高考化学一轮总复习 第八章第1节 原电池 化学电源课件（含高考真题）新人教版.ppt

第1节原电池化学电源 高考地位 3年18考预测指数 追本溯源拓认知 1 概念和反应本质原电池是把转化为的装置 其反应本质是 2 构成条件 1 有两个的电极 常见的为金属或石墨 2 将电极插入中 3 两电极间构成闭合回路 或在溶液中直接接触 化学能 电能 氧化还原反应 活泼性不同 电解质溶液 3 工作原理如图是cu zn原电池 请填空 1 电极 负极为 正极为 2 电极反应 负极 zn 2e zn2 正极 cu2 2e cu 3 原电池中的三个方向 电子方向 电子从流出经外电路流入 电流方向 电流从流出经外电路流入 离子的迁移方向 电解质溶液中 阴离子向迁移 阳离子向迁移 盐桥中阳离子向迁移 阴离子向迁移 zn cu 负极 正极 正极 负极 负极 正极 正极 负极 特别提醒 盐桥的作用盐桥中通常装有含琼胶的kcl饱和溶液 其作用是平衡两个烧杯中的阴 阳离子而导电 电路接通后 k 移向正极 cl 移向负极 答案 b解析 该原电池总反应为fe 2fecl3 3fecl2 故负极反应为fe 2e fe2 b选项不正确 zn 碳棒 1 放电时的反应 负极 正极 总反应 pb s pbo2 s 2h2so4 aq 2pbso4 s 2h2o l 2 充电时的反应 阴极 pb s so42 aq 2e pbso4 s pbo2 s 4h aq so42 aq 2e pbso4 s 2h2o l pbso4 s 2e pb s so42 aq 阳极 总反应 2pbso4 s 2h2o l pb s pbo2 s 2h2so4 aq pbso4 s 2h2o l 2e pbo2 s 4h aq so42 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 特别提醒 1 化学电源的电极反应式一般较为复杂 正 负极反应式的加和是总反应式 总反应式减一极反应式可得另一极反应式 2 可充电电池充电时 电池的正极接外接电源的正极 电池的负极接外接电源的负极 3 可充电电池的放电反应和充电反应不互为可逆反应 4 书写燃料电池的电极反应式时 一定要注意溶液的酸碱性 固本自测 2 下列有关电池的叙述不正确的是 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 锌电极是负极答案 b解析 在外电路中电子由负极移向正极 即由锌电极移向铜电极 b选项不正确 突破核心握动向 原电池的工作原理是历年高考命题的热点 多以选择题为主 少部分以填空题及综合题出现 内容与生产生活 新科技及新技术等问题相联系 主要考查内容有 原电池的电极名称 电极反应 电子流向 从近几年的高考试题来看 以新型电池 如燃料电池 为背景考查原电池的工作原理 越来越受重视 2 原电池的判断方法 1 先分析有无外接电源 有外接电源的为电解池 无外接电源的可能为原电池 2 然后依据原电池的形成条件分析判断 主要是 四看 3 多池相连 但无外接电源时 两极活泼性差异最大的一池为原电池 其他各池可看做电解池 3 电解质溶液中离子的移动规律 1 规律 阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 2 实验 cu zn原电池中 h2so4作电解质溶液 h 向cu电极移动 so42 向zn电极移动 知能拓展 1 在原电池装置中 电子由负极经导线流向正极 阳离子在正极上获得电子 通过电路中的电子和溶液中的离子的移动而形成回路 传导电流 电子并不进入溶液也不能在溶液中迁移 2 原电池将一个完整的氧化还原反应分为两个半反应 负极发生氧化反应 正极发生还原反应 一般将两个电极反应中得失电子的数目写为相同 相加便得到总反应方程式 3 阴离子要移向负极 阳离子要移向正极 这是因为负极失电子 生成大量阳离子积聚在负极附近 致使该极附近有大量正电荷 所以溶液中的阴离子要移向负极 正极得电子 该极附近的阳离子因得电子生成电中性的物质而使该极附近带负电荷 所以溶液中的阳离子要移向正极 4 不参与电极反应的离子从微观上讲发生移动 但从宏观上讲其在溶液中各区域的浓度基本不变 c 催化剂a附近酸性减弱 催化剂b附近酸性增强d 催化剂b表面的反应是co2 2h 2e hcooh答案 c解析 催化剂a表面发生的反应相当于原电池的负极反应 其电极反应为2h2o 4e 4h o2 而催化剂b表面的反应相当于原电池的正极反应 其电极反应为co2 2h 2e hcooh 由于a附近生成了h 而b附近消耗了h 故c不正确 互动探究 1 该装置如何判断正负极 提示 可依据电子流动方向判断 电子由负极流向正极 可判断a为负极 