202X版高考化学一轮复习第六章化学反应与能量第19讲原电池化学电源课件

1、第第1919讲原电池化学电源讲原电池化学电源【考纲要求】【考纲要求】 1.1.理解原电池的构成、工作原理及应用理解原电池的构成、工作原理及应用, ,能书写电极反应和总反能书写电极反应和总反应方程式。应方程式。2.2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。了解常见化学电源的种类及其工作原理。考点突破考点突破真题体验真题体验考点突破考点突破 梳理、讲解、训练梳理、讲解、训练 一站式突破一站式突破知识梳理知识梳理考点一原电池原理及应用考点一原电池原理及应用1.1.概念和反应本质概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置原电池是把化学能转化为电能的装置, ,其反应本质是其反应本质是 。2.2.构成条

2、件构成条件氧化还原反应氧化还原反应反应反应能发生自发进行的氧化还原反应能发生自发进行的氧化还原反应电极电极一般是活泼性不同的两电极一般是活泼性不同的两电极( (金属或金属或 ) )闭合回路闭合回路形成需三个条件形成需三个条件: : ; ;两电极直接或间接接两电极直接或间接接触触; ;两电极插入电解质溶液中两电极插入电解质溶液中石墨石墨电解质溶液电解质溶液氧化氧化3.3.工作原理工作原理( (可用简图表示如下可用简图表示如下) )还原还原总反应离子方程式为总反应离子方程式为Zn+2HZn+2H+ + ZnZn2+2+H+H2 2(1)(1)电极电极负极负极: : 电子电子, ,发生发生 反应反应

3、; ;正极正极: : 电子电子, ,发生发生 反应。反应。(2)(2)电子定向移动方向和电流方向电子定向移动方向和电流方向电子从电子从 流出经外电路流入流出经外电路流入 ; ;电流从电流从 流出经外电路流入流出经外电路流入 ; ;故电子定向移动方向与电流方向正好相反。故电子定向移动方向与电流方向正好相反。失去失去氧化氧化得到得到还原还原负极负极正极正极正极正极负极负极负极负极正极正极微微点点拨拨(1)(1)自发发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应自发发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应, ,也也可能是电极与溶解的氧气等发生反应可能是电极与溶解的氧气等发生反应, ,如将铁

4、与石墨相连插入食盐如将铁与石墨相连插入食盐水中。水中。(2)(2)原电池闭合回路的形成有多种方式原电池闭合回路的形成有多种方式, ,可以是导线连接两个电极可以是导线连接两个电极, ,也可以是两电极相接触。也可以是两电极相接触。(3)(3)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动电解质溶液中阴、阳离子的定向移动, ,与导线中电子的定向移动与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。共同组成了一个完整的闭合回路。(4)(4)无论在原电池中还是在电解池中无论在原电池中还是在电解池中, ,电子均不能通过电解质溶液。电子均不能通过电解质溶液。4.4.单液原电池单液原电池( (无盐桥无盐桥) )和双液原电

5、池和双液原电池( (有盐桥有盐桥) )对比对比名称名称单液原电池单液原电池双液原电池双液原电池装置装置相同点相同点正、负极电极反应正、负极电极反应, ,总反应式总反应式, ,电极现象电极现象不同点不同点还原剂还原剂ZnZn与氧化剂与氧化剂CuCu2+2+直接接直接接触触, ,既有化学能转化为电能既有化学能转化为电能, ,又又有化学能转化为热能有化学能转化为热能, ,造成能造成能量损耗量损耗ZnZn与氧化剂与氧化剂CuCu2+2+不直接接触不直接接触, ,仅有化学能转化为电能仅有化学能转化为电能, ,避免避免了能量损耗了能量损耗, ,故电流稳定故电流稳定, ,持持续时间长续时间长5.5.原电池原

