2020版高三化学总复习专题3第2讲原电池化学电源课件苏教版

第2讲原电池化学电源第2讲原电池化学电源-2-考纲要求:1.理解原电池的构成、工作原理及应用,能写出电极反应和总反应方程式。

2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。-2-考纲要求:1.理解原电池的构成、工作原理及应用,能写出-3-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破导学诱思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。

B

Ag

Cu负

正

原电池的工作原理及正负极的判断

-3-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破导学诱思BAg-4-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破落实基础1.定义原电池是将

转变为

的装置。

2.工作原理如图以铜锌原电池为例:化学能

电能

-4-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破落实基础化学能电-5-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破(1)在ZnSO4溶液中,锌片逐渐

,即Zn被

,锌原子

电子,形成

进入溶液,从锌片上释放出的电子,经过导线流向

;溶液中的

从铜片上得电子,被还原成为

并沉积在铜片上。

(2)电子流向:从

极流向

极。

(3)电流方向:从

极(

)流向

极(

)。

溶解

氧化

失

Zn2+Cu

Cu2+

Cu

负

正

正

Cu

负

Zn-5-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破(1)在ZnSO4-6-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破×√×√×√-6-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破×√×√×√-7-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度一

原电池的工作原理例1控制适合的条件,将反应Fe3++Ag Fe2++Ag+设计成如图所示的原电池(盐桥装有琼脂-硝酸钾溶液;灵敏电流计的0刻度居中,左右均有刻度)。已知接通后,观察到电流计指针向右偏转。下列判断正确的是

(

)A.在外电路中,电子从石墨电极流向银电极B.盐桥中的K+移向乙烧杯C.一段时间后,电流计指针反向偏转,越过0刻度,向左边偏转D.电流计指针居中后,往甲烧杯中加入一定量的铁粉,电流计指针将向左偏转答案解析解析关闭Fe3+发生得电子的还原反应,所以石墨电极为正极,电子从负极流向正极,阳离子从负极移向正极,A、B选项错误;达到化学平衡后,电流计指针指向0刻度,不会越过,C选项错误;D选项,铁粉与Fe3+反应生成Fe2+,溶液中Fe3+浓度减小,Fe2+浓度增大,平衡左移,Ag+发生得电子的反应,Ag为正极,正确。答案解析关闭

D-7-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度一原电池-8-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破互动探究(1)把A选项改为“在内电路中,电子从石墨电极流向银电极”是否正确?改为“电流从石墨电极通过灵敏电流计到银电极,然后通过盐桥到石墨电极”是否正确?

(2)把B选项中的“K+”改为“”是否正确?撤掉盐桥是否还能构成原电池?(3)开始时,乙烧杯中发生的反应是

(填“氧化反应”或“还原反应”)。

答案:

(1)不正确;正确。(2)正确;不能。(3)氧化反应。-8-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破互动探究(1)把A-9-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破方法指导

我们在复习原电池的工作原理时要从两个方面进行分析。(1)闭合回路。闭合回路包含两部分:导线中电子的流向和电解质溶液中阴、阳离子的流向,两部分共同构成一个完整的闭合回路。①注意:无论在原电池还是在电解池中,电子均不能通过电解质溶液。②导线中的电子(带负电荷)是从负极流向正极,而原电池内溶液中阴离子(带负电荷)是从正极流向负极,这样才能形成闭合回路。(2)氧化还原反应。①负极:发生失电子的氧化反应;②正极:发生得电子的还原反应。(3)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。-9-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破方法指导我们在-10-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度二

原电池正、负极的判断例2看图回答下列问题。-10-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度二原电-11-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破(1)上述四种原电池的装置中正极分别为

、

、

、

。

(2)B装置中a孔通入的气体为

(填“SO2”或“O2”)。

(3)D装置中发生氧化反应的一极为

(填“a”或“b”)。

答案解析解析关闭燃料在负极上发生反应,所以A装置中a为正极;电子流出的一极为负极,故B装置中b为正极,正极上发生还原反应,通入氧化剂O2;C装置中Al与NaOH溶液反应,所以Al失电子,Al为负极,Mg为正极;D装置由阳离子H+的流向可知b为正极。答案解析关闭

