6.2原电池 化学电源.doc

第2讲原电池化学电源考点一原电池及其工作原理1概念把 能转化为 能的装置。2工作原理以锌铜原电池为例电极名称负极正极电极材料电极反应反应类型电子流向盐桥中离子移向3原电池的构成条件(1)一看反应：看是否有能自发进行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：一般是活泼性不同的两电极。(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。题组一原电池工作原理的考查1下列装置中能构成原电池产生电流的是()2有关电化学知识的描述正确的是()ACaOH2O=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Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液C原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成D理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池规避原电池工作原理的4个易失分点(1)只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能。(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。(3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。(4)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。题组二原电池正、负极的判断3下列有关原电池的说法中正确的是()A在内电路中，电子由正极流向负极B在原电池中，相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极C原电池工作时，正极表面一定有气泡产生D原电池工作时，可能会伴随着热能变化4分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()A中Mg作负极，中Fe作负极B中Mg作正极，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2C中Fe作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2D中Cu作正极，电极反应式为2H2e=H2原电池正、负极判断方法说明原电池的正极与负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。中+教+网z+z+s+tep考点二原电池原理的应用1用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池 极而得到保护。例如，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。2设计制作化学电源(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。(2)根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。3比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作 极的金属比作 极的金属活泼。4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H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。题组训练原电池原理的应用1电工经常说的一句口头禅：“铜接铝，瞎糊弄”，所以电工操作上规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用，说明原因：_。2请运用原电池原理设计实验，验证Cu2、Fe3氧化性的强弱。请写出电极反应式，负极_，正极_，并在方框内画出实验装置图，要求用烧杯和盐桥，并标出外电路电子流向。中教网3有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D导线C；A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是AABCDE BACDBECCABDE DBDCAE4把适合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示)(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是_。(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是_(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是_。改变Zn与H反应速率的方法(1)加入Cu或CuSO4，形成原电池，加快反应速率，加入Cu不影响Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量减少，是否影响产生H2的量，应根据Zn、H的相对量多少判断。(2)加入强碱弱酸盐，由于弱酸根与H反应，使c(H)减小，反应速率减小，但不影响产生H2的量。考点三化学电源 题组一化学电源中电极反应式的书写1LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为4Li2SOCl2=4LiClSSO2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_，发生的电极反应为_。(2)电池正极发生的电极反应为_。答案(1)锂Lie=Li(2)2SOCl24e=4ClSSO2解析分析反应的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被还原，为氧化剂。(1)负极材料为Li(还原剂)，Lie=Li；(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl24e=4ClSSO2。2铝空气海水电池：以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4Al3O26H2O=4Al(OH)3负极：_；正极：_。答案4Al12e=4Al33O26H2O12e=12OH化学电源中电极反应式书写的一般程序“加减法”书写电极反应式中国教育出版网(1)先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。(2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH，若电解质溶液为酸性，则H必须写入正极反应式中，O2生成水。(3)正负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。题组二不同介质对燃料电池电极反应式书写的影响3以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：(1)酸性条件燃料电池总反应式：CH42O2=CO22H2O燃料电池正极反应式：O24H4e=2H2O2，得燃料电池负极反应式：_。(2)碱性条件燃料电池总反应式：CH42O22NaOH=Na2CO33H2O燃料电池正极反应式：O22H2O4e=4OH2，得燃料电池负极反应式：_。(3)固体电解质(高温下能传导O2)燃料电池总反应式：CH42O2=CO22H2O燃料电池正极反应式：O24e=2O22，得燃料电池负极反应式：_。(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电池总反应式：CH42O2=CO22H2O中*国教*育出*版网正极电极反应式：O22CO24e=2CO2，得燃料电池负极反应式：_。燃料电池电极反应式的书写根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O24H4e=2H2O(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O22H2O4e=4OH(3)固体电解质(高温下能传导O2)环境下电极反应式：O24e=2O2(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电极反应式：O22CO24e=2CO。