03第27讲原电池化学电源【正文】听课手册

第27讲原电池化学电源1.能举出化学能转化为电能的实例,能辨识简单原电池的构成要素,并能分析简单原电池的工作原理。

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。考点一原电池的工作原理1.原电池及组成条件2.两种原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)电极名称负极正极电极材料片

片

电极反应Zn-2e-Zn2+Cu2++2e-Cu电极质量变化

反应类型反应

反应

电子流向由极沿导线流向极

盐桥中离子移向盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂,K+移向极,Cl-移向极

装置差异比较原电池Ⅰ:随反应的进行,温度升高,化学能转化为电能和热能,两极反应在相同区域,部分Zn与Cu2+直接反应,使电池效率降低;原电池Ⅱ:随反应的进行,温度不变,化学能只转化为,两极反应在不同区域,Zn与Cu2+隔离,电池效率提高,电流稳定

[微点拨]盐桥的组成和作用(1)盐桥中装有含饱和KCl(或KNO3)溶液的琼脂。(2)原电池装置中盐桥连接两个“半电池装置”,其中盐桥的作用有三种:①连接内电路,通过离子的定向移动,构成闭合回路;②隔绝正、负极反应物,避免直接接触,导致电流不稳定;③维持电极区溶液的电荷平衡。3.原电池原理的四大应用(1)比较金属的活动性强弱原电池中,活动性较强的金属一般作,活动性较弱的金属(或导电的非金属)一般作。

(2)加快化学反应速率氧化还原反应形成原电池时,反应速率加快。(3)用于金属的防护将需要保护的金属制品作原电池的而受到保护。如要保护一个铁质的输水管道不被腐蚀,可用导线将其与一块相连,作原电池的负极。

(4)设计制作原电池装置【对点自测】判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)[2024·贵州卷]将Zn和ZnSO4溶液与Cu和CuSO4溶液组成双液原电池,连通后铜片上有固体沉积,则原电池中Zn作正极,Cu作负极 ()(2)[2023·湖北卷]铜锌原电池工作时,正极和负极同时发生反应 ()(3)[2023·全国新课标卷]将银和AgNO3溶液与铜和Na2SO4溶液组成原电池。连通后银表面有银白色金属沉积,铜电极附近溶液逐渐变蓝,则Cu的金属性比Ag强 ()(4)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 ()(5)某原电池反应为Cu+2AgNO32Ag+Cu(NO3)2,装置中的盐桥内可以是含饱和KCl溶液的琼脂 ()题组一原电池的组成及工作原理1.[2024·山东实验中学模拟]实验小组中甲同学按如图所示装置完成实验,发现电流表指针偏转,乙同学将图中盐桥(装有含氯化钾饱和溶液的琼脂)换成U形铜丝代替盐桥,发现电流表指针也发生偏转,以下说法正确的是 ()A.甲同学实验过程中,ZnSO4溶液中阴离子总浓度不会发生改变B.甲同学实验过程中,锌片被氧化,铜片被还原C.乙同学将盐桥换成铜丝后,左侧烧杯仍形成原电池D.乙同学将盐桥换成铜丝后,左侧烧杯ZnSO4溶液中Zn2+移向Zn片2.[2025·湖北黄冈中学调研]某同学为研究原电池原理,设计了如图所示的两种装置,溶液A、溶液B均为硫酸盐溶液,闭合开关K1、K2后,装置①和装置②中小灯泡均可以发光。下列有关说法错误的是 ()A.断开开关K1前后,装置①中负极质量均减小B.溶液A为CuSO4溶液,溶液B为ZnSO4溶液C.消耗相同质量的金属Zn,装置②产生的电能比装置①更多D.装置②的溶液A中生成ZnCl2,溶液B中生成K2SO4规律小结判断原电池正、负极的五种方法(1)在原电池中,把发生氧化反应的电极称为负极,把发生还原反应的电极称为正极。(2)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,不要形成“活泼电极一定作负极”的思维定式。题组二原电池原理的应用3.[2025·辽宁锦州五校联考]有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:实验装置部分实验现象a极质量减少;b极质量增加b极有气泡产生;c极无变化d极溶解;c极有气泡产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是 ()A.a>b>c>d B.b>c>d>a C.d>a>b>c D.a>b>d>c4.某校化学兴趣小组进行探究性活动:将氧化还原反应2Fe3++2I-2Fe2++I2设计成带盐桥的原电池。提供的试剂:FeCl3溶液、KI溶液;其他用品任选。回答下列问题:(1)画出设计的原电池装置图,并标出电极材料、电极名称及电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极反应式为。

