高考化学总复习（JS版）《6.2 化学能转化为电能　化学电源》课件.ppt

一 原电池的工作原理1 概念 把转化为的装置 化学能 电能 2 工作原理 以锌 铜原电池为例 锌片 铜片 氧化反应 还原反应 锌片 铜片 3 原电池构成条件 1 两个的电极 2 将电极插入中 3 两电极间构成 活泼性不同 电解质溶液 闭合回路 思考 1 酸碱中和反应能放出大量的热量 能否将该反应设计成原电池 2 原电池内部阴 阳离子如何移动 提示 1 不能 因为原电池反应必须是氧化还原反应 而酸碱中和反应不是氧化还原反应 2 阴离子要移向负极 阳离子要移向正极 二 化学电源1 一次电池 不能充电 不能反复使用 1 银锌纽扣电池 电极材料分别为ag2o和zn 电解质溶液为koh溶液 负极 zn 正极 ag2o ag2o h2o 2e 2ag 2oh 电池反应方程式 zn 2oh 2e zn oh 2 zn ag2o h2o zn oh 2 2ag 2 碱性锌锰电池负极 zn 正极 mno2 电池反应方程式 2mno2 zn 2h2o 2mno oh zn oh 2 zn 2oh 2e zn oh 2 2mno2 2h2o 2e 2mno oh 2oh 2 二次电池 可充电 可多次重复使用 铅蓄电池 h2so4作电解质溶液 1 放电时负极 正极 电池反应 pb pbo2 4h 2so42 2pbso4 2h2o pb so42 2e pbso4 pbo2 4h so42 2e pbso4 2h2o 2 充电时阴极 阳极 总反应 2pbso4 2h2o pb pbo2 4h 2so42 pbso4 2e pb so42 pbso4 2h2o 2e pbo2 4h so42 3 燃料电池 2h2 4e 4h 2h2 4oh 4e 4h2o o2 4h 4e 2h2o o2 2h2o 4e 4oh 1 下列说法正确的是 a 构成原电池正极和负极的材料必须是金属b 在原电池中 电子流出的一极是负极 该电极被还原c 实验室欲快速制取氢气 可利用粗锌与稀h2so4反应d 原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能答案 c 2 2010年上海春招 番茄汁显酸性 在番茄上平行地插入铜片和锌片形成一个原电池 如图所示 以下叙述正确的是 a 铜片上发生氧化反应b 锌片为正极 铜片为负极c 锌片为阴极 铜片为阳极d 番茄汁起电解质溶液的作用答案 d 3 2010年江苏高考 右图是一种航天器能量储存系统原理示意图 下列说法正确的是 a 该系统中只存在3种形式的能量转化b 装置y中负极的电极反应式为 o2 2h2o 4e 4oh c 装置x能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生d 装置x y形成的子系统能实现物质的零排放 并能实现化学能与电能间的完全转化 解析 本题考查能量转换的知识 意在考查考生综合运用原电池 电解池原理的能力 a项 该系统中存在太阳能与电能 电能与机械能 化学能与电能 电能与化学能等4种形式的能量转化关系 不正确 b项 装置y是将化学能转化为电能的燃料电池装置 负极应该是h2发生氧化反应 故不正确 c项 装置x为电解水产生氢气和氧气 故正确 d项 装置x y形成的子系统可以实现物质的零排放 但不可能实现化学能与电能间的完全转化 能量总是有损失的 故不正确 答案 c 4 依据氧化还原反应 2ag aq cu s cu2 aq 2ag s 设计的原电池如图所示 请回答下列问题 1 电极x的材料是 电解质溶液y是 2 银电极为电池的 极 发生的电极反应为 x电极上发生的电极反应为 3 外电路中的电子是从 电极流向 电极 答案 1 铜 或cu agno3溶液 2 正ag e agcu 2e cu2 3 负 cu 正 ag 要点1原电池正负极的判断与电极反应式的书写1 正负极的判断 2 书写电极反应式 1 直接书写在判断出原电池的正 负极后 再搞清正 负极发生反应的物质或离子 结合得失电子数即可写出电极反应式 注意 若是正 负极得失电子后的粒子能与电解质溶液继续反应 则应加和写出总的反应方程式 2 按要求书写 若给出两电极方程式 只要依据得失电子守恒 