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原电池 知识梳理化学能与电能.课标要求1 .了解化学能与热能的相互转化，了解化学能转化为热能在生产、生活中的应用及其对人类文明发展的贡献。2 .举例说明化学能与电能的转化关系及其运用，认识化学能转化为电能对现代化的重大意义，初步了解化学电池的化学反应基础（氧化还原反应）及研制新型电池的重要性。.考纲要求1 .了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。2 .了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。3 .了解能源是人类生存和社会发展的重要基础，了解化学在解决能源危机中的重要作用。.教材精讲1、化学能转化为电能的方式电能(电力)火电（火力发电）化学能热能机械能电能缺点：环境污染、低效原电池将化学能直接转化为电能优点：清洁、高效2、原电池原理（1）概念：把化学能直接转化为电能的装置叫做原电池。（2）原电池的工作原理：通过氧化还原反应（有电子的转移）把化学能转变为电能。（3）构成原电池的条件：a.电极为导体且活泼性不同；b.两个电极接触（导线连接或直接接触）；c.两个相互连接的电极插入电解质溶液构成闭合回路。（4）电极名称及发生的反应：负极：较活泼的金属作负极，负极发生氧化反应电极反应式：较活泼金属ne金属阳离子负极现象：负极溶解，负极质量减少。正极：较不活泼的金属或石墨作正极，正极发生还原反应，电极反应式：溶液中阳离子ne单质正极的现象：一般有气体放出或正极质量增加。（5）原电池正负极的判断方法：依据原电池两极的材料：较活泼的金属作负极（K、Ca、Na太活泼，不能作电极）；较不活泼金属或可导电非金属（石墨）、氧化物（MnO2）等作正极。根据电流方向或电子流向：（外电路）的电流由正极流向负极；电子则由负极经外电路流向原电池的正极。根据内电路离子的迁移方向：阳离子流向原电池正极，阴离子流向原电池负极。根据原电池中的反应类型：负极：失电子，发生氧化反应，现象通常是电极本身消耗，质量减小。正极：得电子，发生还原反应，现象是常伴随金属的析出或H2的放出。（6）原电池电极反应的书写方法：原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应，负极反应是氧化反应，正极反应是还原反应。因此书写电极反应的方法归纳如下：a.写出总反应方程式； b.把总反应根据电子得失情况，分成氧化反应、还原反应。c.氧化反应在负极发生，还原反应在正极发生，反应物和生成物对号入座，注意酸碱介质和水等参与反应。原电池的总反应式一般把正极和负极反应式相加而得。（7）原电池的应用：加快化学反应速率，如粗锌制氢气速率比纯锌制氢气快。比较金属活动性强弱。设计原电池。金属的腐蚀。3、化学电源基本类型（1）干电池：活泼金属作负极，被腐蚀或消耗。如：CuZn原电池、锌锰电池。（2）充电电池：两极都参加反应的原电池，可充电循环使用。如铅蓄电池、锂电池和银锌电池等。（3）燃料电池：两电极材料均为惰性电极，电极本身不发生反应，而是由引入到两极上的物质发生反应，如H2、CH4燃料电池，其电解质溶液常为碱性试剂（KOH等）。4、知识体系典型例题【例1】（2011北京卷，第8题，6分）结合下图判断，下列叙述正确的是（ ）A和中正极均被保护B. 和中负极反应均是Fe2eFe2 C. 和中正极反应均是O22H2O4e4OHD. 和中分别加入少量K3Fe(CN)6溶液，均有蓝色沉淀【答案】：A【解析】：锌比铁活泼，装置中锌作负极，方程式为Zn2e=Zn2。铁作正极，但溶液显中性，所以发生锌的吸氧腐蚀，正极反应是O22H2O4e4OH；铁比铜活泼，装置中铁作负极，负极反应为Fe2eFe2。铜作正极，但溶液显酸性，所以正极是溶液中的氢离子得电子，方程式为2H+2e=H2。因为装置中没有Fe2生成，所以装置中加入少量K3Fe(CN)6溶液时，没有蓝色沉淀产生。综上所叙，只有选项A是正确的。【例2】（2011全国卷，第11题，6分）铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe+Ni2O3+3H2O= Fe(OH)2+2Ni(OH)2 下列有关该电池的说法不正确的是（ ） A. 电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe B. 电池放电时，负极反应为Fe+2OH-2e-=Fe（OH）2 C. 电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低D. 