（广西专用）高考化学一轮复习 专题3 第2讲 原电池 化学电源课件 苏教版-苏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-2-考纲要求:1.理解原电池的构成、工作原理及应用,能写出电极反应和总反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。-3-必备知识自主预诊关键能力考向突破导学诱思导学诱思下列装置可以形成原电池的是,并写出形成原电池的电极材料及电极反应。正极:、;负极:、;电解质溶液中的阴离子向极移动,阳离子向极移动,形成电流。BAgCu负正原电池的工作原理及正负极的判断原电池的工作原理及正负极的判断 -4-必备知识自主预诊关键能力考向突破落实基础落实基础1.定义原电池是将转变为的装置。2.原电池的构成条件化学能电能自发进行石墨电解质溶液-5-必备知识自主预诊关

2、键能力考向突破3.原电池的工作原理 锌Zn-2e-Zn2+氧化铜Cu2+2e-Cu还原锌铜负极正极Zn+Cu2+Cu+Zn2+-6-必备知识自主预诊关键能力考向突破-7-必备知识自主预诊关键能力考向突破考查角度一原电池的工作原理例1控制适合的条件,将反应Fe3+AgFe2+Ag+设计成如图所示的原电池(盐桥装有琼脂-硝酸钾溶液;灵敏电流计的0刻度居中,左右均有刻度)。已知接通后,观察到电流计指针向右偏转。下列判断正确的是 ()A.在外电路中,电子从石墨电极流向银电极B.盐桥中的K+移向乙烧杯C.一段时间后,电流计指针反向偏转,越过0刻度,向左边偏转D.电流计指针居中后,往甲烧杯中加入一定量的铁

3、粉,电流计指针将向左偏转 答案解析解析关闭Fe3+发生得电子的还原反应,所以石墨电极为正极,电子从负极流向正极,阳离子从负极移向正极,A、B选项错误;达到化学平衡后,电流计指针指向0刻度,不会越过,C选项错误;D选项,铁粉与Fe3+反应生成Fe2+,溶液中Fe3+浓度减小,Fe2+浓度增大,平衡左移,Ag+发生得电子的反应,Ag为正极,正确。 答案解析关闭D-8-必备知识自主预诊关键能力考向突破互动探究(1)把A选项改为“在内电路中,电子从石墨电极流向银电极”是否正确?改为“电流从石墨电极通过灵敏电流计到银电极,然后通过盐桥到石墨电极”是否正确?(2)把B选项中的“K+”改为“”是否正确?撤掉

4、盐桥是否还能构成原电池?(3)开始时,乙烧杯中发生的反应是(填“氧化反应”或“还原反应”)。答案: (1)不正确;正确。(2)正确;不能。(3)氧化反应。-9-必备知识自主预诊关键能力考向突破方法指导方法指导 我们在复习原电池的工作原理时要从两个方面进行分析。(1)闭合回路。闭合回路包含两部分:导线中电子的流向和电解质溶液中阴、阳离子的流向,两部分共同构成一个完整的闭合回路。注意: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。导线中的电子(带负电荷)是从负极流向正极,而原电池内溶液中阴离子(带负电荷)是从正极流向负极,这样才能形成闭合回路。(2)氧化还原反应。负极:发生失电子的氧化反应

5、;正极:发生得电子的还原反应。(3)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。-10-必备知识自主预诊关键能力考向突破考查角度二原电池正、负极的判断例2看图回答下列问题。-11-必备知识自主预诊关键能力考向突破(1)上述四种原电池的装置中正极分别为、。(2)B装置中a孔通入的气体为(填“SO2”或“O2”)。(3)D装置中发生氧化反应的一极为(填“a”或“b”)。 答案解析解析关闭燃料在负极上发生反应,所以A装置中a为正极;电子流出的一极为负极,故B装置中b为正极,正极上发生还原反应,通入氧化剂O2;C装置中Al与NaOH溶液反应,所以Al失电子,Al为负极,Mg为正极;D装置由阳离子

6、H+的流向可知b为正极。 答案解析关闭(1)abMgb(2)SO2(3)a-12-必备知识自主预诊关键能力考向突破互动探究C装置中的NaOH溶液如果换成稀硫酸,则正极为。方法指导方法指导 判断原电池的正、负极需抓住闭合回路和氧化还原反应进行分析,如图注意:原电池的正、负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液性质有关,不要形成思维定式活泼金属一定作负极。Al-13-必备知识自主预诊关键能力考向突破跟踪训练1.(2018全国)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为:3CO2+4Na2N

7、a2CO3+C,下列说法错误的是() 答案解析解析关闭 答案解析关闭-14-必备知识自主预诊关键能力考向突破2.(2019江苏前黄高级中学高三模拟)如图所示的装置属于原电池的是()。 答案解析解析关闭装置A中不具备两个活泼性不同的电极,装置C中酒精是非电解质,不能构成原电池,装置D是电解池。 答案解析关闭B-15-必备知识自主预诊关键能力考向突破3.(2019江苏苏州大学附属中学模拟)用铜片、银片设计成如图所示的原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是()。A.电子通过盐桥从乙池流向甲池B.铜导线替换盐桥,原电池将能继续工作C.开始时,银片上发生的反应是Ag-e-Ag+D.将铜片浸入AgNO3溶

