專題六 原電池的工作原理 化學(xué)電源

專題六 原電池的工作原理 化學(xué)電源考點一原電池及其工作原理知識梳理1 .概念：把 能轉(zhuǎn)化為 能的裝置。2 .工作原理以鋅銅原電池為例電極名稱電極材料電極反應(yīng)反應(yīng)類型電子流向鹽橋中置十移向3.原電池的構(gòu)成條件二良=1三三三書二A組練習(xí)題組一原電池工作原理的考查1 .下列裝置中能構(gòu)成原電池產(chǎn)生電流的是()2 .有關(guān)電化學(xué)知識的描述正確的是()A. CaO+H2O=Ca(OH)2,可以放出大量的熱，故可把該反應(yīng)設(shè)計成原電池，把其中的化學(xué) 能轉(zhuǎn)化為電能B.某原電池反應(yīng)為Cu+2AgNO 3=Cu(NO3)2+2Ag ,裝置中的鹽橋中可以是裝有含瓊膠的KCl飽和溶液C.原電池的兩極一定是由活動性不同的兩種金屬組成D.理論上說，任何能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計成原電池 題組二原電池正、負(fù)極的判斷3 .下列有關(guān)原電池的說法中正確的是A.在內(nèi)電路中，電子由正極流向負(fù)極B.在原電池中，相對較活潑的金屬作負(fù)極，不活潑的金屬作正極C.原電池工作時，正極表面一定有氣泡產(chǎn)生D.原電池工作時，可能會伴隨著熱能變化4 .分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結(jié)論正確的是（） A.中Mg作負(fù)極，中Fe作負(fù)極B.中Mg作正極，電極反應(yīng)式為 6H2O + 6e-=6OH-+ 3H2TC.中Fe作負(fù)極，電極反應(yīng)式為 Fe 2e =Fe2D.中Cu作正極，電極反應(yīng)式為 2H +2e =H2T考點二原電池原理的應(yīng)用知識梳理1 .用于金屬的防護使被保護的金屬制品作原電池 而得到保護。舉例說明。2 .設(shè)計制作化學(xué)電源3 .比較金屬活動性強弱兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作 的金屬比作 的金屬活潑。4 .加快氧化還原反應(yīng)的速率 。舉例說明。例題：原電池原理的應(yīng)用1.電工經(jīng)常說的一句口頭禪：“銅接鋁，瞎糊弄”，所以電工操作上規(guī)定不能把銅導(dǎo)線與鋁導(dǎo) 線連接在一起使用，說明原因： 2,請運用原電池原理設(shè)計實驗，驗證Cu”、Fe"氧化性的強弱。請寫出電極反應(yīng)式，負(fù)極,正極,并在方框內(nèi)畫出實驗裝置圖，要求用燒杯和鹽橋，并標(biāo)出外電路電子流向。3 .有A、B、C、D、E五塊金屬片，進行如下實驗： A、B用導(dǎo)線相連后，同時浸入稀 H2SO4 溶液中，A極為負(fù)極；C、D用導(dǎo)線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，電流由D一導(dǎo)線一 C; A、C相連后，同時浸入稀 H2SO4溶液中，C極產(chǎn)生大量氣泡；B、D相連后，同時浸入 稀H2SO4溶液中，D極發(fā)生氧化反應(yīng)；用惰性電極電解含B離子和E離子的溶液，E先析出。據(jù)此，判斷五種金屬的活動性順序是（）A. A>B>C>D>EB. A>C>D>B>EC. C>A>B>D>ED. B>D>C>A>E4 .把適合題意的圖像填在橫線上（用A、B、C、D表示）ABCD(1)將等質(zhì)量的兩份鋅粉 a、b分別加入過量的稀硫酸，同時向 a中加入少量的 CuSO4溶液， 產(chǎn)生H2的體積V(L)與時間t(min)的關(guān)系是。(2)將過量的兩份鋅粉 a、b分別加入定量的稀硫酸，同時向 a中加入少量的 CuSO4溶液，產(chǎn) 生出的體積V(L)與時間t(min)的關(guān)系是(3)將(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他條件不變，則圖像是 ?？键c三化學(xué)電源知識梳理1 .