电池充电时，阳极反应为2Ni（OH）2+2OH-2e-=Ni2O3+3H2O【答案】：C【解析】：由放电时的反应可以得出铁做还原剂失去电子，Ni2O3做氧化剂得到电子，因此选项AB均正确；充电可以看作是放电的逆过程，即阴极为原来的负极，所以电池放电时，负极反应为：Fe+2OH-2e-= Fe(OH)2，所以电池充电过程时阴极反应为Fe(OH)2+2e-= Fe+2OH-，因此电池充电过程中，阴极附近溶液的pH会升高，C不正确；同理分析选项D正确。【例3】（2004年江苏卷，第16题，4分）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(s)+2MnO2(s)+ H2O(l) = Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s),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(s)+H2O(1)+2e = Mn2O3(s)+2OH(aq) 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O.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g【答案】C【解析】：该电池的负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e = Zn(OH)2(s)，正极反应为2MnO2(s)+H2O(1)+2e =Mn2O3(s)+2OH(aq)。Zn为负极，失去电子，电子由负极通过外电路流向正极。1molZn失去2mol电子，外电路中每通过O.2mol电子，Zn的质量理论上减小6.5g。【例4】( 2011江苏高考，第13题，12分) Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，可通过下列方法制备：在KOH加入适量AgNO3 溶液,生成Ag2O沉淀，保持反应温度为80，边搅拌边将一定量K2S2O8溶液缓慢加到上述混合物中，反应完全后，过滤、洗涤、真空干燥得到固体样品。反应方程式为2AgNO34KOHK2S2O8 Ag2O22KNO3K2SO42H2O回答下列问题：（1）上述制备过程中，检验洗涤是否完全的方法是 。(2)银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液，电池放电时正极的Ag2O2 转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn(OH)4，写出该电池反应方程式： 。(3)准确称取上述制备的样品（设Ag2O2仅含和Ag2O）2.558g，在一定的条件下完全分解为Ag 和O2 ，得到224.0mLO2（标准状况下）。计算样品中Ag2O2的质量分数（计算结果精确到小数点后两位）。【解析】：本题以银锌碱性电池正极活性物质Ag2O2制备、制备过程检验洗洗涤是否完全的实验方法、电池反应、以及成分分析与相关计算为背景，试图引导学生关注化学与社会生活，考查学生用化学的思维方式来解决一些现实生活中的一些具体问题的能力。【备考提示】高三复习重视化学与社会生活问题联系，要拓展搞活学科知识。化学计算要物质的量为基本，适当关注化学学科思想（如质量守恒、电荷守恒、极端分析等）等在化学计算中的运用。【答案】：(1)取少许最后一次洗涤滤液，滴入12滴Ba(NO3)2溶液，若不出现白色浑浊，表示已洗涤完全（或取少许最后一次洗涤滤液，滴入12滴酚酞溶液，若溶液不显红色，表示已洗涤完全）(2)Ag2O22Zn4KOH2H2O2K2Zn(OH)42Ag(3)n(O2)224mL/22.4LmL11000mL L11.000102 mol设样品中Ag2O2的物质的量为x, Ag2O的物质的量量为y248gmol1 x 232 gmol1 y 2.588 gx1/2 y 1.000102 mol x9.500103 moly1.000103 molw(Ag2O2)0.91。【例5】（2009.北京）下列叙述正确的是（ ） A将通入溶液中至饱和，无沉淀产生；再通入，产生沉淀 B在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解；再加入固体，铜粉仍不溶解 C向溶液中滴加氨水，产生白色沉淀；再加入溶液，沉淀消失 D纯锌与稀硫酸反应产生氢气的速率较慢；再加入少量固体，速率不改变【解析】本题考查元素及其化合物知识。选项A，CO2、SO2均不能与BaCl2溶液反应，所以再通入SO2时也无沉淀产生。选项B，Cu不能与稀H2SO4反应，但加入Cu(NO3)2后，溶液中存在HNO3，Cu溶解在HNO3中。选项C，Al3与NH3 H2O反应生成Al(OH)3沉淀，加入NaHSO4溶液时，NaHSO4电离出的H使Al(OH)3溶解。选项D，加入CuSO4溶液后形成原电池而加快了产生H2的速度。