6、理的四大应用原电池原理的四大应用(1)(1)比较金属活动性强弱比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时两种金属分别作原电池的两极时, ,一般作一般作 极的金属比作极的金属比作 极的金极的金属活泼。属活泼。(2)(2)加快氧化还原反应的速率加快氧化还原反应的速率一个一个 进行的氧化还原反应进行的氧化还原反应, ,设计成原电池时反应速率设计成原电池时反应速率 。例如。例如, ,在在ZnZn与稀与稀H H2 2SOSO4 4反应时加入少量反应时加入少量CuSOCuSO4 4溶液能使产生溶液能使产生H H2 2的反应速率加快。的反应速率加快。(3)(3)设计制作化学电源设计制作化学电源首先将氧化

7、还原反应分成二个半反应。首先将氧化还原反应分成二个半反应。正、负极材料的选择正、负极材料的选择: :根据半反应找出正、负极材料根据半反应找出正、负极材料, ,一般选择一般选择 . .的金属作为的金属作为 ; ; 的金属或可导电的非金属的金属或可导电的非金属( (如石墨等如石墨等) )作为作为 。负负正正自发自发增大增大活泼性较强活泼性较强负极负极 活泼性较弱活泼性较弱正极正极电解质溶液的选择电解质溶液的选择: :电解质溶液一般要能够与负极发生反应电解质溶液一般要能够与负极发生反应, ,或者电解质溶或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应液中溶解的其他物质能与负极发生反应( (如溶解于溶液

8、中的空气如溶解于溶液中的空气) )。但如果设。但如果设计含有盐桥的原电池计含有盐桥的原电池, ,则两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同则两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同 的的 , ,如在如在CuCu- -ZnZn构成的原电池中构成的原电池中, ,负极负极ZnZn浸泡在含有浸泡在含有ZnZn2+2+的电解质溶液中的电解质溶液中, ,而正极而正极CuCu浸泡在含有浸泡在含有CuCu2+2+的电解质溶液中。的电解质溶液中。实例实例: :根据根据Cu+2AgCu+2Ag+ + CuCu2+2+2Ag+2Ag设计原电池设计原电池: :阳离子阳离子(4)(4)用于金属的防护用于金属的防护( (

9、牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法) )使被保护的金属制品作原电池使被保护的金属制品作原电池 而得到保护。例如而得到保护。例如, ,要保护一个铁质的输要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等水管道或钢铁桥梁等, ,可用导线将其与一块锌块相连可用导线将其与一块锌块相连, ,使锌作原电池的负极。使锌作原电池的负极。正极正极提示提示: :(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)(5)(5)因为铁的活泼性强于铜因为铁的活泼性强于铜, ,所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池电池, ,必是铁作负极、铜作正极。必是铁作负极、铜作正极。( () )

10、(6)(6)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极两种活泼性不同的金属组成原电池的两极, ,活泼金属一定作负极。活泼金属一定作负极。( () )(7)(7)在锌铜原电池中在锌铜原电池中, ,因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路, ,所以有电流产所以有电流产生。生。( () )(8)(8)锌与盐酸反应时锌与盐酸反应时, ,用粗锌比用纯锌产生用粗锌比用纯锌产生H2H2的速率要快。的速率要快。( () )提示提示: :(5)(5)(6)(6)(7)(7)(8)(8)提示提示: :(9)(9)(10)(10)考点演练考点演练考向一原电池的形成条件及正负极的判断考向一原

11、电池的形成条件及正负极的判断1.(1.(20182018山东师大附中月考山东师大附中月考) )下列装置中下列装置中, ,能构成原电池的是能构成原电池的是( ( ) )A.A.只有甲只有甲 B.B.只有乙只有乙C.C.只有丙只有丙 D.D.除乙均可以除乙均可以C C 2.2.根据电化学知识回答下列问题根据电化学知识回答下列问题: :(1)(1)如图所示如图所示, ,在不同的电解质溶液中可以组成不同的电池。在不同的电解质溶液中可以组成不同的电池。当电解质溶液为稀硫酸时当电解质溶液为稀硫酸时,Fe,Fe电极是电极是( (填填“正正”或或“负负”) )极极, ,其电其电极反应式为极反应式为 。 当电解

