高中化学高考总复习 第六单元 化学反应与能量 第2节 原电池 化学电源

同元素的金属阳离子
↓ 画出装置 图
结合要求及反应特点,画出原电池装置图,标出 — 电极材料名称、正极和负极及电解质溶液等
考点二 化学电源 必备知识 自主预诊 知识梳理 1.一次电池
碱性 锌锰 干电 池
负极材料: Zn 电极反应: Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2 正极材料: MnO2 电极反应:2MnO2+2H2O+2e-==2MnO(OH)+2OH总反应: Zn+2MnO2+2H2O==2MnO(OH)+
在形式分别是 Fe(OH)3 和 Zn(OH)2。
易错警示 原电池电极反应书写时的注意事项 (1)负失氧、正得还。 (2)注意溶液的酸碱性,视情况在电极反应方程式两边添加H+、OH-、H2O 等,使其符合电荷守恒和质量守恒。 (3)注意电极反应产物是否与电解质溶液反应。 (4)活泼金属不一定为负极,如镁、铝和氢氧化钠溶液组成的电池中,铝为 负极。
4.原电池中的三个移动方向 (1)电子移动方向:从负极流出沿导线流入正极。 (2)电流方向:从正极沿导线流向负极。 (3)离子迁移方向:电解质溶液中,阴离子向负极迁移,阳离子向正极迁移。 温馨提示在原电池反应过程中,“离子不上线,电子不下水”。
5.原电池原理的四大应用 (1)比较金属的活泼性强弱。 原电池中,负极一般是活泼性较强的金属,正极一般是活泼性较弱的金属 (或非金属)。 (2)加快化学反应速率。 氧化还原反应形成原电池时,反应速率加快。
式。
并利用模型揭示其本质及规律。
3. 了 解 常 见 化 学 3.科学态度与社会责任:具有可持续发展意识和绿
电源的种类及其 色化学观念,能对与原电池有关的社会热点问题作
工作原理。
出正确的价值判断。
考点一 原电池的工作原理 必备知识 自主预诊
知识梳理 1.原电池定义及本质 原电池是把化学能转化为电能的装置。其反应本质是自发进行的 氧化还原反应。
2.原电池的构成条件
电极 溶液 回路 本质
两极为导体,且存在活动性差异(燃料电池除外) 两极插入电解质溶液中 形成闭合回路或两极直接接触 看能否自发地发生氧化还原反应
3.原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)
电极名称
负极
正极
电极材料
锌片
铜片
电极反应
Zn-2e- ==Zn2+
Cu2++2e- ==Cu
储能电池。右图中的电池反应为2Na+xS
下列说法错误的是( )
········
A.Na2S4 的电子式为 Na+[··S····S····S····S····]2-Na+
B.放电时正极反应为xS+2Na++2e-==Na2Sx C.Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极 D.该电池是以Na-β-Al2O3为隔膜的二次电池
(3)Cu-2e-==Cu2+ (4)FeO42-+3e-+4H2O==Fe(OH)3↓+5OH2FeO42-+8H2O+3Zn==2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-
解析 (1)Fe比Cu活泼,Fe为负极,电极反应为Fe-2e-==Fe2+;Cu为正极,电极反 应为2H++2e-==H2↑。 (2)由Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池,正极为Cu,电极反应为Fe3++e==Fe2+;负极为Pb,电极反应为Pb-2e-==Pb2+。 (3)由Al、Cu与浓硝酸组成的原电池,Al遇浓硝酸钝化,Cu为负极,电极反应 为Cu-2e-==Cu2+。 (4)K2FeO4-Zn 组成的碱性电池,K2FeO4 在电池中为正极材料,FeO42-中+6 价 铁元素被还原为 Fe(OH)3 中+3 价铁元素,其电极反应为 FeO42-+3e+4H2O==Fe(OH)3+5OH-;书写总反应的离子方程式时,要明确 Fe 和 Zn 的存
燃料电池的电极本身不参与反应,燃料和氧化剂连续地由 外部供给并在电极上进行反应
(2)以CO为燃料气,请分别写出电解质符合下列条件的正、负极的电极反
应和总反应。
电解质类型
电极反应或总反应
正极
O2+4e-+4H+==2H2O
①酸性介质 ②碱性介质
规律小结 判断原电池正、负极的五种方法
注意:原电池的正极和负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关, 不能认为活泼金属电极一定为负极。