b为正极 可依据h 的移动方向判断 电解质溶液为原电池的内电路 电流方向为负极流向正极 可判断a为负极 b为正极 2 吸热的氧化还原反应可以设计成原电池吗 提示 理论上氧化还原反应可以设计成原电池 但是吸热的氧化还原反应能持续发生 应有外界提供能量 如本题装置中需要太阳光提供能量 a cu电极上发生还原反应b 电子沿zn a b cu路径流动c 片刻后甲池中c so42 增大d 片刻后可观察到滤纸b点变红色答案 a 解析 a项中zn作原电池的负极 cu作原电池的正极 cu电极发生还原反应 b选项中电子流向是负极到正极 但a b这一环节是在溶液中导电 是离子导电 电子并没沿此路径流动 c选项中硫酸根离子浓度基本保持不变 d选项中滤纸a点是阴极 氢离子放电 溶液中氢氧根离子浓度大于氢离子浓度 显碱性 试纸变红色 电子不能在溶液中转移 在原电池和电解池的串联电路中 电子由负极流出到阴极 在阴极上有某种物质得到这一部分电子发生还原反应 阳极上有某物质发生氧化反应 失去一部分电子 这些电子再流回原电池的正极 盐桥结构的原电池 两烧杯中的阴阳离子不能通过盐桥转移到另一个烧杯 盐桥的本质是向两个烧杯中补充阴阳离子 即烧杯中正电荷增多则补充阴离子 反之补充阳离子 原电池正负极的判断和电极反应式的书写 是历年高考的必考点 主要考查正负极的判断 电极反应式的书写及原电池总反应式的书写 题型以选择题和填空题为主 预测今后高考仍会以新型电池为背景 考查电极反应式及原电池总反应式的书写 考点2原电池正负极的判断和电极反应式的书写 1 根据氧化还原反应的原理来判断正极 接受电子发生还原反应的电极 负极 提供电子发生氧化反应的电极 如铜锌原电池中 锌失去电子 所以锌是负极 2 由两极的相对活泼性判断正极 一般为相对活泼性较差的金属或导电的非金属 负极 一般为相对活泼性较强的金属 能够用这种方法判断正负极的原电池 其负极材料要和电解质溶液发生反应 3 根据电子或离子的移动方向判断根据外电路中自由电子的运动方向判定 电子流出的为负极 流入的为正极 根据内电路中阴阳离子的运动方向判定 阳离子移向的为正极 阴离子移向的为负极 知能拓展 1 原电池正 负极的判断基础是氧化还原反应 如果给出一个化学方程式判断正 负极 可以直接根据化合价的升降来判断 发生氧化反应的一极为负极 发生还原反应的一极为正极 2 当两电极都与电解质溶液反应时 活泼的电极作负极 不活泼的电极作正极 当只有一极与电解质溶液反应时 与电解质溶液反应的电极作负极 另一极作正极 3 mg al hcl构成的原电池中 负极为mg 但mg al naoh构成的原电池中 负极为al 4 al fe在浓hno3中钝化后 比cu等不活泼金属更难失去电子 cu等不活泼金属做负极 al fe做正极 答案 d解析 正极上氧化剂得e 发生还原反应 a选项正确 总反应为2h2 o2 2h2o koh的物质的量未发生变化 b c正确 放电时k 向正极移动 d错误 互动探究 1 若以h2so4为电解质溶液 则正极反应式如何书写 你有哪些思考 提示 若以h2so4为电解质溶液 则a选项中电极反应产生的oh 不能存在 与溶液中的h 结合为h2o 电极反应式为o2 4e 4h 2h2o 书写电极反应式时一定要注意电解质溶液的酸碱性 电解质溶液发生变化 电极方程式可能也要发生变化 2 原电池中离子移动方向如何判断 提示 依据电流方向 电解质溶液为原电池的内电路 电流方向为负极 正极 故阳离子移向正极 阴离子移向负极 c 烧杯a中发生的反应为2h 2e h2d 烧杯b中发生的反应为2cl 2e cl2答案 ab解析 该装置是一个原电池装置 其中fe作正极 zn作负极 fe电极发生的反应是o2 2h2o 4e 4oh zn电极发生的反应是zn 2e zn2 故a b两项正确 原电池原理的应用 是高考的常考点 主要以原电池的设计 金属活动性的强弱 金属的腐蚀原理等为载体考查原电池原理的应用 最常见的题型是选择题 预计今后的高考仍会以原电池的设计 金属的腐蚀和防护为主要考查方向 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 插入到稀硫酸中 一段时间后 若观察到a极溶解 而b极上有气体放出 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 则金属a的金属活动性比b强 2 加快氧化还原反应的速率因为形成原电池后 氧化反应和还原反应分别在两个电极进行 使溶液中的离子运动时相互间的干扰减小 使反应速率增大 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 用于金属的防护要保护一个铁制闸门 