12、质溶液为当电解质溶液为NaOHNaOH溶液时溶液时,Al,Al电极是电极是( (填填“正正”或或“负负”) )极极, ,其其电极反应式为电极反应式为 。 若把铝改为锌若把铝改为锌, ,电解质溶液为浓硝酸电解质溶液为浓硝酸, ,则则FeFe电极是电极是( (填填“正正”或或“负负”) )极极, ,其电极反应式为其电极反应式为 。 (2)(2)请你利用原电池原理请你利用原电池原理, ,设计实验设计实验, ,比较铜和银的金属活动性。画出实验装比较铜和银的金属活动性。画出实验装置图置图, ,标出正负极、电子流动方向。标出正负极、电子流动方向。答案答案: :(2)(2)原电池正、负极的判断方法原电池正、

13、负极的判断方法练后反思练后反思注意注意: :原电池的正极和负极与电极材料的性质有关原电池的正极和负极与电极材料的性质有关, ,也与电解质溶液有关也与电解质溶液有关, ,不不要形成活泼电极一定作负极的思维定式。要形成活泼电极一定作负极的思维定式。考向二原电池的工作原理考向二原电池的工作原理D DB B考向三原电池原理的应用考向三原电池原理的应用5.5.有有a a、b b、c c、d d四个金属电极四个金属电极, ,有关的反应装置及部分反应现象如表有关的反应装置及部分反应现象如表: :C C实验实验装置装置部分部分实验实验现象现象a a极质量减小极质量减小b b极质量增加极质量增加c c极有气体产

14、生极有气体产生b b极质量减轻极质量减轻d d极溶解极溶解c c极有气极有气体产生体产生电流从电流从a a极极流向流向d d极极由此可判断这四种金属的活动性顺序是由此可判断这四种金属的活动性顺序是( ( ) )A.abcdA.abcdB.bcdaB.bcdaC.dabcC.dabcD.abdcD.abdc解析解析: :由第一个装置由第一个装置a a极质量减小极质量减小,b,b极质量增加极质量增加, ,故故a a是负极是负极,b,b是正极是正极, ,活泼性活泼性ab;ab;由第二个装置由第二个装置c c极有气体产生极有气体产生,b,b极质量减轻极质量减轻, ,故故b b是负极是负极,c,c是正极

15、是正极, ,活泼性活泼性bc;bc;由第三个装置由第三个装置d d极溶解极溶解c c极有气体产生极有气体产生, ,得得d d是负极是负极,c,c极是正极极是正极, ,故活泼性故活泼性dc;dc;由第四个装置由第四个装置, ,电流从电流从a a极流向极流向d d极极,a,a是正极是正极,d,d是负极是负极, ,故故da;da;由上可得活由上可得活泼性泼性:dabc,C:dabc,C项正确。项正确。解析解析: :.Zn.Zn- -MnOMnO2 2干电池中干电池中,Zn,Zn作原电池的负极作原电池的负极, ,碳棒为正极碳棒为正极,Zn,Zn在负极失电子在负极失电子生成生成ZnZn2+2+。.(1)

16、.(1)分析总反应分析总反应, ,判断出判断出CuCu为负极为负极,Cu,Cu失电子生成失电子生成CuCu2+2+, ,正极正极FeFe3+3+得电子生成得电子生成FeFe2+2+。(2)(2)请在下面方框中画出原电池的装置图请在下面方框中画出原电池的装置图, ,标出外电路电子流向标出外电路电子流向( (注明电极材料、注明电极材料、电解质溶液电解质溶液, ,连成闭合回路连成闭合回路) )。解析解析: :(2)(2)分析总反应分析总反应, ,找出负极材料为找出负极材料为Cu,Cu,比比CuCu不活泼的不活泼的AgAg可以作为原电池可以作为原电池的正极的正极, ,电解质溶液可以是硫酸铁溶液电解质溶

17、液可以是硫酸铁溶液; ;原电池中电子由负极流向正极。原电池中电子由负极流向正极。答案答案: :(2)(2)(3)(3)该装置反应一段时间后该装置反应一段时间后, ,当溶液的质量增加当溶液的质量增加3.2 g3.2 g时时, ,通过导线的电子的数通过导线的电子的数目是目是。答案答案: :(3)0.1N(3)0.1NA A设计原电池时要紧扣构成原电池的条件设计原电池时要紧扣构成原电池的条件: :(1)(1)首先要将已知氧化还原反应拆分为两个半反应首先要将已知氧化还原反应拆分为两个半反应; ;(2)(2)根据原电池的电极反应特点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结合两个半反应

