2104高考化学一轮复习 9.1 原电池 化学电源课件 新人教版.ppt

第九章电化学基础第一节原电池化学电源 一 原电池的工作原理下面是两种形式的铜锌原电池 其反应原理完全相同 其负极反应式都为 正极反应式都为 总反应离子方程式都为 zn 2e zn2 cu2 2e cu zn cu2 cu zn2 1 原电池的概念 将 的装置 2 原电池的构成条件 1 两个 的电极 材料可以是金属或导电的非金属 负极 活泼性较强的金属 正极 活泼性较弱的金属或能导电的非金属 化学能转化为电能 活泼性不同 2 电极均插入 中 3 构成 两电极接触或用导线连接 4 能自发地发生氧化还原反应 电解质溶液 闭合回路 3 原电池的工作原理 原电池的工作原理和电子流向可用下图表示 二 化学电源以下分别是锂电池和空气电池 另外日常生活中要用到形形色色的电池 但不论是哪种电池 其负极都发生 反应 正极都发生 反应 总反应式为氧化还原反应 氧化 还原 1 一次电池 碱性锌锰干电池 碱性锌锰干电池的工作原理如图 zn 2oh 2e zn oh 2 2 二次电池 以铅蓄电池为例 1 放电时的反应 负极反应 正极反应 总反应 pb s pbo2 s 2h2so4 aq 2pbso4 s 2h2o l 2 充电时的反应 阴极反应 阳极反应 总反应 2pbso4 s 2h2o l pb s pbo2 s 2h2so4 aq 3 燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池 可分为酸性和碱性两种 2h2 4e 4h 2h2 4oh 4e 4h2o o2 4h 4e 2h2o o2 2h2o 4e 4oh 1 可充电电池的放电反应和充电反应不互为可逆反应 2 书写燃料电池的电极反应式时 一定要注意溶液的酸碱性 考点一盐桥电池及原电池中正负极的判断1 盐桥电池的构成特点 1 一般情况下 金属插入其可溶性盐溶液中 组成负极和正极 2 为使溶液保持电中性 盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路 3 盐桥电池的两个电极材料可以不同 也可以相同 但环境绝对不同 深化剖析 2 盐桥的作用 1 使整个装置构成闭合回路 代替两溶液直接接触 2 平衡电荷 如在zn znso4 cu cuso4原电池中zn失去电子形成zn2 进入znso4溶液 znso4溶液中因zn2 增多而带正电荷 同时 cuso4溶液则由于cu2 变成cu 使得相对较多而带负电荷 通过盐桥中阴阳离子定向移动而使两半电池电解质溶液中正负电荷守恒而保持电中性 3 正 负极判断 高考警示 1 活泼性强的金属不一定作负极 但负极一定发生氧化反应 2 溶液中的离子不能通过盐桥 3 负极本身不一定参加反应 如燃料电池中 作为负极的材料不参加反应 只起到了导电的作用 典题通关1 2014 临沂模拟 下图甲和乙是双液原电池装置 由图可判断下列说法错误的是 a 甲图电池反应的离子方程式为cd s co2 aq co s cd2 aq b 2ag s cd2 aq cd s 2ag aq 反应能够发生c 盐桥的作用是形成闭合回路 并使两边溶液保持电中性d 乙图当有1mol电子通过外电路时 正极有108gag析出 解题指南 要正确解答本题 需明确以下两点 1 要由图中电子的转移方向判断原电池的正负极 2 作负极的金属发生氧化反应 其还原性比正极析出的金属强 解析 选b 根据电子转移方向知 甲中cd为负极 电极反应为cd 2e cd2 co电极为正极 电极反应为co2 2e co 总反应为cd s co2 aq co s cd2 aq a正确 乙中co为负极 电极反应为co 2e co2 ag电极为正极 电极反应为2ag 2e 2ag 总反应为co 2ag 2ag co2 结合甲图分析知金属活泼性 cd co ag b错误 盐桥的作用是平衡电荷且构成闭合回路 c正确 根据ag e ag知转移1mol电子时 正极析出ag为108g mol 1 1mol 108g d正确 互动探究 1 能否将甲图中两烧杯中的溶液互换 提示 不能 否则cd与co2 直接发生反应 而不能形成原电池 2 如果盐桥中是饱和kcl溶液 一段时间后 甲中两烧杯的离子浓度有何变化 提示 盐桥中的阳离子k 移向正极 故甲图中右侧k 浓度增大 阴离子移向负极 故甲图中左侧cl 浓度增大 变式训练 双选 根据图示 下列判断中正确的是 a 烧杯a中的溶液ph升高b 烧杯b中发生氧化反应c 烧杯a中发生的反应为2h 2e h2 d 烧杯b中发生的反应为2cl 2e cl2 解析 选a b zn比fe活泼 所以zn作负极 发生氧化反应 电极反应式为zn 2e zn2 fe作正极 氧气在该电极上发生还原反应 电极反应式为2h2o o2 4e 4oh 反应后溶液ph升高 加固训练 1 根据下图判断 下列说法正确的是 a 装置 和装置 中负极反应均是fe 2e fe2 b 装置 和装置 