(1)a

b

Mg

b

(2)SO2

(3)a-11-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破(1)上述四种原-12-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破互动探究C装置中的NaOH溶液如果换成稀硫酸,则正极为

。方法指导

判断原电池的正、负极需抓住闭合回路和氧化还原反应进行分析,如图注意:原电池的正、负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液性质有关,不要形成思维定式——活泼金属一定作负极。Al-12-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破互动探究C装置中-13-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破1.(2018全国Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为:3CO2+4Na2Na2CO3+C,下列说法错误的是(

)答案解析解析关闭答案解析关闭-13-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破1.(2018全-14-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破2.全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:16Li+xS8==8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是

(

)

A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e-==3Li2S4B.电池工作时,外电路中流过0.02mol电子,负极材料减重0.14gC.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多答案解析解析关闭A项,在该电池中电极a为正极,发生的反应依次为:S8+2Li++2e-==Li2S83Li2S8+2Li++2e-==4Li2S62Li2S6+2Li++2e-==3Li2S4Li2S4+2Li++2e-==2Li2S2,故A正确;B项,原电池工作时,转移0.02mol电子时,被氧化的Li的物质的量为0.02mol,质量减少0.14g,正确;C项,石墨烯能导电,利用石墨烯作电极,可提高电极a的导电性,正确;D项,电池充电时由于Li+得到电子生成Li,则电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越少,错误。答案解析关闭D-14-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破2.全固态锂硫电-15-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破3.锂-二硫化亚铁电池是一种高容量电池,用途广泛,该电池放电时的总反应为4Li+FeS2==Fe+2Li2S。下列说法正确的是(

)A.放电时,Li作电源负极,负极反应为Li-e-==Li+B.放电时,正极发生氧化反应C.硫酸、羧酸及醇类物质都可以用作该锂电池的电解质D.充电时,阳极只有Fe参与放电答案解析解析关闭放电时负极发生氧化反应,电极反应式为Li-e-==Li+,A正确;放电时正极发生还原反应,B错误;加入硫酸、羧酸时,Li和硫酸、羧酸反应,所以不能用硫酸、羧酸作该锂电池的电解质,C错误;充电时,阳极发生氧化反应,而反应中S2-和Fe的化合价都升高,所以S2-和Fe都参与放电,D错误。答案解析关闭A-15-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破3.锂-二硫化亚-16-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破4.中科院宁波材料所在金属空气电池的研发中获得重大突破。该电池的工作原理如图所示:

下列有关说法正确的是(

)A.电池工作时,负极附近溶液的pH升高B.电路中转移2mol电子,理论上约消耗标准状况下空气56LC.电池工作时,电流由M极经外电路流向N极D.电池总反应为4Al+3O2==2Al2O3、2Mg+O2==2MgO答案解析解析关闭金属空气电池中金属作负极,发生氧化反应,正极上空气中的氧气发生还原反应。电池工作时,负极镁、铝失去电子变成离子与氢氧根结合生成氢氧化镁、氢氧化铝,水的电离平衡被破坏,氢离子浓度增大,负极附近溶液的pH降低,A项错误;电路中转移2mol电子,理论上约消耗氧气0.5mol,折合成空气2.5mol,标准状况下体积为56L,B项正确;电池工作时,电子由M极经外电路流向N极,C项错误;电池工作时,负极生成氢氧化镁、氢氧化铝,D项错误。答案解析关闭B-16-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破4.中科院宁波材-17-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破5.微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(

)

A.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区D.电池总反应为C6H12O6+6O2==6CO2+6H2O答案解析解析关闭C6H12O6中C的平均化合价为0价,二氧化碳中C的化合价为+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,故CO2在负极生成,A项错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率加快,所以微生物促进了反应的发生,B项正确;质子交换膜只允许质子(即H+)通过,原电池中阳离子向正极移动,C项正确;电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应,D项正确。答案解析关闭A-17-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破5.微生物电池是-18-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破原电池原理的应用导学诱思(1)用稀硫酸与锌粒反应制取氢气,加入少量硫酸铜可以加快化学反应速率的原因:

。

(2)A、B两种金属用导线连接,放入稀硫酸中,B的质量逐渐减小,则两种金属的活动性:A

B(填“>”“<”或“=”)。

答案:

