高考化学一轮复习第7章化学反应与能量第34讲原电池化学电源课件

第34讲原电池化学电源1.从氧化还原反应的角度认识原电池的工作原理，能设计简单的原电池。2.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。3.能够书写常见化学电源的电极反应式和总反应方程式。01考点梳理高效演练考点一原电池的工作原理及其应用

1.原电池的概念：把______能转化为______能的装置。其本质是发生____________反应。化学电氧化还原2.原电池的构成条件一看反应能发生______________的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)二看电极一般是活泼性不同的两个电极(金属或石墨)三看闭合回路(1)电解质溶液(2)两电极直接或间接接触(3)两电极插入电解质溶液中自发进行3.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)[说明]盐桥的组成和作用组成装有含KCl饱和溶液的琼胶，离子可在其中自由移动作用a.连接内电路，_________________；b.__________________，使原电池不断产生电流离子移向阴离子移向________，阳离子移向______________形成闭合回路平衡电荷负极正极4.原电池原理的应用(1)设计制作化学电源。负极正极电极材料(2)比较金属的活动性强弱：在原电池中，负极一般是活动性________的金属，正极一般是活动性________的金属(或能导电的非金属)，即活动性：负极>正极。(3)增大化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率增大。(4)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作为原电池的________将受到保护。较强较弱正极[易错秒判](1)锌铜原电池中，盐桥可以换成导线(

)(2)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动(

)(3)构成原电池两极的电极材料一定是活泼性不同的金属(

)(4)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定是负极(

)(5)原电池中负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数(

)(6)由于CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池(

)(7)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳(

)答案：(1)×

(2)×

(3)×

(4)×

(5)√

(6)×

(7)√一、原电池的工作原理1.下列与甲、乙两套装置有关的说法正确的是(

)

A．甲、乙装置中，锌棒均为负极，发生氧化反应B．甲装置中锌棒直接与稀硫酸接触，故其生成气泡的速率更大C．甲、乙装置的电解质溶液中，阳离子均向碳棒定向迁移D．乙装置中盐桥设计的优点是迅速平衡电荷，提高电池效率√2.某同学利用如下电池装置探究Fe2＋的氧化性和还原性。电流表显示电子由铁电极流向石墨电极，石墨电极上未见Fe析出。下列分析不正确的是(

)

A．盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中B．一段时间后两烧杯溶液中c(Fe2＋)均增大C．当两烧杯溶液中c(Fe2＋)相等时，说明反应已停止D．由该装置可知，Fe2＋还原性小于Fe、氧化性小于Fe3＋√解析：该原电池总反应式为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，负极为铁单质失电子生成亚铁离子，正极为铁离子得电子生成亚铁离子。A．铁电极失电子为负极，石墨电极为正极，阳离子从负极向正极移动，故盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中，A正确；B．铁电极发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，石墨电极发生的反应为

Fe3＋＋e－===Fe2＋，两侧均生成亚铁离子，故一段时间后两烧杯溶液中

c(Fe2＋)均增大，B正确；C．负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，设两边均为1L溶液，一段时间后转移电子的物质的量为2x

