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1、第2节原电池化学电源考纲要求: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。2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:3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。4考点一考点二基础梳理考点突破考点三5考点一考点二基础梳理考点突破考点三特别提醒(
2、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。6考点一考点二基础梳理考点突破考点三自主巩固自主巩固判断正误,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 ()(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
3、计成原电池 ()(4)氧化还原反应2H2O2H2+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()7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 8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
4、极,Mg为正极。9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-=3Li2S4B.电池工作时,外电路中流过0.02mol电子,负极材料减重0.14gC.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 答案解析解析关闭A项,在该电池中电极a为正极,发生的反应依次为:S8+2Li+2e-=Li2S83Li2S8+2Li+2e-=4Li2
5、S62Li2S6+2Li+2e-=3Li2S4Li2S4+2Li+2e-=2Li2S2,故A正确;B项,原电池工作时,转移0.02 mol电子时,被氧化的Li的物质的量为0.02 mol,质量减小0.14 g,正确;C项,石墨烯能导电,利用石墨烯作电极,可提高电极a的导电性,正确;D项,电池充电时由于Li+得到电子生成Li,则电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越少,错误。 答案解析关闭D10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
6、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 答案解析解析关闭该原电池反应中氧化反应和还原反应在两个不同的烧杯中进行,因此氧化剂和还原剂没有直接接触,A项错误;Cu电极为原电池的负极,发生氧化反应,电极反应式为Cu-2e-=Cu2+,B项错误;正极发生反应:2Fe3+2e-=2Fe2+,正电荷数减小,K+移向正极补充正电荷,D项错误。 答案解析关闭C11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
7、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。12考点一考点二基础梳理考点突破考点三跟踪训练跟踪训练 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 答案解析解析关闭 答案解析关闭13考点一考点二基础梳理考点突破考点三2.(1)观察如图四
8、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。14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、。15考点一考点二基础梳理考点突破考点三16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、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
9、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17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。考点突破18考点一考点二基础梳理考点突破考点三自主巩固自主巩固(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
10、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.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。27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
11、,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,但产生氢气的体积小于a。28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)H0B.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)H0C.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。29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
12、盐桥(装有含琼胶的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)BO2+4e-+2H2O=4OH-(2)D30考点一考点二考点三基础梳理考点突破31考点三考点一考点二基础梳理考点突破化学电源 32考点三考点一考点二基础梳理考点突破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自主巩固自主巩固判断正误,正确的画“”,错误的画“”。(1)燃料电池中通入燃料
13、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 ()35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,负极上的反应为CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3COOH+4H+,正极上发生的反应为O2+2H2O+4e-=4OH-()(8)锂离子电池的总
14、反应为LixC+Li1-xCoO2C+LiCoO2,放电时Li+向负极移动 ()(9)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应 ()36考点三考点一考点二基础梳理考点突破1.可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极连接方式37考点三考点一考点二基础梳理考点突破2.利用“加减法”书写原电池电极反应式(1)先确定原电池的正、负极,列出正、负极上的反应物,并标出相同数目电子的得失。(2)根据氧化还原反应原理写出电极反应式。负极反应。负极失去电子发生氧化反应。注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存,则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式。正极反应。正极得到电子发生还
