第2節(jié)原電池化學(xué)電源-2-考綱要求:1.了解原電池的工作原理,能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。

2.了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理。-3-基礎(chǔ)梳理考點突破考點一

原電池及其工作原理1.定義原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2.工作原理以銅鋅原電池為例:-4-基礎(chǔ)梳理考點突破(1)原理分析。

-5-基礎(chǔ)梳理考點突破(2)兩種裝置比較。①鹽橋的作用:a.連接內(nèi)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。②裝置Ⅰ中有部分Zn與Cu2+直接反應(yīng),使電池效率降低;裝置Ⅱ中使Zn與Cu2+隔離,電池效率提高,電流穩(wěn)定。3.原電池構(gòu)成的條件(1)原理條件:能夠自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。(2)裝置條件:①兩個活潑性不同的電極(燃料電池例外)。②電極插入電解質(zhì)溶液中。③整個裝置構(gòu)成閉合回路。-6-基礎(chǔ)梳理考點突破自主鞏固

判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)(2015廣東理綜)原電池可將化學(xué)能轉(zhuǎn)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(yīng)是放熱反應(yīng),此反應(yīng)可以設(shè)計成原電池

(×)(3)Fe+CuSO4 FeSO4+Cu的反應(yīng)可以設(shè)計成原電池

(√)(4)氧化還原反應(yīng)2H2O 2H2↑+O2↑可以設(shè)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(yīng)的一極一定是負(fù)極

(√)(7)在原電池中,負(fù)極材料的活潑性一定比正極材料強

(×)-7-基礎(chǔ)梳理考點突破1.圖解原電池工作原理

-8-基礎(chǔ)梳理考點突破2.原電池中正、負(fù)極的判斷判斷原電池的正負(fù)極需抓住閉合回路和氧化還原反應(yīng)進(jìn)行分析,如圖注意:原電池的正負(fù)極與電極材料的性質(zhì)有關(guān),也與電解質(zhì)溶液有關(guān),不要形成思維定式——活潑金屬一定是負(fù)極。如Al、Mg和NaOH溶液構(gòu)成的原電池中,Al為負(fù)極,Mg為正極。-9-基礎(chǔ)梳理考點突破例1(2015陜西寶雞質(zhì)檢)某準(zhǔn)晶體X由一定比例的Al、Fe、Cu組成,取兩小塊該準(zhǔn)晶體:一塊投入到盛KOH溶液的燒杯①中;另一塊投入到盛稀硫酸的燒杯②中,兩燒杯中固體均被液體浸沒。下列分析合理的是(

)A.燒杯①中若構(gòu)成微型電池,正極反應(yīng)為4OH--4e- 2H2O+O2↑B.燒杯①中若鋁、銅作電極構(gòu)成微型電池,負(fù)極反應(yīng)為Al-3e-+3OH-Al(OH)3C.燒杯②中可能構(gòu)成三種微型電池,且正極反應(yīng)相同D.燒杯②溶液最終呈藍(lán)色答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-10-基礎(chǔ)梳理考點突破答題模板:電極反應(yīng)式書寫的三個步驟列物質(zhì)標(biāo)得失—按照負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),正極發(fā)生還原反應(yīng),判斷出電極反應(yīng)物和產(chǎn)物,找出得失電子的數(shù)量。看環(huán)境配守恒—電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中,應(yīng)能穩(wěn)定存在,如堿性介質(zhì)中生成的H+應(yīng)讓其結(jié)合OH-生成水。電極反應(yīng)式要遵守電荷守恒和質(zhì)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(yīng)式相加,與總反應(yīng)方程式對照驗證。-11-基礎(chǔ)梳理考點突破跟蹤訓(xùn)練