【答案】C【例6】（2011石景山一模）将洁净的金属片甲、乙、丙、丁分别放置在浸有某种盐溶液的滤纸上面并压紧（如下图所示）。在每次实验时，记录电压指针的移动方向和电压表的读数如下表：（已知构成两电极的金属其金属活泼性相差越大，电压表的读数越大。）依据记录数据判断，下列结论中正确的是（ ）A金属乙能从硫酸铜溶液中置换出铜B甲、乙形成合金时，将该合金露置在空气中，甲先被腐蚀C在四种金属中乙的还原性最强D甲、丁若形成原电池时，甲为正极【答案】B【例7】(2010朝阳二模)右图是水煤气(成分为CO、H2)空气燃料电池的工作原理示意图，a、b均为惰性电极。下列叙述中正确的是( ）AA处通人的是空气，B处通人的是水煤气Ba电极发生还原反应，b电极发生氧化反应 Ca电极的反应式包括：CO+4OH+2e=CO+2H2OD如用这种电池电镀铜，待镀金属增重6.4 g，则至少消耗标准状况下的水煤气2.24 L【答案】D巩固训练1.（2005年广东卷，第15题，4分）一种新燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2。下列对该燃料说法正确的是( )A在熔融电解质中，O2由负极移向正极B电池的总反应是：2C4H10+13O2 =8CO2 +10H2OC通入空气的一极是正极，电极反应为：O2+4e = 2O2D通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10+26e+13O2=4CO2 + 5H2O【答案】B、C。【解析】：丁烷燃料电池的总反应为2C4H10+13O2 =8CO2 +10H2O，负极反应为2C4H10+26O2-52e=8CO2+10H2O，正极反应为13O2+52e= 26O2。熔融电解质中，负离子O2由正极移向负极，正离子由负极移向正极，完成电子运动的循环。2.（2010江苏卷，第8题，4分）下列说法不正确的是A铅蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增加B常温下，反应不能自发进行，则该反应的C一定条件下，使用催化剂能加快反应速率并提高反应物的平衡转化率D相同条件下，溶液中、的氧化性依次减弱【答案】AC【解析】本题主要考查的是相关的反应原理。A项，铅蓄电池在放电过程中，负极反应为其质量在增加；B项，该反应是典型的吸热反应，在常温下不能自发进行；C项，催化剂能改变反应速率，不一定加快，同时它不能改变转化率；D项，可知的氧化性大于，综上分析可知，本题选AC项。3.（2010广东卷，第23题，6分）铜锌原电池（如图9）工作时，下列叙述正确的是 A 正极反应为：Zn2e-=Zn2+ B电池反应为：Zn+Cu2+=Zn2+ +CU C 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 【答案】：BC【解析】：Zn是负极，故A错；电池总反应和没有形成原电池的氧化还原反应相同，故B正确；根据闭合回路的电流方向，在外电路中，电子由负极流向正极，故C正确；在溶液中，阳离子往正极移动，故D错误。4（2009浙江卷，第12题，6分）市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传导Li的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应为： Li+2Li下列说法不正确的是A放电时，负极的电极反应式：Li-e=LiB充电时，Li既发生氧化反应又发生还原反应C该电池不能用水溶液作为电解质D放电过程中Li向负极移动【答案】：D【解析】：A项，Li从零价升至正价，失去电子，作为负极，正确；B项，反应逆向进行时。反应物只有一种，故化合价既有升，又有降，所以既发生氧化反应又发生还原反应，正确；C项，由于Li可以与水反应，故应为非水材料，正确；D项，原电池中阳离子应迁移至正极失电子，故错。5（2010安徽卷,第27题，14分）锂离子电池的广泛应用使回收利用锂货源成为重要课题：某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料（LiMn2O4、碳粉等涂覆在铝箔上）进行资源回收研究，设计实验流程如下：（1）第步反应得到的沉淀X的化学式为 。（2）第步反应的离子方程式是 。（3）第步反应后，过滤Li2CO3所需的玻璃仪器有 。若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因： 、 。（4）若废旧锂离子电池正极材料含LiNB2O4的质量为18.1 g第步反应中加入20.0mL3.0molL-1的H2SO4溶液。定正极材料中的锂经反应和完全为Li2CO3,剩至少有 Na2CO3参加了反应。