高考化学一轮总复习第6章化学反应与能量第2讲原电池化学电源课件

增素能 精准突破
考点一 原电池原理及其应用
考向1.原电池的工作原理
典例突破
某学习小组设计如图所示原电池装置。该电池总反应为Cl-+Ag+ ===
AgCl↓。下列说法正确的是(
)
A.放电时,X电极发生还原反应
B.放电时,Y电极反应式为
Ag++e- === Ag
C.放电时,盐桥中K+向盛有NaCl
溶液的烧杯中移动
(2)在大部分原电池反应中,金属活泼性较强的作负极,另一电极作正极。
但在某些特殊条件下例外,如:
①冷的浓硝酸作电解质溶液,金属铁或铝与金属铜作电极时,铁或铝在冷的
浓硝酸中钝化,金属活动性弱的铜与浓硝酸发生反应,作负极。
②NaOH溶液作电解质溶液,金属镁与金属铝作电极时,因铝能与NaOH溶
液反应,作负极,而金属活泼性强的镁只能作正极。
+ · · · · · 2-
········
B.放电时正极反应为 xS+2Na++2eNa2Sx
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
)
答案 C
2-
解析 根据化学键形成条件,Na+与S4 之间形成离子键,硫原子之间形成共价
········
(3)反应达到平衡时,外电路导线中
。
(填“有”或“无”)电流通过。
(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,当固体全部溶解后,则此时该
溶液中的电极变为
(填“正”或“负”)极。
答案 (1)如下图(答案合理即可)
(2)2I--2e- === I2
(3)无
(4)负
解析 (1)先分析氧化还原反应,找出正、负极反应,即可确定电极材料和正、
二、化学电源
1.一次电池
碱
性
锌
锰
电
池
负极材料: Zn
电极反应: Zn+2OH--2eZn(OH)2
正极材料: MnO2
电极反应:
2MnO2+2H2O+2e2MnO(OH)+2OH总反应:
Zn+2MnO2+2H2O
2MnO(OH)+Zn(OH)2
锌
银
电
池
负极材料: Zn
电极反应:
Zn+2OH--2eZn(OH)2
续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
应或总反应。
电解质类型
①酸性介质
②碱性介质
电极反应或总反应
正极
O2+4e-+4H+
负极
2CO-4e-+2H2O
总反应
2CO+O2
正极
O2+4e-+2H2O
负极
2CO-4e-+8OH-
2CO23 +4H2O
总反应
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。
(
×
(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。(
×
)
)
应用提升 (1)“活泼”是指相对活泼而不是绝对活泼。
时,X电极会有0.1 mol Ag失去0.1 mol电子生成银离子,银离子会与氯离子
反应生成氯化银沉淀,故X电极质量增加3.55 g,D错误。
针对训练
1.根据化学反应设计原电池(选用相同的盐桥)时,下列各项合理的是(
选项
正极(金属/电解质溶液)
负极(金属/电解质溶液)
A
Zn/ZnSO4溶液
Fe/稀硫酸
电极名称 负极
正极
盐桥中离 盐桥中装有含饱和KCl溶液的琼脂,K+移向 正 极,Cl-移向
子移向
负 极。
①连接内电路形成闭合回路。
盐桥作用
②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,两极反应在同一
装置差
溶液中,部分Zn与Cu2+直接反应,使电池效率降低;
④熔融碳酸盐
(CO23 )
2O22CO2
2CO2
2CO23
2CO2
4CO2
(3)铝—空气—海水电池
负极材料为铝片,正极材料为铂片,电解质溶液为海水。
负极反应:
4Al-12e- === 4Al3+
正极反应:
3O2+12e-+6H2O === 12OH-
。
4Al+3O2+6H2O === 4Al(OH)3
· · · · 2+
键,所以 Na2S4 的电子式为 Na+[·
S
S
S
S
]
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。
归纳总结
正极材料: Ag2O
电极反应:
Ag2O+H2O+2e2Ag+2OH总反应:
Zn+Ag2O+H2O
Zn(OH)2+2Ag
2.二次电池
两个电极均参与电极反应;“放电”为原电池原理,“充电”为电解原理
铅酸蓄电池是一种常见的二次电池,总反应为
Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O。
3.燃料电池
B
Fe/FeCl2溶液
Zn/ZnSO4溶液
C
Zn/稀硫酸
Fe/FeCl2溶液
D
Fe/ZnSO4溶液
Zn/FeCl2溶液
)
答案 B
解析 原电池中,负极材料的活动性一般强于正极材料,Zn比Fe活泼,形成原
电池时Zn作负极,A、C项均错误;使用盐桥,形成双液原电池时,为得到稳定
电流,正极、负极半电池中的电解质溶液一般是电极金属材料形成的盐溶
实验
装置
部分实
验现象
a 极质量减少;b 极质量增加
b 极有气体产生;c 极无变化
实验
装置
部分实验现象
d 极溶解;c 极有气体产生 电流从 a 极流向 d 极
由此可判断这四种金属的活泼性顺序是(
A.a>b>c>d
B.b>c>d>a
C.d>a>b>c
)
D.a>b>d>c
答案 C
解析 把四个实验依次编号为①②③④,则由实验①可知,a作原电池负极,b
其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电
判断原电池正、负极的五种方法
考向2.原电池原理的应用
典例突破
某校化学兴趣小组进行探究性活动:将氧化还原反应2Fe3++2I2Fe2++I2设计成带盐桥的原电池。提供的试剂:FeCl3溶液、KI溶液;其他用
品任选。回答下列问题:
(1)画出设计的原电池装置图,并标出电极材料、
电极名称及电解质溶液。
(2)发生氧化反应的电极反应为
原电池是把
自发进行
化学
的
能转化为
氧化还原
2.原电池的装置模型
电 能的装置。其反应本质是
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
锌片
电极材料
电极反应
正极
Zn-2e-===Zn2+
电极质量变化
减小
反应类型
氧化
电子流向
铜片
由
Zn
Cu2++2e-===Cu
增大
还原
反应
沿导线流向
Cu
反应
(4)用于金属的防护:将需要保护的金属制品作原电池的
护。
正极
而受到保
