高考化学第一轮复习 8.2 原电池 化学电源课件 新人教版.ppt

必考部分,第八单元,化学反应与能量,第2节原电池化学电源,1了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。2.了解常见的化学电源，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。3.了解新型电池的电极反应及应用。,近五年来，新课标地区对原电池工作原理考查18次、试题难度以中等难度为主稍有难度。预计2015年高考在题型上以传统题型为主，其中原电池的工作原理，电极及电池反应式的书写、原电池的有关计算都是命题的热点内容。,一、原电池1概念：把化学能转化为_的装置。2工作原理：(以锌铜电池为例),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。答案：1.电能2zn2e=zn2cu22e=cu氧化还原zncuzncu2=zn2cu3(2)电解质(4)氧化还原,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：2mno22h2o2e=2mnooh2oh；总反应式：zn2mno22h2o=2mnoohzn(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：_；正极反应：pbo2(s)4h(aq)so42(aq)2e=pbso4(s)2h2o(l)；电池总反应：pb(s)pbo2(s)2h2so4(aq)=2pbso4(s)2h2o(l)。(2)充电时的反应阴极反应：_；,阳极反应：pbso4(s)2h2o(l)2e=pbo2(s)4h(aq)so42(aq)；电池总反应：2pbso4(s)2h2o(l)=pb(s)pbo2(s)2h2so4(aq)。铅蓄电池总反应式：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：1.zn2oh2e=zn(oh)22pbpbo2(1)pb(s)so42(aq)2e=pbso4(s)(2)pbso4(s)2e=pb(s)so42(aq)3o24h4e=2h2o,通常的氧化还原反应为什么不能获得电流？提示：通常的氧化还原反应中，还原剂把电子直接转移给氧化剂，如zncu2=zn2cu中，此反应中，zn原子把电子直接给了在溶液中与之接触的cu2，自身被氧化成zn2进入溶液，而cu2在锌片上直接得到电子被还原成cu，得不到电流。,1下列装置可以形成原电池的是()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。答案：ab,2某学生欲完成cu2ag=2agcu2反应，设计了下列四个实验，可行的是()解析：a、b、d三项中反应都不能自发进行，只有c正确可行。答案：c,3在盛有稀h2so4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是()a正极附近的so42离子浓度逐渐增大b电子通过导线由铜片流向锌片c正极有o2逸出d铜片上有h2逸出解析：a项，正极的电极反应为2h2e=h2，so42向负极移动，so42离子浓度并不增大；b项，电子应从锌片(负极)经导线流向铜片(正极)；c项正极上有h2逸出。答案：d,4铅蓄电池用途极广，可多次充、放电。在铅蓄电池中铅作为负极，二氧化铅作为正极，电解液为30%的h2so4溶液。电池充、放电时的总反应可表示为：下列关于此电池的说法中，不正确的是()a放电一段时间后，电解液的ph将增大b放电时，铅电极上发生的电极反应为pbso42pbso42ec充电时，二氧化铅电极上发生氧化反应d充电时，电解液中的阳离子向二氧化铅电极移动,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。答案：d,5下列装置可以形成原电池的是_，并写出形成原电池的电极材料及电极反应：正极：_、_；负极：_、_；电解质溶液中的阴离子向_极移动，阳离子向_极移动，形成电流。,解析：ag2ag2e=2agcucu2e=cu2负正答案：b,原电池正负极的判断与电极反应式的书写1正负极判断,2.电极反应式的书写(1)一般电极反应式的书写,(2)复杂电极反应式的书写如ch4酸性燃料电池中，负极反应式为：ch42o2=co22h2o总反应式2o28h8e=4h2o正极反应式ch42h2o8e=co28h负极反应式,(1)负极本身不一定都参加反应，如燃料电池中，作为负极的材料本身并不参加反应。(2)不注意电解质溶液的成分，容易误写电极反应式，如al做负极，在酸性溶液中生成al3，在碱性溶液中生成alo2，在中性或弱碱性溶液中，生成al(oh)3。(3)电子从负极经外电路流向正极，但电子不能通过电解液，是通过阴阳离子的移动形式闭合回路。(4)用总电极反应减去一极的电极反应时，须在两式电子转移数相等的前提下进行。,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原子c正极反应为：nicl22eni2cld钠离子通过钠离子导体在两电极间移动,对新型电池首先要明确两电极，以及确定两极反应，然后再分析各选项内容。解析本题考查了原电池原理、电极反应式的书写。