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1、第2节 原电池 化学电源,-2-,考纲要求:1.理解原电池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式。 2.了解常见化学电源的种类及工作原理。,-3-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,原电池及其工作原理 1.定义 原电池是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:,-4-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,(2)两种装置比较。 盐桥的作用:a.连接内电路形成闭合回路。b.维持两电极电势差(中和电荷),使电池能持续提供电流。 装置中有部分Zn与Cu2+直接反应,使电池效率降低;装置中使Zn与Cu2+隔离,电池效率提高,电流稳定。,-5-,考点一,
2、考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-6-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,特别提醒(1)只有能自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。 (2)活动性强的金属不一定作负极,但负极一定发生氧化反应。 (3)电子不能通过电解质溶液,溶液中的离子不能通过盐桥。 (4)负极失去电子总数一定等于正极得到电子总数。 (5)对于同一反应,原电池反应速率一定比直接发生的氧化还原反应的速率大,原因是电子的移动定向了,故反应速率增大。,-7-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,自主巩固 判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)原电池可将化学能转化为电能,原电池需外接电源才能工作 ( )
3、 (2)NaOH溶液与稀硫酸反应是放热反应,此反应可以设计成原电池 ( ) (3)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu的反应可以设计成原电池 ( ) (4)氧化还原反应2H2O 2H2+O2可以设计成原电池 ( ) (5)同种条件下,带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长 ( ) (6)在原电池中,发生氧化反应的一极一定是负极 ( ) (7)在原电池中,负极材料的活动性一定比正极材料的活动性强( ),-8-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,1.图解原电池工作原理,-9-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,2.原电池中正、负极的判断 判断原电池的正负极需抓住
4、闭合回路和氧化还原反应进行分析,如图,注意:原电池的正负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关,不要形成思维定式活泼金属一定是负极。如Al、Mg和NaOH溶液构成的原电池中,Al为负极,Mg为正极。,-10-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,例1(2017全国)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为16Li+xS8=8Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是( ) A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li+2e-=3Li2S4 B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 g C.
5、石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多,答案,解析,-11-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,例2(2018安徽蚌埠模拟)如图是某同学设计的原电池装置,下列叙述中正确的是( ) A.氧化剂和还原剂必须直接接触才能发生反应 B.电极上发生还原反应,作原电池的正极 C.该原电池的总反应式为2Fe3+Cu=Cu2+2Fe2+ D.盐桥中装有含氯化钾的琼脂,K+移向负极区,答案,解析,-12-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,答题模板 书写电极反应式的三个步骤 列物质标得失按照负极发生氧化反应,正极发生还原反应,判断出电极反应物和产
6、物,找出得失电子的数量。 看环境配守恒电极产物在电解质溶液的环境中,应能稳定存在,如碱性介质中生成的H+应让其结合OH-生成水。电极反应式要遵守电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等,并加以配平。 两式加验总式两电极反应式相加,与总反应方程式对照验证。,-13-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,跟踪训练 锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是 ( ) A.铜电极上发生氧化反应 B.电池工作一段时间后,甲池的c( )减小 C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加 D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡,答案,解析
7、,-14-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,2.(1)观察如图四个装置,回答下列问题:,装置a和b中铝电极上的电极反应式分别为 、 。 装置c中产生气泡的电极为 (填“铁”或“铜”)电极,装置d中铜电极上的电极反应式为 。,-15-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,(2)观察如图两个装置,图甲装置中铜电极上产生大量的无色气泡,图乙装置中铜电极上无气体产生,而铬电极上产生大量的有色气体。根据上述现象试推测金属铬具有的两种重要化学性质为 、 。,-16-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-17-,考点一,考点二,基础梳理,考点三,原电池原理的应用 原电池在化工、
8、农业生产及科学研究中的应用 1.加快氧化还原反应速率 一个自发的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率增大,例如Zn与稀硫酸反应时加入少量的CuSO4溶液能使产生氢气的速率增大。 2.比较金属活动性强弱 金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属活动性比作正极的强。 3.金属的防护 使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如,保护铁制输水管或钢铁桥梁,可用导线将其和一块锌块相连,使Zn作原电池的负极。,考点突破,-18-,考点一,考点二,基础梳理,考点三,4.设计制作化学电源 (1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。 (2)根据原电池的反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。
