广东省惠东县高考化学一轮复习第六章化学反应与能量第二节原电池化学电源课件.ppt

原电池化学电源 地球与地图 栏目索引 真题重组集训 考点一原电池及其工作原理 知识梳理 1 概念把化学能转化为电能的装置 2 形成条件 1 一看反应 看是否有能自发进行的氧化还原反应发生 2 二看两电极 一般是金属活泼性不同的两电极 3 三看是否形成闭合回路 形成闭合回路需三个条件 电解质溶液 两电极直接或间接接触 两电极插入电解质溶液 3 工作原理 以下图铜 锌原电池为例 问题与探究 1 判断正误 正确的打 错误的打 1 在原电池中 发生氧化反应的一极是负极 2 在原电池中 负极材料的活泼性一定比正极材料强 3 在原电池中 正极本身一定不参与电极反应 负极本身一定要发生氧化反应 4 带有 盐桥 的原电池比不带 盐桥 的原电池电流持续时间长 使两个烧杯中的溶液形成一个导电通路 使溶液保持电中性 氧化还原反应能顺利进行产生持续的电流 3 两个半电池构成的原电池中 盐桥的作用是什么 2 在下列原电池图示中依据电子流向和离子移动方向画出形成闭合回路的原理 使两个烧杯中的溶液形成一个导电通路 使溶液保持电中性 氧化还原反应能顺利进行产生持续的电流 2 根据右图 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 题组训练 题组一原电池构的判断 1 下列示意图中能构成原电池的是 1 解析 Cu与稀硫酸不反应 A装置不能构成原电池 Al与氢氧化钠溶液发生氧化还原反应 B装置能构成原电池 C装置中的 导线 不是盐桥 不能构成原电池 D装置中缺少盐桥 B A 2 解析 从两个原电池的电极可以判断出三种金属的活动性关系为 Cd Co Ag 则氧化性关系为 Cd2 Co2 Ag 根据氧化还原反应规律知A项错误 题组二原电池正负极的判断 3 如图所示装置中 观察到电流计指针偏转 M棒变粗 N棒变细 由此判断表中所列M N P物质 其中可以成立的是 解析 在装置中电流计指针发生偏转 说明该装置构成了原电池 根据正负极的判断方法 溶解的一极为负极 增重的一极为正极 所以M棒为正极 N棒为负极 且电解质溶液能析出固体 则只有C项正确 C 4 分析下图所示的四个原电池装置 其中结论正确的是 A 中Mg作负极 中Fe作负极B 中Mg作正极 电极反应式为6H2O 6e 6OH 3H2 C 中Fe作负极 电极反应式为Fe 2e Fe2 D 中Cu作正极 电极反应式为2H 2e H2 解析 中Mg不与NaOH溶液反应 而Al能和NaOH溶液反应失去电子 故Al是负极 中Fe在浓硝酸中易钝化 Cu和浓HNO3反应失去电子作负极 A错 C错 B 解析 中电池总反应为2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 负极电极反应式为2Al 8OH 6e 2AlO2 4H2O 二者相减得到正极电极反应式为6H2O 6e 6OH 3H2 B正确 中Cu是正极 电极反应式为O2 2H2O 4e 4OH D错 题组三对原电池工作原理的考查 解析 由图知该电池反应为 Zn H2SO4 ZnSO4 H2 活泼金属Zn作负极 Cu作正极 外电路中电流由正极流向负极 错误 Zn失电子被氧化成Zn2 失去的电子经外电路流向正极 溶液中的H 在正极上得到电子析出H2 正确 D 6 如右图所示的装置 在盛有水的烧杯中 铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝 使之平衡 小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液 片刻后可观察到的现象是 A 铁圈和银圈左右摇摆不定B 保持平衡C 铁圈向下倾斜D 银圈向下倾斜 解析 铁圈和银圈两种活动性不同的金属相互连接组成闭合回路 放入CuSO4溶液中 构成了原电池 活泼金属铁作负极 失电子生成Fe2 进入溶液中质量减轻 Fe 2e Fe2 电子传给了银圈 溶液中的Cu2 在银圈上得电子生成铜单质而增重 Cu2 2e Cu 所以铁圈向上倾斜 银圈向下倾斜 D 考点二原电池原理的应用 知识梳理 1 设计制作化学电源 1 首先将氧化还原反应分成两个半反应 2 根据原电池的反应特点 结合两个半反应找出正 负极材料和电解质溶液 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 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 4 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 要保护一个铁质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 问题与探究 2 为了保护海水中的钢铁闸门 