【答案】：（1）Al(OH)3(2)4 LiMn2O4+O2+4H+=4Li+8MnO2+2H2O (3) 漏斗 玻璃棒 烧杯 ； 滤纸破损、滤液超过滤纸边缘等（4）5.3 【解析】：第一步就是铝溶解在氢氧化钠溶液中 第二步就是偏铝酸钠与二氧化碳生成氢氧化铝，第三步是氧化还原反应，注意根据第一步反应LiMn2O4不溶于水。第（4）小题计算时要通过计算判断出硫酸过量。6（2008.北京）据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在北京奥运会期间为运动员提供服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液。下列有关该电池的叙述不正确的是（ ）A正极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-B工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变C该燃料电池的总反应方程式为2H2+O2=2H2OD用该电池电解CuCl2溶液，产生22.4LCl2（标准状况）时，有0.1mol电子转移【解析】本题是对电化学基础知识的考查，考查了总反应方程式的书写、电极反应式的书写、电解液酸碱性的变化以及电子转移的简单计算。电解CuCl2溶液，产生22.4LCl2（标准状况），即生成了0.1mol Cl2，有0.2mol电子转移。【答案】D7.（2011海淀一模）查处酒后驾驶采用的便携式乙醇测量仪以燃料电池为工作原理，在酸性环境中，理论上乙醇可以被完全氧化为CO2，但实际乙醇被氧化为 X，其中一个电极的反应式为CH3CH2OH-2e-=X+2H+下列说法中正确的是（ ） A.电池内部H+由正极向负极移动 B.另一极的电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH- C.乙醇在正极发生反应，电子经过外电路流向负极 D.电池总反应为：2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O【答案】D8.（2011丰台二模）下列说法不正确的是 A与铜质水龙头连接处的钢制水管易发生腐蚀B把被保护的钢铁设备作为阴极，外加直流电源可进行保护C原电池产生电流时，阳离子移向正极，阴离子移向负极D铅蓄电池是最常见的二次电池，正极板上覆盖有Pb【答案】D9.（2011朝阳二模）（1）工业上也可在碱性溶液中通过电解的方法实现由N2制取NH3：2N2+6H2O4NH3+3O2通入N2的一极是 (填“阴极”或“阳极”)，阳极的电极反应式是 。(2)已知：氨是一种潜在的清洁能源，可用作碱性燃料电池的燃料：能利用该反应设计成电池的原因是 。燃料电池的负极反应式是 。【答案】课后作业一、选择题（本题20个小题，每小题3分，共60分）1. “可燃冰”又称“天然气水合物”，它是在海底的高压、低温条件下形成的，外现象冰。1体积“可燃冰”可贮载100200体积的天然气。下面关于“可燃冰”的叙述不正确的是( )A“可燃冰”有可能成为人类未来的重要能源 B“可燃冰”是一种比较洁净的能源 C“可燃冰”提供了水可能变成油的例证 D“可燃冰”的主要可燃成份是甲烷2.下列各装置能构成原电池的是（A C） 3.有a、b、c、d四种金属，将a与b用导线连结起来浸入电解质溶液中，b不易腐蚀将a、d分别投入等浓度的盐酸中，d比a反应剧烈将Cu浸入b的盐溶液里，无明显变化如果把Cu浸入c的盐溶液里，有c的单质析出据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是( )Ad、c、a、b Bd、a、b、c Cd、b、a、c Db、a、d、c4.纯锌跟稀H2SO4反应速率很小，为了加快锌的溶解和放出H2的速率，并且使产生H2的量不变，当稀H2SO4过量时，可向其中加少量( )A.CuSO4溶液 B.ZnSO4 C.铜 D.镁条5.下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是( )A. a电极是负极B. b电极的电极反应为：4OH-4e-2H2O O2 C. 氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D. 氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置6.已知空气锌电池的电极反应为：锌片：Zn+2OH-2e=ZnO；碳棒：O2+H2O+2e=2OH，据此判断，锌片是（ ）A.正极并被还原 B.正极并被氧化 C.负极并被还原 D.负极并被氧化7.铁制自来水管与下列材料作成的自来水龙头连接，自来水管锈蚀最快的是（ ）A.铁水龙头 B.铜水龙头 C.塑料水龙头 D.陶瓷水龙头8.