高考化学大一轮复习 第六章 化学反应与能量 6.2 原电池 化学电源课件 新人教版.ppt

第二节原电池化学电源 考点一原电池的工作原理 核心自主排查 1 概念和反应本质 原电池是把化学能转化为 的装置 其反应本质是 电能 氧化还原反应 2 原电池的工作原理 以铜锌原电池为例 锌片 铜片 zn 2e zn2 cu2 2e cu 氧化反应 还原反应 zn cu 负 正 正 负 3 构成条件 1 一看反应 看是否有能 的氧化还原反应发生 一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应 2 二看两电极 一般是活泼性 的两电极 3 三看是否形成闭合回路 形成闭合回路需三个条件 电解质溶液 两电极直接或间接接触 两电极插入电解质溶液中 自发进行 不同 4 原电池中的三个方向 1 电子方向 从 极流出沿导线流入 极 2 电流方向 从 极沿导线流向 极 3 离子的迁移方向 电解质溶液中 阴离子向 极迁移 阳离子向 极迁移 负 正 正 负 负 正 思维诊断 正确的打 错误的打 1 活泼性强的金属一定为负极 提示 例如mg al用导线连接后 插入naoh溶液中 mg是正极 al是负极 2 电解质溶液中的离子通过盐桥移向两极 提示 电解质溶液中的离子不能通过盐桥移向两极 盐桥中 含饱和kcl溶液 阴 阳离子移向两极 3 由fe cu fecl3溶液组成的原电池中 负极反应式为cu 2e cu2 提示 fe的还原性比cu强 铁作负极 4 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 提示 如燃料电池中的负极为惰性电极 不参与电极反应 5 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 提示 cao h2o ca oh 2不是氧化还原反应 6 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胶的kcl饱和溶液 提示 kcl和agno3反应生成agcl沉淀易阻止原电池反应的发生 方法点拨 1 原电池正 负极的判断 2 溶液ph变化判断 1 当负极产生的金属离子结合溶液中的oh 时 电极附近的溶液ph降低 当正极o2得电子时结合溶液中的水时 生成oh 使溶液中的ph增大 2 电池工作时整个溶液ph的变化必须从总反应式来分析 当电解质溶液中酸被消耗时 溶液ph增大 当电解质溶液中碱被消耗时 溶液ph减小 3 原电池的有关计算 电子守恒法是氧化还原计算的最基本的方法 计算时可由电极反应式中的氧化剂 或还原剂 与得到的电子 或失去的电子 之间的关系进行计算 基础小题快练 1 下列烧杯中盛放的都是稀硫酸 在铜上能产生气泡的是 解析 选a 锌铜原电池 铜作正极 铜上氢离子放电生成氢气 有气泡产生 a正确 b c项中的铜 银都不与硫酸反应 不能形成原电池 错误 d项中没有形成闭合电路 错误 2 如图 在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极x y 外电路中电子流向如图所示 关于该装置的下列说法正确的是 a 外电路的电流方向为x 外电路 yb 若两电极分别为铁和碳棒 则x为碳棒 y为铁c x极上发生的是还原反应 y极上发生的是氧化反应d 若两电极都是金属 则它们的活动性顺序为x y 解析 选d 外电路电子流向为x 外电路 y 电流的方向与电子的流向相反 a错误 若两电极分别为铁和碳棒 则y为碳棒 x为铁 b错误 x极失电子 x极发生氧化反应 y极发生还原反应 c错误 若两电极都是金属 x是负极 金属活动性顺序为x y d正确 高考模拟预测 1 2016 上海高考 图1是铜锌原电池示意图 图2中 x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量 y轴表示世纪金榜导学号30682086 a 铜棒的质量b c zn2 c c h d c 解析 选c 在正极cu上溶液中的h 获得电子变为氢气 铜棒的质量不变 a项错误 由于zn是负极 不断发生反应zn 2e zn2 所以溶液中c zn2 增大 b项错误 由于反应不断消耗h 所以溶液中的c h 逐渐降低 c项正确 不参加反应 其浓度不变 d项错误 2 某兴趣小组设计了如图所示原电池装置 盐桥中吸附有饱和k2so4溶液 