高考化学总复习 第6章 第2节 原电池 化学电源课件 新人教版必修2.ppt

第六章化学反应与能量电化学 第二节原电池化学电源 必修部分 一 原电池1 1 构成原电池的两电极必须是金属材料吗 2 若cu ag做电极材料 稀h2so4做介质 能否构成原电池 3 原电池中电子的流动方向如何 提示 1 可以是金属与非金属 导电 材料 2 不能 因为不能自发进行氧化还原反应 3 原电池中电子从负极流向正极 1 概念把转化为的装置 2 工作原理 以锌 铜原电池为例 化学能 电能 zn cu zn 2e zn2 cu2 2e cu 氧化反应 还原反应 负极 正极 正 负 3 构成条件 二 常见的化学电源2 1 燃料电池中的两电极活动性一定不同吗 2 铅蓄电池放电时消耗2molh2so4转移几摩尔电子 3 可充电电池中的电极反应是可逆反应吗 提示 1 不一定 如h2 o2燃料电池中可全用石墨作电极 2 2mol 3 不是 因为条件不同 1 一次电池 碱性锌锰干电池 1 电池反应式为 zn 2mno2 2h2o zn oh 2 2mnooh 2 负极 材料 负极反应 3 正极 材料 正极反应 2mno2 2h2o 2e 2mnooh 2oh zn zn 2oh 2e zn oh 2 mno2 2 二次电池 可充电电池 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 正极反应 电池反应 2 充电时的反应阴极反应 阳极反应 pb pbo2 pb pbo2 2h2so4 2pbso4 2h2o 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 h2 2e 2h h2 2oh 2e 2h2o o2 2h2o 4e 4oh 1 下列图示装置属于原电池的是 解析 a中两电极材料相同 不对 b中满足 c中酒精是非电解质 不对 d中没有形成闭合回路 不对 答案 b 2 下列有关电池的叙述正确的是 a 手机上用的锂离子电池属于一次电池b 锌锰干电池中 锌电极是负极c 氢氧燃料电池工作时氢气在负极被还原d 太阳能电池的主要材料为二氧化硅解析 手机上的电池可以充电 属于二次电池 锌锰干电池中锌失去电子生成zn2 故作为负极 氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化 太阳能电池的主要材料为硅 故a c d项错误 b项正确 答案 b 3 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 电子从正极流向负极d 盐桥中的k 移向znso4溶液 解析 铜锌原电池工作时 负极反应为 zn 2e zn2 正极反应为 cu2 2e cu 电池总反应为 zn cu2 zn2 cu 故a项错误 b项正确 原电池工作时 电子从负极由外电路流向正极 由于左池阳离子增多 右池阳离子减少 为平衡电荷 则盐桥中的k 移向cuso4溶液 而cl 则移向znso4溶液 故c项错误 d项错误 答案 b 4 2013 唐山模拟 零排放燃料电池曾被美国 时代 杂志列为21世纪改变人类生活的十大新科技之首 其中最具代表意义的质子交换膜燃料电池的工作原理如图所示 其中电极a b均为多孔活性铂电极 下列说法中不正确的是 a a极为该电池的负极b 该电池的正极反应式为o2 4h 4e 2h2oc 该电池的能量转化主要形式是化学能转化为电能d h 质子 由正极移动至负极解析 氢氧燃料电池中氢气通入的极是负极 o2通入的极是正极 a b正确 原电池是把化学能转化为电能的装置 c正确 阳离子由负极移向正极 d错误 答案 d 1 正 负极的判断 2 电极反应式的书写 1 一般电极反应式的书写 判断原电池的正 负极时 除考虑电极材料金属活性强弱外 还要注意电解质溶液与两极材料能否自发反应等因素 如mg al naoh溶液 电池中 al为负极材料 fe 浓hno3 cu组成的原电池中 cu作负极 li al fes电池是一种正在开发的车载电池 该电池中正极的电极反应式为 2li fes 2e li2s fe 有关该电池的下列说法中 正确的是a li al在电池中作为负极材料 该材料中li的化合价为 1价b 该电池的电池反应式为 2li fes li2s fec 负极的电极反应式为 al 3e al3 d 充电时 阴极发生的电极反应式为 li2s fe 2e 2li fes 解析 由正极的电极反应式知 在负极上li失去电子被氧化 所以li al在电池中为负极材料 该材料中li的化合价为0价 故a项错误 负极的电极反应式为 2li 2e 2li 故c项错误 该电池的电池反应式为正 负电极的电极反应式之和 2li fes li2s fe 故b项正确 由于充电时阴极发生还原反应 所以阴极的电极反应式为 2li 2e 2li 故d项错误 答案 b 书写原电池的电极反应式应注意以下四点 1 明确电池的负极反应物是电极本身还是其他物质 明确反应产物及化合价的变化 2 确定电池的正极反应物是电解质溶液中的离子 还是其他物质 如溶有或通入的氧气 3 判断是否存在特定的条件 如介质中的粒子h oh 等非放电物质参加反应 进而推断电解质溶液的酸碱性的变化 4 总的反应式是否满足质量守恒 得失电子守恒 电荷守恒 迁移应用 1 一种新型燃料电池 一极通入空气 另一极通入丁烷气体 电解质是掺杂氧化钇 y2o3 的氧化锆 zro2 晶体 在熔融状态下能传导o2 下列对燃料电池说法正确的是 a 在熔融电解质中 o2 