18、找出正负极材料( (负极负极就是失电子的物质就是失电子的物质, ,正极用比负极活泼性差的金属或导电的非金属正极用比负极活泼性差的金属或导电的非金属, ,如石如石墨墨) )及电解质溶液。及电解质溶液。练后反思练后反思电极材料及电极材料及电解质溶液电解质溶液 42FeCuCFeCuSOCuCl负极：正极：或比的活泼性差的金属或导电的非金属电解质溶液：溶液或溶液等考点二三大常见化学电源考点二三大常见化学电源知识梳理知识梳理1.1.一次电池一次电池(1)(1)碱性锌锰电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池的负极是碱性锌锰电池的负极是Zn,Zn,正极是正极是MnOMnO2 2, ,电解质是电解质是KOH,KOH,

19、其电极反应如下其电极反应如下: :Zn+2OHZn+2OH- - -2e2e- -Zn(OH)Zn(OH)2 2 Zn+2OHZn+2OH- - -2e2e- -Zn(OH)Zn(OH)2 2 3.3.燃料电池燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池, ,分为酸性和碱性两种。分为酸性和碱性两种。2H2H2 2- -4e4e- -4H4H+ + 2H2H2 2+4OH+4OH- - -4e4e- -4H4H2 2O O O O2 2+4H+4H+ +4e+4e- -2H2H2 2O O O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e- -4OH4OH- - 微

20、微点点拨拨(1)(1)燃料电池的电极不参与反应燃料电池的电极不参与反应, ,有很强的催化活性有很强的催化活性, ,起导电作用。起导电作用。(2)(2)书写燃料电池的电极反应时书写燃料电池的电极反应时, ,要注意溶液的酸碱性要注意溶液的酸碱性, ,介质的酸碱介质的酸碱性对半反应及总反应书写的影响。性对半反应及总反应书写的影响。提示提示: :(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)(5)(5)提示提示: :( (6)6)(7)(7)(8)(8)考点演练考点演练D DA A考向二二次电池考向二二次电池C CA AC C考向三燃料电池考向三燃料电池C CC C8.(8.(20182018江西临

21、川一中高三模拟江西临川一中高三模拟) )向新型燃料电池的两极分别通入向新型燃料电池的两极分别通入CHCH4 4和空气和空气, ,其中固体电解质是掺杂了其中固体电解质是掺杂了Y Y2 2O O3 3的的ZrOZrO3 3固体固体, ,它在高温下能传导它在高温下能传导O O2-2-。图中滤纸用。图中滤纸用含有酚酞的氯化钠溶液浸泡过含有酚酞的氯化钠溶液浸泡过,c,c、d d、e e、f f均为惰性电极均为惰性电极, ,工作后工作后e e极周围变极周围变红。下列叙述正确的是红。下列叙述正确的是( ( ) )A.cA.c极为正极极为正极,A,A处通入甲烷气体处通入甲烷气体B.dB.d极的反应式为极的反应

22、式为O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e- - 4OH4OH- -C.C.固体电解质中固体电解质中O O2-2-由由d d极向极向c c极移动极移动D.eD.e极上发生氧化反应极上发生氧化反应,pH,pH增大增大C C强化突破强化突破1818电极反应式的书写电极反应式的书写要点解读要点解读1.1.原电池电极反应式的书写原电池电极反应式的书写书写电极反应式时书写电极反应式时, ,首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极, ,然后结然后结合电解质溶液的环境确定电极产物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最后再

23、根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。电极反应式书写的一般方法有式。电极反应式书写的一般方法有: :2.2.燃料电池电极反应式的书写燃料电池电极反应式的书写第一步第一步: :写出燃料电池反应的总反应式写出燃料电池反应的总反应式燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致, ,若产物能和电解质反应则总反应为若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。加合后的反应。如甲烷燃料电池如甲烷燃料电池( (电解质为电解质为NaOHNaOH溶液溶液) )的反应式为的反应式为第二步第二步: :写出电池的正极反应式写出电池的正极反应式根据燃料电池的特点根据燃料电池的特点, ,一般在正极上