下列说法正确的是 世纪金榜导学号30682087 a 该原电池的正极反应是cu2 2e cub 甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅c 盐桥中的流向甲烧杯d 若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸 电流表指针反向偏转 解析 选b 正极发生fe3 e fe2 a错误 甲烧杯中发生fe3 e fe2 则甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅 b正确 阴离子向负极移动 c错误 若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸与铜发生氧化还原反应 铜为负极 电流表指针偏转方向不变 d错误 加固训练 某小组利用下列装置进行电化学实验 下列实验操作及预期现象正确的是 a x和y与电流表连接 电子由cu极流向zn极b x和y与电流表连接 将zn换成fe测得电流更大c x和y分别与电源 极相连 cu极质量减轻d x和y分别与电源 极相连 zn极质量减轻 解析 选c x和y与电流表连接 zn作负极 电子由zn极流向cu极 a错误 fe cu的活动性相差小 测得电流也小 b错误 x和y分别与电源 极连接 x作阴极 y作阳极 质量减轻 c正确 d错误 考点二原电池原理的应用 核心自主排查 1 设计制作化学电源 负极 正极 电极材料 2 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 反应速率 增大 增大 3 金属的防护 使被保护的金属制品作原电池 而得到保护 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 4 比较金属活动性强弱 两种金属用导线相连浸入稀硫酸中 作 的金属活泼性强 正极 负极 高考命题探究 模拟母题示例 设计原电池 2017 阳泉模拟 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 请画出设计的原电池装置图 并标出电极材料 电极名称及电解质溶液 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 则此时该溶液中电极变为 填 正 或 负 极 解析 1 先分析氧化还原反应 找出正负极反应 即可确定正负极区的电解质溶液 2 发生氧化反应的电极是负极 i 失电子 3 反应达到平衡时 无电子流动 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 答案 1 如下图 2 2i 2e i2 3 无 4 负 模拟母题变式 1 外电路电流为零时 反应是否停止 填 是 或 否 提示 否 反应达到平衡时 电流为零 该平衡是动态平衡 反应仍在进行 2 该盐桥原电池反应达到平衡时 若向两个半电池中加入淀粉溶液 填 正极区 或 负极区 溶液变蓝 提示 负极区 2i 2e i2 碘在负极区生成 负极区溶液变蓝 高考母题示例 比较化学反应速率 2015 海南高考改编 10ml浓度为1mol l 1的盐酸与过量的锌粉反应 若加入适量的下列溶液 能减慢反应速率且氢气生成量减少的是 a k2so4b ch3coonac cuso4d na2co3 解析 选d zn与盐酸反应 若减慢反应速率 则c h 减小 加入k2so4溶液 相当于稀释 氢气生成量不变 a错误 ch3coona与hcl反应生成ch3cooh 使溶液中c h 减小 反应速率降低 因发生2ch3cooh zn ch3coo 2zn h2 氢气生成量不变 b错误 加入cuso4溶液与zn反应cuso4 zn cu znso4 生成的cu与zn和盐酸构成原电池 加快反应速率 c错误 加入na2co3溶液与盐酸反应消耗了hcl c h 减小 速率减慢 氢气生成量减小 d正确 探究归纳总结 1 能设计成原电池的反应一定是放热的氧化还原反应 吸热反应不可能将化学能转化为电能 在原电池中还原性强的物质作为负极 氧化性强的物质作为正极 正极材料只起导电作用 一般用 万能电极 石墨 2 利用原电池原理可加快制氢气的速率 但可能影响生成氢气的量 需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决于酸的量 