（江苏专用版）高考化学总复习 专题五 第2讲 原电池 化学电源课件-人教版高三全册化学课件

1、第第2 2讲原电池化学电源讲原电池化学电源考点一 原电池及其工作原理考点二化学电源总总纲纲目目录录高考演练考点一原电池及其工作原理考点一原电池及其工作原理1.概念和反应本质概念和反应本质原电池是将化学能转化为电能的装置,其反应本质是氧化还原反应。2.构成条件构成条件反应能发生自发进行的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)电极一般是活泼性不同的两个电极闭合回路 形成需三个条件:电解质溶液;两电极直接或间接接触;两电极插入电解质溶液中3.工作原理工作原理特别提醒特别提醒(1)盐桥的组成:盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液。(2)盐桥的作用:a.连接内电路,形成闭合回路;b.平衡电

2、荷,使原电池不断产生电流。4.三个移动方向三个移动方向特别提醒特别提醒(1)在原电池中活泼性强的金属不一定作负极,但负极一定发生氧化反应。如MgAlNaOH溶液组成的原电池,Al作负极。(2)自发发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应,也可能是电极与溶解的氧气等发生反应,如将铁与石墨相连插入食盐水中。电子移动方向从负极流出沿导线流入正极电流方向从正极沿导线流向负极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1.【易错辨析】【易错辨析】判断正误判断正误,正确的画正确的画“”,错误的画错误的画“”。(1)在原电池中,负极材料的活泼性一定比正极材料强。( )(2)在原电池中

3、,发生氧化反应的电极一定是负极。()(3)Mg比Al活泼,二者形成原电池时,一定是Mg作负极。( )(4)电子流出的极是原电池的正极。( )(5)原电池中,阳离子向正极移动。()(6)原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能。( )(7)铜锌原电池工作时,外电路电子由负极流向正极。()(8)所有的氧化还原反应都能设计成原电池。( )2.【多维思考】【多维思考】在如图所示的6个装置中,属于原电池的是(填序号)。答案答案题组一原电池原理及应用1.(2018南通模拟)某兴趣小组设计的水果电池装置如图所示。该电池工作时,下列说法正确的是(D)A.铜片作负极B.锌片发生还原反应C.将电能转化为化学能D.

4、电子由锌片经导线流向铜片解析解析A项,电池工作时,Zn失去电子,作负极,错误;B项,锌是负极,发生氧化反应,而Cu为正极,氢离子在正极上得到电子生成氢气,有气泡产生,错误;C项,原电池中化学能转化为电能,错误;D项,Zn为负极,电子由锌片经导线流向铜片,正确。2.如图是某同学设计的原电池装置,下列叙述中正确的是(C)A.电极上发生还原反应,作原电池的负极B.电极的电极反应式为Cu2+2e-CuC.该原电池的总反应为2Fe3+CuCu2+2Fe2+D.盐桥中装有含饱和氯化钾溶液的琼脂,其作用是传递电子解析解析该原电池的总反应为2Fe3+CuCu2+2Fe2+。电极上发生还原反应,作原电池的正极,

5、电极反应式为2Fe3+2e-2Fe2+,A项错误,C项正确;电极为原电池负极,发生氧化反应,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,B项错误;盐桥中装有含饱和氯化钾溶液的琼脂,其作用是传递离子,D项错误。3.(2018无锡期末)科学美国人评2016年十大创新技术之一是碳呼吸电池,电池装置如图所示,下列说法正确的是(C)A.电能转变为化学能B.负极发生了还原反应C.利用该技术可捕捉大气中CO2D.金属铝作正极解析解析A项,“碳呼吸电池”为原电池原理,将化学能转变为电能,错误;B项,负极发生氧化反应,错误;C项,“碳呼吸电池”能消耗二氧化碳气体,所以利用该技术可捕捉大气中的CO2,正确;D项,金属铝发生

6、氧化反应生成草酸铝,作负极,错误。误区警示误区警示规避原电池工作原理的3个失分点(1)原电池闭合回路的形成有多种方式,可以是导线连接两个电极,也可以是两电极相接触。(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动,与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。(3)无论在原电池还是在电解池中,电子均不能通过电解质溶液。方法技巧方法技巧原电池正、负极的判断方法4.M、N、P、E四种金属,已知:M+N2+N+M2+;M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中,M表面有大量气泡逸出;N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中,电极反应为E2+2e-E,N-2e-N2+。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是(A )

