高三化学总复习实用 必考82 化学能转化为电能—电池课件 新人教版.ppt

第二讲化学能转化为电能 电池 一 原电池原理原电池是借助反应将能转化为能的装置 如下图所示 化学 化学 电 实验现象 1 有盐桥时 2 锌片 实验结论 导线中有电流通过 即该装置为一个原电池 电流表指针发生偏转 铜片表面有金属析出 逐渐溶解 1 铜一锌原电池原理分析在znso4溶液中 锌片失去电子而逐渐溶解 形成zn2 进入溶液 电子经导线流向铜片 溶液中的cu2 得电子被还原成cu 这一变化可以表示如下 锌片 氧化反应 铜片 还原反应 总反应 或 zn 2e zn2 cu2 2e cu zn cu2 zn2 cu zn cuso4 znso4 cu 2 原电池形成的条件 1 两个活泼性不同的电极 其中一个相对活泼 另一个相对较不活泼 二者直接或间接地连在一起 插入电解质溶液中 2 电解质溶液 3 形成闭合回路 4 能自发地发生氧化还原反应 二 化学电源1 一次电池 碱性锌锰干电池负极材料是锌筒 正极是碳棒 电极反应为 负极 正极 总反应 zn 2e 2oh zn oh 2 2mno2 h2o 2e mn2o3 2oh zn 2mno2 h2o zn oh 2 mn2o3 2 二次电池 铅蓄电池放电反应为 负极 正极 总反应 充电反应为 阴极 阳极 总反应 三 金属的电化学腐蚀与防护1 金属的腐蚀金属与周围的气体或液体物质发生反应而引起损耗的现象 1 化学腐蚀 金属与接触的物质直接发生而引起的腐蚀 2 电化学腐蚀 不纯的金属跟电解质溶液接触发生反应 较活泼的金属被氧化的腐蚀 氧化还原 化学反应 原电池 2 电化学腐蚀分类以铁的腐蚀为例 酸性 弱碱性 中性 3 金属的防护方法 1 牺牲阳极的阴极保护法 原电池原理在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼金属如等 让被保护的金属作原电池的 2 外加电源的阴极保护法 电解池原理用被保护的钢铁设备作 惰性电极作 外接直流电源 3 其他方法 改变金属内部结构 如 加涂防护层如 等方法 锌块 正极 阴极 阳极 不锈钢 喷油漆 涂油脂 电镀 考点一原电池的构成及工作原理 例1 2008 广东 5 用铜片 银片 cu no3 2溶液 agno3溶液 导线和盐桥 装有琼脂 kno3的u形管 构成一个原电池 以下有关该原电池的叙述正确的是 在外电路中 电流由铜电极流向银电极 正极反应为 ag e ag 实验过程中取出盐桥 原电池仍继续工作 将铜片浸入agno3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同a b c d 解析 在形成的原电池中 铜片作负极 失电子 cu 2e cu2 电子沿导线移向银片 银片作正极 ag 得电子 发生还原反应 ag e ag 电流流向与电子流向相反 取出盐桥 不能形成闭合回路 原电池不能继续工作 原电池反应为cu 2ag cu2 2ag 答案 c 1 正负极判断 2 电极反应式的书写书写电极反应式时 要根据电极材料 电解质溶液分析电极反应和电极产物 写出电极反应式 还要注意电子守恒 1 负极为活泼金属时 一般失去电子形成可溶性稳定价态阳离子 或进入溶液 或与电解质发生反应 若为燃料电池 负极一般不参与反应 可燃气体失去电子 形成稳定的氧化产物 或进一步与电解质溶液反应 2 正极上 一般是溶液中氧化性最强的微粒获得电子被还原 生成稳定的还原产物 或进一步与电解质溶液反应 3 正 负两极反应式在确保得失电子数目相等的前提下 加和可得电池反应总方程式 1 下列装置可以形成原电池的是 解析 构成原电池需要具备下列三个条件 活泼性不同的两个电极 有电解质溶液 组成闭合回路 故a b符合条件 答案 ab 2 将纯锌片和纯铜片按下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 甲产生气泡的速度比乙慢 解析 甲为由铜 锌 稀硫酸 导线构成的原电池 所以锌电极失电子 失掉的电子沿导线流到铜电极 溶液中的氢离子在铜电极上得到锌失掉的电子而被还原为氢气 乙中铜片没有任何作用 只是锌与稀硫酸发生一个简单的化学反应 锌失电子直接给溶液中的氢离子 氢离子直接在锌片上被还原为氢气 故选项a b错误 