可用导线将其与一锌块相连 使锌作原电池的负极 铁制闸门作正极 4 设计制作化学电源设计原电池时要紧扣构成原电池的条件 1 首先要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或导电的非金属如石墨 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 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 硫酸铜构成的原电池中 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 举例根据以下反应设计原电池 知能拓展 1 并不是所有的氧化还原反应都能设计成原电池 如歧化反应 属于氧化还原反应 但不能设计成原电池 2 电池的负极材料不一定参加反应 如燃料电池的电极都是惰性电极 完成原电池甲的装置示意图 见下图 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 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 2 根据牺牲阳极的阴极保护法原理 为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀 在 2 的材料中应选 作阳极 答案 1 如图所示 合理即可 逐渐溶解 质量减少 甲甲使用了盐桥 避免负极金属直接与溶液中的铜离子反应而造成能量损失 2 锌 解析 1 根据电子的流向知 左烧杯中电极为负极 右烧杯中电极为正极 负极可以是zn或fe 可以观察到负极逐渐溶解 甲电池能更有效地将化学能转化为电能 2 利用牺牲阳极的阴极保护法原理 减缓铁片的腐蚀时 选择比fe活泼的zn作阳极 设计化学电源的一般思路理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池 1 将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应 分别作原电池的负极和正极 2 确定电极材料 如发生氧化反应的物质为金属单质 可用该金属直接作负极 如为气体 如h2 或溶液中的还原性离子 可用惰性电极 如pt 碳棒 作负极 发生还原反应的电极材料必须不如负极材料活泼 3 确定电解质溶液 一般选用反应物中的电解质溶液即可 4 构成闭合回路 2 2013 遵义模拟 某校化学兴趣小组进行探究性活动 将氧化还原反应 2fe3 2i 2fe2 i2 设计成带盐桥的原电池 提供的试剂 fecl3溶液 ki溶液 其他用品任选 请回答下列问题 1 请画出设计的原电池装置图 并标出电极材料 电极名称及电解质溶液 2 发生氧化反应的电极反应式为 3 反应达到平衡时 外电路导线中 填 有 或 无 电流通过 4 平衡后向fecl3溶液中加入少量fecl2固体 当固体全部溶解后 则此时该溶液中电极变为 填 正 或 负 极 互动探究 1 外电路电流为零时反应是否停止 提示 反应达到平衡时 电流为零 该平衡是动态平衡 反应仍在进行 2 该盐桥原电池反应达到平衡时 若向两个半电池中加入淀粉溶液 溶液变蓝的是正极区 还是负极区 提示 2i 2e i2 碘在负极区生成 负极区溶液变蓝 特色培优增素养 尝试解题 解析 本题考查原电池原理 在原电池中活泼金属作负极 a错 h2o2具有强氧化性 在反应过程中发生还原反应 b错 石墨电极为原电池的正极 电极反应式为h2o2 2e 2h 2h2o 电极附近溶液ph增大 c正确 原电池电解质溶液中的阴离子向负极移动 d错 答案 c 2 镁铝两种电极组成的原电池一定是镁做负极吗 提示 由两极的相对活泼性确定 活泼性相对较强的金属为负极 一般来说 负极材料与电解质溶液能发生反应 活泼性相对较差的金属或导电的非金属为正极 如mg al hcl溶液构成的原电池中 负极为mg 但要注意的是 在mg al naoh溶液构成的原电池中 负极为al 提示 在a b这一环节 是溶液中离子导电的过程 电子不能沿此路径流动 二 相关实验知识归纳原电池电极反应式的书写这是电化学知识学习的一个重点和难点 如果题目给定的是图示装置 先分析正 负极 再根据正 负极反应规律去写电极反应式 如果题目给定的是总反应式 可分析此反应中的氧化反应或还原反应 即分析有关元素的化合价变化情况 再选择一个简单变化情况去写电极反应式 另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看做数学中的代数式 用总反应式减去已写出的电极反应式 即得结果 正 负极发生反应的物质分别是一个氧化还原反应的氧化剂和还