7、A.PMNEB.ENMPC.PNMED.EPMN解析解析 由知,金属活动性:MN;M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中,M表面有大量气泡逸出,说明M作原电池的正极,故金属活动性:PM;N、E构成的原电池中,N作负极,故金属活动性:NE。A项正确。反思归纳反思归纳原电池原理的应用应用1比较金属的活动性强弱原电池中,一般活动性强的金属作负极,而活动性弱的金属(或可导电的非金属)作正极。如有两种金属A和B,用导线将A和B连接后,插入到稀硫酸中,一段时间后,若观察到A溶解,而B上有气体放出,则说明A作负极,B作正极,即可以断定金属活动性:AB。应用2加快化学反应速率由于形成原电池,而使氧化还原反应速

8、率加快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成Cu-Zn原电池,加快化学反应速率。应用3用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁,可用导线将其与一块锌块相连,使锌作原电池的负极。题组二电极反应式的书写5.分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是()A.中Mg作负极,中Fe作负极B.中Mg作正极,电极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2C.中Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+D.中Cu作正极,电极反应式为2H+2e-H2答案答案B中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能和NaOH溶液反应失去电子,故

9、Al是负极;中Fe在浓硝酸中钝化,Cu和浓硝酸反应失去电子,作负极,A、C错误。中电池总反应为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2,负极反应式为2Al+8OH-6e-2Al+4H2O,则正极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2,B正确。中Cu作正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,D错误。2O方法技巧方法技巧一般电极反应式书写的“三步骤”考点二化学电源考点二化学电源1.一次电池一次电池2.二次电池二次电池铅蓄电池是最常见的二次电池,总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)。3.燃料电池燃料电池(1)氢氧燃料电池是目

10、前最成熟的燃料电池。(2)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。4.新型化学电源新型化学电源如微生物电源、高能锂电池等。1.【易错辨析】【易错辨析】判断正误判断正误,正确的画正确的画“”,错误的画错误的画“”。(1)Zn具有还原性和导电性,可用作锌锰干电池的负极材料。()(2)铅蓄电池在放电过程中,负极质量减小,正极质量增加。( )(3)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应。()(4)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时,工作一段时间后,电解质溶液的浓度将增大。( )(5)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时,工作一段时间后,溶液的pH增大。( )(6)甲

11、醇燃料电池可把化学能转化为电能。()(7)锂碘电池的电池反应为:2Li(s)+I2(s)2LiI(s),则碘电极作该电池的负极。( )(8)氢氧燃料电池工作时,H2在负极上失去电子。()2.【多维思考】【多维思考】(1)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时,工作一段时间后,电解质溶液的浓度将(填“减小”“增大”或“不变”,下同),溶液的pH。(2)氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时,工作一段时间后,电解质溶液的浓度将(填“减小”“增大”或“不变”,下同),溶液的pH。答案答案(1)减小减小(2)减小增大几种化学电源的电极反应几种化学电源的电极反应1.银银-锌蓄电池锌蓄电池电解质溶液为

12、KOH浓溶液,负极反应:Zn+2OH-2e-Zn(OH)2,正极反应:Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-。充电过程时,阳极反应:2Ag+2OH-2e-Ag2O+H2O,阴极反应:Zn(OH)2+2e-Zn+2OH-。总反应式:Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag。2.燃料电池燃料电池(1)氢氧碱性燃料电池负极反应:H2-2e-+2OH-2H2O,正极反应:O2+2H2O+4e-4OH-,总反应式:2H2+O22H2O。(2)甲烷、氧气碱性电池负极反应:CH4-8e-+10OH-C+7H2O,正极反应:4H2O+2O2+8e-8OH-,总反应式:CH4+2O2+2KOHK2CO3+

13、3H2O。(3)熔融盐燃料电池23O用Li2CO3和的Na2CO3熔融盐混合物作电解质,若CO为负极燃气,空气与CO2的混合气为正极助燃气,负极反应:2CO+2C-4e-4CO2,正极反应:O2+2CO2+4e-2C,总反应式:2CO+O22CO2。(4)固体氧化物燃料电池这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过。正极反应:O2+4e-2O2-,负极反应:2H2+2O2-4e-2H2O。23O23O典例典例1(2018溧阳高三第一学期阶段性调研)锌空气电池(原理如图)适宜用作城市电动车的动力电源。该电池放电时Zn转化为ZnO。该电池工作时下列说法正确的是(D)A.氧气在石墨电极上发

