县一中高三化学一轮复习 原电池化学电源学案

1、云南省德宏州梁河县一中云南省德宏州梁河县一中 20142014 届高三化学一轮复习届高三化学一轮复习 原电池化学电原电池化学电 源学案源学案 课题：原电池原电池化学电源化学电源 【考纲要求考纲要求】1.知道原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.知道常见化 学电源的种类及其工作原理。 一、课前准备区一、课前准备区 知识点一知识点一原电池原电池 1概念：把_能转化为_能的装置。 2工作原理：(以锌铜原电池为例) 电极名称负极正极 电极材料 电极反应 反应类型 电子流向由 Zn 沿导线流向 Cu 3.原电池构成条件 (1)两个_的电极。(2)将电极插入_中。 (3)用导线连接电极构成

2、_。(4)能自发进行的_。 总之原电池的工作原理和电子流向可用下列图示表示： 【问题思考问题思考】在原电池中是否较活泼金属一定作负极？原电池内部阴、阳离子如何移 动？怎样判断原电池的正负极？ 知识点二知识点二化学电源化学电源 1 1一次电池一次电池 (1)碱性锌锰干电池 负极反应：_； 正极反应：2MnO22H2O2e =2MnOOH2OH ； 总反应式：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。 (2)锌银电池 负极反应：_； 正极反应：Ag2OH2O2e =2Ag2OH ； 总反应式：ZnAg2OH2O=Zn(OH) 22Ag。 2 2二次电池二次电池( (可充电，可多次重复使用

3、可充电，可多次重复使用) ) 如铅蓄电池：H2SO4作电解质溶液 负极反应：_； 正极反应：PbO22e 4H SO2 4 =PbSO 42H2O； 总反应式：PbPbO22H2SO4 放电 充电 2PbSO42H2O。 【问题思考问题思考】可充电电池充电时，电极与外接电源的正负极如何连接？发生什么变化？ 3燃料电池 (1)氢氧燃料电池 用酸性电解质时： 负极：_； 正极：_； 1 总反应：H2 O2=H 2O。 2 用 NaOH 等碱性溶液时： 负极：_； 正极：_； 1 总反应：H2 O2=H 2O。 2 (2)CH4燃料电池：电解质为KOH 负极：_； 正极：_； 总反应：CH42O22

4、KOH=K 2CO33H2O。 【问题思考问题思考】氢氧燃料电池在碱性介质中如何反应？反应后溶液的碱性有何变化？ 二、课堂活动区二、课堂活动区 （一）（一） 、原电池电极反应式的书写、原电池电极反应式的书写 2 2复杂电极反应式的书写复杂电极反应式的书写 如 CH4酸性燃料电池中，负极反应式为 CH42O2CO 22H2O总反应式 _正极反应式 _负极反应式() 【典例典例 1 1】科学工作者为心脏病人设计的心脏起搏器的电池是以Pt 和 Zn 为电极材料，依 靠人体内液体中含有一定浓度的溶解氧、H 和 Zn2进行工作。回答下列问题： (1)正极材料是_，电极反应是_。 (2)负极材料是_，电极

5、反应是_。 【典例典例 2 2】(2008广东，16 改编)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 FePO4Li 放电 充电 LiFePO4，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。下列有关LiFePO4电池说法正确的是( ) 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FePO4Li e =LiFePO4 （二）（二） 、原电池原理的应用、原电池原理的应用 1 1加快氧化还原反应速率加快氧化还原反应速率 一个自发进行的氧化

6、还原反应，设计成原电池时反应速率_。例如，在Zn 与稀 H2SO4反应时加入少量 CuSO4溶液能使产生 H2的速率_。 【典例典例 3 3】将等质量的两份锌粉 a、b 分别加入过量的稀硫酸，同时向 a 中加少量 CuSO4溶 液，下图中产生 H2的体积 V(L)与时间 t(min)的关系，其中正确的是() 2 2比较金属活动性强弱比较金属活动性强弱 两种金属作原电池的两极时，其活泼性与正极、负极有什么关系？ 【典例典例 4 4】有 A、B、C、D 四种金属。将 A 与 B 用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B 不易腐蚀。将 A、D 分别投入等浓度盐酸中，D 比 A 反应剧烈。将铜浸入 B 的

