新版本-高三-化学-新学期教案-8第八讲 原电池.doc

第四讲 原电池【教学目标】1.通过化学能与电能的相互转化，认识常见的能量转化形式及其重要应用。2.理解原电池的工作原理并正确书写电极反应和总反应方程式。3.了解原电池在实际中的应用。【知识梳理】知识点一 原电池工作原理及应用1原电池原理：（1）从能量转化来看：化学能电能的装置（2）从化学反应来看：还原剂失的电子经导线传给氧化剂，使氧化、还原反应分别在两个电极上进行2原电池的构成条件：（1）两个电极：由两种活动性不同的金属或其他能导电的非金属材料组成【注】很活泼的金属不可作负极，如K、Na、Ca等（2）两电极必须浸在电解质溶液中【注】电解质溶液中的正、负离子的定向移动形成内电路（3）两电极间要用导线连接形成闭合回路3原电池正、负极的判断（1）由电极材料判断： 一般较活泼金属作负极，失电子。还原性较弱的金属作正极，得电子。特例：Mg、Al作电极，NaOH电解液，此时Al做负极（本质：Al与置换H2O中的氢，生成H2，与Mg无关。）；（2）根据两极发生的变化判断：负极：失电子，发生氧化反应；正极：得电子，发生还原反应；（3）根据三个方向判断：电流流动方向：正极经外电路流向负极；电子流动方向：负极经外电路流向正极。（与电流方向相反）；离子移动方向：电解液中的阴离子移向负极；阳离子移向正极；*【注】只有金属中有自由移动的电子，所以电子在导线和金属及石墨（一个C有一个自由移动的电子）电极中有自由移动的电子，溶液中没有电子，只有自由移动的离子，整个电路是由电子和离子导电共同组成的通路）。4. 原电池的应用（1）判断金属活动性顺序（2）提高化学反应速率典型例题1.铜-锌原电池（1）总反应方程式：Zn+Cu2+=Zn2+ + Cu负极：锌极，失电子，发生氧化反应，Zn-2e-=Zn2+正极：铜极，得电子，发生还原反应，Cu2+2e-= Cu（2）三个方向电子：由锌经过外电路到铜；电流：由铜经过外电路到锌；电解质溶液中：阳离子移向正极，阴离子移向负极2.(2015朝阳一模10)右图为锌铜原电池装置图，下列说法不正确的是CA. 电子由Zn极流向Cu极B. 该装置的总反应为：Zn + Cu2+ = Zn2+ + CuC. 一段时间后，A池带正电荷，B池带负电荷D. 取出盐桥，电流计指针不再偏转3（2014石景山一模9）A根据右图，下列判断正确的是GNaCl溶液abO2N2FeZn盐桥eA电子从Zn极流出，流入Fe极，经盐桥回到Zn极 B烧杯b中发生的电极反应为Zn2eZn2+C烧杯a中发生反应O2+4H+ +4e2H2O，溶液pH降低D向烧杯a中加入少量K3Fe(CN)6溶液，有蓝色沉淀生成 4.（2013北京）通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如下:写出NiO电极的电极反应式NO - 2 e- + O2- =NO2 知识点二 二次电源1.碱性锌锰电池碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH负极：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2正极：2MnO22H2O2e=2MnOOH（氢氧化氧锰）2OH总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，它的能量比和可储存时间具有提高，适用于大电流和连续放电，是民用电池的升级换代产品之一。2.锌银电池 锌银电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH负极：Zn2OH2e=Zn(OH)2正极：Ag2OH2O2e=2Ag2OH总反应：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电，常制成纽扣式微型电池，广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。典型例题1（2014东城期末）如图是一种应用广泛的锂电池，LiPF6是电解质，SO(CH3)2作溶剂，反应原理4Li+FeS2=Fe+2Li2S。下列说法不正确的是 C A该装置将化学能转化为电能B电子移动方向是由a极到b极C可以用水代替SO(CH3)2做溶剂Db极反应式是FeS2+4Li+4e-=Fe+2Li2S2.（2014 丰台期末）镁锰干电池的电化学反应式为：Mg+2MnO2+H2O = Mg(OH)2+Mn2O3。下列说法不正确的是CA镁为负极，发生氧化反应 B可以选择碱性溶液作为电解质C反应后正极和负极附近溶液的pH均升高D正极的电极反应为：2MnO2H2O2e=Mn2O32OH3.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图所示，其中作为电解质的无水LiClKCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为：PbSO42LiClCa = CaCl2Li2SO4Pb。