堿性鋅鎰干電池 一次電池總反應(yīng)式：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH +Zn(OH)2。正極反應(yīng)： ;負(fù)極反應(yīng)： 2 .鋅銀電池一次電池總反應(yīng)式：Zn + Ag2O + H 2O=Zn(OH) 2+ 2Ag。正極反應(yīng)： ;負(fù)極反應(yīng)： 3 .二次電池(可充電電池)鉛蓄電池是最常見的二次電池，負(fù)極材料是 ,正極材料是 。(1)放電時的反應(yīng)總反應(yīng)：Pb+ PbO2+ 2H2SO4=2PbSO4+ 2H2。正極反應(yīng)： ;負(fù)極反應(yīng)： (2)充電時的反應(yīng)總反應(yīng)：2PbSO4 + 2HzO=Pb+ PbO2+2H2SO4。正極反應(yīng)： ;負(fù)極反應(yīng)： 4 .燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分酸性和堿性兩種。種類酸性堿性負(fù)極反應(yīng)式正極反應(yīng)式電池總反應(yīng)式思考1 .可充電電池充電時電極與外接電源的正、負(fù)極如何連接?(不考慮氫、氧2 .鉛蓄電池是典型的可充電電池，它的正負(fù)極極板是惰性材料，請回答下列問題外電源0- 1的氧化還原): 放電時電解液中 H2SO4的濃度將變 ;當(dāng)外電路通過1 mol電子時，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加 go(2)在完全放電耗盡 PbO2和Pb時，若按右圖連接，電解一段時間后，則在A電極上生成 , B電極上生成,此時鉛蓄電池的正負(fù)極的極性將3. (1)氫氧燃料電池以KOH溶液作電解質(zhì)溶液時，工作一段時間后，電解質(zhì)溶液的濃度將,溶液的pH (填“減小”、“增大”或“不變”)(2)氫氧燃料電池以H2SO4溶液作電解質(zhì)溶液時，工作一段時間后，電解質(zhì)溶液的濃度將,溶液的pH (填“減小”、“增大”或“不變”)A組練習(xí)題組一 化學(xué)電源中電極反應(yīng)式的書寫1 . Li-SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl 4-SOCI2。電池的總反應(yīng)可表示為 4Li + 2SOCl2=4LiCl + S+ SO2 T。請回答下列問題：(1)電池的負(fù)極材料為 ,發(fā)生的電極反應(yīng)為 。(2)電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)為 。2 .鋁-空氣海水電池：以鋁板為負(fù)極，鉗網(wǎng)為正極，海水為電解質(zhì)溶液，空氣中的氧氣與鋁反應(yīng)產(chǎn)生電流。電池總反應(yīng)為4Al+3O2+6H2O=4Al(OH) 3負(fù)極：；正極：。題組二 不同介質(zhì)對燃料電池電極反應(yīng)式書寫的影響3 .以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書寫方法：(1)酸性條件燃料電池總反應(yīng)式：CH4+2O2=CO2+2H2O燃料電池正極反應(yīng)式：O2+4H+ + 4e-=2H2O一X 2,得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式： 。(2)堿性條件燃料電池總反應(yīng)式：CH4+2O2+2NaOH=Na2co3 + 3H2O燃料電池正極反應(yīng)式：Oz+2H2O+4e =4OH一X 2,得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式:、.2一固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O )燃料電池總反應(yīng)式：CH4+2O2=CO2+2H2O燃料電池正極反應(yīng)式：Oz+4e =2O2一X 2,得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式： 。