2015年高考化学总复习第三单元第2节原电池化学电源配套课件.ppt

第2节,原电池化学电源,1了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方,程式。,2了解常见化学电源的种类及其工作原理。,回归教材一、原电池的工作原理,甲,乙,化学能转化为电能,活动性不同的金属,失,氧化反应,得,还原反应,(续表),Zn2e=Zn2,2H2e=H2,负极,正极,正极,负极,正极,负极,直接接触,闭合回路,电中性,二、化学电源,1一次电池：不能充电，不能反复使用。,Zn2OH2e=Zn(OH)2,ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag,2.二次(可充)电池：可充电，可多次重复使用。如铅蓄电池：,3.燃料电池：燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池，工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给。燃料电池的燃料可以是氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等多种液体或气体。如氢氧燃料电池：,O24H4e=2H2O,O22H2O4e=4OH,2H24e=4H,2H24e4OH=4H2O,自主测评1(2013年安徽高考)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下图所示，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。该电池总反应式为：PbSO42LiClCa=CaCl2Li2SO4,Pb。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,动，B错误；每转移0.1mol电子，理论上生成0.05molPb，质量为10.35g，C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，故指针不偏转，D正确。答案：D,解析：正极发生还原反应，电极方程式为：PbSO42e=PbSO，A错误；放电过程为原电池，阳离子向正极移,2(2011年福建高考)锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，,(,)。A水既是氧化剂又是溶剂B放电时正极上有氢气生成C放电时OH向正极移动D总反应式为：2Li2H2O=2LiOHH2,答案：C,解析：在反应中氢元素的化合价降低，因此H2O作氧化剂，同时又起到溶剂的作用,A正确;放电时正极反应为2H2O2e=2OHH2，B正确；正极周围聚集大量OH，因此溶液中的阳离子Li向正极移动，负极周围聚集大量Li，因此溶液中的阴离子OH向负极移动，C错误；根据题给信息知锂水电池的总反应式为：2Li2H2O=2LiOHH2，D正确。,HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是(,3(2012年北京高考)人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。下图是通过人工光合作用制备,)。,A该过程是将太阳能转化为化学能的过程B催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生C催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强HCOOH,.,D催化剂b表面发生的反应是：CO22H2e=,=4HO2，可见在催化剂a上有O2产生，因同时生成H，,使催化剂a附近酸性增强，所以可知B正确，C错误；H透过,解析：由题干叙述知该过程利用太阳能使CO2与H2O转化为HCOOH，实现了太阳能转化为化学能的过程，A正确；利用图示中电子转移可知催化剂a表面发生反应：2H2O4e,质子交换膜到达催化剂b处与CO2发生反应：CO22H2e=HCOOH，D正确。,答案：C,4(2012年四川高考)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：CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H。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：CH3CH2OHO2=CH3COOHH2OD正极上发生的反应为：O24e2H2O=4OH,解析：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错误；酸性溶液中，正极电极反应式为：O24e4H=2H2O，D错误；结合D项，转移0.4mol电子时，消耗O20.1mol，即标况下的体积为2.24L，B错误。,答案：C,)。,5分析下图所示的四个原电池装置，结论正确的是(A(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)中Fe作负极,B(2)中Mg作正极，电极反应式为：6H2O6e=6OH3H2C(3)中Fe作负极，电极反应式为：Fe2e=Fe2D(4)中Cu作正极，电极反应式为：2H2e=H2,解析：(1)中Mg作负极；(2)中Al作负极，发生的总反应为：2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，Mg不与NaOH反应；(3)中铁遇浓硝酸钝化，Cu与浓硝酸反应，Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O；(4)中铁作负极，为中性环境，发生吸氧腐蚀。