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(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
负极区的电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极是负极,负极上I-失电子变
成I2。(3)反应达到平衡时,无电子移动,故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3
溶液中加入少量FeCl2固体,平衡逆向移动,此时Fe2+失电子,该溶液中的电
极变成负极。
针对训练
1.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:
× )
(8)熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)环境下,甲烷燃料电池正极电极反应为
-
O2+4e +2CO2
22CO3 。(
√ )
应用提升 因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同,所以电极反
应式的书写必须考虑介质环境。碱性介质中,不可能释放CO2气体,也不可
能有H+的参与或生成,而酸性溶液中不可能有OH-的参与或生成。
3.(1)微生物燃料电池是
指在微生物的作用下将
化学能转化为电能的装
置。某微生物燃料电池
的工作原理如下图所示:
①HS-在硫氧化菌作用下转化为 SO24 的电极反应式
是
。
②若维持该微生物电池中两种细菌的存在,则电池可以持续供电,原因
是
。
(2)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。基本结构如图所示,
。
总反应:
。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)碱性锌锰干电池是一次电池,其中MnO2是催化剂,可使锌锰干电池的比
能量高、可储存时间长。(
×
)
(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。(
×
)
(3)铅酸蓄电池放电时,正极与负极质量均增加。(
√
)
(4)若使反应 Fe+2Fe
料。(
D.外电路中每通过0.1 mol e-,X
电极质量增加14.35 g
答案 B
解析 该原电池X电极反应式为Ag-e-+Cl- === AgCl,发生氧化反应,A错误;Y
电极为原电池正极,电极反应式为Ag++e- === Ag,B正确;放电时,盐桥中的钾
离子向正极移动,X电极为负极,故C错误;放电时,当电路中转移0.1 mol e-
×
3+
3Fe2+以原电池方式进行,可用锌、铁为电极材
)
(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能。(
×
)
(6)固体电解质(高温下能传导 O2-)甲醇燃料电池负极反应为
2CH3OH-12e-+6O2-
2CO2↑+4H2O。(
√ )
(7)碱性氢氧燃料电池中负极反应为 2H2-4e-
4H+。(
应,B项正确;放电时阳离子移向正极,C项错误;原电池是把化学能转化为电
能的装置,D项错误。
3. 熔融钠—硫电池性能优良,是具有应用前景的储能电池。下图中的电池
反应为2Na+xS
Na2Sx(x=5~3,难溶于熔融硫)。下列说法错误的是(
········
A.Na2S4 的电子式为 Na [·S·S·S·S·] Na+
是(
)
选项
A
B
C
D
电极材料
Cu、Zn
Cu、C
Fe、Zn
Cu、Ag
电解液
FeCl3
Fe(NO3)2
CuSO4
Fe2(SO4)3
答案 D
解析 由题意知,Cu为负极材料,正极材料的金属活动性必须弱于Cu,其中B、
D项符合该条件;由Fe3+得电子生成Fe2+知,电解质溶液中必须含有Fe3+,同
时符合上述两个条件的只有D项。
燃料为负极反应物;将化学能直接转化为电能
(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
2H2-4e-
正极反应
O2+4H++4e-
电池总反应
2H2+O2
特点
2H2+4OH--4e-
4H+
2H2O
O2+2H2O+4e-
4H2O
4OH-
2H2O
燃料电池的电极本身不参与反应, 燃料和氧化剂由外部连
液,D项错误,B项正确。
2.火星大气中含有大量CO2,一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为
火星探测器供电。该电池以金属钠为负极,碳纳米管为正极,放电时(
A.负极上发生还原反应
)
源自文库
B.CO2在正极上得电子
C.阳离子由正极移向负极 D.将电能转化为化学能
答案 B
解析 电池的负极发生氧化反应,A项错误;CO2在正极上得电子发生还原反
2CO+O2+4OH-
2CO23 +2H2O
2H2O
2CO2+4H+
2CO2
4OH-
电解质类型
电极反应或总反应
③固体氧化物(其中 正极
O2+4e-
O2-可以在固体介质 负极
2CO-4e-+2O2-
中自由移动)
总反应
2CO+O2
正极
O2+4e-+2CO2
负极
2CO-4e-+2CO23
总反应
2CO+O2
作原电池正极,金属活动性:a>b;由实验②可知,b极有气体产生,c极无变化,
则金属活动性:b>c;由实验③可知,d极溶解,则d作原电池负极,c作正极,金属
活动性: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,金属活动性:d>a。综上所述可知活动性:d>a>b>c。
2.某原电池总反应为Cu+2Fe3+ === Cu2++2Fe2+,下列能实现该反应的原电池
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
4.原电池的应用
(1)设计制作化学电源
(2)比较金属的活泼性强弱:原电池中,负极一般是活泼性
正极一般是活泼性
较弱
较强
的金属,
的金属(或非金属)。
氧化反应和还原反应分别在两个电极进行
(3)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。
第六章
第2讲 原电池 化学电源
【课程标准】
1.能分析、解释原电池的工作原理,能设计简单的原电池。
2.能列举常见的化学电源,并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。
3.能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题,
如新型电池的开发等。
强基础 增分策略
一、原电池的工作原理
1.原电池定义及本质