7、盐溶液里， 无明显变化。如果把铜浸入 C 的盐溶液里，有金属 C 析出。据此判断它们的活动性由强到 弱的顺序是() AD、C、A、BBD、A、B、CCD、B、A、CDB、A、D、C 3 3设计化学电源设计化学电源 (1)设计原电池的一般思维方法是什么？(2)设计原电池时，对电解质溶液有何要求？若 有盐桥时两个半电池中的电解质溶液是否相同？(3)在电极材料的选择使用方面有何要求？ 电极材料必须参与化学反应吗？ 【典例典例 5 5】根据下列氧化还原反应设计一个原电池：2FeCl3Fe=3FeCl 2。 要求：(1)画出此原电池的装置图，装置可采用烧杯。(2)注明原电池的正、负极和外电 路中电子的流

8、向。(3)写出两个电极上发生的电极反应。 【课后作业课后作业】 【高考集训】【高考集训】 题组一题组一原电池正、负极的判断与电极反应式的书写原电池正、负极的判断与电极反应式的书写 1(2011福建理综，11)研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。 该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH 为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电 池的下列说法不正确的是() A水既是氧化剂又是溶剂 B放电时正极上有氢气生成 C放电时 OH 向正极移动 D总反应为 2Li2H2O=2LiOHH2 2(2011安徽理综，12)研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海 水 之 间

9、含 盐 量 差 别 进 行 发 电 ， 在 海 水 中 电 池 总 反 应 可 表 示 为 5MnO2 2Ag 2NaCl=Na 2Mn5O102AgCl 下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是() A正极反应式：AgCl e =AgCl B每生成 1 mol Na2Mn5O10转移 2 mol 电子 CNa 不断向“水”电池的负极移动 DAgCl 是还原产物 3(2011广东理综，12)某小组为研究电化学 原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是() Aa 和 b 不连接时，铁片上会有金属铜析出 Ba 和 b 用导线连接时，铜片上发生的反应为 2Cu2e =Cu C无论 a 和 b 是

10、否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色 Da 和 b 分别连接直流电流正、负极，电压足够大时，Cu2向铜电极移动 4(2010福建理综，11)铅蓄电池的工作原理为PbPbO22H2SO4=2PbSO 42H2O， 研读下图，下列判断不正确的是() AK 闭合时，d 电极反应式：PbSO42H2O2e =PbO 24H SO24 B当电路中转移 0.2 mol 电子时，中消耗的 H2SO4为 0.2 mol CK 闭合时，中 SO2 4 向 c 电极迁移 DK 闭合一段时间后，可单独作为原电池，d 电极为正极 5(2010广东，23 改编)铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是()

11、 2A正极反应为 Zn2e =Zn B电池反应为 ZnCu2=Zn2Cu C在外电路中，电子从正极流向负极 D盐桥中的 K 移向 ZnSO4溶液 题组二题组二原电池原理的应用原电池原理的应用 6(2011江苏，18)Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，可通过下列方法制备：在 KOH 溶液中加入适量 AgNO3溶液，生成 Ag2O 沉淀，保持反应温度为 80 ，边搅拌边将 一定量 K2S2O8溶液缓慢加到上述混合物中，反应完全后，过滤、洗涤、真空干燥得固体样 品。反应方程式为 2AgNO34KOHK2S2O8= Ag2O22KNO32K2SO42H2O 回答下列问题： (1)上述制备过程中，

12、检验洗涤是否完全的方法是 _。 (2)银锌碱性电池的电解质溶液为 KOH 溶液，电池放电时正极的 Ag2O2转化为 Ag，负 极的 Zn 转化为 K2Zn(OH)4，写出该电池反应方程式： _。 (3)准确称取上述制备的样品(设仅含 Ag2O2和 Ag2O)2.588 g，在一定条件下完全分解为 Ag 和 O2，得到 224.0 mL O2(标准状况下)。计算样品中 Ag2O2的质量分数(计算结果精确到 小数点后两位)。 7(2009天津理综，10)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电 池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答： (1)氢

13、氧燃料电池的能量转化的主要形式 是_，在导线中电子 流动方向为_(用 a、b 表示)。 (2)负极反应式为 _。 (3)电极表面镀铂粉的原因是 _。 (4)该电池工作时，H2和 O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安 全储氢是关键技术之一。 金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下： .2LiH2= 2LiH .LiHH2O=LiOHH2 反应中的还原剂是_，反应中的氧化剂是_。 已知 LiH 固体密度为 0.82 gcm3，用锂吸收224 L(标准状况)H2，生成的LiH 体积与 被吸收的 H2体积比为_。 由生成的 LiH 与 H2O 作用，放出的 H2用作电池燃料

