2012年高考化学 6.4化学能转化为电能——原电池复习探究课件

一 原电池 1 2011年泉州模拟 如图所示的装置能够组成原电池产生电流的是 解析 依据构成原电池的三个条件分析 A中两电极相同 C中Zn应放入ZnSO4溶液 Cu应放入CuSO4溶液才可 D中没有构成闭合回路 E中酒精是非电解质 只有B符合条件 答案 B 1 概念将转化为的装置 2 本质自发的反应 3 工作原理 以锌 铜原电池为例 化学能 电能 氧化还原 4 构成条件 1 具有两个不同的电极 金属和金属或金属和非金属导体 2 具有溶液 3 形成 或在溶液中相互 活泼性 电解质 闭合电路 接触 二 常见的化学电源 2 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 太阳能电池不属于原电池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解析 太阳能电池直接将太阳能转化为电能 不属于原电池 A正确 B项碳棒为正极 发生还原反应 故不会变细 C项H2在负极发生氧化反应 D正确 答案 AD 1 一次电池 碱性锌锰干电池 1 负极材料 正极材料 电解质 KOH 2 电极反应 负极 正极 总反应 Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 Zn MnO2 Zn 2e 2OH Zn OH 2 2MnO2 2e 2H2O 2MnOOH 2OH 3 燃料电池 1 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池 2 燃料电池的电极本身活性物质 燃料和氧化剂连续地由供给 3 充电电池是指既能将化学能转变成电能 即放电 又能将电能转变成化学能 充电 的一类特殊电池 充放电的反应不能理解为可逆反应 充 放电反应条件不同 不包含 外部 三 金属的腐蚀与防护 3 如图所示 各烧杯中盛有海水 铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为 答案 1 金属腐蚀的类型化学腐蚀与电化学腐蚀 2 析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以Fe为例 的比较 3 金属腐蚀的一般规律 1 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 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 3 活泼性不同的两金属 活泼性差别越大 腐蚀越快 4 对同一种电解质溶液来说 电解质溶液浓度越大 腐蚀越快 5 O2浓度越大 腐蚀越快 4 金属的防护 1 利用原电池原理 保护法 在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼金属如 让被保护的金属作原电池的 例如在船舶的外壳装上锌块 2 利用电解池原理 保护法 用被保护的钢铁设备作 惰性电极作 外接直流电源 5 其他方法改变金属内部结构 如 加涂防护层如 等方法 牺牲阳极的阴极 锌 正极 外加电源的阴极 阴极 阳极 不锈钢 电镀 喷漆 涂油脂 原电池的工作原理 1 原电池的工作原理 特别提醒 分析原电池时从负极发生氧化反应 正极发生还原反应入手 2009年高考福建理综 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 思路点拨 本题的突破口 1 分析反应开始时 甲 乙两池中得电子 或失电子 的物质 然后判断正负极 2 从化学平衡移动入手 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 听课记录 装置乙中I 失去电子放电 故乙中石墨电极上发生氧化反应 选项A正确 由总反应化学方程式知 Fe3 被还原成Fe2 选项B正确 当电流计读数为零时 则说明电路中没有电子发生转移 可证明反应达到平衡 选项C正确 加入FeCl2 电离产生Fe2 该离子的存在导致平衡逆向移动 则Fe2 失去电子生成Fe3 装置甲中石墨作为负极 选项D错 答案 D 1 用以下装置和试剂构成一个原电池 如图 下列叙述正确的是 A 该电池的负极反应为 Ag e AgB 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C 