【步步高】（广西专用）高考化学一轮复习 第八章 原电池　化学电源学案.doc

学案38原电池化学电源考纲要求1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。知识点一原电池1概念把_能转化为_能的装置。2工作原理：(以锌铜原电池为例)电极名称负极正极电极材料电极反应反应类型电子流向由zn沿导线流向cu3.原电池构成条件(1)两个_的电极。(2)将电极插入_中。(3)用导线连接电极构成_。(4)能自发进行的_。总之原电池的工作原理和电子流向可用下列图示表示：问题思考1在原电池中是否较活泼金属一定作负极？2原电池内部阴、阳离子如何移动？3怎样判断原电池的正负极？知识点二化学电源1一次电池(1)碱性锌锰干电池负极反应：_；正极反应：2mno22h2o2e=2mnooh2oh；总反应式：zn2mno22h2o=2mnoohzn(oh)2。(2)锌银电池负极反应：_；正极反应：ag2oh2o2e=2ag2oh；总反应式：znag2oh2o=zn(oh)22ag。2二次电池(可充电，可多次重复使用)如铅蓄电池：h2so4作电解质溶液负极反应：_；正极反应：pbo22e4hso=pbso42h2o；总反应式：pbpbo22h2so4放电充电2pbso42h2o。问题思考4可充电电池充电时，电极与外接电源的正负极如何连接？发生什么变化？3燃料电池(1)氢氧燃料电池用酸性电解质时：负极：_；正极：_；总反应：h2o2=h2o。用naoh等碱性溶液时：负极：_；正极：_；总反应：h2o2=h2o。(2)ch4燃料电池：电解质为koh负极：_；正极：_；总反应：ch42o22koh=k2co33h2o。问题思考5氢氧燃料电池在碱性介质中如何反应？反应后溶液的碱性有何变化？一、原电池电极反应式的书写1一般电极反应式的书写步骤2复杂电极反应式的书写如ch4酸性燃料电池中，负极反应式为ch42o2co22h2o总反应式_正极反应式_负极反应式()典例导悟1科学工作者为心脏病人设计的心脏起搏器的电池是以pt和zn为电极材料，依靠人体内液体中含有一定浓度的溶解氧、h和zn2进行工作。回答下列问题：(1)正极材料是_，电极反应是_。(2)负极材料是_，电极反应是_。典例导悟2(2008广东，16改编)lifepo4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为fepo4li放电充电lifepo4，电池的正极材料是lifepo4，负极材料是石墨，含li导电固体为电解质。下列有关lifepo4电池说法正确的是()a可加入硫酸以提高电解质的导电性b放电时电池内部li向负极移动c充电过程中，电池正极材料的质量增加d放电时电池正极反应为fepo4lie=lifepo4听课记录：二、原电池原理的应用1加快氧化还原反应速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率_。例如，在zn与稀h2so4反应时加入少量cuso4溶液能使产生h2的速率_。典例导悟3将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加少量cuso4溶液，下图中产生h2的体积v(l)与时间t(min)的关系，其中正确的是()听课记录：2比较金属活动性强弱两种金属作原电池的两极时，其活泼性与正极、负极有什么关系？典例导悟4有a、b、c、d四种金属。将a与b用导线连接起来，浸入电解质溶液中，b不易腐蚀。将a、d分别投入等浓度盐酸中，d比a反应剧烈。将铜浸入b的盐溶液里，无明显变化。如果把铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是()ad、c、a、b bd、a、b、ccd、b、a、c db、a、d、c听课记录：3设计化学电源(1)设计原电池的一般思维方法是什么？(2)设计原电池时，对电解质溶液有何要求？若有盐桥时两个半电池中的电解质溶液是否相同？(3)在电极材料的选择使用方面有何要求？电极材料必须参与化学反应吗？典例导悟5根据下列氧化还原反应设计一个原电池：2fecl3fe=3fecl2。要求：(1)画出此原电池的装置图，装置可采用烧杯。(2)注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。(3)写出两个电极上发生的电极反应。题组一原电池正、负极的判断与电极反应式的书写1(2011福建理综，11)研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以lioh为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是()a水既是氧化剂又是溶剂b放电时正极上有氢气生成c放电时oh向正极移动d总反应为2li2h2o=2liohh22(2011安徽理综，12)研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为5mno22ag2nacl=na2mn5o102agcl下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是()a正极反应式：agcle=agclb每生成1 