14、，若能量转化率为 80%，则导 线中通过电子的物质的量为_mol。 【考点集训】【考点集训】 题组一原电池原理及其应用 1理论上不能用于设计成原电池的反应是() AHClNaOH=NaClH2OH0 点燃 B2CH3OH(l)3O2(g)2CO2(g)4H2O(l)H0 C4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH) 3(s) H0 D2H2(g)O2(g)=2H 2O(l) H0 2X、Y、Z 都是金属，把 X 投入 Z 的硝酸盐溶液中，X 的表面有 Z 析出，X 与 Y 组 成原电池时，Y 为电池的负极，X、Y、Z 三种金属的活泼性顺序为() AXYZBXZYCYXZDY

15、ZX 3(2011吉林模拟)依据氧化还原反应：2Ag (aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计的原 电池如下图所示。 请回答下列问题： (1)电极 X 的材料是_；电解质溶液 Y 是_； (2)银电极为电池的_极，发生的电 极反应为_； X 电极上发生的电极反应为_； (3)外电路中的电子是从_电极流向_电极。 题组二原电池正、负极的判断和电极反应式的书写 4将两个铂电极插入 KOH 溶液中，向两极分别通入CH4和 O2，构成甲烷燃料电池。 已知，通入 CH4的一极，其电极反应式是 CH410OH 8e =CO2 3 7H2O；通入 O2的 另一极，其电极反应式是2O24H2O8e

16、=8OH 。下列叙述不正确的是() A通入 CH4的电极为负极B正极发生氧化反应 C燃料电池工作时，溶液中的OH 向负极移动 D该电池使用一段时间后应补充KOH 5科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它以丙烷气体为燃料。电池中的一 极通入空气，另一极通入丙烷气体，电解质是固态氧化物，在熔融状态下能传导O2。下列 对该燃料电池的说法不正确的是() A在熔融电解质中，O2由负极移向正极 B该电池的总反应是C3H85O2=3CO 24H2O C电路中每通过 5 mol 电子，约有 5.6 L 标准状况下的丙烷被完全氧化 D通入丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应为 C3H820e 10O2=3

17、CO 24H2O 6(2011宁波质检)一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生 成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是() ACH3OH(g)O2(g)2e =H 2O(l)CO2(g)2H (aq) BO2(g)4H (aq)4e =2H 2O(l) CCH3OH(g)H2O(l)6e =CO 2(g)6H (aq) DO2(g)2H2O(l)4e =4OH 7.(1)将 Al 片和 Cu 片用导线相连，插入稀 H2SO4中组成原电池，写出电极名称及电极 反应式： Al 片()_， Cu 片()_ _。 (2)若将 Al 片和 Cu 片用导线相连，插入浓 HNO3中能否组

18、成原电池？_(填“能” 或“不能”)，若能组成原电池，写出电极名称及电极反应式： Al 片()_， Cu 片()_。 题组三题组三综合探究综合探究 8 Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。 该电池的电极材料分别为锂和碳， 电解液是 LiAlCl4 SOCl2。电池的总反应可表示为4Li2SOCl2=4LiCl S SO2。 请回答下列问题： (1)电池的负极材料为_，发生的电极反应为 _； (2)电池正极发生的电极反应为 _； (3)SOCl2易挥发，实验室中常用 NaOH 溶液吸收 SOCl2，有 Na2SO3和 NaCl 生成。 如 果把少量水滴到 SOCl2中，实验现象是 _， 反应的

19、化学方程式为 _； (4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是 _ _。 反思反思 学案学案 3838原电池原电池化学电源化学电源 【课前准备区】 知识点一 1化学电 2. 电极名称负极正极 电极材料锌片铜片 电极反应Zn2e =Zn2Cu22e =Cu 反应类型氧化反应还原反应 电子流向由 Zn 沿导线流向 Cu 3.(1)活泼性不同(2)电解质溶液(3)闭合回路(4)氧化还原反应 知识点二 1(1)Zn2OH 2e =Zn(OH) 2 (2)Zn2OH 2e =Zn(OH) 2 2PbSO2 4 2e =PbSO 4 1 3(1)H22e =2HO22H 2e =H 2O H22

