化學第六單元 化學反應與能量 6.2 原電池 化學電源 新人教版

第2節(jié)原電池化學電源考綱要求:1.理解原電池的構成、工作原理及應用,能書寫電極反應和總反應方程式。2.了解常見化學電源的種類及其工作原理。-3-基礎梳理考點突破原電池及其工作原理1.定義原電池是把能轉化為能的裝置。2.工作原理以銅鋅原電池為例:化學電-4-基礎梳理考點突破(2)兩種裝置比較。鹽橋的作用:a.連接內電路形成閉合回路。b.維持兩電極電勢差(中和電荷),使電池能持續(xù)提供電流。裝置中有部分Zn與Cu2+直接反應,使電池效率降低;裝置中使Zn與Cu2+隔離,電池效率提高,電流穩(wěn)定。Zn-2e-=Zn2+Cu2+2e-=Cu氧化還原Zn導線Cu正極負極-5-基礎梳理考點突破電解質氧化還原負正正負負正-6-基礎梳理考點突破特別提醒(1)只有氧化還原反應才能設計成原電池。(2)活潑性強的金屬不一定作負極,但負極一定發(fā)生氧化反應。(3)電子不能通過電解質溶液,溶液中的離子不能通過鹽橋。(4)負極失去電子總數(shù)一定等于正極得到電子總數(shù)。(5)對于同一反應,原電池反應速率一定比直接發(fā)生的氧化還原反應快。-7-基礎梳理考點突破自主鞏固自主鞏固判斷正誤,正確的畫“”,錯誤的畫“”。(1)原電池可將化學能轉化為電能,原電池需外接電源才能工作 ()(2)NaOH溶液與稀硫酸反應是放熱反應,此反應可以設計成原電池 ()(3)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu的反應可以設計成原電池 ()(4)氧化還原反應2H2O2H2+O2可以設計成原電池 ()(5)同種條件下,帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池電流持續(xù)時間長 ()(6)在原電池中,發(fā)生氧化反應的一極一定是負極 ()(7)在原電池中,負極材料的活潑性一定比正極材料強 () -8-基礎梳理考點突破1.圖解原電池工作原理 -9-基礎梳理考點突破2.原電池中正、負極的判斷判斷原電池的正負極需抓住閉合回路和氧化還原反應進行分析,如圖注意:原電池的正負極與電極材料的性質有關,也與電解質溶液有關,不要形成思維定式活潑金屬一定是負極。如Al、Mg和NaOH溶液構成的原電池中,Al為負極,Mg為正極。-10-基礎梳理考點突破例1(2015天津理綜,4)鋅銅原電池裝置如圖所示,其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過。下列有關敘述正確的是 ()A.銅電極上發(fā)生氧化反應B.電池工作一段時間后,甲池的c()減小C.電池工作一段時間后,乙池溶液的總質量增加D.陰陽離子分別通過交換膜向負極和正極移動,保持溶液中電荷平衡 答案解析解析關閉 答案解析關閉-11-基礎梳理考點突破例2(2016課標全國甲,11)Mg-AgCl電池是一種以海水為電解質溶液的水激活電池。下列敘述錯誤的是()A.負極反應式為Mg-2e-=Mg2+B.正極反應式為Ag+e-=AgC.電池放電時Cl-由正極向負極遷移D.負極會發(fā)生副反應Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2 答案解析解析關閉Mg-AgCl海水電池中,Mg為活潑金屬,作負極,發(fā)生反應:Mg-2e-=Mg2+,A項正確;AgCl在正極反應:AgCl+e-=Ag+Cl-,B項錯誤;原電池中,陰離子向負極移動,C項正確;Mg可與H2O緩慢反應,D項正確。 答案解析關閉B-12-基礎梳理考點突破答題模板 書寫電極反應式的三個步驟列物質標得失按照負極發(fā)生氧化反應,正極發(fā)生還原反應,判斷出電極反應物和產(chǎn)物,找出得失電子的數(shù)量?？喘h(huán)境配守恒電極產(chǎn)物在電解質溶液的環(huán)境中,應能穩(wěn)定存在,如堿性介質中生成的H+應讓其結合OH-生成水。電極反應式要遵守電荷守恒和質量守恒、得失電子守恒等,并加以配平。