(1)Zn与CuSO4反应生成Cu,在稀硫酸中形成铜锌原电池,可以增大反应速率(2)<-18-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破原电池原理的应用-19-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破落实基础原电池在化工、农业生产及科学研究中的应用1.加快氧化还原反应速率一个自发的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率

,例如Zn与稀硫酸反应时加入少量的CuSO4溶液能使产生氢气的速率增大。

2.比较金属活动性强弱金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属活动性比正极的

。

3.用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池的

极而得到保护。例如,保护铁制输水管或钢铁桥梁,可用导线将其和一块锌块相连,使Zn作原电池的

极。

增大

强

正

负

-19-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破落实基础增大-20-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度一

原电池原理的应用例1已知电极材料:铁、铜、银、石墨、锌、铝;电解质溶液:CuCl2溶液、NaOH溶液、盐酸,按要求回答下列问题。(1)电工经常说的一句口头禅:“铜接铝,瞎糊弄”,所以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:

。

(2)通常说的燃料电池都以铂为电极,将燃烧反应的化学能转化为电能,在燃料电池中,可燃物在

极反应,

在另一极反应。

(3)请运用原电池原理设计实验,验证Cu2+、Fe3+氧化性的强弱。请写出电极反应,负极

,正极

,并在方框内画出实验装置图。

-20-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度一原电-21-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破-21-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破-22-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破方法指导

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。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(如溶解于溶液中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则两个容器中的电解质溶液选择含有电极材料金属对应的金属阳离子的电解质溶液。如在Cu-Zn-硫酸盐溶液构成的原电池中,负极Zn浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中,而正极Cu浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。-22-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破方法指导设计-23-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度二

判断金属活动性例2①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池:①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极;②④相连时,②上有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由强到弱的顺序是(

)A.①③②④ B.①③④②C.③④②① D.③①②④答案解析解析关闭由原电池原理判断金属活动性,外电路电流从②流向①,②为正极,金属活动性①>②;①③相连,③为正极,金属活动性①>③;②④相连,②上有气泡(H2)逸出,②为正极,金属活动性④>②;③④相连,③质量减少,则金属活动性③>④,即金属活动性顺序为①>③>④>②,B正确。答案解析关闭B-23-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度二判断-24-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度三

新型化学电源例3LiFePO4电池广泛用于电动车。电池反应:FePO4+LiLiFePO4,电池的正极材料是LiFePO4,负极材料是石墨,含Li+导电固体为电解质。下列说法正确的是(

)答案解析解析关闭A项,充电过程是电能转化为化学能的过程,错误;B项,Li属于活泼金属,加入磷酸,Li会与磷酸反应,错误;C项,根据原电池的工作原理,电子从负极经外电路流向正极,电子不通过电解质,错误;D项,负极反应式为Li-e-==Li+,迁移nmolLi+,说明通过的电子物质的量为nmol,即Li失去电子nmol,充电时,电池的负极接电源的负极,即阴极反应式为Li++e-==Li,正确。答案解析关闭D-24-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度三新型-25-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破方法指导

(1)原电池反应中,两极材料本身不一定发生反应。如氢氧燃料电池中两极本身不参与反应,参与反应的是H2和O2。(2)可充电电池充电时应将可充电电池的负极接外电源的负极,正极接外电源的正极。(3)原电池放电时,正负极质量有可能均增大,如铅蓄电池放电时正极PbO2转化成PbSO4、负极Pb转化成PbSO4,正、负极质量均增大。-25-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破方法指导(1-26-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破跟踪训练1.被称为“软电池”的纸质电池总反应为Zn+2MnO2+H2O==ZnO+2MnOOH。下列说法正确的是(

)A.该电池中Zn作负极,发生还原反应B.该电池反应中MnO2起催化作用C.该电池工作时电流由Zn经导线流向MnO2D.该电池正极反应式为MnO2+e-+H2O==MnOOH+OH-答案解析解析关闭该原电池中,锌失电子作负极,发生氧化反应,A项错误;该原电池中,锰元素的化合价由+4价变为+3价,所以二氧化锰为正极反应物,发生还原反应,B项错误;电子从负极Zn沿导线流向MnO2,电流方向与之相反,C项错误;正极上二氧化锰得电子发生还原反应,电极反应式为MnO2+e-+H2O==MnOOH+OH-,D项正确。答案解析关闭D-26-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破跟踪训练答案解-27-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破2.银质器皿长期使用表面会逐渐变黑,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答案解析解析关闭答案解析关闭-27-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破2.银质器皿长期-28-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破3.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,探究其能量转化效率。限选材料:ZnSO4(aq),FeSO4(aq),CuSO4(aq);铜片,铁片,锌片和导线。(1)完成原电池甲的装置示意图(如图),并作相应标注。要求:在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。-28-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破3.能量之间可相-29-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破(2)以铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙,工作一段时间后,可观察到负极