20、OH 2e =2H2O 2 1 O2H2O2e =2OH(2)CH410OH 8e =CO2 3 7H2O 2 2O24H2O8e =8OH 问题思考 1不一定，例如将 Mg 和 Al 用导线连接插入 NaOH 溶液中，Al 作负极，Mg 作正极。 2根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原理可知，在电解质溶液中，阴离子 移向负极，阳离子移向正极。 3(1)根据电子流动方向判断。在原电池中，电子流出的一极是负极；电子流入的一极 是正极。(2)根据两极材料判断。一般活泼性较强金属为负极；活泼性较弱的金属或能导电 的非金属为正极。(3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。阳离子向正极

21、 移动，阴离子向负极移动。 (4)根据原电池两极发生的变化来判断。 负极总是失去电子， 发生 氧化反应，正极总是得到电子，发生还原反应。(5)根据现象判断。溶解的一极为负极，质 量增加或放出气体的一极为正极。 4. 5负极反应：2H24OH 4e =4H 2O 正极反应：O22H2O4e =4OH 总反应式：2H2O2=2H 2O 从上述反应可以看出，虽然 OH 反应前后的量不变，但有水生成，介质溶液的碱性减 弱。 【课堂活动区】 一、1.氧化反应还原反应电荷质量得失电子 2总反应式较简单一极的电极反应式2O28H 8e =4H 2O CH42H2O8e =CO 28H 二、1.加快加快 2一

22、般作负极的金属比作正极的金属活泼。 3(1)一般思维方法：首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；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(负极就是失电子的物质，正极用比负极活 泼性差的金属即可，也可以用石墨)及电解质溶液。按要求画出原电池装置图。 (2)电解质溶液的要求： 电解质是使负极放电的物质。 因此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(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个 容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离 子。如在锌铜原电池中，负极金属锌浸泡在含有 Zn2的电解质溶

23、液中，而正极铜浸泡在含 有 Cu2的溶液中。但 H2KOHO2构成的电池中两个半电池中可都用KOH 溶液。 (3)电极材料的选择 在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原 电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应， 容易失去电子，因此负极 一般是活泼的金属材料(也可以是还原性较强的非金属材料如H2、CH4等)。 典例典例 1(1)PtO22H2O4e =4OH(2)Zn2Zn4e =2Zn2 解析Zn 比 Pt 活泼，Zn 作为原电池的负极，Zn 失去电子，Pt 作为原电池的正极，因 人的体内液体不可能呈较强酸性，故正极上O2得到电子，发生还

24、原反应。 2D由于 Li 能和稀 H2SO4、H2O 反应，因此电解质不能用硫酸；放电过程为原电池 原理，在原电池中，阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移动；充电过程是电解的过程， 电解池的阳极失电子， 即 LiFePO4e =Li FePO4，因此阳极材料(LiFePO4)质量会减少； 将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正极反应。综合上述分析可知D 正确。 3Aa 中加入 CuSO4溶液，被置换出的铜覆盖在 Zn 的表面，形成原电池，产生 H2 的速率加快，反应所需时间缩短，但置换铜时消耗了一部分锌， 故与稀硫酸反应的锌的质量 减少，完全反应后生成的H2的量比 b 少，答案为 A。 4BA、

25、B 形成原电池，B 不易腐蚀，则 A 为负极，B 为正极，活泼性：AB；A、 D 放入 HCl 中，D 比 A 反应剧烈，则活泼性：DA；Cu 不能置换 B 而 Cu 能置换 C，则活 泼性：BCuC。总的活泼性：DABC。 5(1)装置图如下： (2)电池的正、负极及外电路中电子的流向如图所示。 (3)负极(Fe)：Fe2e =Fe2；正极(C)：2Fe32e =2Fe2。 解析根据原电池的构成条件发生还原反应的物质作正极(或在正极上发生还原反 应)，发生氧化反应的物质作负极(或在负极上发生氧化反应)。在上述反应里，固体铁中铁元 素的化合价升高，发生氧化反应，应作原电池的负极；FeCl3中铁

26、元素的化合价降低，发生 还原反应， 但因 FeCl3易溶于水， 不能直接作电极， 所以要选用一种活动性比铁弱且与FeCl3 溶液不反应的固体作辅助电极，这里可以采用石墨棒等。 【课后练习区】 高考集训 1C根据题给信息知锂水电池的总反应为 2Li2H2O=2LiOHH2，D 正确；在 反应中氢元素的化合价降低，因此 H2O 作氧化剂，同时又起到溶剂的作用，A 正确；放电 时正极反应为 2H2O2e=2OHH2，B 正确；正极周围聚集大量 OH，因此溶液中 的阳离子 Li向正极移动，负极周围聚集大量Li，因此溶液中的阴离子OH向负极移动， C 错误。 2B由电池总反应式可知，Ag 在负极失去电子