考向2 原电池电极反应的书写 【典例 2】 Al-MnO4- 电池是一种高能电池,以 Ga2O3 为缓蚀剂,其示意图如图 所示。已知电池总反应为 Al+MnO4- =wenku.baidu.comAlO2-+MnO2。下列说法正确的是( ) A.正极的电极反应为 MnO4- +4H++3e-==MnO2+2H2O B.电池工作时,电子由 Al 经电解质溶液流向 Ni
上金属铝失电子,发生氧化反应,电极反应为 Al-3e-+4OH-==AlO2- +2H2O,C 正确;电池工作时,正极的电极反应为 MnO4- +2H2O+3e-==MnO2+4OH-,则 Ni 电极周围溶液 pH 增大,D 错误。
对点演练2(1)在Fe、Cu和稀硫酸组成的原电池中,负极反应
为
,正极反应为
答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)× (7)×
2.在如图所示的4个装置中,不能形成原电池的是
出原因
。
(填序号),并指
答案 ①④ ①中酒精是非电解质;④中未形成闭合回路
关键能力 考向突破
考向1 原电池工作原理
【典例1】 (2020天津化学,11)熔融钠-硫电池性能优良,是具有应用前景的
Na2Sx(x=5~3,难溶于熔融硫)。
答案 C 解析 根据化学键形成条件,Na+与S42-之间形成离子键,硫原子之间形成共 价键,所以 Na2S4 的电子式为 Na+[··S······S······S······S······]2-Na+,A 项正确;该电池放电时, 正极发生还原反应,其电极反应为 xS+2Na++2e-==Na2Sx,B 项正确;该电池
2PbSO4+2H2O
3.燃料电池
(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分为酸性和碱性两种。
类型
酸性
碱性
负极反应 正极反应 电池总 反应
2H2-4e-==4H+ O2+4H++4e-==2H2O
2H2+O2==2H2O
2H2+4OH--4e-==4H2O O2+2H2O+4e-==4OH-
特点
答案 (1)Cu AgNO3 (2)正 Ag++e-==Ag (3)Cu(NO3)2
方法点拨 设计原电池的步骤 拆分反应 — 将氧化还原反应分成两个半反应
↓ 选择电极 材料
还原剂(一般为比较活泼的金属)为负极,活泼性 — 比负极弱的金属或非金属导体为正极
↓ 构成闭合 回路
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
第六单元 第2节 原电池 化学电源
备考要点
素养要求
1. 理 解 原 电 池 的 1.变化观念与平衡思想:认识原电池的本质是氧化
构成、工作原理 还原反应。能多角度、动态地分析原电池中物质
及应用。
的变化及能量的转换。
2. 能 书 写 电 极 反 2.证据推理与模型认知:能利用典型的原电池装置,
应和总反应方程 分析原电池原理,建立解答原电池问题的思维模型,
对点演练3依据氧化还原反应:2Ag+(aq)+Cu(s) ==Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原
电池如图所示(盐桥中装有含KNO3饱和溶液的琼胶)。
请回答下列问题:
(1)电极X的材料是
;电解质溶液的溶质Y是
(填
化学式)。
(2)银电极为电池的
极,其电极反应
为 (3)盐桥中的NO3−移向
。 溶液。
()
(5)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动,盐桥中的阳离子向正极移 动。( ) (6)某原电池反应为Cu+2AgNO3==Cu(NO3)2+2Ag,装置中的盐桥内可以是 含KCl饱和溶液的琼脂。( ) (7)因为铁的活泼性强于铜,所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成 原电池,必是铁为负极、铜为正极。( )
B.b>c>d>a
C.d>a>b>c
D.a>b>d>c
答案 C 解析 把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④,则由实验①可知,a 为原电池负极,b为原电池正极,金属活泼性:a>b;由实验②可知,b极有气体 产生,c极无变化,则活泼性:b>c;由实验③可知,d极溶解,则d为原电池负极,c 为正极,活泼性:d>c;由实验④可知,电流从a极流向d极,则d极为原电池负 极,a极为原电池正极,活泼性:d>a。综上所述可知活泼性:d>a>b>c。
