高三化学一轮复习讲义 43　第一篇　第四部分　第六章　第31讲　原电池　化学电源(基础课)

第31讲原电池化学电源(基础课)1．了解原电池的构成和能量转化形式。2．理解原电池的工作原理(电极反应与电池反应)及应用。3．了解常见化学电源的工作原理及电极反应。4．了解常用的新型化学电源。原电池的工作原理及应用1．原电池的构成(1)概念和反应本质原电池是把________能转化为______能的装置，其反应本质是____________________。(2)一般构成条件反应能发生____________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)电极一般是活泼性________的两电极(金属或石墨)闭合回路①电解质溶液；②两电极直接或间接________；③两电极插入______________中2．原电池的工作原理如图是Cu-Zn原电池，请填空：(1)两装置的反应原理电极名称负极正极电极材料____________电极反应________________________________反应类型________反应________反应盐桥中离子移向盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，工作时K＋移向________极，Cl－移向________极(2)原电池中的三个方向①电子方向：从____极流出沿导线流入____极。②电流方向：从______极沿导线流向______极。③离子的迁移方向：电解质溶液(或盐桥)中，阴离子向______极迁移，阳离子向______极迁移。(3)盐桥的作用①连接内电路，形成闭合回路。②平衡电荷，使原电池不断产生电流。装置Ⅱ与装置Ⅰ相比较，装置Ⅱ的优点为①防止负极Zn直接与CuSO4反应，产生电流效率高；②保持电流稳定产生。3．原电池原理的应用(1)比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作________的金属比作________的金属活泼。(2)加快氧化还原反应的速率一个________进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率________。例如，在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率增大。(3)用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池________而受到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的________。(4)设计制作化学电源[示例]设计Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2+的原电池装置图，并注明电极材料和电解质溶液。单液装置图：___________________________________________________________________；双液装置图：___________________________________________________________________。判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)任何放热反应如中和反应均可以发生原电池反应。 ()(2)H2＋CuO△Cu＋H2O的反应可以设计成原电池。 ((3)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，所以有电流产生。 ()(4)Cu-HNO3(浓)-Fe与Mg-NaOH(aq)-Al组成的原电池中活泼金属Fe、Mg作负极。 ()(5)实验室制H2时用纯Zn比用粗Zn与酸反应快。 ()(6)为了防止钢铁闸门被腐蚀，可以连接一锌块。 ()原电池原理分析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，锌棒均作负极，发生氧化反应B．甲中锌棒直接与稀硫酸接触，故甲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．乙中盐桥设计的优点是迅速平衡电荷，提高电池效率2．控制合适的条件，可使反应2Fe3+＋2I－⥬2Fe2+＋I2向不同的方向进行，改变电极反应。(1)反应开始时，乙中石墨作________(填“正”或“负”)极，反应类型为________；甲中发生__________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应___________________________________________________________________。(2)一段时间后，电流表读数为零后，在甲中加入FeCl2固体，则乙中的石墨作________(填“正”或“负”)极，该电极的电极反应为______________________________________________________________________________________________________________________________________。3．分析如图所示的两个装置：请回答下列问题：(1)①中的负极是________，电极反应为_____________________________________________________________________________________________________。(2)②中的正极是________，电极反应为_____________________________________________________________________________________________________。(3)①、②中电池反应的离子方程式分别为___________________________________________________________________________________________________，___________________________________________________________________。原电池的工作原理简图注意：①若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。②若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过阳离子交换膜移向正极。原电池原理的应用4．M、N、P、E四种金属，已知：①M、N用导线连接插入稀硫酸中，N为正极；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；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+。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是()A．P>M>N>E B．E>N>M>PC．P>N>M>E D．E>P>M>N5．根据化学反应设计原电池(选用相同的盐桥)时，下列各项中合理的是()选项正极(金属/电解质溶液)负极(金属/电解质溶液)AZn/ZnSO4溶液Fe/H2SO4溶液BFe/FeCl2溶液Zn/ZnSO4溶液CZn/H2SO4溶液Fe/FeCl2溶液DFe/ZnSO4溶液Zn/FeCl2溶液常见化学电源1．