3 离子不上导线 电子不进溶液 即电子在导线中移动而不能在溶液中通过 自由离子在溶液中迁移而不能在导线中通过 高考模拟预测 1 2017 晋城模拟 有a b c d四个金属电极 有关的实验装置及部分实验现象如下 由此可判断这四种金属的活动性顺序是 a a b c db b c d ac d a b cd a b d c 解析 选c 由第一个装置a极溶解 可知a极是负极 金属活动性a b 第二个装置依据氧化性 还原性的规律判断金属活动性b c 第三个装置的金属活动性d c 由第四个装置电流从a d 则电子从d a 故金属活动性d a 2 理论上任何一个自发的氧化还原反应均可以设计成原电池 世纪金榜导学号30682088 1 根据氧化还原反应 fe 2fe3 3fe2 设计的原电池如图所示 其中盐桥内装琼胶 饱和kno3溶液 请回答下列问题 电解质溶液x是 电解质溶液y是 写出两电极的电极反应式 铁电极 碳电极 外电路中的电子是从 电极流向 电极 填 fe 或 c 盐桥中向x溶液中迁移的离子是 填字母 a k b c ag d 2 请将氧化还原反应3cu 8hno3 稀 3cu no3 2 2no 4h2o设计成原电池 在装置图中的横线上写出相应的电极及电解质溶液 并写出相应的电极反应式 电极反应式 正极 负极 解析 1 根据反应 fe作负极 c作正极 负极电解液中应含有亚铁离子 正极反应为fe3 e fe2 因而y为含fe3 的电解质溶液 电极反应 负极fe 2e fe2 正极2fe3 2e 2fe2 外电路电子由负极流向正极 fe是负极 因而向x溶液中迁移的是阴离子即为 2 由反应可知 cu发生氧化反应 作负极 其电极反应式为3cu 6e 3cu2 正极应选用碳棒或其他惰性电极 其电极反应式为2 6e 8h 2no 4h2o 参照其装置图可知其正极 负极的电解质分别为hno3 cu no3 2 答案 1 fecl2 或feso4 fecl3 或fe2 so4 3 fe 2e fe2 2fe3 2e 2fe2 fec b 2 2 6e 8h 2no 4h2o3cu 6e 3cu2 加固训练 1 2017 石家庄模拟 向等质量的两份锌粉a b中分别加入过量的稀硫酸 同时向a中加少量的cuso4溶液 产生h2的体积v l 与时间t min 的关系如下所示 正确的是 解析 选a zn h2so4 znso4 h2 反应速率较快 若向a中加入少量的cuso4溶液 则有 zn cuso4 cu znso4 消耗一部分zn 生成的cu附于zn上 又构成无数微小的cu zn原电池 加快了zn的反应速率 所以zn与稀硫酸反应时 加入cuso4则反应速率加快 应先反应完 但因cu2 消耗了一定量的zn 生成h2的量要小于b 2 2017 衡阳模拟 100ml浓度为2mol l 1的盐酸跟过量的锌片反应 为加快反应速率 又不影响生成h2的总量 可采用的方法是 a 加入适量6mol l 1的盐酸b 加入几滴cucl2溶液c 加入适量蒸馏水d 加入适量的nacl溶液 解析 选b zn置换出cucl2中的cu cu zn 稀盐酸构成原电池 加快反应速率 不影响产生h2的量 3 2017 青岛模拟 为了避免锌片与cu2 直接接触发生反应而影响原电池的放电效率 有人设计了如下装置 按要求完成以下填空 1 此装置工作时 可以观察到的现象是 电池总反应式为 2 电池工作时 硫酸锌溶液中向 移动 硫酸铜溶液中向 移动 3 此盐桥内装有含琼胶的饱和kcl溶液 盐桥是通过 移动来导电的 在工作时 k 移向 解析 该装置为锌铜原电池 总反应式为zn cu2 cu zn2 电池工作时 观察到电流计指针发生偏转 锌片不断溶解 铜片上有红色物质析出 电池工作时 znso4溶液中向负极 锌电极 移动 cuso4溶液中向盐桥移动 而盐桥中 k 向正极区 cuso4溶液 移动 cl 向负极区 znso4溶液 移动 这样靠离子的移动形成闭合回路而导电 答案 1 电流计指针发生偏转 锌片逐渐溶解 铜片上有红色物质析出zn cu2 zn2 cu 2 锌电极盐桥 3 离子正极区 cuso4溶液 考点三化学电源电极反应式的书写 核心自主排查 1 一次电池 1 干电池 总反应 zn 2mno2 2nh4cl zncl2 mn2o3 2nh3 h2o 负极 锌筒 正极 石墨 2 2e 2nh3 h2 mno2的作用 