兩式加驗總式兩電極反應式相加,與總反應方程式對照驗證。-13-基礎梳理考點突破跟蹤訓練跟蹤訓練1.(2016湖北漢川期末)實驗發(fā)現(xiàn),298K時,在FeCl3酸性溶液中加少量鋅粒后,Fe3+立即被還原成Fe2+。某夏令營興趣小組根據(jù)該實驗事實設計了如圖所示原電池裝置。下列有關說法正確的是()A.該原電池的正極反應是Zn-2e-=Zn2+B.左側燒杯中溶液的紅色逐漸褪去C.該電池的鉑電極上有氣泡出現(xiàn)D.該電池總反應為3Zn+2Fe3+=2Fe+3Zn2+ 答案解析解析關閉該電池的總反應為Zn+2Fe3+=2Fe2+Zn2+,所以左燒杯中Pt電極為正極,電極反應式為Fe3+e-=Fe2+,右燒杯中Zn電極為負極,電極反應式為Zn-2e-=Zn2+。由于左燒杯中的Fe3+被還原為Fe2+,所以左燒杯中溶液的紅色逐漸褪去。 答案解析關閉B-14-基礎梳理考點突破2.(2016江西臨川一中月考)(1)觀察如圖四個裝置,回答下列問題:裝置a和b中鋁電極上的電極反應式分別為、。裝置c中產(chǎn)生氣泡的電極為(填“鐵”或“銅”)電極,裝置d中銅電極上的電極反應式為。-15-基礎梳理考點突破(2)觀察如圖兩個裝置,圖甲裝置中銅電極上產(chǎn)生大量的無色氣泡,圖乙裝置中銅電極上無氣體產(chǎn)生,而鉻電極上產(chǎn)生大量的有色氣體。根據(jù)上述現(xiàn)象試推測金屬鉻具有的兩種重要化學性質為、。-16-基礎梳理考點突破答案:(1)2H+2e-=H2Al-3e-+4OH-=鐵O2+2H2O+4e-=4OH-(2)金屬鉻的活動性比銅的強且能和稀硫酸反應生成H2金屬鉻易在稀硝酸中發(fā)生鈍化-17-基礎梳理考點突破原電池原理的應用原電池在化工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學研究中的應用1.加快氧化還原反應速率一個自發(fā)的氧化還原反應,設計成原電池時反應速率,例如Zn與稀硫酸反應時加入少量的CuSO4溶液能使產(chǎn)生氫氣的速率增大。2.比較金屬活動性強弱金屬分別作原電池的兩極時,一般作負極的金屬活動性比正極的。3.金屬的防護使被保護的金屬制品作原電池的極而得到保護。例如,保護鐵制輸水管或鋼鐵橋梁,可用導線將其和一塊鋅塊相連,使Zn作原電池的極。增大強正負-18-基礎梳理考點突破4.設計制作化學電源(1)首先將氧化還原反應分成兩個半反應。(2)根據(jù)原電池的反應特點,結合兩個半反應找出正、負極材料和電解質溶液。-19-基礎梳理考點突破自主鞏固自主鞏固(1)用稀硫酸與鋅粒反應制取氫氣,加入少量硫酸銅可以增大化學反應速率的原因: 。(2)A、B兩種金屬用導線連接,放入稀硫酸中,B的質量逐漸減小,則兩種金屬的活動性AB。答案:Zn與CuSO4反應生成Cu,形成銅鋅原電池,可以增大反應速率;相連,為正極,金屬活動性;相連,上有氣泡(H2)逸出,為正極,金屬活動性;相連,質量減少,則金屬活動性,即金屬活動性順序為,B正確。-28-基礎梳理考點突破4.向兩份等質量的鐵粉a、b中分別加入過量的稀硫酸,同時向b中加入少量的CuSO4溶液,下列各圖表示的是產(chǎn)生H2的體積V(同溫同壓下測定)與時間t的關系,其中正確的是()B解析:因為b中有一部分鐵粉與硫酸銅反應生成Cu,Fe、Cu和稀硫酸構成原電池,使反應速率加快,反應完成所需的時間縮短,但產(chǎn)生氫氣的體積小于a。-29-基礎梳理考點突破5.根據(jù)下式所示的氧化還原反應設計一個原電池:Cu+2Ag+=Cu2+2Ag(1)裝置可采用燒杯和鹽橋,畫出此原電池的裝置簡圖。(2)注明原電池的正極和負極。(3)注明外電路中電子的流向。(4)寫出兩個電極上的電極反應式。-30-基礎梳理考點突破答案:(1)(2)(3)如圖所示:(4)負極:Cu-2e-=Cu2+正極:2Ag+2e-=2Ag解析:首先將已知的反應拆成兩個半反應:Cu-2e-=Cu2+,2Ag+2e-=2Ag,然后結合原電池的電極反應特點分析可知,該電池的負極應為Cu,正極應為Ag。