(4)熔融碳酸鹽(如：熔融K2CO3)環(huán)境下電池總反應(yīng)式：CH 4+2O2=COz+2H2O正極電極反應(yīng)式：。2+ 2CO2+ 4e =2Co3一X 2,得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式： ?？键c四 鹽橋原電池的專題突破知識梳理1 .鹽橋的組成和作用(1)鹽橋中裝有飽和的 KCl、KNO 3等溶液和瓊膠制成的膠凍。(2)鹽橋的彳用：2 .單池原電池和鹽橋原電池的對比e絆片硫酸銅溶液圖1銅片圖1和圖2兩裝置的相同點：正負(fù)極、電極反應(yīng)、總反應(yīng)、反應(yīng)現(xiàn)象。不同點：圖1中Zn在CuSO4溶液中直接接觸 Cu2+,會有一部分Zn與Cu”直接反應(yīng)，該裝 置中既有化學(xué)能和電能的轉(zhuǎn)化，又有一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了熱能，裝置的溫度會升高。圖2中Zn和CuSO4溶液在兩個池子中，Zn與Cu2+不直接接觸，不存在 Zn與Cu2+直接反應(yīng)的過程，所以僅是化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了電能，電流穩(wěn)定，且持續(xù)時間長。關(guān)鍵點：鹽橋原電池中，還原劑在負(fù)極區(qū)，而氧化劑在正極區(qū)。思考1 .能用金屬代替鹽橋嗎？2 .在有鹽橋的銅鋅原電池中，電解質(zhì)溶液的選擇為什么要與電極材料的陽離子相同？如 Zn極對應(yīng)的是硫酸鋅，能不能是氯化銅或者氯化鈉？A組練習(xí)題組一有關(guān)原電池原理的考查電流計Cu(NOt)2AgNG海液溶液1.某原電池構(gòu)造如下圖所示。下列有關(guān)敘述正確的是()A.在外電路中，電子由銀電極流向銅電極B.取出鹽橋后，電流計的指針仍發(fā)生偏轉(zhuǎn)C.外電路中每通過 0.1 mol電子，銅的質(zhì)量理論上減小6.4 gD.原電池的總反應(yīng)式為Cu+2AgNO3=2Ag + Cu(NO3)22.如圖所示，杠桿 AB兩端分別掛有體積相同、質(zhì)量相等的空心銅球和空心鐵球，調(diào)節(jié)杠桿并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入濃CUSO4溶液，一段時間后，下列有關(guān)杠桿的偏向判斷正確的是(實驗過程中，不考慮兩球的浮力變CuSO4 濃溶液彳t)()A.杠桿為導(dǎo)體或絕緣體時，均為 A端高B端低B.杠桿為導(dǎo)體或絕緣體時，均為 A端低B端高C.當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時，A端低B端高D.當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時， A端高B端低題組二 可逆反應(yīng)與原電池的工作原理3 .控制適合的條件， 將反應(yīng)2Fe3+ + 21=2Fe2+l2設(shè)計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是()A.反應(yīng)開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B.反應(yīng)開始時，甲中石墨電極上Fe”被還原C.電流計讀數(shù)為零時，反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)D.電流計讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負(fù)極4 .已知在酸性條件下發(fā)生的反應(yīng)為AsO3 +2I +2H+=AsO3+ I2+H2O,在堿性條件下發(fā)生的反應(yīng)為AsO3 + I2 + 2OH =AsO4 +H2O+2I 設(shè)計如圖裝置(CC2均為石墨電極)，分別進行下述操作:I .向B燒杯中逐滴加入濃鹽酸n .向B燒杯中逐滴加入 40% NaOH溶液結(jié)果發(fā)現(xiàn)電流計指針均發(fā)生偏轉(zhuǎn)。