下列有关说法正确的是DA正极反应式：Ca2Cl2e=CaCl2B放电过程中，Li向负极移动C放电过程中，PbSO4被氧化D负极反应式：PbSO4-2e= Pb + SO42-4有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是D图碱性锌锰电池图铅-硫酸蓄电池图电解精炼铜图银锌纽扣电池A图所示电池中，MnO2的作用是催化剂B图II所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大C图III所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2+浓度始终不变D图IV所示电池中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中还原为Ag知识点三 燃料电池1燃料电池的定义：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。这是一种高效、环境友好的发电装置。2燃料电池的构成（1）常见的燃料电池的燃料：氢气、一氧化碳、烃、甲醇、葡萄糖、肼、氨、煤气、金属铝（2）常见燃料电池的氧化剂：纯氧气或空气中的氧气（3）常用的电解质溶液：酸性（硫酸、磷酸）、碱性（氢氧化钾）、熔融盐（碳酸锂和碳酸钠）、固体（在高温下能传导O2-）3电极反应方程式的书写【重点】书写步骤：观察已知条件写出反应物和生成物依据化合价变化确定e个数观察介质补入相关离子配平电荷补入介质中微粒（H2O、 熔 融物等）等配平原子（1）氢氧燃料电池（以氢氧化钾溶液为电解质）H2222222H2O2O2电解质总反应： O22H22H2O正极：O22H2O4e4OH 负极：2H24OH- 4e-4H2O 氢氧燃料电池（以硫酸溶液为电解质溶液）总反应： O22H22H2O正极： O2+ 4H+ 4e- = 2H2O 负极：2H24e 4H+（2）一氧化碳燃料电池（以氢氧化钾溶液为电解质）总反应：2CO+O2+4OH-=2CO32- + 2H2O正极：O22H2O4e4OH 负极：2CO8OH4e4H2O +2CO32-一氧化碳燃料电池（以硫酸溶液为电解质）总反应：2CO+O2 = 2CO2正极：O2+ 4H+ 4e- = 2H2O 负极：2CO+ 2H2O-4e-4H+ 2CO2一氧化碳燃料电池（以熔融盐为电解质） 总反应：2CO+O2= 2CO2正极：O2+2CO2 +4e- = 2CO32- 负极： 2CO+ 2CO32-= 4CO2+4e-【总结】燃料电池在酸、碱、熔融氧化物、碳酸盐为电解质溶液中的反应是不同的。所以，要注意看生成的新离子能不能稳定存在电解质溶液中。若不能，在写反应式时应写出最稳定的物质要注意电解质溶液的性质。例：溶液为碱性时，电极反应式中不能出现H+；溶液为酸性时，电极反应式中不能出现OH。典型例题1.（2015丰台一模11）NO2、O2和熔融KNO3可制作燃料电池，其原理如图，该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y，Y可循环使用。下列说法正确的是DAO2在石墨附近发生氧化反应B该电池放电时NO3向石墨电极迁移C石墨附近发生的反应：3NO2 +2e= NO+ 2NO3D相同条件下，放电过程中消耗的NO2和O2的体积比为412（2015朝阳二模10）右图为Pt电极的氢氧燃料电池工作原理示意图，H2SO4为电解质溶液。有关说法不正确的是CA. a极为负极，电子由a极流向b极B. a极的电极反应式是：H2 -2e- = 2H+C. 电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)增大 D. 若将H2改为等物质的量CH4，O2的用量增多3.（2015门头沟二模11）某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时，该电池工作原理见下图。下列说法正确的是 B A此电池在常温时也能工作B正极电极反应式为：O2+2CO2+4e=2CO32CCO32向正极移动Da为CH4，b为CO24.（2015房山一模26）利用CO2与H2反应可合成二甲醚（CH3OCH3）。以KOH为电解质溶液，组成二甲醚-空气燃料电池，该电池工作时其负极反应式是 CH3OCH3 12e- + 16OH- = 2CO32- + 11H2O 5.（2015门头沟一模26）将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如图是通过人工光合作用以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。催化剂b表面发生的电极反应式为CO2+2e-+2H+=HCOOH 【巩固练习】1（2015年石景山期末8）某同学组装了如图所示的原电池装置，下列叙述中正确的是 A A电流方向：电极 电极B电极逐渐溶解 C电极上发生还原反应D盐桥中装有含氯化钾的琼脂，Cl向右池移动2.（2015广渠门中学期中16）某原电池装置如图所示，下列有关叙述中，正确的是DAFe作正极，发生氧化反应B负极反应：2H+2e=H2C工作一段时间后，两烧杯中溶解pH均不变D工作一段时间后，NaCl溶液中c(Cl)增大3.(2015东城11月联考7) 结合右图判断，下列叙述正确的是 AA和中正极均被保护 B. 和中Cl 均向Fe电极移动 C. 和中负极反应均是Fe-2e=Fe2+D. 和中正极反应均是O2+4e+2H2O=4OH4.（2015北京十三中期中2）右图是一个盐桥中充满饱和KCl溶液锌铜原电池装置，下列分析正确的是 CA. Cu片上发生氧化还原反应B. 电子由Cu片经外电路流向Zn片 C. 盐桥中得Cl-移向ZnSO4溶液D. 一段时间后烧杯中c(Zn2+)、c(Cu2+)均减小5.