原電池由兩個半電池組成,銅和銅鹽溶液組成銅半電池,銀和銀鹽溶液組成銀半電池,中間通過鹽橋連接起來。-31-基礎梳理考點突破化學電源 Zn-2e-=Zn2+-32-基礎梳理考點突破-33-基礎梳理考點突破2H2+4OH-4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O-34-基礎梳理考點突破自主鞏固自主鞏固判斷正誤,正確的畫“”,錯誤的畫“”。(1)燃料電池中通入燃料的一極為負極 ()(2)多孔碳可用作氫氧燃料電池的電極材料 ()(3)氫氧燃料電池(酸性電解質)中O2通入正極,電極反應式為O2+4H+4e-=2H2O()(4)根據(jù)反應4Li+FeS2=Fe+2Li2S設計的可充電電池是一種應用廣泛的鋰電池,可用水溶液作電解質溶液 ()(5)可充電電池的放電反應和充電反應是可逆反應 ()(6)原電池中的電解質溶液一定參與反應 () -35-基礎梳理考點突破(7)一種基于酸性燃料電池原理設計的酒精檢測儀,負極上的反應為CH3CH2OH-4e-+H2O=CH3COOH+4H+,正極上發(fā)生的反應為O2+4e-+2H2O=4OH-()(8)鋰離子電池的總反應為LixC+Li1-xCoO2C+LiCoO2,放電時Li+向負極移動 ()(9)鉛蓄電池放電時的負極和充電時的陽極均發(fā)生還原反應 ()-36-基礎梳理考點突破1.可充電電池充電時電極與外接電源的正、負極連接方式-37-基礎梳理考點突破2.利用“加減法”書寫原電池電極反應式(1)先確定原電池的正、負極,列出正、負極上的反應物,并標出相同數(shù)目電子的得失。(2)根據(jù)氧化還原反應原理寫出電極反應式。負極反應。負極失去電子發(fā)生氧化反應。注意負極反應生成的陽離子與電解質溶液中的陰離子是否共存。若不共存,則該電解質溶液中的陰離子應寫入負極反應式。正極反應。正極得到電子發(fā)生還原反應。當正極上的反應物質是O2時:若電解質溶液為中性或堿性,則水必須寫入正極反應式中,與O2生成OH-,電極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-;若電解質溶液為酸性,則H+必須寫入正極反應式中,與O2生成水,電極反應式為O2+4H+4e-=2H2O。-38-基礎梳理考點突破(3)寫出電池總反應方程式。結合電子守恒將正、負極電極反應式相加即得到電池總反應方程式。(4)若已知電池反應的總反應式,可先寫出較易書寫的一極的電極反應式,然后在電子守恒的基礎上,用總反應式減去較易寫出的一極的電極反應式,即得到較難寫出的另一極的電極反應式。-39-基礎梳理考點突破例4(2016廣東汕頭期末)液體燃料電池相比于氣體燃料電池具有體積小等優(yōu)點。一種以液態(tài)肼(N2H4)為燃料的電池裝置如圖所示,該電池用空氣中的氧氣作為氧化劑,KOH溶液作為電解質溶液。下列關于該電池的敘述正確的是()A.b極發(fā)生氧化反應B.a極的反應式:N2H4+4OH-4e-=N2+4H2OC.放電時,電流從a極經(jīng)過負載流向b極D.其中的離子交換膜需選用陽離子交換膜 答案解析解析關閉在燃料電池中,氧氣作為氧化劑在正極發(fā)生還原反應,故A項錯誤;燃料N2H4為還原劑,在負極發(fā)生氧化反應,故B項正確;放電時,電流由正極(b極)經(jīng)外電路流向負極(a極),故C項錯誤;正極的電極反應式為O2+4e-+2H2O=4OH-,OH-將透過交換膜在負極發(fā)生反應,應選擇陰離子交換膜,故D項錯誤。 答案解析關閉B-40-基礎梳理考點突破例5(2016安徽銅陵一中階段測試)鋰離子電池已經(jīng)成為新一代實用化的蓄電池,該電池具有能量密度大、電壓高的特性。鋰離子電池放電時的電極反應式為:負極反應式為C6Li-xe-=C6Li1-x+xLi+(C6Li表示鋰原子嵌入石墨形成的復合材料)正極反應式為Li1-xMO2+xLi+xe-=LiMO2(LiMO2表示含鋰的過渡金屬氧化物)下列有關說法正確的是()A.鋰離子電池放電時電池反應為LiMO2+C6Li1-x=C6Li+Li1-xMO2B.