在外电路中 电子由银电极流向铜电极D 实验过程中取出盐桥 原电池仍继续工作解析 负极应失电子 A错 Cu为负极 电子应从Cu流入Ag C错 取出盐桥 不能形成闭合电路 D错 答案 B 原电池正负极的判断及电极反应式的书写 1 正 负极的判断 特别提醒 原电池中放出的气体一定是H2 2 电极反应式的书写 1 一般电极反应式的书写 特别提醒 1 书写电极反应式时 注意介质是否参加反应 碱性介质的电极反应中不能出现H 酸性介质的电极反应中不能出现OH 2 燃料电池的正极 O2作氧化剂 反应式一般为 酸性条件 O2 4e 4H 2H2O 碱性或中性条件 O2 4e 2H2O 4OH 高温无水固体电解质 O2 4e 2O2 天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地 锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴 Li CoO2 充电时LiCoO2中Li被氧化 Li 迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳 C6 中 以LiC6表示 电池反应为Li CoO2 C6CoO2 LiC6 下列说法正确的是 A 充电时 电池的负极反应为LiC6 e Li C6B 放电时 电池的正极反应为CoO2 Li e LiCoO2C 羧酸 醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质D 锂离子电池的比能量 单位质量释放的能量 低 思路点拨 1 审准题再分析 放电时是原电池 充电时是电解池 2 结合Li的性质分析判断 听课记录 在充电时 电池负极接外电源负极 为阴极 发生的是还原反应Li C6 e LiC6 故A错误 在放电时电池正极是Li CoO2 得电子 故B正确 电池的电解质不可能是能与Li反应的有活泼氢的物质 那样将会产生H2 故C不正确 由于Li的摩尔质量小 单位质量锂产生电量最大 故D不正确 答案 B 解析 在正极O2得电子生成O2 故O2 由正极移向负极 故A和D错 C对 本电池是高温熔融盐作电解质 无OH 参加 B错 答案 C 原电池原理的应用 1 加快化学反应速率理论上 氧化还原反应均可设计成原电池 因有电流产生 加快了电子的转移 从而加快了化学反应速率 如 实验室利用Zn与稀H2SO4反应制取H2时 稀H2SO4中滴入几滴CuSO4溶液 从而加快了H2的逸出 2 比较金属的活泼性据溶解 或质量减轻 的为负极 质量增加 或产生气泡 的为正极 结合负极活泼性 正极活泼性 便作出结论 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 设计原电池 1 首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应 2 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 活动性较弱的物质作为正极 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 3 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 4 按要求画出原电池装置图 如根据以下反应设计的原电池 2011年无锡模拟 根据氧化还原反应 2Ag aq Cu s Cu2 aq 2Ag s 设计的原电池如图所示 其中盐桥为琼胶 饱和KNO3盐桥 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 写出两电极的电极反应式 银电极 X电极 3 外电路中的电子是从 电极流向 电极 思路点拨 解题关键点 1 将总反应拆成两个半反应 2 分析电极材料X和溶液Y应该是什么 听课记录 根据题给原电池反应可知 负极材料为铜 正极材料为Ag 答案 1 铜AgNO3溶液 2 正Ag e AgCu 2e Cu2 3 铜 X Ag 4 B 3 将2Fe3 Cu 2Fe2 Cu2 设计成一个原电池 画出装置图 带盐桥 标明正 负极 写出电极反应式 电极反应 负极 正极 答案 负极 Cu 2e Cu2 正极 2Fe3 2e 2Fe2 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 解析 由原电池装置图可知 