。(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是

,其原因是

。

(4)根据牺牲阳极的阴极保护法原理,为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀,在限选材料中应选

作阳极。

-29-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破(2)以铜片为电-30-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破答案:

(1)(2)金属逐渐溶解(3)甲甲电池(使用盐桥)可以避免锌和铜离子的接触,从而避免能量损失,提高电池效率,提供稳定的电流(4)Zn-30-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破答案:(1)-31-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破解析:

(1)因为题给图中电子流向为从左到右,故左侧为原电池的负极,右侧为正极;所以设计原电池时可以在左侧烧杯内盛放ZnSO4(aq),电极选用锌片,右侧烧杯内盛放CuSO4(aq),电极选用铜片。(2)由所给的电极材料可知,当铜片作电极时,铜片一定是正极,则负极是活泼的金属(失电子发生氧化反应),反应的现象是负极金属逐渐溶解。(3)以Zn和Cu作电极为例,如果不用盐桥,则除了发生电化学反应外,还会使Zn和CuSO4直接反应,不能转化为电能,而盐桥的使用,可以避免Zn和Cu2+的接触,从而避免电量损失,提高电池效率,提供稳定的电流。(4)根据牺牲阳极的阴极保护法,可知被保护的金属作阴极,比其活泼的金属作阳极,即应选Zn作为阳极。-31-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破解析:(1)因-32-原电池电极反应式的书写原电池电极反应式的书写是近几年高考的重点,也是难点,出题形式常常给出信息让我们书写一些不常见的电极反应式,同学们在复习本部分知识时,一定不要死记硬背一些电极反应式,而要掌握方法,这样才能以不变应万变。注意:(1)因为电极反应是氧化还原反应的一半,所以书写电极反应式时一定要与氧化还原型离子方程式的书写方法相联系;(2)电极反应式的书写常见的步骤及方法-32-原电池电极反应式的书写-33--33--34--34--35--35--36-例1(1)铅蓄电池放电时的电池反应为PbO2+Pb+2H2SO4==2PbSO4+2H2O,请写出铅蓄电池的正极反应式:

。

(2)某新型铝-空气燃料电池以铝为负极,在正极通入空气,若以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液,放电时正极反应式都为O2+2H2O+4e-==4OH-。若以NaCl溶液为电解质溶液,则总反应为

。

-36-例1(1)铅蓄电池放电时的电池反应为PbO2+Pb+-37-2.非水溶液中的电极反应式的书写步骤与水溶液中类似,只是步骤4中改用题中所给阴、阳离子配平电荷。-37-2.非水溶液中的电极反应式的书写-38-例2某汽车尾气分析仪以燃料电池为工作原理测定CO的浓度,其装置如图所示,该电池中电解质为氧化钇-氧化钠,其中O2-可以在固体介质NAMCON中自由移动。(1)其电极反应:负极

;正极

;电池反应为

。

(2)如果把上述电池中的电解质“氧化钇-氧化钠,其中O2-可以在固体介质NAMCON中自由移动”改为熔融的K2CO3,则电极反应:负极

;正极

;电池反应为

。

答案解析解析关闭答案解析关闭-38-例2某汽车尾气分析仪以燃料电池为工作原理测定CO的浓-39-3.分析实验现象、判断电极反应式的正误分析电极及电极区的pH及实验现象时,要从电极反应式入手;分析电解质溶液的pH及实验现象时,要从电池反应式入手。-39-3.分析实验现象、判断电极反应式的正误-40-例3某新型铝-空气燃料电池,以铝合金为负极,在正极通入空气,若以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是(

)答案解析解析关闭答案解析关闭-40-例3某新型铝-空气燃料电池,以铝合金为负极,在正极通-41-对点训练1.锂-空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是(

)A.放电时