将两极反应加和 即得总反应方程式 若给出某一电极反应式和总反应方程式 则依据得失电子守恒 用总反应方程式减去某一电极反应式 即得另一电极反应式 若根据给出的总反应方程式来分析两电极反应 只需根据氧化还原反应的知识 结合负极发生氧化反应 元素化合价升高 正极发生还原反应 元素化合价降低 即可作出分析 名师解惑 书写原电池的电极反应式的注意事项 1 明确电池的负极反应物是电极本身还是其他物质 反应产物及化合价的变化 2 确定电池的正极反应物是电解质溶液中的离子 还是其他物质 如溶有或通入的氧气 3 判断是否存在特定的条件 如介质中的粒子h oh 非放电物质参加反应 进而推断电解质溶液的酸碱性的变化 4 总的反应式是否满足质量守恒 得失电子守恒 电荷守恒 例1 2010年广东理综 铜锌原电池 如图 工作时 下列叙述正确的是 a 正极反应为 zn 2e zn2 b 电池反应为 zn cu2 zn2 cuc 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 解析 本题考查原电池 意在考查考生对原电池工作原理的分析能力 该电池中zn为负极 电极反应为 zn 2e zn2 cu为正极 电极反应为 cu2 2e cu a项错误 电池总反应为 zn cu2 zn2 cu b项正确 原电池工作时 外电路中电子由负极流出经导线流向正极 c项正确 负极上由于zn放电 znso4溶液中zn2 的浓度增大 故盐桥中的cl 移向znso4溶液 d项错误 答案 bc 迁移应用 即时迁移小试牛刀 1 2010年浙江理综 li al fes电池是一种正在开发的车载电池 该电池中正极的电极反应式为 2li fes 2e li2s fe 有关该电池的下列说法中 正确的是 a li al在电池中作为负极材料 该材料中li的化合价为 1价b 该电池的电池反应式为 2li fes li2s fec 负极的电极反应式为 al 3e al3 d 充电时 阴极发生的电极反应式为 li2s fe 2e 2li fes 解析 本题考查原电池知识 意在考查考生分析新型原电池工作原理的能力 从组成材料看 负极应该是单质锂 电极反应为 li e li a c项不正确 充电时 阴极即为原电池的负极 但是反应恰好相反 li e li d项不正确 答案 b 要点2原电池原理在化工 农业生产及科研中的应用1 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 2 比较金属活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极时 一般作负极的金属比作正极的金属活泼 3 用于金属的防护 使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护 例如 要保护一个铁制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 设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的构成条件 具体方法是 1 首先将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应 2 根据原电池的电极反应特点 结合两个半反应找出正 负极材料及电解质溶液 电极材料的选择 在原电池中 选择还原性较强的物质作为负极 氧化性较强的物质作为正极 并且 原电池的电极必须导电 电池中的负极必须能够与电解质溶液或其中溶解的物质反应 电解质溶液的选择 电解质溶液一般要能够与负极发生反应 或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应 如空气中的氧气 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与电极材料相同的阳离子 如在铜 锌 硫酸构成的原电池中 负极金属锌浸泡在含有zn2 的电解质溶液中 而正极铜浸泡在含有cu2 的电解质溶液中 3 按要求画出原电池装置图 如根据以下反应设计的原电池 名师解惑 应用原电池原理可以设计任一自发的氧化还原反应的电池 