高考化学一轮复习课件：第22课时《原电池化学电源》(3高考2模拟)

1、第22课时原电池化学电源课标版课标版 化学化学考试要点考试要点命题规律命题规律备考策略备考策略1.了解原电池的工作原理。2.能写出电极反应和电池反应方程式。3.了解常见化学电源的种类及其工作原理。1.本课时的主要考查内容有:(1)原电池正、负极的判断,电极反应式的书写,电子或电流的方向及溶液pH的变化等;(2)原电池的设计等。2.题型有选择题、填空题。如2015年课标,11T;2015年江苏单科,10T;2015年课标,26T等。对原电池原理的复习应该针对以下几点:(1)理解原电池工作原理;(2)正、负电极的判断;(3)电极反应类型;(4)电极反应式;(5)电子移动的方向或电流方向;(6)陌生

2、电极反应式的书写。考纲导学考纲导学一、原电池的工作原理一、原电池的工作原理1.概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置,其反应本质是 。2.构成原电池的条件3.工作原理(以铜锌原电池为例)教材研读教材研读氧化还原反应氧化还原反应(1)反应原理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反应类型 电子流向由Zn沿导线流向Cu盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液,K+移向正极,Cl-移向负极氧化反应氧化反应还原反应还原反应(2)两个装置的比较图1中Zn与Cu2+直接接触,易造成能量损耗;图2中,还原剂在负极区,而氧化剂在正极区,能避免能量损耗。4.原电池原

3、理的应用(1)加快氧化还原反应的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与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。(2)比较金属的活动性强弱两种金属分别作原电池的两极,一般作 的金属比作 的金属活泼。(3)设计制作化学电源加快加快负极负极正极正极a.将氧化还原反应分成两个半反应。b.根据原电池的反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。如:根据反应2FeCl3+Cu 2FeCl2+CuCl2设计的原电池为答案自测自测2判断下列说法是否正确。(1)在原电池中,发生氧化反应的一极一定是负极。( )(2)在原电池中,负极材料的活泼性一定比正

4、极材料强。( )自测自测1 下列装置中,能构成原电池的是 (填序号)。(3)在原电池中,正极本身一定不参与电极反应,负极本身一定要发生氧化反应。( )(4)带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。( )答案 (1) (2) (3) (4)二、化学电源二、化学电源1.一次电池(碱性锌锰干电池)负极(Zn),电极反应式:Zn+2OH-2e- Zn(OH)2正极(MnO2),电极反应式:2MnO2+2H2O+2e- 2MnOOH+2OH-总反应:Zn+2MnO2+2H2O 2MnOOH+Zn(OH)22.二次电池(以铅蓄电池为例)(1)放电时的反应24OPbSO4+2H2O-2e-

5、 PbO2+4H+SPb+S-2e- PbSO4(1)放电时的反应负极反应: ;正极反应: ;总反应:Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。(2)充电时的反应阴极反应: ;阳极反应: ;总反应:2PbSO4+2H2O Pb+PbO2+2H2SO4。3.燃料电池24O24O24OPbO2+4H+S+2e- PbSO4+2H2OPbSO4+2e- Pb+S燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分为酸性氢氧燃料电池和碱性氢氧燃料电池。 酸性氢氧燃料电池碱性氢氧燃料电池负极反应式 正极反应式O2+4H+4e- 2H2O

6、O2+2H2O+4e- 4OH-总反应式2H2+O2 2H2O2H2-4e- 4H+2H2+4OH-4e- 4H2O自测自测3判断下列说法是否正确。(1)太阳能电池不属于原电池。( )(2)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应。( )(3)铅蓄电池工作时,当电路中转移0.2 mol电子时,消耗的H2SO4为0.1 mol。( )(4)铅蓄电池工作时,当电路中转移0.1 mol电子时,负极增重4.8 g。( )答案 (1) (2) (3) (4)自测自测4一种新型燃料电池,一极通入空气,另一极通入丁烷气体;电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在熔融状态下能传导O2

7、-。下列对该燃料电池说法正确的是( )A.在熔融电解质中,O2-由负极移向正极B.电池的总反应是2C4H10+13O2 8CO2+10H2OC.通入空气的一极是正极,电极反应式为O2-4e- 2O2-D.通入丁烷的一极是正极,电极反应式为C4H10+26e-+13O2- 4CO2+5H2O答案 B原电池的负极发生氧化反应,电极反应式为C4H10-26e-+13O2- 4CO2+5H2O;原电池的正极发生还原反应,电极反应式为O2+4e- 2O2-,显然在熔融电解质中O2-从正极移向负极。本题答案为B。考点一原电池正、负极的判断考点一原电池正、负极的判断原电池正、负极的判断方法考点突破考点突破易

8、错提示原电池的电极类型不仅跟电极材料有关,还与电解质溶液的性质有关,如Mg、Al在稀硫酸中构成原电池时,Mg作负极,Al作正极,但若以NaOH溶液为电解质溶液,则Al为负极,Mg为正极。典例典例1 分析下图所示的四个原电池装置,结论正确的是( ) A.(1)(2)中Mg作负极,(3)(4)中Fe作负极B.(2)中Mg作正极,电极反应式为:6H2O+6e- 6OH-+3H2C.(3)中Fe作负极,电极反应式为:Fe-2e- Fe2+D.(4)中Cu作正极,电极反应式为:2H+2e- H2答案 B (1)中Mg作负极;(2)中Al作负极,发生的总反应为2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+