在负极na失电子生成na，而正极反应为nicl22e=ni2cl，故有nacl生成，a项正确；该电池的总反应：2nanicl2=ni2nacl，b项错误；原电池的负极发生氧化反应，na为负极，nicl2发生还原反应，为正极反应：nicl22e=ni2cl，c项正确；根据题给信息可知，原电池的内电路导电的是na，d项正确。答案b,原电池正负极判断的注意点原电池正、负极的判断基础是自发进行的氧化还原反应，如果给出一个化学反应方程式判断正、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。判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如：a.al在强碱性溶液中比mg更易失电子，al作负极，mg作正极；b.fe、al在浓hno3中钝化后，比cu等金属更难失电子，cu等金属作负极，fe、al作正极。,生物燃料电池(bfc)是以有机物为燃料，直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池，其能量转化效率高，是一种真正意义上的绿色电池，其工作原理如图所示。,已知c1极的电极反应式为：c2h5oh3h2o12e=2co212h。下列有关说法不正确的是()ac1极为电池负极，c2极为电池正极b电子由c2极经外电路导线流向c1极cc2极的电极反应式为o24h4e=2h2od该生物燃料电池的总反应式为：c2h5oh3o2=2co23h2o解析：燃料电池中，通入燃料的一极为负极，发生氧化反应，通入氧气的一极为正极，发生还原反应，a、c项正确；电子由负极经外电路流向正极，b项错误。答案：b,原电池原理的应用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cuzn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。如根据以下反应设计的原电池：,(1)能设计成原电池的反应一定是放热的氧化还原反应，吸热反应不可能将化学能转化为电能。(2)利用原电池原理可加快制氢气的速率，但可能影响生成氢气的量。需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决于酸的量。(3)设计原电池时，负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以。,例2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)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。,原电池实质是氧化还原反应的应用，电极反应式的确定实质上是确定氧化反应和还原反应的过程。解析(1)在肼空气燃料电池中，电解质溶液为koh溶液，通入空气的电极为正极，电极反应为：o24e2h2o=4oh，加入肼的电极为负极，电极反应为：n2h44oh4e=n24h2o；(2)验证cu2、fe3氧化性的强弱可以依据化学反应2fe3cu=2fe2cu2，氧化性：fe3cu2进行设计。可将该化学反应拆分为氧化反应：(即负极反应)：cu2e=cu2，还原反应(即正极反应)：2fe32e=2fe2；据此可选择铜,作负极材料，正极材料为导电的非金属材料(如石墨)或不如铜活泼的金属材料(如pt、ag等)。电解质溶液选择含fe3的盐溶液，依此画出原电池的装置图即可。,答案(1)o22h2o4e=4ohn2h44oh4e=n24h2o(2)正极反应：2fe32e=2fe2负极反应：cu2e=cu2,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。,利用化学反应：2fecl3cu=2fecl2cucl2，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2fecl3fe=3fecl2。答案：(1)石墨棒铜棒fecl3溶液(2)2fe32e=2fe2cu2e=cu2,新型化学电源分析探究高考中的新型电池，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。,取材于这些知识点的试题，由于题材广、信息新、陌生度大，所以，大多数考生对这类试题感到难，而难在何处又十分迷茫。实际上这些题目主要考查的是学生迁移应用的能力。具体有以下几种考查角度：1新型电池“放电”时正、负极的判断,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，可以利用总反应减去较简单一极电极反应式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。,例1(2013安徽，10)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liclkcl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：pbso42liclca=cacl2li2so4pb。,下列有关说法正确的是()a正极反应式：ca2cl2e=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,解析本题考查原电池知识。原电池中正极发生还原反应，得电子，a错；放电时作为原电池，溶液中阳离子向正极移动，b错；电池反应式可以看出，每生成1molpb时转移2mol电子，故转移0.1mol电子时，生成pb1