14、生氧化反应B.该电池的负极反应为Zn+H2O-2e-ZnO+2H+C.该电池放电时OH-向石墨电极移动D.该电池充电时应将Zn电极与电源负极相连解析解析A项,Zn和石墨构成的原电池中,Zn作负极,石墨作正极,O2在正极得电子发生还原反应,错误;B项,电解质溶液为KOH溶液,故不可生成H+,错误;C项,原电池中,OH-移向负极(Zn电极),错误;D项,充电时,应将负极接在电源的负极上,正确。典例典例2一种用于驱动潜艇的液氨液氧燃料电池原理示意图如下,下列有关该电池的说法正确的是(B)A.该电池工作时,每消耗22.4LNH3转移3mol电子B.电子由电极A经外电路流向电极BC.电池工作时,OH-向

15、电极B移动D.电极B上发生的电极反应为:O2+4H+4e-2H2O解析解析液氨液氧燃料电池的总反应为:4NH3+3O22N2+6H2O,负极:2NH3+6OH-6e-N2+6H2O,正极:O2+2H2O+4e-4OH-。A项,没有说明标准状况下,无法计算,故错误;B项,电子由负极经外电路流向正极,故正确;C项,阴离子向负极移动,即OH-向电极A移动,故错误;D项,由题图可知该电池中为碱性环境,电极B发生的电极反应为:O2+2H2O+4e-4OH-,故错误。题组一燃料电池1.在固态金属氧化物电解池中,高温电解H2O-CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法不

16、正确的是()A.X是电源的负极B.阴极的电极反应式是:H2O+2e-H2+O2-、CO2+2e-CO+O2-C.总反应可表示为:H2O+CO2H2+CO+O2D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1 1答案答案D由题图可看出:H2OH2、CO2CO均为还原反应,X应为电源负极,A项正确;阴极电极反应式为H2O+2e-H2+O2-和CO2+2e-CO+O2-,阳极电极反应式为2O2-4e-O2,总反应为H2O+CO2H2+CO+O2,B、C项正确;阴、阳两极生成气体的物质的量之比为2 1,D项不正确。误区警示误区警示介质对电极反应式书写的影响(1)中性溶液反应物若是H+得电子或OH-失电子,则

17、H+或OH-均来自水的电离。(2)酸性溶液反应物或生成物中均没有OH-。(3)碱性溶液反应物或生成物中均没有H+。(4)水溶液中不能出现O2-。2.(2018盐城高三上期中)甲、乙为两种不同介质的乙醇燃料电池(如图所示)。下列说法正确的是()B.X、Z极上分别消耗等物质的量乙醇时,流过甲、乙负载的电子数相同C.Y、W极消耗氧气物质的量相同时,X、Z极消耗乙醇的物质的量也相同D.Z极上发生的电极反应式为CH3CH2OH+5OH-4e-CH3COO-+4H2OA.装置甲和乙均将电能转化为化学能答案答案DA项,装置甲和乙均为乙醇燃料电池,均将化学能转化为电能,故错误;B项,X极电极反应式为C2H5O

18、H-12e-+3H2O2CO2+12H+,Z极电极反应式为C2H5OH-4e-+5OH-CH3COO-+4H2O,消耗相同物质的量的乙醇时,流过甲、乙负载的电子数之比为3 1,故错误;C项,Y、W极消耗氧气物质的量相同时,转移的电子数相等,根据B项电极反应式可知,X、Z极消耗乙醇的物质的量不同,故错误。方法技巧方法技巧燃料电池电极反应式书写方法(1)写出电池总反应燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致,若产物能和电解质反应,则总反应为加和后的反应。例如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应式为CH4+2O2 CO2+2H2O ,CO2+2NaOH Na2CO3+H2O ,+得燃料电池总反

19、应:CH4+2O2+2NaOH Na2CO3+3H2O,其离子方程式为CH4+2O2+2OH- C+3H2O。23O(2)写出电池的正极反应式根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质是O2,电解质溶液不同,其电极反应有所不同,常见的类型有:酸性电解质溶液环境下的电极反应式:O2+4H+4e- 2H2O。碱性电解质溶液环境下的电极反应式:O2+2H2O+4e- 4OH-。固体电解质(高温下能传导O2-)环境下的电极反应式:O2+4e- 2O2-。熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下的电极反应式:O2+2CO2+4e- 2 C 。23O(3)写出燃料电池的负极反应式电池的总反应式-电池的