試回答下列問題：(1)兩次操作中指針為什么發(fā)生偏轉(zhuǎn)？ (2)兩次操作過程中指針偏轉(zhuǎn)方向為什么相反？試用化學(xué)平衡移動原理解釋之。(3)操作過程中 Ci棒上發(fā)生的反應(yīng)為 (4)操作n過程中 C2棒上發(fā)生的反應(yīng)為 操作n過程中，鹽橋中的 k+移向 燒杯溶液(填"A”或" B”)。1.根據(jù)下圖，下列判斷中正確的是A.燒杯a中的溶液pH升高B.燒杯b中發(fā)生還原反應(yīng)B組練習(xí)()電解質(zhì)溶液C.燒杯a中發(fā)生的反應(yīng)為 2H+ + 2e=H2D.燒杯b中發(fā)生的反應(yīng)為 2c2e-=C122.研究人員研制出一種鋰水電池，可作為魚雷和潛艇的儲備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料，以 LiOH為電解質(zhì)，使用時加入水即可放電。關(guān)于該電池的下列說法不正確的是()3.鐵饃蓄電池又稱愛迪生電池，放電時的總反應(yīng)為Fe+Ni2O3 + 3H2O=Fe(OH)2 + 2Ni(OH) 2A.電池的電解液為堿性溶液，正極為M2O3、負(fù)極為FeB.電池放電時，負(fù)極反應(yīng)為Fe+ 2OH -2e =Fe(OH)2C.電池充電過程中，陰極附近溶液的pH降低D,電池充電時，陽極反應(yīng)為2Ni(OH) 2+2OH 2e-=刈2。3+3H2O6.與MnO2-Zn電池類似，K2FeO4-Zn也可以組成堿性電池，K2FeO4在電池中作為正極材料，其A.水既是氧化劑又是溶劑B.放電時正極上有氫氣生成C,放電時OH一向正極移動D.總反應(yīng)為 2Li + 2H2O=2LiOH +H2T卜列有關(guān)該電池的說法不正確的是()用飽和硫酸鈾、酚儆 溶整浸觸的彼默5.腫一空氣燃料電池是一種堿性電池，該電池放電時，負(fù)極的反應(yīng)式為則該燃料電池的理論效率為 (燃料電池的理論效率是指電池所產(chǎn)生的最大電能與燃料電池反應(yīng)所能釋放的全部能量之比，甲醇的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱AH = - 726.5 kJ mol 1)o9.鋁電池性能優(yōu)越， Al-AgO電池可用作水下動力電源，其原理如圖所示。4.將下圖所示實驗裝置的 K閉合，下列判斷正確的是()A. Cu電極上發(fā)生還原反應(yīng)B.電子沿 Zn 一a一 b一 Cu路徑流動c.片刻后甲池中c(so4一)增大D.片刻后可觀察到濾紙b點變紅色電極反應(yīng)為該電池總反應(yīng)的離子方程式為7.在直接以甲醇為燃料的燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，負(fù)極的反應(yīng)式為、正極的反應(yīng)式為。理想狀態(tài)下，該燃料電池消耗1 mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能為702.1 kJ,Al2O3制得)的兩個作用是O與鉛蓄電池相比，當(dāng)消耗相同質(zhì)量的負(fù)極活性物質(zhì)時，鈉硫電池的理論放電量是鉛蓄電池的8.如圖為鈉硫高能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。該電池的工作溫度為320 C左右,該電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為電池反應(yīng)為 2Na + xS=Na2Sx,正極的電極反應(yīng)式為。M(由 Na2。和10.如圖所示，在不同的電解質(zhì)溶液中可以組成不同的電池。(1)當(dāng)電解質(zhì)溶液為稀硫酸時，F(xiàn)e電極是(填“正”或盤橋(瓊脂一一 r 飽和KCI溶液)1 mobLTZnSd 溶液 甲I molLTCuS。* 溶薇乙“負(fù)”)極，其電極反應(yīng)式為 。當(dāng)電解質(zhì)溶液為 NaOH溶液時，Al電極是(填“正”或 “負(fù)”)極，其電極反應(yīng)式為 。