需要连接某种金属 你认为该金属的活动性应比铁的活动性强还是弱 3 依据原电池原理将反应Fe 2FeCl3 3FeCl2设计成一个原电池 比铁的活动性强 1 电工操作上规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用 说明原因 铜 铝接触在潮湿的环境中形成原电池 加快了铝的腐蚀 易造成电路断路 题组训练 D Cu 2e Cu2 2Fe3 2e 2Fe2 B 3 有A B C D E五块金属片 进行如下实验 A B用导线相连后 同时浸入稀H2SO4溶液中 A极为负极 C D用导线相连后 同时浸入稀H2SO4溶液中 电流由D 导线 C A C相连后 同时浸入稀H2SO4溶液中 C极产生大量气泡 B D相连后 同时浸入稀H2SO4溶液中 D极发生氧化反应 用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液 E先析出 据此 判断五种金属的活动性顺序是 A A B C D EB A C D B EC C A B D ED B D C A E4 有A B C D四种金属 做如下实验 将A与B用导线连接起来 浸入电解质溶液中 B不易腐蚀 将A D分别投入等物质的量浓度的盐酸中 D比A反应剧烈 将铜浸入B的盐溶液里 无明显变化 如果把铜浸入C的盐溶液里 有金属C析出 据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是 A A B C DB C D A BC D A B CD A B D C C 解析 加入CuSO4溶液 Zn置换出Cu 形成原电池 加快反应速率 1 a中Zn减少 H2体积减小 2 中由于H2SO4定量 产生H2的体积一样多 A B C 考点三化学电源 知识梳理 1 一次电池 碱性锌锰干电池 碱性锌锰干电池的工作原理如图 负极 Zn 电极反应式 Zn 2OH 2e Zn OH 2正极 MnO2 电极反应式 2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH 总反应 Zn 2MnO2 2H2O Zn OH 2 2MnOOH 2 二次电池 以铅蓄电池为例 1 放电时的反应 负极反应 Pb SO42 2e PbSO4 正极反应 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O 总反应 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 2 充电时的反应 阴极反应 PbSO4 2e Pb SO42 阳极反应 PbSO4 2H2O 2e PbO2 4H SO42 总反应 2PbSO4 2H2O Pb PbO2 2H2SO4 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 1 可充电电池充电时电极与外接电源的正 负极如何连接 2 1 氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时 工作一段时间后 电解质溶液的浓度将 溶液的pH 填 减小 增大 或 不变 2 氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时 工作一段时间后 电解质溶液的浓度将 溶液的pH 填 减小 增大 或 不变 可充电电池充电时的电极接法为 增大 减小 减小 减小 2 热激活电池可用作火箭 导弹的工作电源 一种热激活电池的基本结构如图所示 其中作为电解质的无水LiCl KCl混合物受热熔融后 电池即可瞬间输出电能 该电池总反应为 PbSO4 2LiCl Ca CaCl2 Li2SO4 Pb 下列有关说法正确的是 A 正极反应式 Ca 2Cl 2e CaCl2B 放电过程中 Li 向负极移动C 每转移0 1mol电子 理论上生成20 7gPbD 常温时 在正负极间接上电流表或检流计 指针不偏转 解析 正极上发生还原反应 A项错误 放电过程中Li 向正极移动 B项错误 由电池总反应式可知 每转移0 1mol电子 理论上生成0 05molPb 质量为10 35g C项错误 常温下 电解质不是熔融态 离子不能移动 不能产生电流 因此连接电流表或检流计 指针不偏转 D 题组训练 题组一化学电源中电极反应式的书写 2 高铁酸钾 K2FeO4 是一种强氧化剂 可作为水处理剂和高容量电池材料 1 FeCl3与KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4 其反应的离子方程式为 2 与MnO2 Zn电池类似 K2FeO4 Zn也可以组成碱性电池 K2FeO4在电池中作为正极材料 正极反应为 该电池总反应的离子方程式为 解析 1 FeCl3和KClO在强碱性条件下反应 