化学电源优劣判断标准电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少(比能量)或者输出功率的大小(比功率)，以及电池可储存时间的长短。2．一次电池(1)碱性锌锰电池碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH，其电极反应如下。负极：____________________________________________________________；正极：____________________________________________________________；总反应：Zn+2MnO(2)锂电池锂电池是用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOCl2)中组成，其电极反应如下。负极：______________________________________________________；正极：______________________________________________________；总反应：8Li＋3SOCl2=6LiCl＋Li2SO3＋2S。3．二次电池(1)铅酸蓄电池总反应为Pb+PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2(2)锂离子电池一种锂离子电池，其负极材料为嵌锂石墨(LixCy)，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)，其总反应为LixCy＋Li1－xCoO2LiCoO2＋Cy。放电时电极反应为负极：___________________________________________________________；正极：___________________________________________________________。充电时电极反应为阴极：___________________________________________________________；阳极：LiCoO2－xe－=Li1－xCoO2＋xLi＋。二次电池充电、放电时的电极连接即正极接正极，负极接负极。4．燃料电池燃料电池中的常见燃料有氢气、烃(CH4、C2H6)、烃的衍生物(甲醇、乙醇)、CO、金属(Al、Li等)，燃料在电池中的负极发生反应。(1)以氢氧燃料电池为例介质酸性碱性负极反应2H2－4e－=4H＋_________________________________________________________正极反应_________________________________________________________O2＋2H2O＋4e－=4OH－电池总反应2H2＋O2=2H2O(2)以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式。①酸性溶液(或含质子交换膜)正极：②碱性溶液正极：③固体氧化物(其中O2-可以在固体介质中自由移动)正极：④熔融碳酸盐(CO电极反应书写方法(1)电极反应书写的一般方法(2)已知总反应的复杂电极反应的书写方法①首先写出较简单的电极反应。②复杂电极反应＝总反应－简单电极反应。③注意电荷守恒。1．(人教版选择性必修1内容改编)酸性水系锌锰电池放电时，电极上的MnO2易剥落，会降低电池效率。向体系中加入KI可提高电池的工作效率，原理如图所示。下列说法错误的是()A．放电时，电池的总反应为Zn＋MnO2＋4H＋=Zn2+＋Mn2+＋2H2OB．加入KI降低了正极反应的活化能C．由右向左通过质子交换膜的H＋与消耗的Zn的物质的量之比为2∶1D．I－与剥落的MnO2反应生成I3-，能恢复“2．(人教版选择性必修1内容改编)某公司生产的某种聚合物锂离子电池反应原理为Li1-xCoO2＋LixC6LiCoO2＋6C，装置示意图如图所示。下列说法错误的是()A．该锂离子电池放电时，化学能转化为电能B．充电时，阴极质量增加，发生还原反应C．充电时，电路中每有1mol电子通过，有1molLi＋通过聚合物电解质膜D．放电时，正极的电极反应为LiCoO2－xe－=Li1－xCoO2＋xLi＋3．(人教版选择性必修1内容改编)沉积物微生物燃料电池(SMFC)可以将沉积物中的化学能直接转化为电能，同时加速沉积物中污染物的去除，用SMFC处理含硫废水的工作原理如图所示。下列说法正确的是()A．外电路的电流方向是从碳棒b到碳棒aB．碳棒a附近溶液的酸性增强C．碳棒b发生电极反应：S+4H2O-6D．升高温度可提高电池的能量转化效率4．(2025年1月·河南高考适应性考试)我国科学家设计了一种水系S-MnO2可充电电池，其工作原理如图所示。下列说法正确的是()A．充电时，电极b为阳极B．充电时，阳极附近溶液的pH增大C．放电时，负极的电极反应：Cu2S－4e－=S＋2Cu2+D．放电时，溶液中Cu2+向电极b方向迁移1．(2024·安徽卷，T11)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电子放电时，Zn2+向________移动(填“左”或“右”，下同)，电子通过外电路向________移动，正极反应为________________________________。2．(2024·新课标全国卷，T6)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)电池工作时，下列叙述错误的是()A．电池总反应为2C6H12O6＋O2=2C6H12O7B．b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用C．消耗18mg葡萄糖，理论上a电极有0.4mmol电子流入D．两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a电极a为________极，电极反应为___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；电极b为________极，电极反应为___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。3．(2024·河北卷，T13)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池，以Mg(TFSI)2为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺(PDA)以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2+的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。下列说法错误的是()A．放电时，电池总反应为2CO2＋Mg=MgC2O4B．充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接C．充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2+向阴极迁移D．放电时，每转移1mol电子，理论上可转化1molCO2放电时，Mg电极为______极，电极反应为____