15、原反应。当正极上的反应物质是O2时:若电解质溶液为中性或碱性,则水必须写入正极反应式中,与O2生成OH-,电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-;若电解质溶液为酸性,则H+必须写入正极反应式中,与O2生成水,电极反应式为O2+4H+4e-=2H2O。38考点三考点一考点二基础梳理考点突破(3)写出电池总反应方程式。结合电子守恒将正、负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式。(4)若已知电池反应的总反应式,可先写出较易书写的一极的电极反应式,然后在电子守恒的基础上,用总反应式减去较易写出的一极的电极反应式,即得到较难写出的另一极的电极反应式。39考点三考点一考点二基础梳理考点突破 答案解析
16、解析关闭 答案解析关闭40考点三考点一考点二基础梳理考点突破例5(2018全国)一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是 ()A.放电时,多孔碳材料电极为负极B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移D.充电时,电池总反应为 答案解析解析关闭 答案解析关闭41考点三考点一考点二基础梳理考点突破方法指导 新型化学电源解题技巧(1)新型电池“放电”时正极、负极的判断(2)新型电池“放电”时电极反应式的书写首先分析物质得失电子的情况,然后再考虑电极反应生成的物质
17、是否跟电解质溶液中的离子发生反应。对于较为复杂的电极反应式,可以利用“总反应式-较简单一极的电极反应式=较复杂一极的电极反应式”的方法解决。42考点三考点一考点二基础梳理考点突破(3)新型电池“充、放”电时离子移动的方向43考点三考点一考点二基础梳理考点突破跟踪训练跟踪训练6.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小,无须气体存储装置等优点。某科研人员设计了以液态肼(N2H4)为燃料,氧气为氧化剂,某固体氧化物为电解质的新型燃料电池(如图所示)。该固体氧化物电解质的工作温度高达700900时,O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动,反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是( )A.电极甲
18、为电池正极B.电池总反应为N2H4+2O2=2NO+2H2OC.电池正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-D.图示中的O2-由电极乙移向电极甲 答案解析解析关闭该燃料电池中,通入氧化剂氧气的电极为正极,通入N2H4的电极为负极,即甲为负极,A项错误;反应生成物均为无毒无害的物质,负极上反应生成氮气,则电池总反应为N2H4+O2=N2+2H2O,B项错误;正极上氧气得电子发生还原反应,电极反应式为O2+4e-=2O2-,C项错误;放电时,阴离子向负极移动,即O2-由电极乙移向电极甲,D项正确。 答案解析关闭D44考点三考点一考点二基础梳理考点突破A.电极b是正极B.质子从b极移向a极C.处
19、理后的废水pH降低D.a极的电极反应式: 答案解析解析关闭 答案解析关闭45单池原电池与盐桥原电池的对比单池原电池与盐桥原电池的对比 4647下列叙述中正确的是( )A.甲组操作时,电流表(A)指针发生偏转B.甲组操作时,溶液颜色变浅C.乙组操作时,C4作正极D.乙组操作时,C3上发生的电极反应为I2+2e-=2I- 答案解析解析关闭 答案解析关闭48跟踪训练跟踪训练1.一种微生物燃料电池如图所示,下列关于该电池的说法正确的是( )A.a电极发生还原反应B.H+由右室通过质子交换膜进入左室C.b电极的反应为D.电池工作时,电流由a电极沿导线流向b电极 答案解析解析关闭 答案解析关闭492.高铁
20、酸钾(K2FeO4)是一种理想的水处理剂。目前人们正在研制高铁电池,如图1是高铁电池的模拟实验装置:50(1)该电池放电时正极的电极反应式为;若维持电流为1A,电池工作十分钟,理论消耗Zng(已知F=96500Cmol-1)。(2)盐桥中盛有饱和KCl溶液,此盐桥中氯离子向(填“左”或“右”)移动;若用阳离子交换膜代替盐桥,则钾离子向(填“左”或“右”)移动。(3)图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线,由此可得出高铁电池的优点有。51521.原电池中的能量转化及本质(1)能量转化:化学能转化为电能。(2)反应本质:自发进行的氧化还原反应。2.原电池中的4个“方向”(1)外电路中电子移动
21、方向:负极正极。(2)外电路中电流方向:正极负极。(3)电池内部离子移动方向:阴离子负极,阳离子正极。(4)盐桥中(含饱和KCl溶液)离子移动方向:K+正极,Cl-负极。3.判断原电池正负极的6种方法电极材料、电极现象、电子移动方向、离子移动方向、得失电子、电解质溶液。5354213 4651.下列装置不能形成原电池的是() 答案解析解析关闭A、B、D项都具有活动性不同的电极、电解质溶液、闭合回路及自发进行的氧化还原反应,均能构成原电池;C项中酒精为非电解质,不能构成原电池。 答案解析关闭C55213 465 答案解析解析关闭 答案解析关闭56431 2653.(2017天津理综)下列能量转化
22、过程与氧化还原反应无关的是()A.硅太阳能电池工作时,光能转化成电能B.锂离子电池放电时,化学能转化成电能C.电解质溶液导电时,电能转化成化学能D.葡萄糖为人类生命活动提供能量时,化学能转化成热能A解析:B项、C项属于电化学反应,一定有电子转移,一定发生氧化还原反应;D项营养物质为人类提供能量的过程,是被O2氧化的过程,发生了氧化还原反应;A项光能转化成电能的过程没有新物质生成,没有发生化学反应,故选A。57431 265C586531 245.微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()A.正极反应中有CO2生成B.微生物促
23、进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区D.电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O 答案解析解析关闭C6H12O6中C的平均化合价为0价,二氧化碳中C的化合价为+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,故CO2在负极生成,A选项错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率加快,所以微生物促进了反应的发生,B项正确;质子交换膜只允许质子(即H+)通过,原电池中阳离子向正极移动,C项正确;电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应,D项正确。 答案解析关闭A596531 246.(1)酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、
24、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。该电池的正极反应式为,电池反应的离子方程式为。维持电流为0.5A,电池工作5分钟,理论上消耗锌g。(已知F=96500Cmol-1)(2)锂离子电池的应用很广,其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2),导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时,该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi+xe-=LixC6。充放电过程中,发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化,写出放电时电池反应方程式。利用“放电处理”回收锂电池中的金属锂,“放电处理”有利于锂在正极的回收,其原因是。606531 24616531 2462