中正极反应均是o2 2h2o 4e 4oh c 装置 和装置 中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动d 放电过程中 装置 左侧烧杯和装置 右侧烧杯中溶液的ph均增大 解析 选d 装置 中 由于zn比fe活泼 所以zn作原电池的负极 电极反应式为zn 2e zn2 fe作正极 电极反应式为o2 2h2o 4e 4oh 由于正极有oh 生成 因此溶液的ph增大 装置 中 fe作负极 电极反应式为fe 2e fe2 cu作正极 电极反应式为2h 2e h2 正极由于不断消耗h 所以溶液的ph逐渐增大 据此可知a b皆错 d正确 在原电池的电解质溶液中 阳离子移向正极 所以c错误 2 2014 福州模拟 美国海军海底战事中心与麻省理工大学共同研制成功了用于潜航器的镁 过氧化氢燃料电池系统 其工作原理如图所示 以下说法中错误的是 a 电池的负极反应为mg 2e mg2 b 电池工作时 h 向负极移动c 电池工作一段时间后 溶液的ph增大d 电池总反应式是mg h2o2 2h mg2 2h2o 解析 选b mg h2o2燃料电池中mg作负极 mg 2e mg2 pt作正极 h2o2 2h 2e 2h2o 总反应式为mg h2o2 2h mg2 2h2o 消耗h 使c h 减小 ph增大 且h 移向正极 考点二电极反应式的书写1 一般原电池电极反应式的书写 书写原电池的电极反应式时 首先要根据原电池的工作原理准确判断正 负极 然后结合电解质溶液的环境确定电极产物 最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式 电极反应式书写的一般方法有 思想方法 1 拆分法 写出原电池的总反应 如2fe3 cu 2fe2 cu2 把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应 并注明正 负极 并依据质量守恒 电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应 正极 2fe3 2e 2fe2 负极 cu 2e cu2 2 加减法 写出总反应 如li limn2o4 li2mn2o4 写出其中容易写出的一个半反应 正极或负极 如li e li 负极 利用总反应与上述的一极反应相减 即得另一个电极的反应式 即limn2o4 li e li2mn2o4 正极 2 燃料电池电极反应式的书写 1 写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致 若产物能和电解质反应 则总反应为加和后的反应 如甲烷燃料电池 电解质为naoh溶液 的反应式为 ch4 2o2 co2 2h2o co2 2naoh na2co3 h2o 得燃料电池总反应式为ch4 2o2 2naoh na2co3 3h2o 其离子方程式为ch4 2o2 2oh 3h2o 2 写出电池的正极反应式 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 电解质溶液不同 其电极反应有所不同 常见的类型有 酸性电解质溶液环境下电极反应式 o2 4h 4e 2h2o 碱性电解质溶液环境下电极反应式 o2 2h2o 4e 4oh 固体电解质 高温下能传导o2 环境下电极反应式 o2 4e 2o2 熔融碳酸盐 如熔融k2co3 环境下电极反应式 o2 2co2 4e 2 3 根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式 电池的总反应式 电池正极反应式 电池负极反应式 因为o2不是负极反应物 因此在将两个反应式相减时 要彻底消去o2 方法指南 书写电极反应式时的三个原则 1 共存原则 因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同 所以电极反应式的书写必须考虑介质环境 碱性溶液中co2不可能存在 也不可能有h 参加反应 当电解质溶液呈酸性时 不可能有oh 参加反应 2 得氧失氧原则 得氧时 在反应物中加h2o 电解质为酸性时 或oh 电解质溶液为碱性或中性时 失氧时 在反应物中加h2o 电解质为碱性或中性时 或h 电解质为酸性时 3 中性吸氧反应成碱原则 在中性电解质溶液中 通过金属吸氧所建立起来的原电池反应 其反应的最后产物是碱 典题通关2 2013 新课标全国卷 银质器皿日久表面会逐渐变黑 这是生成了ag2s的缘故 根据电化学原理可进行如下处理 在铝质容器中加入食盐溶液 再将变黑的银器浸入该溶液中 一段时间后发现黑色会褪去 下列说法正确的是 a 处理过程中银器一直保持恒重b 银器为正极 ag2s被还原生成单质银c 该过程中总反应为2al 3ag2s 6ag al2s3d 黑色褪去的原因是黑色ag2s转化为白色agcl 解题指南 解答本题需明确以下两点 1 