mol na2mn5o10转移2 mol电子cna不断向“水”电池的负极移动dagcl是还原产物3(2011广东理综，12)某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是()aa和b不连接时，铁片上会有金属铜析出ba和b用导线连接时，铜片上发生的反应为cu22e=cuc无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色da和b分别连接直流电流正、负极，电压足够大时，cu2向铜电极移动4(2010福建理综，11)铅蓄电池的工作原理为pbpbo22h2so4=2pbso42h2o，研读下图，下列判断不正确的是()ak闭合时，d电极反应式：pbso42h2o2e=pbo24hsob当电路中转移0.2 mol电子时，中消耗的h2so4为0.2 molck闭合时，中so向c电极迁移dk闭合一段时间后，可单独作为原电池，d电极为正极5(2010广东，23改编)铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是()a正极反应为zn2e=zn2b电池反应为zncu2=zn2cuc在外电路中，电子从正极流向负极d盐桥中的k移向znso4溶液题号12345答案题组二原电池原理的应用6(2011江苏，18)ag2o2是银锌碱性电池的正极活性物质，可通过下列方法制备：在koh溶液中加入适量agno3溶液，生成ag2o沉淀，保持反应温度为80 ，边搅拌边将一定量k2s2o8溶液缓慢加到上述混合物中，反应完全后，过滤、洗涤、真空干燥得固体样品。反应方程式为2agno34kohk2s2o8ag2o22kno32k2so42h2o回答下列问题：(1)上述制备过程中，检验洗涤是否完全的方法是_。(2)银锌碱性电池的电解质溶液为koh溶液，电池放电时正极的ag2o2转化为ag，负极的zn转化为k2zn(oh)4，写出该电池反应方程式：_。(3)准确称取上述制备的样品(设仅含ag2o2和ag2o)2.588 g，在一定条件下完全分解为ag和o2，得到224.0 ml o2(标准状况下)。计算样品中ag2o2的质量分数(计算结果精确到小数点后两位)。7(2009天津理综，10)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：(1)氢氧燃料电池的能量转化的主要形式是_，在导线中电子流动方向为_(用a、b表示)。(2)负极反应式为_。(3)电极表面镀铂粉的原因是_。(4)该电池工作时，h2和o2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：.2lih22lih.lihh2o=liohh2反应中的还原剂是_，反应中的氧化剂是_。已知lih固体密度为0.82 gcm3，用锂吸收224 l(标准状况)h2，生成的lih体积与被吸收的h2体积比为_。由生成的lih与h2o作用，放出的h2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为_mol。题组一原电池原理及其应用1理论上不能用于设计成原电池的反应是()ahclnaoh=naclh2oh0b2ch3oh(l)3o2(g)2co2(g)4h2o(l)h0c4fe(oh)2(s)2h2o(l)o2(g)=4fe(oh)3(s)h0d2h2(g)o2(g)=2h2o(l)h02x、y、z都是金属，把x投入z的硝酸盐溶液中，x的表面有z析出，x与y组成原电池时，y为电池的负极，x、y、z三种金属的活泼性顺序为()axyz bxzycyxz dyzx3(2011吉林模拟)依据氧化还原反应：2ag(aq)cu(s)=cu2(aq)2ag(s)设计的原电池如下图所示。请回答下列问题：(1)电极x的材料是_；电解质溶液y是_；(2)银电极为电池的_极，发生的电极反应为_；x电极上发生的电极反应为_；(3)外电路中的电子是从_电极流向_电极。题组二原电池正、负极的判断和电极反应式的书写4将两个铂电极插入koh溶液中，向两极分别通入ch4和o2，构成甲烷燃料电池。已知，通入ch4的一极，其电极反应式是ch410oh8e=co7h2o；通入o2的另一极，其电极反应式是2o24h2o8e=8oh。下列叙述不正确的是()a通入ch4的电极为负极b正极发生氧化反应c燃料电池工作时，溶液中的oh向负极移动d该电池使用一段时间后应补充koh5科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它以丙烷气体为燃料。电池中的一极通入空气，另一极通入丙烷气体，电解质是固态氧化物，在熔融状态下能传导o2。