24、发生还原反应的物质是一般在正极上发生还原反应的物质是O2,O2,随着电解质溶随着电解质溶液的不同液的不同, ,其电极反应式有所不同其电极反应式有所不同, ,大致有以下四种情况大致有以下四种情况: :酸性电解质溶液环境下电极反应式酸性电解质溶液环境下电极反应式: :第三步第三步: :根据电池总反应式和正极反应式根据电池总反应式和正极反应式, ,写出负极反应式写出负极反应式电池反应的总反应式电池反应的总反应式- -电池正极反应式电池正极反应式= =电池负极反应式。因为电池负极反应式。因为O O2 2不是负极反不是负极反应物应物, ,因此两个反应式相减时要彻底消除因此两个反应式相减时要彻底消除O O

25、2 2。对点专训对点专训A AB B3.(1)3.(1)以以AlAl和和NiO(OH)NiO(OH)为电极为电极,NaOH,NaOH溶液为电解液溶液为电解液, ,可以组成一种新型电池可以组成一种新型电池, ,放电放电时时NiO(OH)NiO(OH)转化为转化为 Ni(OH)Ni(OH)2 2。该电池的负极反应式为该电池的负极反应式为 , , 电池总反应的化学方程式为电池总反应的化学方程式为 。 (2)(2)高铁电池是一种新型可充电电池高铁电池是一种新型可充电电池, ,与普通高能电池相比与普通高能电池相比, ,该电池能长时间保该电池能长时间保持稳定的放电电压。该电池的总反应为持稳定的放电电压。该

26、电池的总反应为3Zn+2K3Zn+2K2 2FeOFeO4 4+8H+8H2 2O 3Zn(OH)O 3Zn(OH)2 2+ + 2Fe(OH)2Fe(OH)3 3+4KOH+4KOH。放电时负极反应为放电时负极反应为 , , 正极反应为正极反应为 。 放电时电子由放电时电子由 极流向极流向极。极。 放电时放电时1 mol K1 mol K2 2FeOFeO4 4发生反应发生反应, ,转移电子数是转移电子数是。 4.4.化学电源在生产生活中有着广泛的应用化学电源在生产生活中有着广泛的应用, ,请回答下列问题请回答下列问题: :(1)(1)电动汽车上用的铅蓄电池是以一组充满海绵状铜的铅板和另一组

27、结构相似电动汽车上用的铅蓄电池是以一组充满海绵状铜的铅板和另一组结构相似的充满二氧化铅的铅板组成的充满二氧化铅的铅板组成, ,用用H H2 2SOSO4 4溶液作电解液。放电时总反应为溶液作电解液。放电时总反应为Pb+PbOPb+PbO2 2+2H+2H2 2SOSO4 4 2PbSO2PbSO4 4+2H+2H2 2O O写出放电时负极的电极反应式写出放电时负极的电极反应式: : ; ; 铅蓄电池放电时铅蓄电池放电时, ,溶液的溶液的pHpH将将( (填填“增大增大”“减小减小”或或“不变不变”) )。当。当外电路上有外电路上有0.5 mol0.5 mol电子通过时电子通过时, ,溶液中消耗溶液中消耗H H2 2SOSO4 4的物质的量为的物质的量为。 放电完后放电完后, ,对该电池进行充电对该电池进行充电, ,在连接电源的负极一端生成在连接电源的负极一端生成( (填填“PbPb”或或“PbOPbO2 2”) )。 (2)CO(2)CO与与H H2 2反应可制备反应可制备CHCH3 3OH,CHOH,CH3 3OHOH可作为燃料使用可作为燃料使用, ,用用CHCH3 3OHOH和和O O2 2组合形成的质组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下子交换膜燃料电池的结构示意图如下: :电池总反应为电池总反应为2CH2CH3 3OH+3OOH+3O