由于两个烧杯中都是氢离子得电子成为氢气脱离溶液体系 所以两烧杯中溶液的ph均增大 选项c正确 只要锌片与稀硫酸的接触面积相同 稀硫酸的浓度相同 则产生氢气的速度是相同的 答案 c 3 把a b c d四块金属浸泡在稀h2so4中 用导线两两相连可以组成各种原电池 若a b相连时 a为负极 c d相连 d上有气体逸出 a c相连时a极减轻 b d相连时 b为正极 则四种金属的活动性顺序为 a a b c db a c b dc a c d bd b d c a 解析 原电池中金属活泼性强的做负极 即a b 金属与稀h2so4反应 正极上有h2产生 而负极减轻 故有c d a c d b 综上应有a c d b 答案 c 考点二原电池原理的应用 例2 2009 江苏 12 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 a 该电池能够在高温下工作b 电池的负极反应为 c6h12o6 6h2o 24e 6co2 24h c 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1mol氧气理论上能生成标准状况下co2气体 解析 本题考查原电池知识 微生物燃料电池只能在常温下工作 a错 放电过程为原电池反应 h 应向正极迁移 c错 由电池反应c6h12o6 6o2 6co2 6h2o知 每消耗1molo2理论上生成1molco2 即标况下22 4l d错 答案 b 1 比较不同金属的活动性强弱根据原电池原理可知 在原电池反应过程中 一般活动性强的金属作负极 而活动性弱的金属 或碳棒 作正极 若有两种金属a和b 用导线将a和b连接后 插入稀硫酸中 一段时间后 若观察到a极溶解 而b极上有气体放出 则说明在原电池工作过程中 a被氧化成阳离子而失去电子作负极 b作正极 则可以断定金属a的金属活动性比b的强 2 加快化学反应速率由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反应且有电流产生 因而反应速率加快 如zn与稀h2so4反应制氢气时 可向溶液中滴加少量cuso4溶液 形成cu zn原电池 加快反应进行 3 设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的四个条件 具体方法是 1 首先将已知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 负极就是失电子的物质 正极用比负极活泼性差的金属即可 也可以用石墨 及电解质溶液 电解质溶液的选择电解质是使负极放电的物质 因此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 的溶液中 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反应 容易失去电子 因此负极一般是活泼的金属材料 也可以是还原性较强的非金属材料如h2 ch4等 3 按要求画出原电池装置图 1 2009 广东 14 可用于电动汽车的铝 空气燃料电池 通常以nacl溶液或naoh溶液为电解液 铝合金为负极 空气电极为正极 下列说法正确的是 a 以nacl溶液或naoh溶液为电解液时 正极反应都为 o2 2h2o 4e 4oh b 以naoh溶液为电解液时 负极反应为 al 3oh 3e al oh 3 c 以naoh溶液为电解液时 电池在工作过程中电解液的ph保持不变d 电池工作时 电子通过外电路从正极流向负极 解析 考查燃料电池的反应原理 无论以nacl还是以naoh溶液作电解液 在正极上都是o2得电子被还原 a对 生成的al oh 3在碱性介质中不存在 b错 al oh 3会与naoh反应生成naalo2消耗电解液中的naoh 使ph减小 c错 原电池中 电子从负极流出通过外电路流向正极 d错 答案 a 2 2009 福建 11 控制适合的条件 将反应2fe3 2i 2fe2 i2 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 乙中石墨电极为负极 解析 本题利用氧化还原反应设计成原电池 考查电池工作时两极发生的变化 a b均正确 c项由于fe3 和i 