下列对该燃料电池的说法不正确的是()a在熔融电解质中，o2由负极移向正极b该电池的总反应是c3h85o2=3co24h2oc电路中每通过5 mol电子，约有5.6 l标准状况下的丙烷被完全氧化d通入丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应为c3h820e10o2=3co24h2o6(2011宁波质检)一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是()ach3oh(g)o2(g)2e=h2o(l)co2(g)2h(aq)bo2(g)4h(aq)4e=2h2o(l)cch3oh(g)h2o(l)6e=co2(g)6h(aq)do2(g)2h2o(l)4e=4oh题号12456答案7.(1)将al片和cu片用导线相连，插入稀h2so4中组成原电池，写出电极名称及电极反应式：al片()_，cu片()_。(2)若将al片和cu片用导线相连，插入浓hno3中能否组成原电池？_(填“能”或“不能”)，若能组成原电池，写出电极名称及电极反应式：al片()_，cu片()_。题组三综合探究8lisocl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是lialcl4socl2。电池的总反应可表示为4li2socl2=4licl s so2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_，发生的电极反应为_；(2)电池正极发生的电极反应为_；(3)socl2易挥发，实验室中常用naoh溶液吸收socl2，有na2so3和nacl生成。 如果把少量水滴到socl2中，实验现象是_，反应的化学方程式为_；(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是_。学案38原电池化学电源【课前准备区】知识点一1化学电2.电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应zn2e=zn2cu22e=cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由zn沿导线流向cu3.(1)活泼性不同(2)电解质溶液(3)闭合回路(4)氧化还原反应知识点二1(1)zn2oh2e=zn(oh)2(2)zn2oh2e=zn(oh)22pbso2e=pbso43(1)h22e=2ho22h2e=h2oh22oh2e=2h2oo2h2o2e=2oh(2)ch410oh8e=co7h2o2o24h2o8e=8oh问题思考1不一定，例如将mg和al用导线连接插入naoh溶液中，al作负极，mg作正极。2根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原理可知，在电解质溶液中，阴离子移向负极，阳离子移向正极。3(1)根据电子流动方向判断。在原电池中，电子流出的一极是负极；电子流入的一极是正极。(2)根据两极材料判断。一般活泼性较强金属为负极；活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。(3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 (4)根据原电池两极发生的变化来判断。负极总是失去电子，发生氧化反应，正极总是得到电子，发生还原反应。(5)根据现象判断。溶解的一极为负极，质量增加或放出气体的一极为正极。4.5负极反应：2h24oh4e=4h2o正极反应：o22h2o4e=4oh总反应式：2h2o2=2h2o从上述反应可以看出，虽然oh反应前后的量不变，但有水生成，介质溶液的碱性减弱。【课堂活动区】一、1.氧化反应还原反应电荷质量得失电子2总反应式较简单一极的电极反应式2o28h8e=4h2och42h2o8e=co28h二、1.加快加快2一般作负极的金属比作正极的金属活泼。3(1)一般思维方法：首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料(负极就是失电子的物质，正极用比负极活泼性差的金属即可，也可以用石墨)及电解质溶液。按要求画出原电池装置图。(2)电解质溶液的要求：电解质是使负极放电的物质。因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如在锌铜原电池中，负极金属锌浸泡在含有zn2的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有cu2的溶液中。但h2koho2构成的电池中两个半电池中可都用koh溶液。(3)电极材料的选择在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料(也可以是还原性较强的非金属材料如h2、ch4等)。典例导悟1(1)pto22h2o4e=4oh(2)zn2zn4e=2zn2解析zn比pt活泼，zn作为原电池的负极，zn失去电子，pt作为原电池的正极，因人的体内液体不可能呈较强酸性，故正极上o2得到电子，发生还原反应。2d由于li能和稀h2so4、h2o反应，因此电解质不能用硫酸；放电过程为原电池原理，在原电池中，阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移动；充电过程是电解的过程，电解池的阳极失电子，即lifepo4e=lifepo4，因此阳极材料(lifepo4)质量会减少；将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正极反应。