,答案：B,重点一,原电池电极的确定,原电池电极材料的几种情况：活性不同的两种金属材料电极，如铜锌原电池中的铜锌；金属与非金属材料电极，如锌锰干电池中的锌炭；金属与化合物材料电极，如铅蓄电池中的铅氧化铅；惰性电极材料电极，如氢氧燃料电池中的石墨或金属铂。,1根据电极材料确定：对于金属金属电极，通常较活泼的金属是负极，较不活泼的金属是正极，如原电池：ZnCuCuSO4中，Zn作负极，Cu作正极；对于金属非金属电极，金属作负极，非金属作正极；对于金属化合物电极，金属作负极，化合物作正极。,2根据电极反应确定：原电池中，负极发生氧化反应，正,极发生还原反应。,3根据电极现象确定：若电极不断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，通常为原电池的负极；若原电池电极上有气体生成、电极质量不断增加或不变，该电极发生还原反应，通常为原电池的正极。,4根据移动方向判断：电子流动方向是由负极流向正极，电子流出的一极为负极，流入的一极为正极；电流是由正极流向负极，电流流出的一极为正极，流入的一极为负极；在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。,【例1】高铁电池是一种新型的可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总,反应为：3Zn2K2FeO48H2O,3Zn(OH)22Fe(OH)3,4KOH。请回答下列问题：(1)高铁电池的负极材料是_。(2)放电时，正极发生_(填“氧化”或“还原”)反应；已知负极反应为：Zn2e2OH=Zn(OH)2，则正极反应为_。(3)放电时，_(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。,解析：电池的负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应。由高铁电池放电时总反应方程式可知，负极材料应为作还原剂的Zn。由电池的总反应方程式和负极反应式可得出正极反应式碱性增强。,重点二,原电池反应式的书写,书写原电池的电极反应式时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质溶液的环境确定电极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。1书写步骤,2书写方法,3实例分析,【例2】可以将氧化还原反应2H2O2=2H2O设计成原,电池。,(1)利用氢气和氧气、氢氧化钾溶液构成燃料电池，则负极通入的气体是_，正极通入的气体是_，电极反应式为：正极_，负极_。(2)如把KOH改为稀硫酸作电解质，则电极反应式为：正,极_，负极_。,(3)(1)和(2)的电解质溶液不同，反应进行后，其溶液的pH,各有何变化？_。,(4)如把H2改为甲烷，KOH溶液作电解质溶液，则电极反应式为：正极_，负极_。,解析：(1)根据电池反应式可知在反应中H2被氧化，O2被还原。H2应该在负极上反应，O2应该在正极上反应，又因为是碱性溶液，不可能有H参加或生成，故负极的电极反应为：H22OH2e=2H2O，正极的电极反应为：O22H2O4e=4OH。(2)若将导电物质换为酸性溶液，此时应考虑不可能有OH生成，故负极的电极反应为：H22e=2H，正极的电极反应为：O24H4e=2H2O。(3)由于前者在碱性条件下反应，KOH的量不变，但工作时H2O增多，故溶液变稀，pH将变小；而后者为酸溶液，H2SO4的量不变，H2O增多，故溶液变稀，pH将变大。(4)如把H2改为甲烷，KOH溶液作电解质，则正极为2O24H2O8e=8OH，此时不会有CO2放出；负极为CH410OH=CO7H2O8e。,答案：(1)H2O2O22H2O4e=4OHH22OH2e=2H2O(2)O24H4e=2H2OH22e=2H(3)前者变小，后者变大(4)2O24H2O8e=8OHCH410OH8e=CO7H2O,【拓展应用】,(1)肼空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负,极的反应式为：_。,(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。FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4，其反应的离子方程式为：_，与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为：_，该电池总反应的离子方程式为：_。,(3)铝电池性能优越，AlAgO电池可用作水下动力电源，其原理如下图所示。该电池反应的化学方程式为：_。,解析：(1)肼空气燃料电池中O2在正极反应，故负极是肼发生反应：N2H44e4OH=N24H2O。(2)FeCl3和KClO在强碱性条件下反应，ClO的还原产物应该是Cl；K2FeO4Zn组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，6价Fe应被还原为3价，其电极反应式为：FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH；总反应的离子方程式也不难写出，关键是抓住Fe和Zn的存在形式分别是Fe(OH)3和Zn(OH)2。(3)Al作负极，AgO/Ag作正极，NaOH和NaAlO2溶液是电解质溶液，所以生成物是NaAlO2、Ag、H2O。