(3)反应达到平衡时,外电路导线中(填“有”或“无”)电流通过。

(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,当固体全部溶解后,则此时该溶液中的电极变为

(填“正”或“负”)极。考点二化学电源1.一次电池(放电后不可再充电)碱性锌锰干电池负极反应:

;

正极反应:

;

总反应:Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2锌银纽扣电池负极反应:

;

正极反应:

;

总反应:Zn+Ag2OZnO+2Ag2.二次电池(放电后可再充电使活性物质获得再生,重复使用)铅酸蓄电池是最常见的二次电池,其正极材料为PbO2,负极材料为Pb,电解质溶液为稀H2SO4溶液。总反应为Pb+PbO2+2H2SO42H2O+2PbSO4二次电池中,放电时电池的负极,在充电时连接外接电源的负极;放电时电池的正极,在充电时连接外接电源的正极。3.燃料电池(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分为酸性和碱性两种。酸性碱性负极反应式正极反应式电池总反应式特点氢氧燃料电池的电极作催化剂,燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应(2)以CO为燃料气,请分别写出电解质符合下列条件的正、负极的电极反应式和总反应式(填入表格中)。电解质电极反应式或总反应式①酸性介质正极负极总反应②碱性介质正极负极总反应③固体氧化物(其中O2-可以在固体介质中自由移动)正极负极总反应④熔融碳酸盐(CO3正极负极总反应【对点自测】判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)[2024·湖南卷]锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌,充电时锂离子从正极脱嵌 ()(2)[2023·湖南卷]碱性锌锰电池的正极反应:MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH- ()(3)[2023·湖南卷]铅酸蓄电池充电时的阳极反应:Pb2++2H2O-2e-PbO2+4H+ ()(4)铅酸蓄电池放电时的正极反应:Pb+SO42--2e-PbSO4 ((5)[2022·天津卷]我国实现了高性能纤维锂离子电池的规模化制备,锂离子电池放电时将化学能转化为电能 ()题组一一次电池1.[2024·江苏卷]碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2OZnO+2MnOOH,电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是 ()A.电池工作时,MnO2发生氧化反应B.电池工作时,OH-通过隔膜向正极移动C.环境温度过低,不利于电池放电D.反应中每生成1molMnOOH,转移电子数为2×6.02×10232.[2023·海南卷]利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池,如图所示。下列说法正确的是 ()A.b电极为电池正极B.电池工作时,海水中的Na+向a电极移动C.电池工作时,紧邻a电极区域的海水呈强碱性D.每消耗1kgAl,电池最多向外提供37mol电子的电量方法技巧化学电源中电极反应式的书写方法(1)拆分法①写出原电池的总反应,如2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+。②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应,注明正、负极,并依据质量守恒、电荷守恒及得失电子守恒配平两个半反应,正极:Fe3++e-Fe2+;负极:Cu-2e-Cu2+。(2)加减法①写出总反应,如xLi+Li1-xMn2O4LiMn2O4。②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。如Li-e-Li+(负极)。③利用总反应与上述的一极反应式相减(保证消去Li),得到另一个电极的反应式,即Li1-xMn2O4+xLi++xe-LiMn2O4(正极)。题组二新型可充电电池3.[2024·全国甲卷]科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后,MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是 ()A.充电时,Zn2+向阳极方向迁移B.充电时,会发生反应Zn+2MnO2ZnMn2O4C.放电时,正极反应有MnO2+H2O+e-MnOOH+OH-D.放电时,Zn电极质量减少0.65g,MnO2电极生成了0.020molMnOOH4.