综合上述分析可知d正确。3aa中加入cuso4溶液，被置换出的铜覆盖在zn的表面，形成原电池，产生h2的速率加快，反应所需时间缩短，但置换铜时消耗了一部分锌，故与稀硫酸反应的锌的质量减少，完全反应后生成的h2的量比b少，答案为a。4ba、b形成原电池，b不易腐蚀，则a为负极，b为正极，活泼性：ab；a、d放入hcl中，d比a反应剧烈，则活泼性：da；cu不能置换b而cu能置换c，则活泼性：bcuc。总的活泼性：dabc。5(1)装置图如下：(2)电池的正、负极及外电路中电子的流向如图所示。(3)负极(fe)：fe2e=fe2；正极(c)：2fe32e=2fe2。解析根据原电池的构成条件发生还原反应的物质作正极(或在正极上发生还原反应)，发生氧化反应的物质作负极(或在负极上发生氧化反应)。在上述反应里，固体铁中铁元素的化合价升高，发生氧化反应，应作原电池的负极；fecl3中铁元素的化合价降低，发生还原反应，但因fecl3易溶于水，不能直接作电极，所以要选用一种活动性比铁弱且与fecl3溶液不反应的固体作辅助电极，这里可以采用石墨棒等。【课后练习区】高考集训1c根据题给信息知锂水电池的总反应为2li2h2o=2liohh2，d正确；在反应中氢元素的化合价降低，因此h2o作氧化剂，同时又起到溶剂的作用，a正确；放电时正极反应为2h2o2e=2ohh2，b正确；正极周围聚集大量oh，因此溶液中的阳离子li向正极移动，负极周围聚集大量li，因此溶液中的阴离子oh向负极移动，c错误。2b由电池总反应式可知，ag在负极失去电子，生成氧化产物agcl，每生成2 mol agcl，即生成1 mol na2mn5o10时，转移2 mol电子，故a、d错误，b正确；na应向电池的正极移动，c错误。3d铁的活泼性强于铜，故铁能置换出铜且附着在铁棒上，a正确；b项构成原电池，铜片为正极，b正确；c项中无论a和b是否连接，都有铁被氧化生成亚铁离子，故c正确；d项中铜离子应移向铁电极，故d错误。4c由图示关系可知，池为原电池，池为电解池，a极为正极，b极为负极，k闭合后，c极为阴极，d极为阳极，因电极材料为pbso4，结合铅蓄电池的工作原理，可判断d极发生的电极反应式为pbso42h2o2e=pbo24hso，a项正确；由题给方程式可判断，当电路中转移0.2 mol电子时，中消耗的h2so4为0.2 mol，b项正确；电解池工作时，阴离子移向阳极，即d电极，故c项错误；因池反应为2pbso42h2opbpbo22h2so4，因此k闭合一段时间后，池可作为原电池对外供电，其中析出的铅附着在c极上作负极，析出的pbo2附着在d极上作正极，d项正确。5b铜锌原电池工作时，负极反应为zn2e=zn2，正极反应为cu22e=cu，电池总反应为zncu2=zn2cu，故a项错误，b项正确；原电池工作时，电子从负极由外电路流向正极，由于左池阳离子增多，右池阳离子减少，为平衡电荷，则盐桥中的k移向cuso4溶液，而cl则移向znso4溶液，故c、d项错误。6(1)取少许最后一次洗涤滤液，滴入12滴ba(no3)2溶液，若不出现白色浑浊，表示已洗涤完全(或取少许最后一次洗涤滤液，滴入12滴酚酞溶液，若溶液不显红色，表示已洗涤完全)(2)ag2o22zn4koh2h2o=2k2zn(oh)42ag(3)0.91或(91%)解析(1)解题出发点有二：其一从沉淀表面附着硫酸钾，可用硝酸钡溶液检验；其二沉淀表面附着(过量的)氢氧化钾，可用酚酞溶液检验。(2)根据原电池反应和氧化还原反应的对应关系，初步确定氧化剂是过氧化银，还原产物是银；还原剂是金属锌，氧化产物是四羟基合锌酸钾；同时注意所用的介质是氢氧化钾溶液。(3)n(o2)1.000102 mol设样品中ag2o2的物质的量为x，ag2o的物质的量为y。x9.500103 moly1.000103 molw(ag2o2)0.91。7(1)由化学能转变为电能由a到b(2)2h24oh4e=4h2o或h22oh2e=2h2o(3)增大电极单位面积吸附h2、o2分子数，加快电极反应速率(4)lih2o1/1 148或8.7110432解析(1)氢氧燃料电池中，负极通h2，正极通o2，所以导线中电子由a到b。(2)负极h2被氧化，写反应式时要注意电解质溶液的组成。(3)本题考查读题能力，铂粉作用在题设中有说明，在学习中要注意自学能力的培养。(4)2lih22lih 22.4 l 16 g吸收224 l h2时，生成的lih的质量为160 g，lih体积与被吸收的h2体积比为224 l11 148lihh2o=liohh2 8 g 1 mol160 g lih与h2o作用生成20 mol h2，h2完全被氧化失40 mol电子，若能量转化率为80%，则导线中通过的电子的物质的量为40 mol80%32 mol。考点集训1a本题考查原电池形成条件。只有能自发进行的氧化还原反应才可能用于设计原电池，非氧化还原反应因没有电子转移所以不能设计成原电池，题中只有a项不是氧化还原反应。2cx投入z的硝酸盐溶液中，x的表面有z析出，说明活泼性xz；x与y组成原电池时，y为