9、,考点突破,-19-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,自主巩固 (1)用稀硫酸与锌粒反应制取氢气,加入少量硫酸铜可以增大化学反应速率的原因: Zn与CuSO4反应生成Cu,形成铜锌原电池,可以增大反应速率。 (2)A、B两种金属用导线连接,放入稀硫酸中,B的质量逐渐减小,则两种金属的活动性AB。,-20-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,原电池的设计方法 设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是: (1)首先判断出氧化还原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,活动性比负极弱的金属或非金属作正极,含氧化剂的溶液作电解质溶液。 (2)如果两个半
10、反应分别在要求的两个容器中进行(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。,-21-,考点一,考点二,考点三,基础梳理,考点突破,-22-,考点一,考点二,考点三,例3不同形式的能量之间可相互转化: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。 (1)完成原电池甲的装置示意图(见右图),并作相应标注。 要求:在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。,基础梳理,考点突破,-23-,考点一,考点二,考
11、点三,(2)以铜片为电极之一,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 。 (3)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 。,基础梳理,考点突破,-24-,考点一,考点二,考点三,答案:(1),(2)被腐蚀 (3)甲 电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应,导致部分化学能转化为热能;电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应,化学能在转化为电能时损耗较小,基础梳理,考点突破,-25-,考点一,考点二,考点三,解析:(3)以Zn和Cu作电极为例分析,如果不用盐桥则除了电化学反应外还发生Zn与Cu2+的置换反应,反应放热,会使部
12、分化学能以热能形式散失,使其不能完全转化为电能,而盐桥的使用,可以避免Zn和Cu2+的接触,从而避免能量损失,提供稳定电流。,基础梳理,考点突破,-26-,考点一,考点二,考点三,易错警示 原电池装置图常见失分点警示 (1)没有注明电极材料名称或元素符号。 (2)没有画出电解质溶液或画出但未标注。 (3)误把盐桥画成导线。 (4)没有连成闭合回路。,基础梳理,考点突破,-27-,考点一,考点二,考点三,跟踪训练 3.四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。相连时,外电路电流从流向;相连时,为正极;相连时,上有气泡逸出;相连时,的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是( ) A
13、. B. C. D.,B,基础梳理,考点突破,解析:由原电池原理判断金属活动性,外电路电流从流向,为正极,金属活动性;相连,为正极,金属活动性;相连,上有气泡(H2)逸出,为正极,金属活动性;相连,质量减少,则金属活动性,即金属活动性顺序为,B正确。,-28-,考点一,考点二,考点三,4.向两份等质量的铁粉a、b中分别加入过量的稀硫酸,同时向b中加入少量的CuSO4溶液,下列各图表示的是产生H2的体积V(同温同压下测定)与时间t的关系,其中正确的是( ),B,基础梳理,考点突破,解析:因为b中有一部分铁粉与硫酸铜反应生成Cu,Fe、Cu和稀硫酸构成原电池,使反应速率加快,反应完成所需的时间缩短
14、,但产生氢气的体积小于a。,-29-,考点一,考点二,考点三,基础梳理,考点突破,5.(1)事实证明,能设计成原电池的反应通常是放热反应,下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是 (填字母)。 A.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) H0 B.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H0 C.NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) H0 若以KOH溶液为电解质溶液,依据所选反应设计一个原电池,其正极的电极反应为 。,-30-,考点一,考点二,考点三,基础梳理,考点突破,(2)某同学用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有含琼胶
15、的KNO3饱和溶液的U形管)设计成一个原电池,如图所示,下列判断中正确的是 (填字母)。 A.实验过程中,左侧烧杯中 浓度不变 B.实验过程中取出盐桥,原电池能继续工作 C.若开始时用U形铜代替盐桥,装置中无电流产生 D.若开始时用U形铜代替盐桥,U形铜的质量不变,答案 (1)B O2+4e-+2H2O=4OH- (2)D,-31-,考点一,考点二,考点三,基础梳理,考点突破,-32-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,化学电源,-33-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-34-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-35-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,自主巩固 判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)燃料电池中通入燃料的一极为负极 ( ) (2)多孔碳可用作氢氧燃料电池的电极材料 ( ) (3)氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极,电极反应式为O2+4H+4e-=2H2O ( ) (4)根据反应4Li+FeS2=Fe+2Li2S设计的可充电电池是一种应用广泛的锂电池,可用水溶液作电解质溶液 ( ) (5)可充电电池的放电反应和充电反应是可逆反应 ( ) (6)原电池中的电解质溶液一定参与反应 ( ),-36-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(7)一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,负极上的
