《2015届高考化学大一轮复习配套讲义：第九章 第一节 原电池化学电源（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2015届高考化学大一轮复习配套讲义：第九章 第一节 原电池化学电源（含解析）（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一节第一节 原电池原电池 化学电源化学电源 1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。(高频) 2.了解常见的化学电源的种类及其工作原理。(中频) 原电池 1概念：把化学能转化为电能的装置。 2工作原理：(以铜锌原电池为例) 单液原电池双液原电池 装置图 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 电子流向由锌片沿导线方向流向铜片 电池反应 方程式 ZnCu2=Zn2Cu 不同点 Zn 在 CuSO4溶液中直接接触 Cu2，会有一部分 Zn 与 Cu2直 接反应，该装置中既有化学能和 电能的转化，又有一部分化学能 转
2、化成了热能，装置的温度会升 高 Zn 和 CuSO4溶液在两个池子中， Zn 与 Cu2不直接接触，不存在 Zn 与 Cu2直接反应的过程，所 以仅是化学能转化成了电能，电 流稳定，且持续时间长 3.构成条件 常见的化学电源 1一次电池(以碱性锌锰电池为例) 总反应为 Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。 负极：Zn2OH2e=Zn(OH)2； 正极：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH。 2二次电池 铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为 Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)2H2O(l) 3燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸
3、性和碱性两种。 酸 性碱 性 负极反应式2H24e=4H 2H24OH4e=4H2 O 正极反应式 O24H4e=2H2 O O22H2O4e=4OH 电池总反应式2H2O2=2H2O 1易误诊断(正确的打“” ，错误的打“”)。 (1)原电池是将化学能转化为电能的装置( ) (2)任何氧化还原反应均可设计成原电池( ) (3)原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应( ) (4)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动( ) (5)盐桥中的阳离子向正极移动( ) (6)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧( ) 【答案】 (1) (2) (3) (4) (5) (6) 2(1)下列装置可以形成原电
4、池的是_，并写出形成原电池的电极 材料及电极反应式：正极：_； 负极：_。 (2)根据下列氧化还原反应设计一个原电池：2FeCl3Fe=3FeCl2。 要求：画出此原电池的装置图，装置采用烧杯和盐桥。 注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。 【答案】 (1)B 银片：2Ag2e=2Ag 铜片：Cu2e=Cu2 (2) 3LiSOCl2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 LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为： 4Li2SOCl2=4LiClSSO2。 请回答下列问题： (1)电池的负极材料为_，该极的电极反应为_。 (2)电池正极发生的电极反应为_。 【
5、答案】 (1)锂 4Li4e=4Li (2)2SOCl24e=4ClSSO2 2 个方面： (1)能量转化：化学能转化为电能；(2)反应本质：氧化还原反应。 两极反应类型： (1)负极：发生氧化反应；(2)正极：发生还原反应。 3 个条件： (1)两个活泼性不同的电极(常见为金属或石墨)； (2)两电极插入电解质溶液中； (3)形成闭合回路。 4 个应用： (1)加快氧化还原反应的速率； (2)比较金属活动性强弱； (3)用于金属的防护； (4)制作化学电源。 原电池原理及电极反应方程式的书写 1.原电池的构成 2正、负极的判断 3电极反应式的书写 (1)(2013北京高考节选)通过 NOx传
6、感器可监测 NOx的含量， 其工作原理示意图如下： Pt 电极上发生的是_反应(填“氧化”或“还原”)。 写出 NiO 电极的电极反应式： _。 (2)(2013新课标全国卷节选)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等 优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kWhkg1)。若电解质为酸性， 二甲醚直接燃料电池的负极反应为_，一个二甲醚分子经过电化学 氧化，可以产生_个电子的电量；该电池的理论输出电压为 1.20 V，能 量密度 E_(列式计算。能量密度电池输出电能/燃料质量， 1 kWh3.6106 J)。 【解析】 (1)根据氧离子的移向可得 Pt 电极为正极，应发生还原反应； N
7、iO 电极上 NO 失电子，与 O2结合为 NO2，根据元素守恒和电荷守恒可写出 其电极反应式。 (2)二甲醚直接燃料电池的总反应为 CH3OCH33O2=2CO23H2O，负极 反应式的书写步骤： 第一步先写反应物、生成物：CH3OCH32CO2； 第二步写明转移电子数：CH3OCH312e2CO2； 第三步配平：3H2OCH3OCH312e=2CO212H。 1 mol 二甲醚被氧化生成 2 mol CO2，失去 12NA个电子，故 1 个二甲醚分 子转移 12 个电子。 据能量密度电池输出电能/燃料质量，若燃料质量为 1 kg，则： (3.6106 JkW1h1) 1.20 V 1 00