（2014顺义二模8） 铜锌原电池装置(见右图)，下列分析正确的是CA一段时间后两烧杯中c(Zn2+)、c(Cu2+)均减小 B原电池工作时，Cu电极流出电子，发生氧化反应C原电池工作时的总反应为ZnCu2=Zn2CuD盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子6.（2015广渠门中学期中9）据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在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溶液下列有关电池的叙述不正确的是DA、正极反应式为：O2+2H2O+4e-4OH-B、工作一段时间后，电解液中的KOH的物质的量不变C、该燃料电池的总反应方程式为：2H2+O22H2OD、用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24LCl2（标准状况）时，有0.1mol电子转移7.(2013丰台期末)将反应Cu (s) + 2Ag+ (aq) Cu2+ (aq) + 2Ag (s) 设计成原电池，某一时刻的电子流向及电流计（G）指针偏转方向如图所示，有关叙述正确的是CAKNO3盐桥中的K+移向Cu(NO3)2溶液B当电流计指针为0时，该反应达平衡，平衡常数K=0C若此时向AgNO3溶液中加入NaCl固体，随着NaCl量的增加，电流计指针向右偏转幅度减小指针指向0向左偏转D若此时向Cu(NO3)2溶液中加入NaOH固体，随着NaOH量的增加电流计指针向右偏转幅度减小指针指向0向左偏转8.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是BA该电池能够在高温下工作B电池的负极反应式为C6H12O66H2O24e= 6CO224HC放电过程中，H从正极区向负极区迁移D在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体 L 9.（2014海淀期末）微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料电池中，电解质溶液为酸性，示意图如下：该电池外电路电子的流动方向为 从A到B （填写“从A到B”或“从B到A”）。工作结束后，B电极室溶液的pH与工作前相比将 不变 （填写“增大”、“减小”或“不变”，溶液体积变化忽略不计）。A电极附近甲醇发生的电极反应式为 CH3OH + H2O - 6e- = 6H+ CO210.（2014东城一模27）为避免生成白烟，该学生设计了下图装置以完成Cl2和NH3的反应：2NH3(g)3Cl2(g) N2(g)6HCl(g)若该装置能实现设计目标，则石墨b电极上发生的是反应 还原 （填“氧化”或“还原”）写出石墨a电极的电极反应式：2NH36OH-6e-N26H2O 11.（2014海淀二模27.14分）含乙酸钠和对氯酚（）的废水可以利用微生物电池除去，其原理如下图所示。质子交换膜A极B极微生物膜CH3COOHCO3H+Cl和B是电池的负极（填“正”或“负”）；A极的电极反应式为ClOH + 2e + H+ = OH + Cl【拓展提升】1.（2015西城二模10）电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如下。下列说法不正确的是 C AO2在电极b上发生还原反应B溶液中OH向电极a移动 C反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4:5D负极的电极反应式为：2NH36e6OH=N26H2O2.（2014丰台二模8）下列叙述中正确的是 DA图中正极附近溶液pH降低B图中电子由Zn流向Cu，盐桥中的Cl移向CuSO4溶液C图正极反应是O22H2O4e 4OHD图中加入少量K3Fe(CN)6溶液，有蓝色沉淀生成3.普通水泥在固化过程中自由水分子减少并产生Ca(OH)2使溶液呈碱性。根据这一物理化学特点，科学家发明了电动势法测水泥初凝时间。此方法的原理如图所示，反应的总方程式为：2CuAg2O 2CuO2Ag，下列有关说法正确的是CA电池工作时，OH向正极移动B测量原理示意图中，Ag2O为负极C电流方向是从Ag2O/ Ag电极到Cu电极D正极的电极反应为：2Cu2OH2eCu2OH2O4一种太阳能电池的工作原理示意图如下所示，电解质为铁氰化钾K3Fe(CN)6和亚铁氰化钾 K4Fe(CN)6的混合溶液，下列说法不正确的是C AK+移向催化剂bB催化剂a表面发生反应：Fe(CN)64-e-Fe(CN)63-CFe(CN)63-在催化剂b表面被氧化D电解质溶液中 Fe(CN)63-和Fe(CN)64-浓度基本保持不变5. 由镁、石墨、H2O2酸性溶液构成的原电池总反应是：Mg+H2O2 + 2H+=Mg2+ + 2 H2O，装置如下图所示,下列说法正确的是C正极附近溶液pH减小在外电路中，电子由石墨镁负极发生氧化反应正极发生的电极反应是： 2H+2e H26下图是将SO2转化为重要的化工原料H2SO4的原理示意图，下列说法不正确的是BA该装置将化学能转化为电能B催化剂b表面O2发生还原反应，其附近酸性增强C催化剂a表面的反应是：SO22H2O2e- SO42-4H+D若得到的硫酸浓度仍为49%，则理论上参加反应的SO2与加入的H2O的质量比为8: 15直流电源Pt电极Ag-Pt电极H2ONO3 N2质子交换膜AB7.（2015门头沟一模26）氮氧化物进入水体可转化为NO3，电化学降解法可用于治理水中NO3的污染。原理如图所示。电源正极为 A (填“A”