20、正极反应式=电池的负极反应式。因为O2不是负极反应物,因此在将两个反应式相减时,要彻底消去O2。题组二可充电电池3.(2018扬州期末)下列过程中,能量转化的主要方式不正确的是(B )A.硅太阳能电池工作时,光能转化成电能B.铅蓄电池充电时,化学能转化成电能C.电解质溶液导电时,电能转化成化学能D.植物进行光合作用时,光能转化成化学能解析解析A项,硅太阳能电池工作时,利用太阳光能转化为电能,正确;B项,铅蓄电池充电时,是电解过程,电能转化成化学能,错误;C项,电解质溶液导电时,是通电条件下,电解质溶液中阴阳离子在两个电极上发生氧化还原反应,电能转化成化学能,正确;D项,植物吸收太阳光进行光合作

21、用时,将光能转化为化学能贮存在体内,正确。4.(2018南通、泰州高三第一次调研)某新型光充电电池示意图如图。在太阳光照射下,TiO2光电极产生电子对电池充电,Na+在两极间移动。下列说法正确的是()A.光充电时,化学能转变成光能B.光充电时,电极B为阴极C.放电时,Na+向电极A移动D.放电时,电极B发生反应:+2e-3I-3I答案答案DA项,光充电时,光能转变为化学能,故错误;B项,光充电时,阳极发生失电子的氧化反应,根据电子流向,可知电极B应为阳极,故错误;C项,放电时为原电池,Na+应向正极(电极B)移动,故错误。方法技巧方法技巧(1)电池充放电时电极的判断方法电池充电的实质就是放电时

22、发生变化再复原的过程。如铅蓄电池:Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O即充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程,充电时的阴极反应为放电时的负极反应的逆过程。(2)可充电电池电极反应式的书写技巧书写可充电电池电极反应式时,一般都是先书写放电的电极反应式。书写放电时的电极反应式时,一般要遵守三个步骤:第一,先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目,找出参与负极和正极反应的物质;第二,写出一个比较简单的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液反应);第三,在得失电子守恒的基础上,总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。题组三新型电池5.(2018南京、盐城、连

23、云港二模)铝空气燃料电池是一种机械式可“充电”电池(示意图如下)。铝阳极是在高纯铝中添加合金元素制成的,合金元素的加入可减慢阳极自溶腐蚀速率;空气阴极主要由催化剂和透气膜组成,催化剂可将电极反应生成的H催化分解为O2和OH-。下列关于该电池的说法错误的是()2OA.铝阳极的电极反应式:Al-3e-Al3+B.空气电极的电极反应式:O2+H2O+2e-OH-+HC.阳极自溶腐蚀反应为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2D.该电池再“充电”可直接更换铝阳极并补充适量碱液2O答案答案AA项,电解质溶液为碱液,Al失电子生成的Al3+与OH-因发生反应而不能大量共存,正确的电极反应式为A

24、l-3e-+4OH-Al+2H2O,故错误;B项,空气电极上O2得电子,根据题干中信息可知应生成H,结合图示中碱性环境,可得电极反应式为O2+H2O+2e-OH-+H,故正确;C项,铝在碱性环境中能自发进行反应:2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2,故正确;D项,该电池用完后更换铝阳极并补充适量碱液即可再次正常使用,故正确。2O2O2O6.电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放的最大电能。“金属(M)空气电池”(如图)具有原料易得、能量密度高等优点。该类电池放电的总反应方程式为4M+nO2+2nH2O4M(OH)n。下列说法不正确的是()A.“M空气电池”放电过程的

25、正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-B.对比Mg、Al、Zn三种“金属空气电池”,“Al空气电池”的理论比能量最高C.电解质溶液中的阴离子从负极区移向正极区D.在“Mg空气电池”中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜答案答案CC项,原电池工作时,阴离子移向负极区失去电子,错误。方法技巧方法技巧1.“加减法”书写新型化学电源电极反应式若已知电池反应的总反应式,可先写出较易书写的一极的电极反应式,然后用总反应式减去较易写出的一极的电极反应式,即得到较难写出的另一极的电极反应式。2.书写电极反应式时的三个原则(1)共存原则: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