将正极生成的氢气氧化为水 发生反应 2mno2 h2 mn2o3 h2o zn 2e zn2 2 碱性锌锰干电池 总反应 zn 2mno2 2h2o 2mno oh zn oh 2正极反应 2mno2 2h2o 2e 2mno oh 2oh 负极反应 zn 2oh 2e zn oh 2 2 二次电池 能多次重复使用 以铅蓄电池为例 总反应式 pb s pbo2 s 2h2so4 aq 2pbso4 s 2h2o l 3 燃料电池 将燃料燃烧的化学能直接转化为电能的装置 1 正极反应式 碱性电解液 o2 4e 2h2o 4oh 酸性电解液 o2 4e 4h 2h2o 固体或熔融 固体电解质在熔融状态传导o2 o2 4e 2o2 熔融碳酸盐 o2 4e 2co2 2 2 负极反应式 可将总反应式减去正极反应式后 再将两边相同的项删去 做适当调整即为负极反应式 正极反应式和上面不同介质的正极反应式相同 下面只写对应的负极反应式和总反应式 氢氧燃料电池 总反应均为 碱性电解液 酸性电解液 固体或熔融 固体电解质在熔融状态传导o2 熔融碳酸盐 2h2 o2 2h2o h2 2e 2oh 2h2o h2 2e 2h h2 2e o2 h2o 甲醇 空气 含co2 与碳酸锂熔融盐燃料电池 总反应 负极 甲烷 空气 koh燃料电池 总反应 负极 2ch3oh 3o2 2co2 4h2o 丁烷 空气燃料电池 其电解质是掺杂氧化钇 y2o3 的氧化锆 zro2 晶体 在熔融状态能传导o2 总反应 2c4h10 13o2 8co2 10h2o负极 c4h10 26e 13o2 4co2 5h2o 思维诊断 正确的打 错误的打 1 可充电电池中 放电与充电都是自发进行的氧化还原反应 提示 对于可充电电池 放电时为原电池是自发进行的氧化还原反应 充电时为电解池是被迫进行的氧化还原反应 2 手机 电脑中使用的锂电池属于一次电池 提示 锂电池能反复使用 属于二次电池 3 铅蓄电池工作过程中 当电路中转移0 2mol电子 负极质量增加9 6g 正极质量增加6 4g 提示 根据放电时正极 负极反应分析得 负极反应 pb s aq 2e pbso4 s 正极反应 pbo2 s 4h aq aq 2e pbso4 s 2h2o l 当电路中转移0 2mol电子 负极pb s pbso4 s 正极pbo2 s pbso4 s 负极质量增加9 6g 正极质量增加6 4g 4 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池 放电过程中 h 从正极区向负极区迁移 提示 放电过程中 h 从负极区向正极区迁移 5 固体酸燃料电池以ca hso4 2固体为电解质传递h 电池总反应可表示为2h2 o2 2h2o 则电池工作时电子从通o2的一极通过外电路流向通h2的一极 提示 通h2的一极是负极 通氧气的一极为正极 所以电子从通h2的一极通过外电路流向通o2的一极 高考命题探究 角度1燃料电池 高考母题示例 2015 江苏高考 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世纪金榜导学号30682089 a 反应ch4 h2o3h2 co 每消耗1molch4转移12mol电子b 电极a上h2参与的电极反应为h2 2oh 2e 2h2oc 电池工作时 向电极b移动d 电极b上发生的电极反应为o2 2co2 4e 2 解析 选d 根据化学反应方程式 每有1mol甲烷参与反应转移电子数为6mol a项错误 因为电解质为熔融态的碳酸盐 所以电极a上h2参与的电极反应式为h2 2e h2o co2 b项错误 根据原电池工作原理 电极a是负极 电极b是正极 阴离子向负极移动 碳酸根离子向负极移动 电极a c项错误 电极b上氧气得电子与二氧化碳结合生成碳酸根离子 因此电极反应式为o2 4e 2co2 2 d项正确 高考母题变式 1 电极a上co参与反应的电极反应式为 提示 co 2e 2co2 电极a为负极 co被氧化为co2 2 燃料电池的总反应式为 提示 co h2 o2 h2o co2 负极是co h2发生氧化反应 正极o2参与反应 探究归纳总结 电池反应式的书写步骤 角度2可充电电池 高考母题示例 2016 四川高考 某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池 