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(guān)敘述正確的是(

)A.銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)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(zhì)量增加D.陰陽離子分別通過交換膜向負(fù)極和正極移動,保持溶液中電荷平衡答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-12-基礎(chǔ)梳理考點突破2.(2015江西景德鎮(zhèn)聯(lián)考)某原電池構(gòu)造如圖所示。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,電流表的指針仍發(fā)生偏轉(zhuǎn)C.外電路中每通過0.1mol電子,銅的質(zhì)量理論上減小6.4gD.原電池的總反應(yīng)式為Cu+2AgNO3 2Ag+Cu(NO3)2答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-13-基礎(chǔ)梳理考點突破3.(2015安徽安慶示范高中聯(lián)考)已知在酸性條件下發(fā)生的反應(yīng)為在堿性條件下發(fā)生的反應(yīng)為設(shè)計如圖裝置(C1、C2均為石墨電極),分別進(jìn)行下述操作:Ⅰ.向B燒杯中逐滴加入濃鹽酸Ⅱ.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)。-14-基礎(chǔ)梳理考點突破試回答下列問題:(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Ⅰ過程中C1棒上發(fā)生的反應(yīng)為

。

(4)操作Ⅱ過程中C2棒上發(fā)生的反應(yīng)為

。

(5)操作Ⅱ過程中,鹽橋中的K+移向

燒杯溶液(填“A”或“B”)。-15-基礎(chǔ)梳理考點突破-16-基礎(chǔ)梳理考點突破-17-基礎(chǔ)梳理考點突破考點二

原電池原理的應(yīng)用原電池在化工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究中的應(yīng)用1.加快氧化還原反應(yīng)速率一個自發(fā)的氧化還原反應(yīng),設(shè)計成原電池時反應(yīng)速率增大,例如Zn與稀硫酸反應(yīng)時加入少量的CuSO4溶液能使產(chǎn)生氫氣的速率加快。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(fù)極的金屬活動性比正極的強。3.用于金屬的防護(hù)使被保護(hù)的金屬制品作原電池的正極而得到保護(hù)。例如,保護(hù)鐵制輸水管或鋼鐵橋梁,可用導(dǎo)線將其和一塊鋅塊相連,使Zn作原電池的負(fù)極。-18-基礎(chǔ)梳理考點突破自主鞏固

填空。(1)用稀硫酸與鋅粒反應(yīng)制取氫氣,加入少量硫酸銅可以加快化學(xué)反應(yīng)速率的原因:Zn與CuSO4反應(yīng)生成Cu,形成銅鋅原電池,可以加快反應(yīng)速率。(2)A、B兩種金屬用導(dǎo)線連接,放入稀硫酸中,B的質(zhì)量逐漸減小,則兩種金屬的活動性A<B。-19-基礎(chǔ)梳理考點突破設(shè)計原電池(1)必須是能自發(fā)進(jìn)行且放熱的氧化還原反應(yīng)才能設(shè)計成原電池。(2)正、負(fù)極材料的選擇:根據(jù)氧化還原關(guān)系找出正、負(fù)極材料,一般選擇活潑性較強的金屬作為負(fù)極;活潑性較弱的金屬或可導(dǎo)電的非金屬(如石墨等)作為正極。(3)電解質(zhì)溶液的選擇:電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng),或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)(如溶解于溶液中的氧氣)。但如果氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋),則兩個容器中的電解質(zhì)溶液選擇與電極材料相同的陽離子,這樣可減少離子極化作用,便于電子和離子的移動,如在Cu-Zn構(gòu)成的原電池中,負(fù)極Zn浸泡在含有Zn2+的電解質(zhì)溶液中,而正極Cu浸泡在含有Cu2+的電解質(zhì)溶液中。-20-基礎(chǔ)梳理考點突破-21-基礎(chǔ)梳理考點突破例2(2013廣東理綜,33節(jié)選)能量之間可相互轉(zhuǎn)化:電解食鹽水制備Cl2是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,而原電池可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。設(shè)計兩種類型的原電池,探究其能量轉(zhuǎn)化效率。限選材料:ZnSO4(aq),FeSO4(aq),CuSO4(aq);銅片,鐵片,鋅片和導(dǎo)線。(1)完成原電池甲的裝置示意圖(如圖),并作相應(yīng)標(biāo)注。要求:在同一燒杯中,電極與溶液含相同的金屬元素。-22-基礎(chǔ)梳理考點突破(2)以銅片為電極之一,CuSO4(aq)為電解質(zhì)溶液,只在一個燒杯中組裝原電池乙,工作一段時間后,可觀察到負(fù)極