根据电化学原理可进行如下处理 则该处理过程不是原电池就是电解池 没有外接电源 一定是原电池 2 al2s3在水溶液中不存在 会发生相互促进的水解反应 在电化学中联系水解知识考查 这在以往的高考中是非常少见的 解析 选b 处理过程ag2s变为单质银 质量减轻 a项错误 银器为正极 正极发生还原反应 b项正确 al2s3在溶液中不能稳定存在 发生水解相互促进的反应生成氢氧化铝沉淀和硫化氢气体 c项错误 黑色褪去的原因是ag2s变为单质银 不能转化为氯化银沉淀 互动探究 1 你能写出处理过程中的负极和正极的电极反应式吗 提示 负极反应式为al 3e al3 正极反应式为ag2s 2e 2ag s2 2 请写出处理过程的反应方程式 提示 3ag2s 2al 6h2o 6ag 2al oh 3 3h2s 加固训练 1 一种新型燃料电池 以镍板为电极插入koh溶液中 分别向两极通入乙烷 c2h6 和氧气 其中某一电极反应式为c2h6 18oh 14e 2 12h2o 有关此电池的推断不正确的是 a 通入氧气的一极为正极b 参加反应的o2与c2h6的物质的量之比为7 2c 放电一段时间后 koh的物质的量浓度将下降d 放电一段时间后 正极区附近溶液的ph减小 解析 选d a项 通入乙烷的一极为负极 通入氧气的一极为正极 正确 b项 1mol乙烷参与反应时转移14mol电子 则参与反应的氧气的物质的量为故正确 c项 根据电极反应式或总反应方程式可知 氢氧化钾被消耗 故正确 d项 放电时正极产生oh 则ph增大 故错误 2 2014 南昌模拟 harbermann等设计出利用desulfovibriodesulfurcan菌种生成的硫化物作为介体的微生物燃料电池 电池内部有质子通过 该系统不经任何维护可连续运行5年 该电池的负极反应式为s2 4h2o 8e 8h 有关该电池的下列说法中正确的是 a 若有1 12l氧气参与反应 则有0 2mol电子发生转移b 质子由正极移向负极c 该电池的总反应为s2 2o2 d 正极的电极反应式为2o2 8e 4h2o 8oh 解析 选c a项没有注明标准状况 错误 质子应由负极移向正极 b错误 正极的电极反应式为2o2 8h 8e 4h2o d错误 原电池的设计 高考实验 高考是这样考查的 2013 广东高考 33 2 能量之间可相互转化 电解食盐水制备cl2是将电能转化为化学能 而原电池可将化学能转化为电能 设计两种类型的原电池 探究其能量转化效率 限选材料 znso4 aq feso4 aq cuso4 aq 铜片 铁片 锌片和导线 完成原电池甲的装置示意图 并作相应标注 要求 在同一烧杯中 电极与溶液含相同的金属元素 铜片为电极之一 cuso4 aq 为电解质溶液 只在一个烧杯中组装原电池乙 工作一段时间后 可观察到负极 甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是 其原因是 答案 答案不唯一 合理即可 电极逐渐溶解变细 甲盐桥电池能使氧化反应和还原反应在彼此隔离的容器中进行 cu2 与zn不接触 能提高能量的转化效率 教材原型 教材是这样讲述的 知识源头 理论是这样说的化学电源的制作 以fe与cuso4的反应为例 1 将反应cuso4 fe feso4 cu拆分为两个半反应 其中氧化反应 fe 2e fe2 还原反应 cu2 2e cu 2 电极材料的选择 负极发生氧化反应 故选择还原性较强的物质作负极 即选择负极材料为铁 正极发生还原反应 故选择还原性比fe弱的金属铜或能导电的碳棒作正极材料 3 电解质溶液的选择 电解质溶液或者电解质溶液中溶解的其他物质 如空气中的氧气 能与负极发生反应 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应选择含有与电极材料相同元素的阳离子的溶液 如在铜 铁构成的原电池中 负极金属铁浸泡在含有fe2 的电解质溶液中 而正极金属铜浸泡在含有cu2 的电解质溶液中 4 实验装置图 迁移点拨 高考还能这样考查原电池的设计是高考的重要考点 在今后的高考中也可能通过以下角度考查 1 通过设计原电池判断金属的活动性强弱 在原电池中 作哪一极的金属的活泼性强 提示 作负极的金属的活泼性强 在原电池中 金属活泼性强的一定作负极吗 提示 不一定 还要看溶液的性质 如mg al和naoh溶液组成的原电池 是活泼性相对较弱的金属al作负极 应该说是发生氧化反应的金属作负极 2 新型电池的原理分析 新型电池和一般电池的反应原理相同吗 提示 相同 总反应式都是氧化还原反应 且正极和负极反应式的和就是总反应式 在新型电池中 电子能否通过溶液 提示 不能 在溶液中是阴阳离子导电 电子只在导线中定向移动 强化小练 1 2014 泰安模拟 选用下列试剂和电极 稀硫酸 fe2 so4 3溶液 fe cu zn 组成如图所示的原电池装置 只有两个电极 观察到电流计 的指针均明显偏转 则其可能的组合共有 a 3种b 4种