实质是KClO氧化Fe OH 3 ClO 的还原产物是Cl 根据元素守恒 得失电子守恒和电荷守恒即可完成方程式 2 根据题意可写出题给原电池的负极反应式为3Zn 6e 6OH 3Zn OH 2 总反应式为3Zn 2FeO42 8H2O 3Zn OH 2 2Fe OH 3 4OH 用总反应式减去负极反应式可得正极反应式为2FeO42 6e 8H2O 2Fe OH 3 10OH 2Fe OH 3 3ClO 4OH 2FeO42 5H2O 3Cl FeO42 3e 4H2O Fe OH 3 5OH 3Zn 2FeO42 8H2O 3Zn OH 2 2Fe OH 3 4OH 3 1 以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法 酸性条件燃料电池总反应式 CH4 2O2 CO2 2H2O 燃料电池正极反应式 O2 4H 4e 2H2O 负极反应式为 碱性条件燃料电池总反应式 CH4 2O2 2NaOH Na2CO3 3H2O 燃料电池正极反应式 O2 2H2O 4e 4OH 负极反应式为 2 固体电解质 高温下能传导O2 燃料电池总反应式 CH4 2O2 CO2 2H2O 燃料电池正极反应式 O2 4e 2O2 负极反应式为 CH4 4O2 8e CO2 2H2O CH4 10OH 8e CO32 7H2O 解题技能盐桥电池 1 盐桥电池的构成特点 1 一般情况下 金属插入其可溶性盐溶液中 组成负极和正极 2 为使溶液保持电中性 盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路 3 盐桥电池的两个电极材料可以不同 也可以相同 但环境绝对不同 2 盐桥的作用 1 使整个装置构成闭合回路 代替两溶液直接接触 2 平衡电荷 如在Zn ZnSO4 Cu CuSO4原电池中Zn失去电子形成Zn2 进入ZnSO4溶液 ZnSO4溶液中因Zn2 增多而带正电荷 同时 CuSO4溶液则由于Cu2 变成Cu 使得SO相对较多而带负电荷 通过盐桥中阴阳离子定向移动而使两半电池电解质溶液中正负电荷守恒而保持电中性 3 单池原电池和盐桥原电池的对比 2 不同点图1中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2 会有一部分Zn与Cu2 直接反应 该装置中既有化学能和电能的转化 又有一部分化学能转化成了热能 装置的温度会升高 图2中Zn和CuSO4溶液在两个池子中 Zn与Cu2 不直接接触 不存在Zn与Cu2 直接反应的过程 所以仅是化学能转化成了电能 电流稳定 且持续时间长 3 关键点 盐桥原电池中 还原剂在负极区 而氧化剂在正极区 1 图1和图2两装置的相同点负极 Zn 2e Zn2 正极 Cu2 2e Cu总反应 Zn Cu2 Cu Zn2 典例 已知在酸性条件下发生的反应为AsO43 2I 2H AsO33 I2 H2O 在碱性条件下发生的反应为AsO33 I2 2OH AsO43 H2O 2I 设计如图装置 C1 C2均为石墨电极 分别进行下述操作 向B烧杯中逐滴加入浓盐酸 向B烧杯中逐滴加入40 NaOH溶液结果发现电流表指针均发生偏转 1 两次操作中指针为什么发生偏转 2 两次操作过程中指针偏转方向为什么相反 试用化学平衡移动原理解释之 3 操作 过程中C1棒上发生的反应为 4 操作 过程中C2棒上发生的反应为 盐桥中的K 移向 烧杯溶液 填 A 或 B 两次操作中均能形成原电池 化学能转变成电能 加酸c H 增大 AsO43 得电子 I 失电子 C1极是负极 C2极是正极 加碱c OH 增大 AsO33 失电子 I2得电子 C1极是正极 C2极是负极 故发生不同方向的反应 电子转移方向不同 即电流表指针偏转方向不同 2I 2e I2 AsO33 2OH 2e AsO43 H2O A 解析 当杠杆为导体时 构成原电池 Fe作负极 Cu作正极 电极反应式分别为负极 Fe 2e Fe2 正极 Cu2 2e Cu 铜球增重 铁球质量减轻 杠杆A低B高 C 题组一原电池工作原理 B 1 2014 北京理综 8 下列电池工作时 O2在正极放电的是 2 2014 新课标全国卷 12 2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系 下列叙述错误的是 A a为电池的正极B 电池充电反应为LiMn2O4 Li1 xMn2O4 xLiC 放电时 a极锂的化合价发生变化D 放电时 溶液中Li 从b向a迁移 1 解析 氢燃料电池中 负极上H2放电 正极上O2放电 A C D中均不存在O2放电 故选B 2 解析 由图可知 b极 Li电极 为负极 a极为正极 放电时 Li 从负极 b 向正极 a 迁移 A D项正确 该电池放电时 负极 xLi xe xLi 正极 Li1 xMn2O4 xLi xe LiMn2O4 