27、，生成氧化产物AgCl，每生成2 mol AgCl，即生成 1 mol Na 2Mn5O10 时，转移 2 mol 电子，故 A、D 错误，B 正确；Na应向电 池的正极移动，C 错误。 3D铁的活泼性强于铜，故铁能置换出铜且附着在铁棒上，A 正确；B 项构成原电 池，铜片为正极，B 正确；C 项中无论 a 和 b 是否连接，都有铁被氧化生成亚铁离子，故C 正确；D 项中铜离子应移向铁电极，故D 错误。 4C由图示关系可知，池为原电池，池为电解池，a 极为正极，b 极为负极，K 闭合后，c 极为阴极，d 极为阳极，因电极材料为 PbSO4，结合铅蓄电池的工作原理，可判 2 ，A 项正确；由题给

28、 断 d 极发生的电极反应式为PbSO42H2O2e=PbO 24HSO4 方程式可判断，当电路中转移0.2 mol 电子时，中消耗的 H2SO4为 0.2 mol，B 项正确；电 充电 解池工作时， 阴离子移向阳极， 即 d 电极， 故 C 项错误； 因池反应为 2PbSO42H2O= PbPbO22H2SO4，因此 K 闭合一段时间后，池可作为原电池对外供电，其中析出的铅 附着在 c 极上作负极，析出的PbO2附着在 d 极上作正极，D 项正确。 5B铜锌原电池工作时，负极反应为 Zn2e=Zn 2 ，正极反应为 Cu 2 2e =Cu，电池总反应为 ZnCu 2 =Zn 2 Cu，故 A

29、 项错误，B 项正确；原电池工作时， 电子从负极由外电路流向正极，由于左池阳离子增多，右池阳离子减少，为平衡电荷， 则盐 桥中的 K移向 CuSO4溶液，而 Cl则移向 ZnSO4溶液，故 C、D 项错误。 6(1)取少许最后一次洗涤滤液，滴入 12 滴 Ba(NO3)2溶液，若不出现白色浑浊，表 示已洗涤完全(或取少许最后一次洗涤滤液，滴入12 滴酚酞溶液，若溶液不显红色，表示 已洗涤完全) (2)Ag2O22Zn4KOH2H2O=2K 2Zn(OH)42Ag (3)0.91 或(91%) 解析(1)解题出发点有二：其一从沉淀表面附着硫酸钾，可用硝酸钡溶液检验；其二 沉淀表面附着(过量的)氢

30、氧化钾，可用酚酞溶液检验。 (2)根据原电池反应和氧化还原反应的对应关系，初步确定氧化剂是过氧化银，还原产 物是银；还原剂是金属锌，氧化产物是四羟基合锌酸钾； 同时注意所用的介质是氢氧化钾溶 液。 224.0 mL 2 mol(3)n(O2) 1.00010 22.4 Lmol 1 1 000 mLL 1 设样品中 Ag2O2的物质的量为 x，Ag2O 的物质的量为 y。 248 gmol 1 x232 gmol 1 y2.588 g 1 2 x2y1.00010 mol x9.50010 3 mol y1.00010 3 mol mAg2O2 w(Ag2O2) m样品 9.50010 3 m

31、ol248 gmol 1 0.91 。 2.588 g 7 (1)由化学能转变为电能由 a 到 b(2)2H24OH 4e =4H 2O 或 H22OH 2e =2H 2O (3)增大电极单位面积吸附H2、 O2分子数， 加快电极反应速率(4)LiH2O1/1 148 4 或 8.711032 解析(1)氢氧燃料电池中，负极通H2，正极通 O2，所以导线中电子由 a 到 b。 (2)负极 H2被氧化，写反应式时要注意电解质溶液的组成。 (3)本题考查读题能力，铂粉作用在题设中有说明，在学习中要注意自学能力的培养。 (4)2LiH2= 2LiH 22.4 L16 g 吸收 224 L H2 时，生成的 LiH 的质量为 160 g，LiH 体积与被吸收的 H2体积比为 160 g 224 L1