高考化学一轮精品教学案 6.2 原电池和化学电源课件.ppt

第二节原电池和化学电源 3 原电池构成条件 1 两个活泼性不同的电极 常见为金属或石墨 2 将电极插入 溶液中 3 两电极间构成闭合回路 4 能自发进行的 反应 思考 通常的氧化还原反应为什么不能获得电流 二 化学电源1 碱性锌锰干电池 一次电池负极反应 正极反应 2mno2 2h2o 2e 2mnooh 2oh 总反应式 zn 2mno2 2h2o 2mnooh zn oh 2 2 二次电池 可充电电池 铅蓄电池铅蓄电池是常见的二次电池 负极材料是 正极材料是 1 放电时的反应 负极反应 3 燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池 可分酸性和碱性两种 答案 b 2 碱性电池具有容量大 放电电流大的特点 因而得到广泛应用 锌 锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液 电池总反应式为 zn 2mno2 2h2o zn oh 2 2mnooh 下列说法错误的是 3 有关电化学知识的描述正确的是 a cao h2o 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cu 2agno3 cu no3 2 2ag 装置中的盐桥中可以是装有含琼脂的kcl饱和溶液c 因为铁的活泼性强于铜 所以将铁 铜用导线连接后放入浓硝酸中 若能组成原电池 必是铁作负极 铜作正极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 答案 d 解析 a项中 反应是非氧化还原反应 不能设计成原电池 错 b项中 反应过程中会发生ag cl agcl 错 c项中 fe遇浓硝酸会发生钝化 而cu能与浓硝酸反应失去电子作负极 错 4 电池是人类生产和生活中的重要能量来源 各式各样电池的发明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 锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细b 氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能c 氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化d 太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅 答案 c 解析 本题考查了原电池和硅及其化合物知识 a项中原电池中碳棒作为惰性电极 不参与反应 故a错误 b项中氢氧燃料电池是将化学能转化为电能 故b错误 d项中太阳能电池的主要材料是高纯度的晶体硅而不是二氧化硅 故d错误 即选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 例1 双选 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 电池的正极得电子 a选项错误 结合该电池的装置图可知 该过程中的氧化还原反应为zn cu2 zn2 cu b选项正确 外电路中 电子从负极流向正极 c选项正确 左烧杯中由于zn失去电子形成zn2 使的该烧杯中正电荷的离子增加 为维持电中性 k 应该通过盐桥流向cuso4所在的右烧杯 d选项错误 答案 bc 答案 ab 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 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 答案 c 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 甲 乙总反应相同 但甲构成了原电池反应速率较快 d项错 3 2011 北京 8 结合下图判断 下列叙述正确的是 a 和 种正极均被保护b 和 中负极反应均是fe 2e fe2 c 和 中正极反应均是o2 2h2o 4e 4oh d 和 中分别加入少量k3 fe cn 6 溶液 均有蓝色沉淀 答案 a 解析 本题考查了电极反应式的书写 解题的关键是理解原电池原理 在原电池中活泼金属为负极失电子被氧化 不活泼金属做正极被保护 a项正确 i中锌为负极 失电子被氧化 b项错误 中为酸性电解液 不能生成oh c项错误 亚铁离子与铁氰化离子生成蓝色沉淀 i中无亚铁离子生成 故无蓝色沉淀 d项错误 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 例2 利用化学反应 2fecl3 cu 2fecl2 cucl2 选择合适的材料和试剂 设计一个原电池 可供选择的电极材料 铁棒 铜棒 石墨棒 可供选择的电解质溶液 cucl2溶液 fecl2溶液 fecl3溶液 请回答下列问题 1 选用 作正极材料 作负极材料 选用 作该原电池的电解质溶液 2 写出有关的电极反应式 正极 负极 解析 本题综合考查原电池工作原理 并设计原电池 根据原电池的构成条件 发生还原反应的一极为正极 发生氧化反应的一极为负极 该反应中cu为还原剂 作原电池的负极 fecl3溶液为氧化剂 作电解质溶液 正极为石墨棒 不能是铁棒 若为铁棒则发生反应2fecl3 fe 3fecl2 答案 1 石墨棒铜棒fecl3溶液 2 2fe3 2e 2fe2 cu 2e cu2 规律方法 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某物质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 变式训练4 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 答案 c 解析 a b d三项中反应都不能自发进行 只有c正确可行 5 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 答案 c 解析 构成fe ag原电池 cu2 得e 而附着在ag圈上 6 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相连时 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 答案 c 解析 原电池中金属活泼性强的作负极 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 b 解析 本题综合考查原电池和氧化还原反应的相关知识 正极反应应该得电子 因此a错 原电池中电解质溶液中的阳离子应该向正极移动 c错 ag是反应的还原剂 因此agcl是氧化产物 d错 答案 b 解析 本题考查原电池知识 意在考查考生分析新型原电池的工作原理的能力 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 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 4 根据下图 可判断出下列离子方程式中错误的是 a 2ag s cd2 aq 2ag aq cd s b co2 aq cd s co s cd2 aq c 2ag aq cd s 2ag s cd2 aq d 2ag aq co s 2ag s co2 aq 答案 a 解析 本题考查原电池原理及其运用 意在考查考生原电池装置的判断和总反应方程式的书写 从两个原电池的电极可以判断出三种金属的活泼性关系为 cd co ag 则氧化性关系 cd2 co2 ag 根据氧化还原反应规律a项不符合 两强制两弱原理 答案 d 解析 氢氧燃料电池的总反应式是 2h2 o2 2h2o 电解质溶液为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 故产生标准状况下2 24l氯气时转移电子应为0 2mol 6 某固体酸燃料电池以cshso4固体为电解质传递h 其基本结构如图所示 电池总反应可表示为 2h2 o2 2h2o 下列有关说法正确的是 a 电子通过外电路从b极流向a极b b极上的电极反应式为 o2 2h2o 4e 4oh c 每转移0 1mol电子 消耗1 12l的h2d h 由a极通过固体酸电解质传递到b极 答案 d 解析 本题以氢氧燃料电池为载体考查了原电池原理 电极反应式书写及离子的移动方向等 通氢气的电极为负极 通氧气的一极为正极 电子由外电路的负极流向正极 即由a电极流向b电极 a选项错误 因为是酸性电解质 b电极的电极反应式应为 o2 4e 4h 2h2o b选项错误 c项未说明状况 无法计算体积 c选项错误 在原电池电解液中阳离子移向正极 故h 移向正极 并参与正极反应 d选项正确 答案 a 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 d 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 10 某校化学研究性学习小组欲设计实验验证fe cu的金属活动性 他们提出了以下两种方案 请你帮助他们完成有关实验项目 方案 有人提出将大小相等的铁片和铜片 分别同时放入稀硫酸 或稀盐酸 中 观察产生气泡的快慢 据此确定它们的活动性 该原理的离子方程式为 方案 有人利用fe cu作电极设计成原电池 以确定它们的活动性 试在下面的方框内画出原电池装置图 标出原电池的电极材料