,重点三,原电池原理的应用,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与稀硫酸反应时加入少量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，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的正极而得到保护。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：,(1)首先将已知的氧化还原反应拆分成为两个半反应；(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；,(3)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；,(4)电解质溶液一般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。,(5)按要求画出原电池装置图。,【例3】某科研单位利用电化学原理用SO2来制备硫酸，装置如下图(含有某种催化剂)，电极为多孔的材料，能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触。,(1)通入SO2的电极为_极，其电极反应式为：_，此电极区pH_(填“增大”“减小”或“不变”)。,(2)电解质溶液中的H通过质子膜_(填“向左”“向右”或“不”)移动，通入氧气的电极反应式为：_。,(3)电池总反应式为：_,_。,新型电源考点归纳1.新型电池的正负极的判断。该类电池一般会给出相应的反应物、生成物或反应方程式，只要根据元素的常规价态去判断即可。,新型电池,负极材料,元素化合价升高的物质发生氧化反应的物质,正极材料,元素化合价降低的物质发生还原反应的物质,2书写新型电池的电极反应式。,分析物质得失电子情况，据此确定正极、负极上发生反应的物质；分析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；写出比较容易书写的电极反应式；若有总反应式，可用总反应式减去第三步中的电极反应式，即得另一极的电极反应式。,3新型电池充电时的判断。,电池充电的实质是把放电时发生的变化再复原的过程，即放电是原电池、充电是电解的过程，解决该类题目时，先分清原电池放电时的正、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新型电池中离子的移动方向。,阴离子移向负极，阳离子移向正极，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。虽然从微观上讲不参与电极反应的离子发生移动，但从宏观上讲其在溶液中各区域的浓度基本不变。,解析：由题意知，电池总反应为：H22NiO(OH)2Ni(OH)2。可充电电池在充电时，实际上起一个电解池的作用，与外电源正极连接的电极是阳极，发生氧化反应，与放电时的正极反应相反，可知Ni(OH)2在反应中失电子被氧化，发生氧化反应。答案：D,【例4】一种充电电池放电时的电极反应为：H22OH2e=2H2O，NiO(OH)H2Oe=Ni(OH)2OH。当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是()。AH2O的还原BNiO(OH)的还原CH2的氧化DNi(OH)2的氧化,考点一原电池工作原理1原电池正、负电极的极性不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列由不同材料组成的原电池，电极反应正,确的是(,)。,A由Fe、Cu与稀硫酸组成的原电池，其负极反应式为：Fe3e=Fe3B由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池，其负极反应式为：Mg2e2OH=Mg(OH)2C由Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池，其正极反应式为：Cu2e=Cu2D由Al、Cu与浓硝酸组成的原电池，其负极反应式为：Cu2e=Cu2,答案：D,解析：由Fe、Cu与稀硫酸组成的原电池，Fe作负极，电极反应式为：Fe2e=Fe2，A错误；由Al、Fe与氢氧化钠溶液组成的原电池，电池总反应为：2Al2H2O2NaOH=2NaAlO23H2，Al作负极，电极反应式为：Al3e4OH=AlO2H2O，B错误；由Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池，正极为Pb，电极反应式为：Fe3e=Fe2，C错误；由Al、Cu与浓硝酸组成的原电池，Al遇浓硝酸钝化，Cu作负极，电极反应式为：Cu2e=Cu2，D正确。,A装置和装置中负极反应均是：Fe2e=Fe,2根据下图判断，下列说法正确的是(,)。,2,B装置和装置中正极反应均是：O22H2O4e=4OHC装置和装置中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动D放电过程中，装置左侧烧杯和装置右侧烧杯中溶液的pH均增大,答案：D,解析：装置中，由于Zn比Fe活泼，所以Zn作原电池的负极，电极反应式为：Zn2e=Zn2；Fe作正极，电极反应式为：O22H2O4e=4OH。由于正极有OH生成，因此溶液的pH增大。装置中，Fe作负极，电极反应式为：Fe2e=Fe2；Cu作正极，电极反应式为：2H2e=H2。正极由于不断消耗H，所以溶液的pH逐渐增大。据此可知A、B皆错，D正确；在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，C错误。,不正确的是()。,考点二,化学电源,3一种新型燃料电池，以镍板为电极插入KOH溶液中，分别向两极通入乙烷(C2H6)和氧气，其中某一电极反应式为：C2H618OH14