放电时电池总反应为li1 xcoo2 lixc6 licoo2 c6 x 1 下列关于该电池的说法不正确的是世纪金榜导学号30682090 a 放电时 li 在电解质中由负极向正极迁移b 放电时 负极的电极反应式为lixc6 xe xli c6c 充电时 若转移1mole 石墨 c6 电极将增重7xgd 充电时 阳极的电极反应式为licoo2 xe li1 xcoo2 xli 解析 选c 放电时 阳离子向原电池的正极移动 a选项正确 li1 xcoo2中li显 1价 氧显 2价 则co显 3 x 价 lixc6中li和c均显0价 负极发生氧化反应 其电极反应式为lixc6 xe xli c6 b选项正确 充电时 c6为电解池的阴极 电极反应式为xli c6 xe lixc6 若转移1mol电子 石墨电极质量增加7g c选项错误 正极发生还原反应 其电极反应式为li1 xcoo2 xli xe licoo2 则充电时 阳极的电极反应式为licoo2 xe li1 xcoo2 xli d选项正确 探究归纳总结 充电电池题目的解答方法 1 电池放电时发生原电池反应 充电时发生电解池反应 在充电时电池的负极接电源的负极 即负极接负极后作阴极 正极接正极后作阳极 2 充电电池的充 放电时的电极反应为阴极 负极反应相反 阳极 正极反应相反 3 阳极和负极都发生氧化反应 阴极和正极都发生还原反应 4 充电电池放电时 电解质溶液中的阳离子移向正极 阴离子移向负极 电子从负极经导线流向正极 电池充电时 电解质溶液中的阳离子移向阴极 阴离子移向阳极 5 ph变化 电极附近溶液的ph变化 根据电极反应式进行分析 角度3新型化学电源 高考母题示例 2016 甲卷 mg agcl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池 下列叙述错误的是 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 选b 根据题意 电池总反应式为mg 2agcl mgcl2 2ag 正极反应式为2agcl 2e 2cl 2ag 负极反应式为mg 2e mg2 a项正确 b项错误 对原电池来说 在电解质溶液的内部 阴离子由正极移向负极 c项正确 由于镁是活泼金属 则负极会发生副反应mg 2h2o mg oh 2 h2 d项正确 高考母题变式 1 该电池能否用kcl溶液激活 提示 能 mg agcl电池能够被海水 主要是含大量的氯化钠 激活 改用kcl溶液作电解质溶液也能够激活电池 2 该电池能否用于海上应急照明供电 提示 能 该电池相当于干电池 高考模拟预测 1 工业上燃烧硫矿石制取硫酸的废气so2 用电化学原理将so2转化为重要的化工原料 如下图 下列说法正确的是 a a为负极 电极反应式为so2 2e 2h2o 4h b 电子从a极经导线移向b极 再经溶液移向a极c 电池工作一段时间后电解质溶液的ph增大d 用该电池电解硫酸铜溶液 电解池的电极为惰性电极 消耗氧气的物质的量与析出铜的物质的量之比为2 1 解析 选a 通入so2的a极为负极 a正确 原电池中电子从负极经导线流向正极 但电子不进入溶液 b错误 该电池的总反应为2so2 o2 2h2o 4h 2 因为反应中生成h 所以电池工作一段时间后 电解质溶液的ph减小 c错误 1molo2参与反应转移4mol电子 而1molcu2 放电需要2mol电子 所以消耗氧气的物质的量与析出铜的物质的量之比为1 2 d错误 2 2017 洛阳模拟 锂空气电池比传统的锂离子电池拥有更强的蓄电能力 是传统锂电池容量的10倍 其原理示意图如下 有关说法正确的是 世纪金榜导学号30682091 a a为电池的正极b 电池充电时 b极发生的反应为o2 2h2o 4e 4oh c 放电时 a极锂的化合价未发生变化d 充电时 溶液中li 从b极向a极迁移 解析 选d 金属li电极为原电池的负极 电极反应式为li e li a c错误 电池充电时 b极发生的反应为4oh 4e o2 2h2o b错误 充电时 阳离子移向阴极 d正确 3 2017 许昌模拟 如图是zn h2o2电池 该电池是以食盐水为电解质溶液 电池工作时可以用于照明 下列有关该电池说法错误的是 a 食盐溶液中cl 向pt电极移动b h2o2在pt电极上发生的电极反应为h2o2 2e 2oh c zn电极发生氧化反应d 电子从