。

(3)甲乙兩種原電池中可更有效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是

,其原因是

。

(4)根據(jù)犧牲陽極的陰極保護(hù)法原理,為減緩電解質(zhì)溶液中鐵片的腐蝕,在限選材料中應(yīng)選

作陽極。-23-基礎(chǔ)梳理考點突破

答案:(1)(2)金屬逐漸溶解(3)甲甲電池(使用鹽橋)可以避免鋅和銅離子的接觸,從而避免能量損失,提高電池效率,提供穩(wěn)定的電流(4)Zn-24-基礎(chǔ)梳理考點突破解析:(1)因為題給圖中電子流向為從左到右,故左側(cè)為原電池的負(fù)極,右側(cè)為正極;所以設(shè)計原電池時可以在左側(cè)燒杯內(nèi)盛放ZnSO4(aq),電極選用鋅片,右側(cè)燒杯內(nèi)放CuSO4(aq),電極選用銅片。如圖:(2)由所給的電極材料可知,當(dāng)銅片作電極時,銅片一定是正極,則負(fù)極是活潑的金屬(失電子發(fā)生氧化反應(yīng)),反應(yīng)的現(xiàn)象是負(fù)極逐漸溶解。-25-基礎(chǔ)梳理考點突破(3)以Zn和Cu作電極為例,如果不用鹽橋則除了發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)外,還會使Zn和CuSO4直接反應(yīng),這時不能轉(zhuǎn)化為電能,而鹽橋的使用,可以避免Zn和Cu2+的接觸,從而避免電量損失,提高電池效率,提供穩(wěn)定的電流。(4)根據(jù)犧牲陽極的陰極保護(hù)法,可知被保護(hù)的金屬作陰極,比其活潑的金屬作陽極,即應(yīng)選Zn作為陽極。-26-基礎(chǔ)梳理考點突破易錯警示:原電池裝置圖常見失分點警示(1)沒有注明電極材料名稱或元素符號。(2)沒有畫出電解質(zhì)溶液(或畫出但不標(biāo)注)。(3)誤把鹽橋畫成導(dǎo)線。(4)沒有連成閉合回路。-27-基礎(chǔ)梳理考點突破跟蹤訓(xùn)練

1.①②③④四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可組成原電池。①②相連時,外電路電流從②流向①;①③相連時,③為正極;②④相連時,②上有氣泡逸出;③④相連時,③的質(zhì)量減少。據(jù)此判斷這四種金屬活動性由大到小的順序是(

)A.①③②④ B.①③④②C.③④②① D.③①②④答案解析解析關(guān)閉由原電池原理判斷金屬活動性,外電路電流從②流向①,②為正極,金屬活動性①>②;①③相連,③為正極,金屬活動性①>③;②④相連,②上有氣泡(H2)逸出,②為正極,金屬活動性④>②;③④相連,③質(zhì)量減少,則金屬活動性③>④,即金屬活動性順序為①>③>④>②,B正確。答案解析關(guān)閉B-28-基礎(chǔ)梳理考點突破2.向兩份等質(zhì)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(guān)系,其中正確的是(

)答案解析解析關(guān)閉因為b中有一部分鐵粉與硫酸銅反應(yīng)生成Cu,Fe、Cu和稀硫酸構(gòu)成原電池,使反應(yīng)速率加快,反應(yīng)完成所需的時間縮短,但產(chǎn)生氫氣的體積小于a。答案解析關(guān)閉B-29-基礎(chǔ)梳理考點突破3.根據(jù)下式所示的氧化還原反應(yīng)設(shè)計一個原電池:(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(fù)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(yīng)。-30-基礎(chǔ)梳理考點突破答案:(1)(2)(3)如圖所示:-31-基礎(chǔ)梳理考點突破解析:首先將已知的反應(yīng)拆成兩個半反應(yīng):然后結(jié)合原電池的電極反應(yīng)特點分析可知,該電池的負(fù)極應(yīng)該用Cu作材料,正極材料為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。-32-基礎(chǔ)梳理考點突破考點三