负极为Zn 发生反应 Zn 2e Zn2 正极为Cu 发生反应 Cu2 2e Cu 盐桥中的阴离子向ZnSO4溶液中迁移 阳离子向CuSO4溶液中迁移 所以正确答案为A 答案 A 2 2011年海口模拟 某学生欲完成Cu 2Ag 2Ag Cu2 反应 设计了下列四个实验 可行的是 解析 A项中Cu Ag均不能与盐酸反应 B项Cu Ag也均不与CuSO4溶液反应 D项Ag与CuSO4溶液也不反应 故只有C项正确 答案 C 3 2011年济南模拟 镁及其化合物一般无毒 或低毒 无污染 且镁原电池放电时电压高而平稳 使镁原电池成为人们研制绿色原电池的关注焦点 其中一种镁原电池的反应为xMg Mo3S4MgxMo3S4 在镁原电池放电时 下列说法错误的是 答案 C 4 下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是 A 纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗B 当镀锡铁制品的镀层破损时 镀层仍能对铁制品起保护作用C 在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法D 可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀解析 当镀层破损时 Sn Fe可形成原电池 Fe作为负极加快了腐蚀速度 B项错 海轮外壳与Zn块形成原电池 Zn作负极 阳极 从而保护Fe正极 阴极 所以C项正确 外加电源保护法应该将被保护的金属与电源负极相连作阴极 故D不正确 答案 AC 5 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 解析 1 氧气在正极上发生还原反应生成氢氧根离子 肼在负极上被氧化转化为无污染的氮气和H2O 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 3 正极反应 2Fe3 2e 2Fe2 负极反应 Cu 2e Cu2 金属腐蚀条件的探究 2008年高考海南卷 如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容 为研究铁锈蚀的影响因素 某同学做了如下探究实验 回答以下问题 1 上述实验中发生了电化学腐蚀的是 填实验序号 在电化学腐蚀中 负极反应是 正极反应是 2 由该实验可知 可以影响铁锈蚀速率的因素是 3 为防止铁的锈蚀 工业上普遍采用的方法是 答两种方法 答案 1 3 4 5 6Fe 2e Fe2 或2Fe 4e 2Fe2 2H2O O2 4e 4OH 2 湿度 温度 O2浓度 电解质是否存在 3 电镀等表面覆盖保护膜法 牺牲阳极的阴极保护法 正确理解焓变 H 的几种表达方式 1 H 吸收的能量 释放的能量 2 H 生成物的能量 反应物的能量 若反应物所具有的总能量高于生成物的总能量 反应放热 若反应物所具有的总能量低于生成物的总能量 反应吸热 3 H 反应物的键能之和 生成物的键能之和反应物的键能越小 稳定性越弱 能量越高 破坏它需要的能量越小 生成物的键能越大 稳定性越强 能量越低 释放的能量越大 虽然表达方式不同 但表示的意义是相同的 做关于该方面的题目时 要注意分清 H是以何种形式给出的 已知H2 g 1 2O2 g H2O g 反应过程中能量变化如图 请回答下列问题 1 图像中E1 E2代表的意义 2 该反应是 反应 填 吸热 或 放热 H 填 0 规范解答 由图像可知 反应物是氢气和氧气 生成物为水 其中E1为拆开1molH H键和molO2中的化学键所吸收的能量 E2为生成2molH O键所释放的能量 由于E2 E1 故E1 E2 0 该反应是放热反应 答案 1 反应热 2 放热 0 1 下表中的数据表示破坏1mol物质中的化学键需消耗的能量 即键能 H2和Cl2反应生成HCl过程中的热效应可用下图表示 请回答下列问题 1 H1 kJ mol 1 H2 kJ mol 1 H3 kJ mol 1 2 据实验测定 H2和Cl2的混合气体在光照下反应生成HCl引发该反应的步骤是上图 中的一步 你认为是第 填序号 请说明原因 3 该反应的热化学方程式为 解析 化学反应中 化学键断裂需要吸收能量 形成化学键放出能量 因此 H1 243kJ mol 1 H2 436kJ mol 1 H3 431kJ mol 1 由盖斯定律知 此反应的反应热 