(2)若把鋁改為鋅，電解質(zhì)溶液為濃硝酸，則 Fe電極是(填“正” 或“負(fù)”)極，其電極反應(yīng)式為 。11 .氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。如圖所示為電池示意 圖，該電池電極表面均勻地鍍一層細(xì)小的鉗粉，鉗吸附氣體的能力強，性質(zhì)穩(wěn)定。請回答下列問題：(1)氫氧燃料電池能量轉(zhuǎn)化的主要形式是,在導(dǎo)線中電子流動的方向為 (用a、b表不)。(2)負(fù)極反應(yīng)式為 (3)電極表面鍍鉗粉的原因為 。(4)該電池工作時，H2和02連續(xù)由外部供給，電池可連續(xù)不斷地提供電能，因此大量安全儲 氫是關(guān)鍵技術(shù)之一。金屬鋰是一種重要的儲氫材料，吸氫和放氫原理如下：I .2Li + H2=2LiHn .LiH + HzO=LiOH + H2 T反應(yīng)i中的還原劑是 ，反應(yīng)n中的氧化劑是 。已知LiH固體的密度為0.82 g cm 3o用鋰吸收224 L(標(biāo)準(zhǔn)犬況中2,生成的LiH體積與被 吸收的H2體積之比為。由生成的LiH與H2O反應(yīng)放出的H2用作電池燃料，若能量的轉(zhuǎn)化率為80%,則導(dǎo)線中通過電子的物質(zhì)的量為 mol。12 . (1)分析如圖所示的四個裝置，回答下列問題:裝置 a和b中鋁電極上的電極反應(yīng)式分別為 裝置c中產(chǎn)生氣泡的電極為 電極(填“鐵”或“銅”)，裝置d中銅電極上的電極 反應(yīng)式為。(2)觀察如圖所示的兩個裝置，圖1裝置中銅電極上產(chǎn)生大量的無色氣泡，圖2裝置中銅電極上無氣體產(chǎn)生，而銘電極上產(chǎn)生大量的有色氣體。根據(jù)上述現(xiàn)象試推測金屬銘具有的兩種重要化學(xué)性質(zhì)為、。Cr1*(叫)稀硫幡圖I圖213 .某研究性學(xué)習(xí)小組根據(jù)反應(yīng) 2KMnO 4+ 10FeSO4+ 8H2SO4=2MnSO4+ 5Fe2(SO4)3+ K2SO4 + i8H2O設(shè)計如下原電池，其中甲、乙兩燒杯中各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度均為1 mol L-,溶披的體積土勻為200 mL,鹽橋中裝有飽和 K2SO4溶液。回答下列問題:(1)此原電池的正極是石墨 (填“a”或" b”)，發(fā)生 反應(yīng)。(2)電池工作時，鹽橋中的 so4一移向(填“甲”或“乙”)燒杯。(3)兩燒杯中的電極反應(yīng)式分別為甲,乙。(4)若不考慮溶液的體積變化，MnSO4濃度KMnd、MnSO 氏Sd混合溶液石果b三三Fe3(SOj3. 混合溶液(V2 +、V3+、VO2+變?yōu)?.5 mol L 則反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子為 mol。14 .全鈕液流電池是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動液態(tài)的電池，目前鋰電池技術(shù)已經(jīng)趨近成熟。下圖是鋰電池基本工作原理示意圖：請回答下列問題：(1)硫酸在電池技術(shù)和實驗室中具有廣泛的應(yīng)用，在傳統(tǒng)的銅鋅原電池中，硫酸是 ,實驗室中配制硫酸亞鐵時需 要加入少量硫酸，硫酸的作用是 。(2)鋰電池是以溶解于一定濃度硫酸溶液中的不同價態(tài)的鋰離子充電VO2)為正極和負(fù)極電極反應(yīng)的活性物質(zhì)，電池總反應(yīng)為VO2+ + V3+H2OO放電V2+VO 2 + 2H + 放電時的正極反應(yīng)式為 ,充電時的陰極反應(yīng)式為放電過程中，電解液的 pH(填“升高”、“降低”或“不變”)。(3)鋰電池基本工作原理示意圖中“正極電解液”可能是 a. VO2、VO2+混合液b. V3+、V”混合液c. VO2溶液d. VO 2+溶液e. v"溶液 f. V”溶液(4)能夠通過鋰電池基本工作原理示意圖中“隔膜”的離子是