但有的电流相当微弱 同时要注意电解质溶液不一定参与反应 如燃料电池 水中一般要加入naoh h2so4或na2so4等 例2原电池原理广泛应用于科技 生产和生活中 请回答以下问题 1 肼 n2h4 又称联氨 是一种可燃性的液体 可用作火箭燃料 肼 空气燃料电池是一种碱性燃料电池 产物无污染 电解质溶液是20 30 的koh溶液 肼 空气燃料电池放电时 正极的电极反应式是 负极的电极反应式是 2 有人设想寻求合适的催化剂和电极材料 以n2 h2为电极反应物 以hcl nh4cl为电解质溶液制造新型燃料电池 试写出该电池的正极反应式 3 请运用原电池原理设计实验 验证cu2 fe3 氧化性的强弱 请画出实验装置图并写出电极反应式 思路点拨 解答本题需注意以下两点 1 燃料电池总反应式 正极 o2 的电极反应式 负极的电极反应式 2 明确原理 明确正 负极 确定电极材料 组合原电池 解析 1 氧气在正极上发生还原反应生成氢氧根 肼在负极上被氧化转化为无污染的氮气 2 相当于氮气和氢气先合成氨 然后结合盐酸生成氯化铵 3 三价铁离子能够氧化铜生成铜离子 从而设计成原电池证明该结论 答案 1 o2 2h2o 4e 4oh n2h4 4oh 4e n2 4h2o 2 n2 8h 6e 2nh4 3 正极反应 fe3 e fe2 负极反应 cu 2e cu2 方法总结 原电池的设计关键是负极材料和电解质溶液的成分 一般来说 在总反应中失电子的物质作负极或在负极上失电子发生氧化反应 溶液的某离子或物质在正极上得电子 发生还原反应 迁移应用 即时迁移小试牛刀 2 2010年杭州调研 x y z w四块金属分别用导线两两相连浸入稀硫酸中组成原电池 x y相连时 x为负极 z w相连时 电流方向是w z x z相连时 z极上产生大量气泡 w y相连时 w极发生氧化反应 据此判断四种金属的活动性顺序是 a x z w yb z x y wc x y z wd y w z x 答案 a 易错点1对 二次电池 概念不理解 导致错误例1下列有关电池的说法不正确的是 a 手机上用的锂离子电池属于二次电池b 铜锌原电池工作时 电子沿外电路从铜电极流向锌电极c 甲醇燃料电池可把化学能转化为电能d 锌锰干电池中 锌电极是负极 错因分析 如果不理解 二次电池 的含义 会错选a项 正确解答 本题考查电池原理 涉及电池分类 电子流向 能量转化形式 电极判断等 二次电池也就是充电电池 a选项正确 铜锌原电池中 铜为正极 锌为负极 锌失电子 电子通过外电路导线流向铜电极 正极 b选项错误 燃料电池将化学能转化为电能 对外放电 c选项正确 锌锰干电池中锌为负极 石墨为正极 d选项正确 答案 b 易错补练1上海世博会上 使用了一种高效耐用的新型可充电电池作为电动车动力 该电池能长时间保持稳定的放电电压 该电池的总反应式为 3zn 2k2feo4 8h2o3zn oh 2 2fe oh 3 4koh 下列说法不正确的是 a 放电时负极反应式为 zn 2e 2oh zn oh 2b 放电时正极反应式为 feo42 4h2o 3e fe oh 3 5oh c 放电时每转移3mol电子 正极有1molk2feo4被氧化d 充电时阳极附近溶液的碱性减弱 解析 选项a 放电时 在碱性条件下 zn失去电子为电池负极 zn 2e 2oh zn oh 2 选项b 根据放电时总电池反应式减去负极反应式 电子数需相等 可得放电时正极反应式为 feo42 4h2o 3e fe oh 3 5oh 选项c 放电时 k2feo4被还原 选项d 充电是放电的逆向反应 所以充电时 阳极消耗oh 导致阳极附近溶液的碱性减弱 答案 c 易错点2忽略介质的作用例2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 电解液中的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2 24lcl2 标准状况 时 有0 1mol电子转移 错因分析 易错选a 注意碱性条件下和酸性条件下氢氧燃料电池的正极反应式是不相同的 碱性条件下该式是正确的 正确解答 氢氧燃料电池的总反应式是 2h2 o2 2h2o 电解液为koh溶液 