反应是可逆反应 当电流为0时 说明处于平衡状态 故c正确 d项中加入fecl2 增大了fe2 的浓度 平衡左移 故乙中石墨电极为正极 发生还原反应 故d错 答案 d 3 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 解析 从图中可看出a电极处进入的是h2 b电极处进入的是o2 该电池的总反应是2h2 o2 2h2o 故a电极处h2失e 被氧化 a为负极 相对应的b极为正极 b极的电极反应是2h2o o2 4e 4oh 故选项中只有b选项不正确 符合题意 答案 b 考点三金属的腐蚀与防护 例3 2009 上海 13 下图装置中 u型管内为红墨水 a b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液 各加入生铁块 放置一段时间 下列有关描述错误的是 a 生铁块中的碳是原电池的正极b 红墨水柱两边的液面变为左低右高c 两试管中相同的电极反应式是 fe 2e fe2 d a试管中发生了吸氧腐蚀 b试管中发生了析氢腐蚀 解析 a为中性环境 发生吸氧腐蚀 氧气被消耗 气体压强减小 b中酸性较强 发生析氢腐蚀 有氢气放出 气体压强增大 所以红墨水柱两边的液面变为左高右低 故b项错 答案 b 1 金属腐蚀的比较 2 金属腐蚀的快慢规律 1 不同类型的腐蚀规律电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防护措施的腐蚀 2 电化学腐蚀规律 对同一种金属来说 腐蚀的快慢 强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液 活动性不同的两金属 活动性差别越大 活动金属腐蚀越快 对同一种电解质溶液来说 电解质溶液浓度越大 腐蚀越快 且氧化剂的浓度越高 腐蚀越快 对于不同氧化剂来说 氧化性越强 金属腐蚀越快 1 钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀 发生的原电池反应为2fe 2h2o o2 2fe oh 2 以下说法正确的是 a 负极发生的反应为fe 2e fe2 b 正极发生的反应为2h2o o2 2e 4oh c 原电池是将电能转变为化学能的装置d 钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀 解析 由给出的原电池反应可知 此腐蚀为吸氧腐蚀 负极反应为fe 2e fe2 或表示为fe fe2 2e 正极发生的反应为2h2o o2 4e 4oh 故a正确 b错 原电池是将化学能转化为电能的装置 c错 由于吸氧腐蚀与氧气 水有关 所以钢柱在空气与水交界处比水下部分更容易腐蚀 故d错 答案 a 2 2010 烟台模拟 下图水槽中盛装的是海水 其中铁被腐蚀最慢的是 解析 选项b中zn失电子 所以保护了铁电极 选项c中铁失电子 所以腐蚀较快 选项d为铁连接外接电源正极的电解池 铁直接发生氧化反应 腐蚀快慢顺序是d c a b 答案 b 3 钢铁在锈蚀过程中 下列5种变化可能发生的是 fe由 2价转化为 3价 o2被还原 产生h2 fe oh 3失水形成fe2o3 xh2o 杂质c被氧化除去 a b c d 解析 钢铁的锈蚀包括析氢和吸氧两种腐蚀 fe 2e fe2 o2 2h2o 4e 4oh 2h 2e h2 fe2 2oh fe oh 24fe oh 2 o2 2h2o 4fe oh 3fe oh 3失水成铁锈fe2o3 xh2o 答案 c 试回答下列问题 1 两次操作过程中指针为什么会发生偏转 并且指针偏转方向相反 答 2 操作 过程中c1为 极 电极反应式为 3 操作 过程中c2为 极 电极反应式为 答案 1 因为该装置符合形成原电池的条件 形成原电池 导线上有电流产生 故指针发生偏转 又因为该反应是可逆反应 操作 反应朝正反应方向进行 操作 反应朝逆反应方向进行 故指针偏转方向不同 2 负2i 2e i2 例2 实验是化学的最高法庭 以镁条 铝片为电极 以稀naoh溶液为电解质溶液构成的原电池 人们普遍认为铝是负极 其研究性学习小组为探究该原电池究竟谁是负极 发生怎样的电极反应 进行了如下实验 如图 剪取约8cm的镁条及大小相近的铝片 用砂纸去膜 