8、0 g 46 gmol1 12 96 500 Cmol1 1 kg 8.39 kWhkg1。 【答案】 (1)还原 NOO22e=NO2 (2)CH3OCH33H2O=2CO212H12e 12 (3.6106 1.20 V 1 000 g 46 gmol1 12 96 500 Cmol1 1 kg JkW1h1)8.39 kWhkg1 书写电极方程式时，正负极的判断是关键，看两极与电解质溶液得、失电 子而快速推断出正、负极，同时还应充分注意介质与电极生成物的反应：负 极生成的金属离子在碱性溶液中能与 OH反应生成难溶性碱，如在碱性条件下， 钢铁腐蚀中负极生成的 Fe2与溶液中的 OH结合生成
9、 Fe(OH)2；在碱性条件 下电极析出的 CO2能与 OH反应生成 CO等。 23 考向 1 原电池基本原理 1(2010广东高考)铜锌原电池(如图)工作时，有关叙述正确的是( ) A正极反应为 Zn2e=Zn2 B电池反应为 ZnCu2=Zn2Cu C在外电路中，电子从负极流向正极 D盐桥中的 K移向 ZnSO4溶液 【解析】 Zn 是负极，故 A 项错误；电池总反应和没有形成原电池时的氧 化还原反应相同，故 B 项正确；根据闭合回路的电流方向，在外电路中，电子 由负极流向正极，故 C 项正确；在溶液中，阳离子向正极移动，故 D 项错误。 【答案】 BC 考向 2 电极反应式的书写 2(1
10、)(2012山东高考节选)利用反应 2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O 可制备 CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应为 _。 (2)(2012江苏高考节选)铝电池性能优越，AlAgO 电池可用作水下动力电 源，其原理如图所示。该电池反应的化学方程式为_。 (3)(2012海南高考改编)肼(N2H4)和空气燃料电池是一种碱性电池，该电池 放电时，负极的反应式为：_。 【解析】 (1)据电池反应可知，Cu 作负极，电极反应为 2Cu4e=2Cu2，则正极反应为 O24H4e= 2H2O。 (2)由铝电池原理图可知，Al 作负极，AgO/Ag 作正极，电池反应为： 2Al3A
11、gO2NaOH=2NaAlO23AgH2O。 (3)负极反应是还原剂失电子的反应，注意反应为碱性环境。 【答案】 (1)O24H4e=2H2O (2)2Al3AgO2NaOH=2NaAlO23AgH2O (3)N2H44OH4e=4H2ON2 原电池原理的应用 1.加快氧化还原反应的速率 一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在 Zn 与稀 H2SO4反应时加入少量 CuSO4溶液能使产生 H2的反应速率加快。 2比较金属活动性强弱 在酸性(非氧化性酸)电解质溶液中，两种金属分别作原电池的两极时，作 负极的金属比作正极的金属活泼。 3用于金属的防护 使被保护的金属制品作
12、原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁制的 输水管道或钢铁桥梁等，可将锌与其相连，使锌作原电池的负极。 4设计制作化学电源 设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是： (1)首先判断出电池反应中的还原剂和氧化剂，将还原剂(一 般为比较活泼 金属)作负极，活泼性比负极弱的金属或非金属导体作正极，含氧化剂对应离子 的电解质溶液作电解液。 (2)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 的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属的阳离子。 (3)按要求画出原电池装置图。 如根据以下反应设计的原电池： 原理装置图 化学反应： CuCl2Fe=FeCl2Cu 还原剂：Fe；
13、氧化剂：CuCl2 电极反应： 负极：Fe2e=Fe2 正极： Cu22e=Cu 或 应用原电池原理可以将任何自发进行的氧化还原反应设计成原电池，但有 的电池相当微弱，同时要注意电解质溶液不一定参与反应，如燃料电池，水中 一般要加入强碱或强酸，以增强溶液的导电性。 (2013广东高考节选)(1)能量之间可以相互转化：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。 完成原电池甲的装置示意图(见下图)，并作相应标注。 要求：在同一
14、烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。 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_。 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_。 (2)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 (1)的材料中应选_作阳极。 【解析】 (1)因为电子的流向是从左到右，所以我们可以这样设计原电 池：左侧烧杯内盛放 ZnSO4溶液，电极用锌片(或左侧烧杯内盛放 FeSO4溶液， 电极用铁片)，右侧烧杯内盛放 CuSO4溶液，电极用铜片，即可实现 ZnCuSO4= ZnSO4Cu(或 FeCuSO4=CuFeSO4)；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)， 反应现象是电极逐渐溶解，表面有红色固体析出；以锌片和铜片作电极为例， 如果不用盐桥，则除了发生原电池反应外还发生锌和铜离子的直接的置换反应， 会使部分化学能以热能的形式转化掉，而盐桥的使用可以避免锌和铜离子的直 接接触，从而避免了化学能转化为热能，提高电池效率。(2)根据牺牲阳极的阴 极保护法，可知被保护的金属作阴极