故其正极的反应式为 o2 2h2o 4e 4oh 负极的反应式为 2h2 4oh 4e 4h2o 反应过程中生成和消耗的oh 的量相等 故koh的物质的量不变 a b c均正确 d中根据电解cucl2溶液时各离子的放电顺序 可知阳极产生的是cl2 电极反应式为 2cl 2e cl2 故产生2 24l氯气时转移电子应为0 2mol 答案 d 结合科技前沿探究原电池的应用近几年高考中新型电源的相关考题层出不穷 该类题目主要考查原电池的工作原理 电极名称的判断 电极反应式的书写以及电解液的变化分析等 原电池是电化学的灵魂 随着科技的发展 原电池的种类层出不穷 但不管原电池的材料 种类如何变化 其基本原理都不变 也就是 万变不离其宗 只要掌握原电池的基本原理 就可以解答各种原电池问题 实验探究据 中国环境报 报道 近日 由美国宾夕法尼亚州立大学的科学家洛根率领的一个研发小组宣布 他们研制出一种新型的微生物燃料电池 可以把未经处理的污水转变成干净用水和电源 阅读上述信息 解答下列问题 1 洛根设计的电池装置 一个圆柱形的树脂玻璃密闭槽 里面装有8条阳极石墨棒 它们围绕着一个阴极棒 密闭槽中间以质子交换膜间隔 密闭槽外部以铜线组成闭合电路 用作电子流通的路径 工作时 只需要把污水注入反应槽 然后细菌酶就可以将污水中的有机物分解 在此过程中释放出电子和质子 该过程中 释放出的电子通过 填 溶液 或 铜线 流向 填 负极 或 正极 而质子则流向 填 负极 或 正极 密闭槽中的质子交换膜的作用是 写出阴极反应式 提示 阴极反应有氧气参与 2 这种燃料电池的燃料是废水中的有机化合物 这些有机化合物在阳极附近被细菌分解 分解的产物除电子和质子外还有 填序号 a 二氧化碳b 氢气c 氧气d 氮气 3 这种新型微生物燃料电池最适宜处理的废水是 填序号 a 硫酸厂废水b 畜牧厂的废水c 电镀厂废水d 生活污水 解析 1 洛根设计的这种微生物燃料电池装置中 膜 的作用是允许穿过特殊的离子 这种微生物燃料电池装置的 膜 是为了让氢离子穿过 负极附近细菌分解污水中的有机化合物被氧化 失去的电子沿外电路的导线到达正极 而氢离子从溶液中穿过 膜 到达正极 在正极电子 氢离子和氧气一起生成水 2 在阳极附近氧化有机化合物 其产物之一是氢离子 而有机化合物至少应该含有碳元素和氢元素 氢元素转化为氢离子 化合价没有变化 而有机化合物被氧化 碳元素的化合价应该升高 所以产物可以是二氧化碳 3 这种新型微生物燃料电池的燃料 原料 是有机化合物 所以污水中必须含有机化合物 答案 1 铜线正极正极使质子穿过到达正极o2 4h 4e 2h2o 2 a 3 bd 1 关于如图所示的原电池 下列说法正确的是 a 电子从锌电极通过电流表流向铜电极b 盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移c 锌电极发生还原反应 铜电极发生氧化反应d 铜电极上发生的电极反应是2h 2e h2 答案 a 2 将纯锌片和纯铜片按如图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间 以下叙述正确的是 a 两烧杯中铜片表面均无气泡产生b 甲中铜片是正极 乙中铜片是负极c 两烧杯中溶液的ph均增大d 产生气泡的速率甲比乙慢答案 c 3 2011年南通模拟 近年来 科学家研制出一种新型细菌燃料电池 利用细菌将有机物转化为氢气 氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电 该电池的负极反应式为 a h2 2oh 2e 2h2ob o2 4h 4e 2h2oc h2 2e 2h d o2 2h2o 4e 4oh 答案 c 4 2009年5月20日美国宇航员为哈勃望远镜装上了新的太阳能电池 使其服役期将延长至2014年 各式各样电池的发展是化学对人类的一项重大贡献 下列有关电池的叙述正确的是 a 太阳能电池的主要材料为二氧化硅b 锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细c 氢氧燃料电池工作时氢气在负极被还原d 锂离子电池优点是提供相同的电量所需的金属质量小答案 d 5 201