由负极移向正极b 电池的总反应是 2c4h10 13o2 8co2 10h2oc 通入空气的一极是正极 电极反应为 o2 4e 2o2 d 通入丁烷的一极是正极 电极反应为 c4h10 26e 13o2 4co2 5h2o 解析 该燃料电池中 o2在正极得到电子变成o2 所以o2 应由正极移向负极 a项错 丁烷是还原剂 所以通入丁烷的一极应是负极 其电极反应为 c4h10 13o2 26e 4co2 5h2o d项错 答案 bc 1 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 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 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 设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的构成条件 具体方法是 1 首先将已知的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 负极材料及电解质溶液 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 还原性较弱的金属或能导电的非金属及氧化物作为正极 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或其中溶解的物质反应 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溶液 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 的电解质溶液中 3 按要求画出原电池装置图 如根据以下反应设计的原电池 1 应用原电池原理可将自发进行的氧化还原反应设计成原电池 2 电解质溶液不一定参与反应 如燃料电池中一般要加入强酸或强碱 以增强溶液的导电性 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和电解质溶液 并写出电极反应式 正极反应式 负极反应式 方案 结合你所学的知识 帮助他们再设计一个验证fe cu活动性的简单实验方案 与方案 不能雷同 用离子方程式表示其反应原理 解析 方案 铁可以和稀硫酸 或稀盐酸 反应生成h2 而cu在金属活动性顺序表中位于h后 不能置换出酸中氢 方案 利用原电池原理证明金属活动性fe cu 可以把铁片作为原电池的负极 用铜片作为正极 用稀h2so4作电解质溶液 按要求组成闭合回路 画出装置图 并写出相应的电极反应式即可 也可以设计盐桥组成原电池 方案 可以利用金属与盐溶液的置换反应验证金属活泼性 把铁片插入cuso4溶液中观察现象 答案 fe 2h fe2 h2 正极 2h 2e h2负极 fe 2e fe2 或 正极 cu2 2e cu负极 fe 2e fe2 把一个光洁的铁片插入到cuso4溶液中 观察现象fe cu2 fe2 cu 迁移应用 2 2012 全国高考 四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池 相连时 外电路电流从 流向 相连时 为正极 相连时 上有气泡逸出 相连时 的质量减少 据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是 a b c d 解析 本题考查原电池原理 电流方向与电子流向相反 相连时 电流由 流向 则金属性 相连时 为正极 则金属性 相连时 上有气泡 则金属性 相连时 的质量减少 则金属性 综上分析 可得金属活动性顺序为 答案 b 解题技巧 新型化学电源的解题方法近几年高考试题中出现的新型电池 有 氢镍电池 高铁电池 锌 锰碱性电池 我国首创的 海洋电池 燃料电池 如新型细菌燃料电池 氢氧燃料电池 丁烷燃料电池 甲醇质子交换膜燃料电池 co燃料电池 锂离子电池 银锌电池 纽扣电池 等 这些电池一般具有高能环保 经久耐用 电压稳定 比能量 单位质量释放的能量 高等特点 2 新型电池 放电 时正极 负极上电极反应式的书写首先根据电池反应分析物质得失电子情况 然后再考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应 对于较复杂的电极反应 可以利用总反应方程式减去较简单一极电极反应式得到较复杂一极电极反应式的方法解决 3 新型电池 充电 时阴 阳极的判断首先明确原电池放电时的正 负极 再根据电池充电时 阳极接正极 阴极接负极的原理进行分析 4 新型电池充 放电时 电解质溶液中离子移动方向的判断首先分清电池是放电还是充电 再判断正 负极或阴 阳极 进而可确定离子的移动方向 2012 四川高考 一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪 负极上的反应为 ch3ch2oh 4e h2o ch3cooh 4h 下列有关说法正确的是a 检测时 电解质溶液中的h 向负极移动b 若有0 4mol电子转移 则在标准状况下消耗4 48l氧气c 电池反应的化学方程式为 ch3ch2oh o2 ch3cooh h2od 正极上发生的反应为 o2 4e 2h2o 4oh 解析 本题考查新型燃料电池 意在考查学生能否正确书写电极反应式 结合题意 该电池总反应即是乙醇的氧化反应 不消耗h 故负极产生的h 应向正极移动 a项错误