a极Mn元素的化合价发生变化 C项错误 由放电反应可得充电时的反应 B项正确 C A 电池反应中有NaCl生成B 电池的总反应是金属钠还原三价铝离子C 正极反应为 NiCl2 2e Ni 2Cl D 钠离子通过钠离子导体在两电极间移动 3 2013 新课标全国卷 11 ZEBRA 蓄电池的结构如下图所示 电极材料多孔Ni NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔 下列关于该电池的叙述错误的是 解析 该电池总反应为 2Na NiCl2 2NaCl Ni 因此有NaCl生成 A项正确 电池总反应为Na还原Ni2 B项错误 正极为NiCl2发生还原反应 NiCl2 2e Ni 2Cl C项正确 钠离子通过钠离子导体由负极移向正极 D项正确 B C 4 2011 新课标全国卷11 铁镍蓄电池又称爱迪生电池 放电时的总反应为 Fe Ni2O3 3H2O Fe OH 2 2Ni OH 2下列有关该电池的说法不正确的是 A 电池的电解液为碱性溶液 正极为Ni2O3 负极为FeB 电池放电时 负极反应为Fe 2OH 2e Fe OH 2C 电池充电过程中 阴极附近溶液的pH降低D 电池充电时 阳极反应为2Ni OH 2 2OH 2e Ni2O3 3H2O 解析 A项 由电池反应可知 Ni2O3 Ni OH 2 Ni的化合价由 3价 2价 化合价降低 发生还原反应 故Ni2O3为正极 Fe Fe OH 2 Fe的化合价由0价 2价 化合价升高 发生氧化反应 故Fe为负极 正确 B项 负极发生氧化反应 Fe 2OH 2e Fe OH 2 正确 C项 阴极发生还原反应 Fe OH 2 2e Fe 2OH c OH 增大 溶液的pH增大 故错误 D项 阳极发生氧化反应 电极反应为2Ni OH 2 2OH 2e Ni2O3 3H2O D正确 5 2014 四川理综 11 4 5 1 MnO2可作超级电容器材料 用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2 其阳极的电极反应式是 2 MnO2是碱性锌锰电池的正极材料 碱性锌锰电池放电时 正极的电极反应式是 Mn2 2H2O 2e MnO2 4H MnO2 H2O e MnO OH OH 6 2013 新课标全国卷 28 5 二甲醚 CH3OCH3 直接燃料电池具有启动快 效率高等优点 其能量密度高于甲醇直接燃料电池 5 93kW h kg 1 若电解质为酸性 二甲醚直接燃料电池的负极反应式为 一个二甲醚分子经过电化学氧化 可以产生 个电子的电量 CH3OCH3 3H2O 12e 2CO2 12H 12 解析 1 阳极发生氧化反应 由MnSO4制得MnO2 锰元素化合价升高 MnSO4在阳极反应 根据原子守恒 反应物中有H2O参加 再根据电荷守恒 生成物中还有H 配平电极反应式 2 MnO2在正极得电子 Mn元素化合价降到 3价 由于是碱性溶液 应生成MnO OH 则正极电极反应为MnO2 H2O e MnO OH OH 解析 燃料电池中 燃料在负极发生失电子的反应 二甲醚的分子式为C2H6O 在酸性条件下生成CO2 碳的化合价从 2价升至 4价 一个二甲醚失去12个e 书写过程 第一步CH3OCH3 12e CO2 第二步配平除 H O 之外的其他原子CH3OCH3 12e 2CO2 第三步用 H 配平电荷CH3OCH3 12e CO2 12H 第四步补水配氢CH3OCH3 12e 3H2O 2CO2 12H 第五步用 O 检查是否配平 7 2013 新课标全国卷 10 银质器皿日久表面会逐渐变黑 这是生成了Ag2S的缘故 根据电化学原理可进行如下处理 在铝质容器中加入食盐溶液 再将变黑的银器浸入该溶液中 一段时间后发现黑色会褪去 下列说法正确的是 A 处理过程中银器一直保持恒重B 银器为正极 Ag2S被还原生成单质银C 该过程中总反应为2Al 3Ag2S 6Ag Al2S3D 黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl 解析 根据信息知在银器处理过程中运用了原电池原理 铝质容器作负极 电极反应为2Al 6e 2Al3 银器作正极 电极反应为3Ag2S 6e 6Ag 3S2 继而Al3 和S2 发生互相促进的水解反应 2Al3 3S2 6H2O 2Al OH 3 3H2S 故原电池的总反应为3Ag2S 2Al 6H2O 6Ag 2Al OH 3 3H2S 故C错误 黑色褪去的原因是Ag2S被还原为Ag 此过程中银器质量逐渐减小 故A D错误 B正确 B 8 2013 广东理综 33 2 能量之间可相互转化 电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能 而原电池可将化学能转化为电能 设计两种类型的原电池 探究其能量转化