化學(xué)電源

-33-基礎(chǔ)梳理考點突破-34-基礎(chǔ)梳理考點突破自主鞏固

判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)Zn具有還原性和導(dǎo)電性,可用作鋅錳干電池的負(fù)極材料(√)(2)鉛蓄電池在放電過程中,負(fù)極質(zhì)量減小,正極質(zhì)量增加(×)(3)鋰碘電池的電池反應(yīng)為2Li(s)+I2(s) 2LiI(s),則碘電極作該電池的負(fù)極(×)(4)鉛蓄電池放電時的負(fù)極和充電時的陽極均發(fā)生氧化反應(yīng)(√)-35-基礎(chǔ)梳理考點突破利用“加減法”書寫原電池電極反應(yīng)式(1)先確定原電池的正、負(fù)極,列出正、負(fù)極上的反應(yīng)物,并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失。(2)根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理寫出電極反應(yīng)式。①負(fù)極反應(yīng)。負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。注意負(fù)極反應(yīng)生成的陽離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存。若不共存,則該電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式。-36-基礎(chǔ)梳理考點突破②正極反應(yīng)。正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。當(dāng)正極上的反應(yīng)物質(zhì)是O2時:若電解質(zhì)溶液為中性或堿性,則水必須寫入正極反應(yīng)式中,與O2生成OH-,寫為O2+2H2O+4e- 4OH-;若電解質(zhì)溶液為酸性,則H+必須寫入正極反應(yīng)式中,與O2生成水,寫為O2+4H++4e- 2H2O。(3)寫出電池總反應(yīng)方程式。結(jié)合電子守恒將正、負(fù)極電極反應(yīng)式相加即得到電池總反應(yīng)方程式。(4)若已知電池反應(yīng)的總反應(yīng)式,可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式,然后在電子守恒的基礎(chǔ)上,用總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式,即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。-37-基礎(chǔ)梳理考點突破例3(1)(2015江蘇化學(xué),10)一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。下列有關(guān)該電池的說法正確的是(

)-38-基礎(chǔ)梳理考點突破(2)(2015全國Ⅱ,26節(jié)選)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。回收處理該廢電池可得到多種化工原料。有關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示:-39-基礎(chǔ)梳理考點突破回答下列問題:①該電池的正極反應(yīng)式為

,電池反應(yīng)的離子方程式為

。

②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=96500C·mol-1)

-40-基礎(chǔ)梳理考點突破-41-基礎(chǔ)梳理考點突破-42-基礎(chǔ)梳理考點突破-43-基礎(chǔ)梳理考點突破-44-基礎(chǔ)梳理考點突破跟蹤訓(xùn)練

1.(2015全國Ⅰ,11)微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說法錯誤的是(

)A.正極反應(yīng)中有CO2生成B.微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移C.質(zhì)子通過交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)D.電池總反應(yīng)為C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O答案解析解析關(guān)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(yīng)為氧化反應(yīng),故CO2在負(fù)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(yīng)速率加快,所以微生物促進(jìn)了反應(yīng)的發(fā)生,B項正確;質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)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(yīng)實質(zhì)是C6H12O6的氧化反應(yīng),D項正確。答案解析關(guān)閉A-45-基礎(chǔ)梳理考點突破2.(2015黑龍江大慶質(zhì)檢)光電池是發(fā)展性能源。一種光化學(xué)電池的結(jié)構(gòu)如圖,當(dāng)光照在表面涂有氯化銀的銀片上時,AgCl(s)Ag(s)+Cl(AgCl)[Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化銀表面],接著Cl(AgCl)+e- Cl-(aq),若將光源移除,電池會立即恢復(fù)至初始狀態(tài)。下列說法不正確的是(

)A.光照時,電流由X流向YB.光照時,Pt電極發(fā)生的反應(yīng)為2Cl-+2e- Cl2↑C.光照時,Cl-向Pt電極移動D.光照時,電池總反應(yīng)為AgCl(s)+C