鋰離子電池充電時電池內部Li+向陽極移動C.放電時,電池內部Li+從負極流向正極D.鋰離子電池充電時陽極反應為C6Li1-x+xLi+xe-=C6Li 答案解析解析關閉電池的總反應為C6Li+Li1-xMO2=C6Li1-x+LiMO2,故A項錯誤;充電時陽離子向陰極移動,故B項錯誤;放電時,陽離子由負極移向正極,故C項正確;充電時,陽極失電子發(fā)生氧化反應,故D項錯誤。 答案解析關閉C-41-基礎梳理考點突破方法指導 新型化學電源解題技巧1.新型電池“放電”時正極、負極的判斷2.新型電池“放電”時電極反應式的書寫首先分析物質得失電子的情況,然后再考慮電極反應生成的物質是否跟電解質溶液中的離子發(fā)生反應。對于較為復雜的電極反應式,可以利用“總反應式-較簡單一極的電極反應式=較復雜一極的電極反應式”的方法解決。-42-基礎梳理考點突破3.新型電池“充、放”電時離子移動的方向-43-基礎梳理考點突破跟蹤訓練跟蹤訓練6.(2017河南安陽調研)中科院寧波材料所在金屬空氣電池的研發(fā)中獲得重大突破。該電池的工作原理如圖所示:下列有關說法正確的是()A.電池工作時,負極附近溶液的pH升高B.電路中轉移2mol電子,理論上約消耗標準狀況下空氣56LC.電池工作時,電流由M極經(jīng)外電路流向N極D.電池總反應為4Al+3O2=2Al2O3、2Mg+O2=2MgO 答案解析解析關閉金屬空氣電池中金屬作負極,發(fā)生氧化反應,正極上空氣中的氧氣發(fā)生還原反應。電池工作時,負極鎂、鋁失去電子變成離子與氫氧根結合生成氫氧化鎂、氫氧化鋁,水的電離平衡被破壞,氫離子濃度增大,負極附近溶液的pH降低,A項錯誤;電路中轉移2 mol電子,理論上約消耗氧氣0.5 mol,折合成空氣2.5 mol,標準狀況下體積為56 L,B項正確;電池工作時,電子由M極經(jīng)外電路流向N極,C項錯誤;電池工作時,負極生成氫氧化鎂、氫氧化鋁,D項錯誤。 答案解析關閉B-44-基礎梳理考點突破A.電極b是正極B.質子從b極移向a極C.處理后的廢水pH降低D.a極的電極反應式: 答案解析解析關閉 答案解析關閉-45-單池原電池與鹽橋原電池的對比單池原電池與鹽橋原電池的對比 -46-47-下列敘述中正確的是()A.甲組操作時,電流表(A)指針發(fā)生偏轉B.甲組操作時,溶液顏色變淺C.乙組操作時,C4作正極D.乙組操作時,C3上發(fā)生的電極反應為I2+2e-=2I- 答案解析解析關閉 答案解析關閉-48-跟蹤訓練跟蹤訓練1.(2016江蘇蘇北四市第二次聯(lián)考)一種微生物燃料電池如圖所示,下列關于該電池說法正確的是()A.a電極發(fā)生還原反應B.H+由右室通過質子交換膜進入左室C.b電極的反應為+10e-+12H+=N2+6H2OD.電池工作時,電流由a電極沿導線流向b電極 答案解析解析關閉 答案解析關閉-49-2.(2016河北衡水壓軸題,節(jié)選)高鐵酸鉀(K2FeO4)不僅是一種理想的水處理劑,而且高鐵電池的研制也在進行中。如圖1是高鐵電池的模擬實驗裝置:-50-(1)該電池放電時正極的電極反應式為;若維持電流強度為1A,電池工作十分鐘,理論消耗Zng(已知F=96500Cmol-1)。(2)鹽橋中盛有飽和KCl溶液,此鹽橋中氯離子向(填“左”或“右”)移動;若用陽離子交換膜代替鹽橋,則鉀離子向(填“左”或“右”)移動。(3)圖2為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線,由此可得出高鐵電池的優(yōu)點有。-51-52-1.原電池中的能量轉化及本質(1)能量轉化:化學能轉化為電能。(2)反應本質:自發(fā)進行的氧化還原反應。2.原電池中的4個“方向”(1)外電路中電子移動方向:負極正極。(2)外電路中電流方向:正極負極。(3)電池內部離子移動方向:陰離子負極,陽離子正極。(4)鹽橋中(含飽和KCl溶液)離子移動方向:K+正極,Cl-負極。3.判斷原電池正負極的6種方法電極材料、電極現(xiàn)象、電子移動方向、離子移動方向、得失電子、電解質溶液。