使镁条与铝片分别与量程为50 a的教学演示电表的 端相连接 迅速将两电极插入盛有1mol lnaoh溶液的烧杯中 开始 电表指针向右偏移约500 a 铝片表面有许多气泡 很快电流逐渐减小至0 随后 指针向左偏移 且电流逐渐增大至约400 a 此时 铝片表面气泡有所减少 镁条表面只有极少量的气泡产生 根据以上实验现象 回答下列问题 1 开始阶段 原电池的正极是 填 镁 或 铝 片 铝片表面产生的气泡是 负极发生的反应是 2 随后阶段 铝片发生的电极反应式是 镁条表面只有极少量的气泡产生 其原因之一是 2h2o 2e h2 2oh 极少 试判断此电极发生的主要反应是 铝片表面气泡有所减少 但未消失 产生这一现象的可能原因是 答案 1 铝h2mg 2oh 2e mg oh 2 2 4al 16oh 12e 8h2o3o2 6h2o 12e 12oh 铝片中含有杂质 构成原电池 1 2009 北京 6 下列叙述不正确的是 a 铁表面镀锌 铁作阳极b 船底镶嵌锌块 锌作负极 以防船体被腐蚀c 钢铁吸氧腐蚀的正极反应 o2 2h2o 4e 4oh d 工业上电解饱和食盐水的阳极反应 2cl 2e cl2 解析 本题主要考查电化学知识 只要掌握原电池和电解的原理就能作答 a项中锌作阳极 b项锌作负极 铁被保护 c d都是正确的 答案 a 2 2010 日照一中高三月考 将铜片和铝片用导线连接后插入盛有浓硝酸的烧杯中组成原电池 此原电池的负极及其电极反应是 a al al 3e al3 b cu cu 2e cu2 c al 2h 2e h2 d cu 2h e no2 h2o 解析 在浓硝酸中al可以发生钝化 al表面的氧化膜隔绝了al与浓硝酸的进一步接触 反应 而cu与浓硝酸则可以发生氧化还原反应 cu失去电子 发生氧化反应 作负极 al作正极 h 发生还原反应 生成氢气 答案 b 3 2007 山东 铅蓄电池用途极广 可多次充 放电 在铅蓄电池中铅作为负极 二氧化铅作为正极 电解液为30 的h2so4溶液 电池充 放电时的总反应可表示为 pb pbo2 2h2so42pbso4 2h2o下列关于此电池的说法中 不正确的是 a 放电一段时间后 电解液的ph将增大c 充电时 二氧化铅电极上发生氧化反应d 充电时 电解液中的阳离子向二氧化铅电极移动 解析 a是关于原电池的反应 其中电解液中的硫酸被消耗 故酸性减弱 ph将增大 正确 b是关于负极反应式的判断 判断的要点是 抓住总方程式中 放电 是原电池 充电 是电解池的规律 再分析清楚价态的变化趋势 从而快速准确地判断 b是正确的 c是充电时的电解池反应 二氧化铅作为阳极 其上必发生氧化反应 正确 d是充电时的电解池反应 阳离子应向阴极移动即向铅电极移动 错误 答案 d 4 如图 烧杯内盛水 铁圈和银圈直接相连接 在接头处用一根绝缘细线吊住使之平衡 小心地向烧杯中央滴入cuso4溶液 一段时间后可观察到的现象是 a 两圈仍保持平衡b 铁圈向下倾斜c 银圈向下倾斜d 有气泡产生 两圈摇摆不定 解析 构成fe ag原电池 cu2 得e 而附着在ag圈上 答案 c 5 如下图所示 各烧杯中盛有海水 铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为 a b c d 解析 中fe为负极 杂质c为正极的原电池腐蚀 是钢铁的吸氧腐蚀 腐蚀较慢 实质均为原电池装置 中fe为正极 被保护 中fe为负极 均被腐蚀 但相对来说fe和cu的金属活泼性差别较fe和sn的大 故fe cu原电池中fe被腐蚀更快 是fe作阳极 cu作阴极的电解腐蚀 加快了fe的腐蚀 是fe作阴极 cu作阳极的电解腐蚀 防止了fe的腐蚀 根据以上分析可知 铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为 答案 c 6 某新型二次锂离子电池结构如下图 电池内部是固体电解质 充电 放电时允许li 在其间通过 图中电池内部 表示放电时li 的迁移方向 充电 放电时总反应可表示为 licoo2 6c放电充电li1 xcoo2 lixc6 下列说法不正确的是 a 外电路上的 表示放电时的电流方向b 充电时阴极电极反应 lixc6 xe 6c xli c 放电时负极电极反应 licoo2 xe li1 xcoo