mol

时，两极溶液中亚铁离子浓度相等，则0.10＋x＝2x＋0.05，解得x＝0.05，右边消耗铁离子0.05mol×2＝0.1mol＜0.10mol·L－1×1L×2＝0.2mol，则反应仍能继续进行，C错误；D．负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，总反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，反应中氧化剂为Fe3＋，还原剂为Fe，Fe2＋既是氧化产物也是还原产物，故Fe2＋还原性小于Fe，氧化性小于Fe3＋，D正确。二、电极的判断与电极反应式的书写3.有下图所示的四个装置，回答相关问题：(1)图①中，Mg为__________极。(2)图②中，Mg为__________极，写出负极反应式：____________，正极反应式：_________________，总反应的离子方程式：____________________。(3)图③中，Fe为__________极，写出负极反应式：____________________，正极反应式：_____________，总反应的化学方程式：_______________。(4)图④装置能否构成原电池？__________(填“能”或“否”)。若能构成原电池，正极为__________，电极反应式为____________(若不能构成原电池，后两问不用回答)。三、原电池原理的应用4.有M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。四种金属的还原性由强到弱的顺序是_________________________________。解析：①M置换出N，故M的还原性比N的强；②M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡，故M是正极，P的还原性比M的强；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，N发生氧化反应生成N2＋，故N的还原性比E的强。综上所述，还原性由强到弱的顺序为P>M>N>E。答案：P>M>N>E5.设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋的强。(1)写出能说明氧化性Fe3＋比Cu2＋强的离子方程式：_____________________。(2)若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是①负极：________________________________________。②正极：___________________________________________。(3)在下表中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液。①不含盐桥②含盐桥

答案：(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋(2)①Cu－2e－===Cu2＋

②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋(3)

(答案合理即可)①不含盐桥②含盐桥

考点二化学电源

1.一次电池一次电池即放电后不可再充电的电池。(1)碱性锌锰电池。负极：______________________________；正极：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－；总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)。Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2(2)纽扣式锌银电池。负极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；总反应：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。2.二次电池二次电池又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其充、放电过程如下：3.燃料电池一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。(1)常见燃料。除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。(2)电解质类型。酸性溶液、碱性溶液、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应、电极反应有影响。(3)应用举例(以甲烷为燃料，写出下列介质中的电极反应式)。酸性溶液正极反应式：_________________________________；负极反应式：___________________________________碱性溶液正极反应式：________________________________；负极反应式：__________________________________固体氧化物(高温下能传导O2－)正极反应式：_________________________________；负极反应式：__________________________________熔融碳酸盐(如熔融K2CO3，正极通入CO2)正极反应式：________________________________；负极反应式：_________________________________2O2＋8H＋＋8e－===4H2OCH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋2O2＋4H2O＋8e－===8OH－2O2＋8e－===4O2－CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O[易错秒判](1)MnO2是碱性锌锰电池中的催化剂，可使锌锰电池的比能量更高(

)(2)碱性锌锰电池中，1molZn和1molMnO2放电转移电子数相等(

)(3)铅酸蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增大(

)(4)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应(

)(5)可充电电池充电时，电池的正极应连接外接电源的负极(

)(6)铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应(

)答案：(1)×

(2)×

(3)×

(4)×

(5)×

(6)√一、化学电源的原理分析1.(2024·广东高三调研)一种向外输出电能的同时又能使水土中重金属离子Cd2＋变成沉淀而被除去的电化学装置，其工作原理如下图所示。下列说法正确的是(

)A．锌棒为该装置的正极B．电子从锌棒经水土移向碳棒C．碳棒附近Cd2＋转化为Cd而被除去D．标准状况下，每消耗22.4LO2，理论上最多能除去2molCd2＋√解析：由题图可知，Zn为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，石墨为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，水土中的Cd2＋与OH－反应生成Cd(OH)2沉淀而除去。A．由分析可知，锌棒为该装置的负极，A错误；B．由分析可知，电子由锌棒经导线流向碳棒，但电子不能经过水土，B错误；C．由分析可知，碳棒附近Cd2＋转化为Cd(OH)2沉淀而被除去，C错误；D．标准状况下，每消耗22.4L(1mol)O2，理论上可产生4molOH－，由离子方程式Cd2＋＋2OH－===Cd(OH)2↓可知，最多能除去2molCd2＋，D正确。2.(2024·广州大学附中检测)瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害，一种瓦斯分析仪能够在煤矿巷道中的甲烷浓度达到一定浓度时，通过传感器显示。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如下图所示，其中的固体电解质是Y2O3-Na2O，O2－可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是(