考向3 原电池原理的应用 【典例3】 有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象 如下:
实验 装置
部分实 a 极 质 量 减 少 ;b b极有气体产生 d极溶解;c极 电流从a极流
验现象 极质量增加
;c极无变化
有气体产生 向d极
由此可判断这四种金属的活泼性顺序是( )
A.a>b>c>d
,电池总反应
为
。
(2)由Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池,其正极反应
为
,负极反应为
。
(3)由Al、Cu与浓硝酸组成的原电池,其负极反应为
。
(4)与MnO2-Zn电池类似,K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池,K2FeO4在电池中
作为正极材料,其电极反应为
,该电池总反应的离子
方程式为
。
答案 (1)Fe-2e-==Fe2+ 2H++2e-==H2↑ Fe+2H+==Fe2++H2↑ (2)Fe3++e-==Fe2+ Pb-2e-==Pb2+
自我诊断 1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。 (1)理论上,任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池。( ) (2)在原电池中,发生氧化反应的一极一定是负极。( ) (3)在锌铜原电池中,因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路,所以有电 流产生。( ) (4)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极,活泼金属一定为负极。
的正极反应物是 S,C 项错误;该电池能充电,所以为二次电池,D 项正确。
对点演练1图中四种电池装置是依据原电池原理设计的,下列有关叙述错 误的是( ) A.①中锌电极发生氧化反应 B.②中电子由a电极经电流表流向b电极 C.③中电流由A电极流向B电极 D.④中LixC6作负极
答案 C 解析 ①中锌、铁为电极,较活泼的锌为负极,失去电子发生氧化反应,A正 确;②中NH3转化为N2,氮元素化合价升高,发生氧化反应,a电极为负极,电子 由负极经外电路流向正极,B正确;③中根据离子的移动方向,A电极为负极, 电流由正极(B电极)流向负极(A电极),C错误;④中根据电子流向判断出 LixC6为负极,D正确。
Zn(OH)2
锌银 电池
负极材料: Zn 电极反应: Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2 正极材料: Ag2O 电极反应: Ag2O+H2O+2e-==2Ag+2OH总反应: Zn+Ag2O+H2O==Zn(OH)2+2Ag
2.二次电池 铅酸蓄电池是一种常见的二次电池,总反应为
Pb+PbO2+2H2SO4
电极质量变化 减小
增大
反应类型
氧化反应
还原反应
电子流向
由Zn沿导线流向Cu
盐桥中离
盐桥中装有含饱和KCl溶液的琼胶,K+移向正极,Cl-移
子移向
向负极。
a.连接内电路形成闭合回路。 盐桥作用
b.维持两电极电势差(中和电荷),使电池能持续提供电流。 原电池Ⅰ:温度升高,化学能转化为电能和热能,两极反应在 装置差 同一溶液中,部分Zn与Cu2+直接反应,使电池效率降低; 异比较 原电池Ⅱ:温度不变,化学能只转化为电能,两极反应在不同 溶液中,Zn与Cu2+隔离,电池效率提高,电流稳定。
C.负极反应为 Al-3e-+4OH-==AlO2- +2H2O D.电池工作时,Ni 电极周围溶液 pH 减小
答案 C 解析 题给电池 Al 是负极,Ni 是正极,电解质溶液呈碱性,MnO4- 在正极上发 生得电子的还原反应,即 MnO4- +2H2O+3e-==MnO2+4OH-,A 错误;电池工作 时,电子由负极经外电路流向正极,但是不会经过电解质溶液,B 错误;负极
(3)用于金属的防护。 将需要保护的金属制品作为原电池的正极而受到保护。如要保护一个铁 质的输水管道不被腐蚀,可用导线将其与一块锌块相连,锌块为原电池的负 极。 (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根据原电池的工作原理,结合两个半反应,选择正、负电极材料以及电解 质溶液。