H H1 H2 2 H3 243kJ mol 1 436kJ mol 1 2 431kJ mol 1 183kJ mol 1 故热化学方程式为H2 g Cl2 g 2HCl g H 183kJ mol 1 答案 1 243 436 431 2 Cl Cl键的键能比H H键的键能小 更易断裂 从而引发反应 3 H2 g Cl2 g 2HCl g H 183kJ mol 1 原电池 电解池 电镀池的比较 2010年聊城一中质检 关于如图所示装置的叙述正确的是 A 电流由锌经导线流向铂 电子由铜经导线流向碳棒B 碳棒是正极 铜片是阳极C 锌片的质量逐渐减少 铂片的质量逐渐增加D 锌片上发生还原反应 碳棒上发生氧化反应 思路点拨 解题关键点 1 看清电极材料 2 分析判断是什么池 规范解答 根据电极材料及电解质溶液可以判断左边装置是原电池 右边装置则是用惰性电极电解CuCl2溶液 原电池中 负极 Zn Zn 2e Zn2 氧化反应 正极 Cu 2H 2e H2 还原反应 则电解池中Pt为阴极 碳为阳极 电极反应为 阴极 Pt Cu2 2e Cu 还原反应 阳极 C 2Cl 2e Cl2 氧化反应 对照选项可知 C正确 答案 C 2 如图所示 下列叙述正确的是 A Y为阴极 发生还原反应B X为正极 发生氧化反应C Y与滤纸接触处有氧气生成D X与滤纸接触处变红 解析 考查原电池 电解池的反应原理 根据图示的装置可以得出左侧的装置为原电池 右侧的装置为电解池 根据原电池的构成规律 Zn为负极 Cu为正极 由图示连接情况可知X为阳极发生氧化反应 Y为阴极发生还原反应 电极反应分别为Cu 2e Cu2 2H 2e H2 因为在Y电极附近H 的浓度减小 将使H2OH OH 平衡向右移动 移动的结果是c OH c H 溶液显碱性 所以电极附近溶液变红色 所以只有A选项正确 答案 A 可充电电池的分析 1 可充电电池有充电和放电两个过程 放电发生的是原电池反应 充电发生的是电解反应 充电的电极反应与放电的电极反应过程相反 充电时的阳极反应为放电时正极反应的逆过程 充电时的阴极反应为放电时负极反应的逆过程 以铅蓄电池为例 该过程可结合图示分析 2 书写可充电电池的电极反应式 一般是先写放电的电极反应 往往负极反应式较容易写出 正极反应式较难写出 此时可先书写负极反应式 然后用电池反应式减去负极反应式即得正极反应式 书写电极反应式时 不要忽略了两极产生的离子是否与电解质溶液发生反应 2009年高考浙江理综 市场上经常见到的标记为Li ion的电池称为 锂离子电池 它的负极是金属锂和碳的复合材料 碳作为金属锂的载体 电解质为一种能传导Li 的高分子材料 这种锂离子电池的电池反应式为 Li 2Li0 35NiO22Li0 85NiO2下列说法不正确的是 A 放电时 负极的电极反应式 Li e Li B 充电时 Li0 85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应C 该电池不能用水溶液作为电解质D 放电过程中Li 向负极移动 规范解答 此类题 在确定两极后 先考虑放电的各种情况 再考虑充电的各种情况 放电时 Li作负极 失电子 A项正确 生成的Li 从负极移向正极 D项错 充电是放电的逆反应 从总方程式可知 此时的Li0 85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应 B项正确 C项 由于Li可以与水反应 故电解质不能用水溶液 正确 答案 D 答案 D 计算反应热时忽视晶体结构 通常把拆开1mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能 键能的大小可以衡量化学键的强弱 也可用于估算化学反应的反应热 H 化学反应的 H等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差 下面列举了一些化学键的键能数据 供计算用 错因分析 根据题设信息 H 4 360kJ mol 1 2 436kJ mol 1 1 176kJ mol 1 4 431kJ mol 1 412kJ mol 1 错选A 忽视硅晶体结构 如果理解新信息能力差 认为反应热等于产物键能总和与反应物键能总和之差 错选D 正确解法 SiCl4 H2和HCl分子中共价键的数目容易计算 而产物中的硅属于原子晶体 根据原子晶体的结构计算晶体硅中共价键的数目 1mol晶体Si中所含的Si S