-53-54-1234561.(人教版必修2P454改編)下列裝置不能形成原電池的是() 答案解析解析關閉A、B、D項都具有活動性不同的電極、電解質溶液、閉合回路及自發(fā)進行的氧化還原反應,均能構成原電池;C項中酒精為非電解質,不能構成原電池。 答案解析關閉C-55-1234562.(人教版選修4P783改編)鎳鎘(Ni-Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用。已知某鎳鎘電池的電解質溶液為KOH溶液,其充、放電按下式進行:Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。有關該電池的說法正確的是()A.放電時負極附近溶液的堿性不變B.放電時電解質溶液中的OH-向正極移動C.放電時正極反應為NiOOH+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-D.放電時Cd在正極上放電 答案解析解析關閉放電時Cd作負極,發(fā)生Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2,堿性減弱,A、D錯誤;放電時電解質溶液中的OH-向負極移動,B錯誤;放電時正極反應式為NiOOH+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-,C正確。 答案解析關閉C-56-1234563.(2017廣西柳州模擬)鋅-空氣燃料電池可作電動車動力電源,電解質溶液為KOH溶液,反應為2Zn+O2+2H2O+4OH-=。下列說法正確的是()A.放電時,電解質溶液中K+移向負極B.放電時,電解質溶液的pH不變C.充電時,陰極的反應為+2e-Zn+4OH-D.充電時,當有4.48L氧氣(標準狀況下)釋放出來時,則析出固體Zn為13g 答案解析解析關閉 答案解析關閉-57-123456 答案解析解析關閉 答案解析關閉-58-1234565.(2015課標全國,11)微生物電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置,其工作原理如圖所示。下列有關微生物電池的說法錯誤的是()A.正極反應中有CO2生成B.微生物促進了反應中電子的轉移C.質子通過交換膜從負極區(qū)移向正極區(qū)D.電池總反應為C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O 答案解析解析關閉C6H12O6中C的平均化合價為0價,二氧化碳中C的化合價為+4價,所以生成二氧化碳的反應為氧化反應,故CO2在負極生成,A選項錯誤;在微生物的作用下,該裝置為原電池裝置,反應速率加快,所以微生物促進了反應的發(fā)生,B項正確;質子交換膜只允許質子(即H+)通過,原電池中陽離子向正極移動,C項正確;電池的總反應實質是C6H12O6的氧化反應,D項正確。 答案解析關閉A-59-1234566.(1)(2015課標全國,26)酸性鋅錳干電池是一種一次性電池,外殼為金屬鋅,中間是碳棒,其周圍是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過程產(chǎn)生MnOOH。該電池的正極反應式為,電池反應的離子方程式為。維持電流強度為0.5A,電池工作5分鐘,理論上消耗鋅g。(已知F=96500Cmol-1)(2)(2013課標全國,27)鋰離子電池的應用很廣,其正極材料可再生利用。某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰(LiCoO2),導電劑乙炔黑和鋁箔等。充電時,該鋰離子電池負極發(fā)生的反應為6C+xLi+xe-=LixC6。充放電過程中,發(fā)生LiCoO2與Li1-xCoO2之間的轉化,寫出放電時電池反應方程式。利用“放電處理”回收鋰電池中的金屬鋰,“放電處理”有利于鋰在正極的回收,其原因是。-60-123456-61-123456