)A．瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极b流向电极aB．电极b是正极，O2－由电极a流向电极bC．电极a的反应式为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2OD．当固体电解质中有1molO2－通过时，转移4mol电子√解析：电子不能在电池内电路流动，只能在外电路中流动，故A错误；电极b上氧气得电子，生成O2－，而电极a需要O2－作为反应物，故O2－由正极(电极b)流向负极(电极a)，故B错误；甲烷所在电极a为负极，电极反应为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，故C正确；1molO2得到4mol电子生成2molO2－，故当固体电解质中有1molO2－通过时，转移2mol

电子，故D错误。3.以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池，下列说法正确的是(

)A．放电过程中，K＋均向负极移动B．放电过程中，KOH物质的量均减小C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大D．消耗1molO2时，理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L√解析：碱性环境下，CH3OH-O2燃料电池总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，N2H4－O2燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，(CH3)2NNH2中C和N元素的化合价均为－2价，H元素的化合价为＋1价，根据氧化还原反应原理可推知，(CH3)2NNH2-O2燃料电池总反应为(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O。A．放电过程为原电池工作原理，所以K＋均向正极移动，A错误；B．根据上述分析可知，N2H4-O2燃料电池的产物为氮气和水，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，另外两种燃料电池均消耗KOH，所以KOH的物质的量减小，B错误；D．根据得失电子守恒和总反应式可知，消耗1molO2，理论上N2H4-O2燃料电池生成1mol氮气，在标准状况下的体积为22.4L，D错误。二、二次电池的充、放电分析4.某液态金属储能电池的示意图如下，放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是(

)A．放电时，M极反应为Ni－2e－===Ni2＋B．放电时，Li＋由M极向N极移动C．充电时，M极的质量减小D．充电时，N极反应为Li3Bi＋3e－===3Li＋＋Bi√解析：放电时，M极上的Li比Ni更活泼，也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼，故M极为负极，电极反应为Li－e－===Li＋，N极为正极，电极反应为3Li＋＋3e－＋Bi===Li3Bi，Li＋由M极向N极移动，A错误、B正确；由可充电电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，故充电时，M极的电极反应为Li＋＋e－===Li，M极的质量增大，N极的电极反应为Li3Bi－3e－===3Li＋＋Bi，C、D错误。5.(2024·广东六校联考)某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料)，通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电，成功地实现了对磁性的可逆调控(见下图)。下列说法不正确的是(

)A．充电时，Fe2O3对应电极连接充电电源的负极B．正极的电极反应式：Fe2O3＋6Li＋＋6e－===3Li2O＋2FeC．该电池不能用氢氧化钠溶液作为电解质溶液D．放电时，Fe2O3为电池，被还原为Fe，电池被磁铁吸引√解析：A．根据题图可知，放电时，Li被氧化为Li＋，故金属锂和石墨的复合材料为负极，纳米Fe2O3为正极，故充电时纳米Fe2O3为阳极，与电源正极相连，A错误；B．放电时，Fe2O3对应电极为正极，Fe2O3被还原为Fe，O元素转化为Li2O，根据得失电子守恒、质量守恒可得电极反应式为Fe2O3＋6Li＋＋6e－===3Li2O＋2Fe，B正确；C．Li为活泼金属，会与氢氧化钠溶液中的水反应，故该电池不能用氢氧化钠溶液作为电解质溶液，C正确；D．放电时，Fe2O3为正极，被还原为Fe，电池被磁铁吸引，D正确。[思维建模]二次电池原理分析的思维模型02真题研做高考通关1.(2023·新高考广东卷)负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除Cl－实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是(

)A．Ag为原电池正极B．电子由Ag经活性炭流向PtC．Pt表面发生的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．每消耗标准状况下11.2L的O2，最多去除1molCl－√解析：O2在Pt极得电子发生还原反应，Pt为正极，Ag失电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C错误；负极反应为Ag－e－＋Cl－===AgCl，每消耗标准状况下11.2L的O2，转移2m