9、3H2,Mg不与NaOH反应;(3)中Fe遇浓HNO3钝化,Cu与浓HNO3反应:Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2+2H2O;(4)中Fe作负极,为中性环境,发生吸氧腐蚀。1-1将Fe片和石墨用导线相连,一组插入稀H2SO4中,一组插入FeCl3溶液中,分别形成了原电池。(1)这两个原电池中,正极分别是 。A.石墨、石墨B.石墨、Fe片C.Fe片、Fe片D.Fe片、石墨(2)写出插入稀H2SO4中形成原电池的正极反应式(用离子方程式表示): 。(3)写出插入FeCl3溶液中形成原电池的电池总反应式(用离子方程式表示): 。答案 (1)A(2)2H+2e- H2(3)2Fe3+

10、Fe 3Fe2+解析当电解质溶液为稀H2SO4时,总反应为Fe+H2SO4 FeSO4+H2,则负极为Fe,正极为石墨,正极反应式为2H+2e- H2;当电解质溶液为FeCl3溶液时,总反应为Fe+2FeCl3 3FeCl2,离子方程式为Fe+2Fe3+ 3Fe2+,负极为Fe,正极为石墨。考点二原电池电极反应式的书写考点二原电池电极反应式的书写1.一般电极反应式的书写(1)确定原电池的正、负极的反应物质。(2)电极反应式的书写负极:失去电子生成阳离子,若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存,则该阴离子应写入负极反应式。如铅蓄电池负极反应式为Pb+S-2e- PbSO4。正极:得到电子发生

11、还原反应。24O(3)正、负极电极反应式相加得到电池的总反应式。2.复杂电极反应式的书写复杂电极反应式=总反应式-较简单一极的电极反应式3.燃料电池电极反应式的书写(1)正极反应式的书写正极通入的气体一般是氧气,根据电解质的不同,分以下几种情况:在酸性溶液中生成水:O2+4H+4e- 2H2O在碱性溶液中生成氢氧根离子:O2+2H2O+4e- 4OH-在固体电解质(高温下能传导O2-)中生成O2-:O2+4e- 2O2-在熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)中生成碳酸根离子:O2+2CO2+4e- 2C(2)负极反应式的书写负极通入的是燃料,发生氧化反应,负极生成的离子一般与电解质溶液中的阴离子结合

12、,有以下几种情况:若负极通入的气体是氢气,则a.酸性溶液中:H2-2e- 2H+;b.碱性溶液中:H2-2e-+2OH- 2H2O;c.熔融氧化物中:H2-2e-+O2- H2O。23O若负极通入的气体为含碳的化合物,如CO、CH4、CH3OH等,碳元素均转化为正四价碳的化合物,在酸性溶液中生成CO2,在碱性溶液中生成C,熔融碳酸盐中生成CO2,熔融氧化物中生成C;含有的氢元素最终转化为水。如CH3OH燃料电池负极反应式,在酸性溶液中为CH3OH-6e-+H2O CO2+6H+,在碱性溶液中为CH3OH-6e-+8OH- C+6H2O。4.书写电极反应式时应注意的问题(1)两电极得失电子数目相

13、等。(2)电极反应式中常用“”而不用“”。(3)电极反应式中若有气体生成,需要加“”;弱电解质或难溶物均以分子式表示,其余以离子符号表示。(4)书写电极反应式时要保证电荷守恒、原子守恒,可在电极反应式一端根据需要添加H+或OH-或H2O。23O23O23O典例典例2 (2015山东潍坊模拟)镁-过氧化氢燃料电池具有能量高、安全方便等优点,其总反应为Mg+H2O2+H2SO4 MgSO4+2H2O,结构示意图如下所示。下列关于该电池的叙述正确的是( )A.电池内部可以使用MnO2作填料B.电池工作时,H+向Mg电极移动C.电池工作时,正极的电极反应式为Mg-2e- Mg2+D.电池工作时,电解质

14、溶液的pH将不断变大答案 DMnO2可催化H2O2分解,A项错误;电解质溶液中的阳离子向正极移动,镁作负极,B项错误;此反应式为负极反应式,C项错误;D项正确。2-1 (2015安徽示范高中联考,18)(1)常温下,0.5 mol甲醇在氧气中完全燃烧生成CO2和液态水,放出热量363.3 kJ。写出该反应的热化学方程式: 。(2)请设计一个燃料电池:电解质溶液为强碱溶液,Pt作电极,在电极上分别通入甲醇和氧气。通入甲醇的电极应为 极(填“正”或“负”),该电极上发生的电极反应式为 。(3)用Pt作电极电解1 L pH=6的硝酸银溶液,如图甲所示,则右边电极上发生的电极反应式为 。(4)某化学学

15、习兴趣小组为了研究金属的腐蚀现象,将一枚铁钉放在“84”消毒液(有效成分为NaClO)中,某同学设计了如图乙所示实验装置,写出石墨电极上发生的电极反应式: 。答案 (1)CH3OH(l)+3/2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) H=-726.6 kJmol-1(2)负CH3OH+8OH-6e- C+6H2O(3)2H2O-4e- O2+4H+(4)ClO-+H2O+2e- Cl-+2OH-解析 (2)通入燃料的极为负极,在强碱性溶液中甲醇的氧化产物应为碳酸盐;(3)用惰性电极电解硝酸银溶液时,阳极是水失去电子产生氧气;(4)“84”消毒液中ClO-在正极得电子生成Cl-。23O原电池的设计1.设计依据:氧化还原反应及原电池的构成条件。2.具体方法:(1)将已知氧化还原反应拆分成两个半反应。(2)电极材料的选择在原电池中,一般选择活动性相对较强的金属作负极;活动性相对较弱的金属或导电的非金属作正极。一般来说,负极材料应该能跟电解质溶液发生反应。(3)电解质溶液的选择电解质溶液一般要能够与负极材料发生反应,或者