第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系：电池的总反应式电池正极反应式电池负极反应式故根据第一、二步写出的反应，有：电池的总反应式电池正极反应式电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。考点四盐桥原电池的专题突破1盐桥的组成和作用(1)盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。(2)盐桥的作用：连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使原电池不断产生电流。2单池原电池和盐桥原电池的对比图1和图2两装置的相同点：正负极、电极反应、总反应、反应现象。负极：Zn2e=Zn2正极：Cu22e=Cu总反应：ZnCu2=CuZn2不同点：图1中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2，会有一部分Zn与Cu2直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。图2中Zn和CuSO4溶液在两个池子中，Zn与Cu2不直接接触，不存在Zn与Cu2直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。关键点：盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。题组一有关原电池原理的考查1某原电池构造如下图所示。下列有关叙述正确的是()A在外电路中，电子由银电极流向铜电极B取出盐桥后，电流表的指针仍发生偏转C外电路中每通过0.1 mol电子，铜的质量理论上减小6.4 gD原电池的总反应式为Cu2AgNO3=2AgCu(NO3)22如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变化)()A杠杆为导体或绝缘体时，均为A端高B端低B杠杆为导体或绝缘体时，均为A端低B端高C当杠杆为导体时，A端低B端高D当杠杆为导体时，A端高B端低题组二可逆反应与原电池的工作原理3控制适合的条件，将反应2Fe32I2Fe2I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是()A反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B反应开始时，甲中石墨电极上Fe3被还原C电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极4已知在酸性条件下发生的反应为AsO2I2H=AsOI2H2O，在碱性条件下发生的反应为AsOI22OH=AsOH2O2I。设计如图装置(C1、C2均为石墨电极)，分别进行下述操作：.向B烧杯中逐滴加入浓盐酸.向B烧杯中逐滴加入40% NaOH溶液结果发现电流表指针均发生偏转。试回答下列问题：(1)两次操作中指针为什么发生偏转？(2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？试用化学平衡移动原理解释之。(3)操作过程中C1棒上发生的反应为_；(4)操作过程中C2棒上发生的反应为_。中教网(5)操作过程中，盐桥中的K移向_烧杯溶液(填“A”或“B”)。当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。1( 2011海南，12改编)根据下图，下列判断中正确的是()A烧杯a中的溶液pH升高B烧杯b中发生还原反应C烧杯a中发生的反应为2H2e=H2D烧杯b中发生的反应为2Cl2e=Cl2z#zs#答案A解析由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：O22H2O4e=4OH，烧杯a中c(OH)增大，溶液的pH升高。烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn2e=Zn2。2(2011福建理综，11)研究人员研制出一种锂水电池，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，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是()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总反应为2Li2H2O=2LiOHH2答案C解析根据题给信息知锂水电池的总反应为2Li2H2O=2LiOHH2，D正确；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2H2O2e=2OHH2，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。3(2011新课标全国卷，11)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为FeNi2O33H2O=Fe(OH)22Ni(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FeB电池放电时，负极反应为Fe2OH2e=Fe(OH)2C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)22OH2e=Ni2O33H2O答案C解析由铁镍蓄电池放电时的产物全部是碱可知，电解液为碱性溶液，放电时负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故Fe为负极，Ni2O3为正极，A正确；放电时，Fe失电子被氧化，负极反应式为Fe2OH2e=Fe(OH)2，B正确；充电时，阴极发生还原反应，电极反应式为Fe(OH)22e=Fe2OH，pH增大，C错误；充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式为2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O，D正确。4(2012福建理综，9)将下图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是()中教网ACu电极上发生还原反应B电子沿 ZnabCu 路径流动C片刻后甲池中c(SO)增大D片刻后可观察到滤纸b点变红色答案A解析将装置中K闭合，该装置构成原电池，其中Zn电极上发生氧化反应，Cu电极上发生还原反应，故A正确；电子沿Zna，在a上溶液中的H得到电子，在b上溶液中的OH失去电子，电子不能直接由ab，故B错误；该装置工作过程中，甲、乙两烧杯中的SO的浓度都不改变，只是盐桥中的Cl和K分别向甲、乙两烧杯中移动，故C错误；在b处溶液中的OH失去电子，c(OH)减小，c(H)增大，b处滤纸不可能变红色，故D错误。52012海南，13(4)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 _。 答案N2H44OH4e=4H2ON2解析该燃料电池中N2H4在负极发生氧化反应，其电极反应式为N2H44OH4e=4H2ON2。6. 2012新课标全国卷，26(4)节选与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应为_，该电池总反应的离子方程式为_。答案FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH2FeO3Zn8H2O=2Fe(OH)33Zn(OH)24OH解析正极发生还原反应，K2FeO4被还原为Fe3，由于是碱性环境，故生成Fe(OH)3，电极反应式为FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH；负极发生氧化反应，由于是碱性环境，Zn被氧化生成Zn(OH)2，电极反应式为Zn2e2OH=Zn(OH)2，两电极反应式相加得2FeO3Zn8H2O=2Fe(OH)33Zn(OH)24OH。72011新课标全国卷，27(5)在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为_、正极的反应式为