溶液中 电极材料的选择在原电池中 选择还原性较强的物质作为负极 氧化性较强的物质作为正极 并且 原电池的电极必须导电 电池中的负极必须能够与电解质溶液反应 容易失去电子 因此负极一般是活泼的金属材料 也可以是还原性较强的非金属材料如h2 ch4等 3 按要求画出原电池装置图 例2 利用化学反应 2fecl3 cu 2fecl2 cucl2 选择合适的材料和试剂 设计一个原电池 可供选择的电极材料 铁棒 铜棒 石墨棒 可供选择的电解质溶液 cucl2溶液 fecl2溶液 fecl3溶液 请回答下列问题 1 选用 作正极材料 作负极材料 选用 作该原电池的电解质溶液 2 写出有关的电极反应式 正极 负极 解析 本题综合考查原电池工作原理 并设计原电池 根据原电池的构成条件 发生还原反应的一极为正极 发生氧化反应的一极为负极 该反应中cu为还原剂 作原电池的负极 fecl3溶液为氧化剂 作电解质溶液 正极为石墨棒 不能是铁棒 若为铁棒则发生反应2fecl3 fe 3fecl2 答案 1 石墨棒铜棒fecl3溶液 2 2fe3 2e 2fe2 cu 2e cu2 规律方法 原电池的设计关键是负极材料和电解质溶液的成分 一般来说 在总反应中失电子的物质作负极或某物质在负极上失电子发生氧化反应 溶液的某离子或物质在正极上得电子 发生还原反应 3 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 变式训练 答案 d 解析 由题意知 cu为负极材料 由正极材料的金属活性必须小于cu 其中b d项符合该条件 由fe3 得电子生成fe2 知 电解质溶液中必须含有fe3 同时符合上述两条件的只有d项 4 把a b c d四块金属浸泡在稀h2so4中 用导线两两相连可以组成各种原电池 若a b相连时 a为负极 c d相连时 d上有气体逸出 a c相连时 a极减轻 b d相连时 b为正极 则四种金属的活动性顺序为 a a b c db a c b dc a c d bd b d c a 答案 c 解析 原电池中金属活泼性强的作负极 即a b 金属与稀h2so4反应 正极上有h2产生 而负极减轻 故有c d a c d b 综上应有a c d b 典例 熔融碳酸盐燃料电池的电解质为li2co3和na2co3的混合物 燃料为co 氧化剂是含co2的o2 在工作过程中 电解质熔融液的组成 浓度都不变 1 负极反应为 2 正极反应为 3 工作时熔融体中的 向负极移动 易错剖析 问题记录 2 错误原因 燃料电池用熔融的碳酸盐作电解质 由于思维定势 正极的反应应为溶液中的阳离子得电子 根据同主族元素性质递变 锂离子应比钠离子易得电子 所以得出正极反应为 li e li 3 错误原因 在原电池中不知阴 阳离子流向哪一极 也是由于思维定势 往往认为负极电子多 阳离子应该流向负极 实际上是负极失电子 但电子不是停留在负极 而是由外电路很快流向正极 产生电流 释放电能 阳离子流向正极 在正极放电 生成新物质 相反阴离子将流向负极 a 2ag s cd2 aq 2ag aq cd s b co2 aq cd s co s cd2 aq c 2ag aq cd s 2ag s cd2 aq d 2ag aq co s 2ag s co2 aq 答案 a 解析 本题考查原电池原理及其运用 意在考查考生原电池装置的判断和总反应方程式的书写 从两个原电池的电极可以判断出三种金属的活泼性关系为 cd co ag 则氧化性关系 cd2 co2 ag 根据氧化还原反应规律a项不符合 两强制两弱原理 答案 d 3 2012 安徽 11 某兴趣小组设计如下微型实验装置 实验时 先断开k2 闭合k1 两极均有气泡产生 一段时间后 断开k1 闭合k2 发现电流表a指针偏转 下列有关描述正确的是 答案 d 电极附近c oh 增大 溶液变红 a b都错 当断开k1 闭合k2时组成原电池 铜作负极而石墨做正极 石墨电极电极反应式为 cl2 2e 2cl c项错误 d项正确 点评 本题通过对原电池和电解池的判断 电极反应式的书写及产物的判断来考查学生分析问题解决问题的能力 4 2012 全国大纲 11 四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池 相连时 外电路电流从 流向 相连时 为正极 相连时 上有气泡逸出 相连时 的质量减少 据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是 a b c d 答案 b 解析 本题考查原电池原理的应用 相连 电流从 流出 则 为正极 金属活动性 相连 为正极 金属活动性 相连 上有气泡逸出 则 上为h 放电 为正极 金属活性 相连 的质量减少 则 为负极 金属活动性 故金属活动性 b项正确 答案 d 解析 a是关于原电池的反应 其中电解液中的硫酸被消耗 故酸性减弱 ph将增大 正确 b是关于负极反应式的判断 判断的要点是 抓住总方程式中 放电 是原电池 充电 是电解池的规律 再分析清楚价态的变化趋势 从而快速准确地判断 b是正确的 c是充电时的电解池反应 二氧化铅作为阳极 其上必发生氧化反应 正确 d是充电时的电解池反应 阳离子应向阴极移动即向铅电极移动 错误 6 某固体酸燃料电池以cshso4固体为电解质传递h 其基本结构如图所示 电池总反应可表示为 2h2 o2 2h2o 下列有关说法正确的是 a 电子通过外电路从b极流向a极b b极上的电极反应式为 o2 2h2o 4e 4oh c 每转移0 1mol电子 消耗1 12l的h2d h 由a极通过固体酸电解质传递到b极 答案 d 解析 本题以氢氧燃料电池为载体考查了原电池原理 电极反应式书写及离子的移动方向等 通氢气的电极为负极 通氧气的一极为正极 电子由外电路的负极流向正极 即由a电极流向b电极 a选项错误 因为是酸性电解质 b电极的电极反应式应为 o2 4e 4h 2h2o b选项错误 c项未说明状况 无法计算体积 c选项错误 在原电池电解液中阳离子移向正极 故h 移向正极 并参与正极反应 d选项正确 2 充电时na所在电极与直流电源 极相连 3 充电时阳极反应为 放电时负极反应为 4 用此电池电解饱和nacl溶液