[2024·安徽卷]我国学者研发出一种新型水系锌电池,其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极,以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是 ()A.标注框内所示结构中存在共价键和配位键B.电池总反应为I3-+ZnZn2++3IC.充电时,阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPPD.放电时,消耗0.65gZn,理论上转移0.02mol电子归纳总结新型可充电电池原理分析思路题组三燃料电池5.[2025·湖南湘西州联考]微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料电池中,电解质溶液呈酸性,装置示意图如图所示。下列说法正确的是 ()A.该电池中外电路电子的流动方向为从B到AB.A极的反应:CH3OH+H2O-6e-6H++CO2↑C.电池工作一段时间后,正、负极消耗或产生气体的物质的量相同D.工作结束后,B极室溶液的pH与工作前相同6.[2025·湖南长郡中学检测]我国科学家在研究HCOOH燃料电池方面有重大进展,装置如图所示,两电极区间用离子交换膜隔开。下列说法正确的是 ()A.正极电极反应式为HCOO-+2OH--2e-HCO3-+H2B.隔膜为阳离子交换膜,储液池中需补充的物质A为H2OC.放电时,1molHCOOH转化为KHCO3时,消耗11.2L氧气D.当电路中转移1mol电子时,理论上生成87gK2SO4归纳总结分析燃料电池类题的思维模型教材模型人教·选择性必修1·第四章第一节一种锂离子电池,其负极材料为嵌锂石墨,正极材料为LiCoO2(钴酸锂),电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水)。该电池放电时的反应原理可表示如下:负极:LixCy-xe-xLi++Cy正极:Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2总反应可表示为LixCy+Li1-xCoO2LiCoO2+Cy放电时,锂离子由石墨中脱嵌移向正极,嵌入钴酸锂晶体中;充电时,锂离子从钴酸锂晶体中脱嵌,由正极回到负极,嵌入石墨中。(1)根据图示中充、放电时Li+的移动方向,判断电池的电极名称。(2)Cy只起到导电载体的作用,碳元素不参与电极反应。(3)放电时负极反应与充电时阴极反应互逆,放电时正极反应与充电时阳极反应互逆。链接高考应用1基于电极反应进行分析1.[江苏卷]锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池,该电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的电极反应为负极反应:LiC6-xe-Li1-xC6+xLi+(LiC6表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料)正极反应:Li1-xMO2+xLi++xe-LiMO2(LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物)下列说法正确的是 ()A.锂离子电池充电时,电池反应为LiC6+Li1-xMO2LiMO2+Li1-xC6B.电池反应中,锂、锌、银、铅各失去1mol电子,金属锂所消耗的质量最大C.锂离子电池放电时,电池内部Li+向负极移动D.锂离子电池充电时,阴极反应为Li1-xC6+xLi++xe-LiC6①根据正极反应、负极反应放电时电池总反应;②放电时负极反应与充电时阴极反应互逆,放电时正极反应与充电时阳极反应互逆。应用2基于电池总反应进行分析2.[广东卷]LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点,可用于电动汽车。电池反应为FePO4+LiLiFePO4,电池的正极材料是LiFePO4,负极材料是石墨,含Li+导体固体为电解质。下列有关LiFePO4电池的说法正确的是 ()A.可加入硫酸以提高电解质的导电性B.放电时电池内部Li+向负极移动C.充电过程中,电池正极材料的质量增加D.放电时,电池正极反应为FePO4+Li++e-LiFePO4①电池反应为FePO4+LiLiFePO4负极上Li发生氧化反应,正极上FePO4发生还原反应;②充电时,电池正极接外加电源的正极,作电解池的阳极阳极反应。经典真题·明考向1.[2023·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作原电池正极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-2.[2024·河北卷]我国科