8、液中发生的化学反应与该原电池总反应相同 答案解析解析关闭原电池负极铜失电子,正极银得电子,电子从负极沿导线流向正极,电解质溶液通过离子的定向移动形成电流,所以电子不经过电解质溶液,故A错误;铜线代替盐桥,乙池是原电池,甲池是电解池,所以不是原来的装置反应原理,故B错误;银片是原电池的正极,溶液中的银离子得到电子发生还原反应,电极反应是Ag+e-Ag,故C错误;铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应都是发生了Cu+2Ag+2Ag+Cu2+,故D正确。 答案解析关闭D-16-必备知识自主预诊关键能力考向突破4.(2019江苏南通中学高三模拟)分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正

9、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2H2O+2e-2OH-+H2C.中Fe作负极,电极反应式为Fe-3e-Fe3+D.中Cu作正极,电极反应式为2H+2e-H2 答案解析解析关闭 答案解析关闭-17-必备知识自主预诊关键能力考向突破5.微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()A.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区D.电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O 答案解析解析关闭C6H12O6中C的平均化合价为0价,二氧化

10、碳中C的化合价为+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,故CO2在负极生成,A项错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率加快,所以微生物促进了反应的发生,B项正确;质子交换膜只允许质子(即H+)通过,原电池中阳离子向正极移动,C项正确;电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应,D项正确。 答案解析关闭A-18-必备知识自主预诊关键能力考向突破原电池原理的应用原电池原理的应用导学诱思导学诱思(1)用稀硫酸与锌粒反应制取氢气,加入少量硫酸铜可以加快化学反应速率的原因: 。答案: Zn与CuSO4反应生成Cu,在稀硫酸中形成铜锌原电池,可以增大反应速率(2)A、B两种金属用导线连接,

11、放入稀硫酸中,B的质量逐渐减小,则两种金属的活动性:A(填“”“”或“=”)B。;相连,为正极,金属活动性;相连,上有气泡(H2)逸出,为正极,金属活动性;相连,质量减少,则金属活动性,即金属活动性顺序为,B正确。 答案解析关闭B-24-必备知识自主预诊关键能力考向突破考查角度三新型化学电源例3LiFePO4电池广泛用于电动车。电池反应:FePO4+LiLiFePO4,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。下列说法正确的是() 答案解析解析关闭A项,充电过程是电能转化为化学能的过程,错误;B项,Li属于活泼金属,加入磷酸,Li会与磷酸反应,错误;C项,根据原

12、电池的工作原理,电子从负极经外电路流向正极,电子不通过电解质,错误;D项,负极反应式为Li-e-=Li+,迁移nmolLi+,说明通过的电子物质的量为nmol,即Li失去电子nmol,充电时,电池的负极接电源的负极,即阴极反应式为Li+e-=Li,正确。 答案解析关闭D-25-必备知识自主预诊关键能力考向突破方法指导方法指导 (1)原电池反应中,两极材料本身不一定发生反应。如氢氧燃料电池中两极本身不参与反应,参与反应的是H2和O2。(2)可充电电池充电时应将可充电电池的负极接外电源的负极,正极接外电源的正极。(3)原电池放电时,正、负极质量有可能均增大,如铅蓄电池放电时正极PbO2转化成PbS

13、O4、负极Pb转化成PbSO4,正、负极质量均增大。-26-必备知识自主预诊关键能力考向突破跟踪训练跟踪训练1.(2019江苏如皋高三模拟)等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中滴入少量的CuSO4溶液,如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系,其中正确的是()。 答案解析解析关闭等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中放入少量的CuSO4溶液,发生反应:Zn+Cu2+Zn2+Cu,形成原电池,反应速率增大,反应用时少于b,但生成的氢气也少于b,图像应为D。 答案解析关闭D-27-必备知识自主预诊关键能力考向突破2.能量之间可相互转化:电解食盐水制备

14、Cl2是将电能转化为化学能,而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率。限选材料:ZnSO4(aq),FeSO4(aq),CuSO4(aq);铜片,铁片,锌片和导线。(1)完成原电池甲的装置示意图(如图),并作相应标注。要求:在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。-28-必备知识自主预诊关键能力考向突破(2)以铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙,工作一段时间后,可观察到负极。(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是,其原因是。(4)根据牺牲阳极的阴极保护法原理,为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀,在限选材料中应选

15、作阳极。-29-必备知识自主预诊关键能力考向突破答案: (1)(2)金属逐渐溶解(3)甲甲电池(使用盐桥)可以避免锌和铜离子的接触,从而避免能量损失,提高电池效率,提供稳定的电流(4)Zn-30-必备知识自主预诊关键能力考向突破解析: (1)因为题给图中电子流向为从左到右,故左侧为原电池的负极,右侧为正极;所以设计原电池时可以在左侧烧杯内盛放ZnSO4(aq),电极选用锌片,右侧烧杯内盛放CuSO4(aq),电极选用铜片。(2)由所给的电极材料可知,当铜片作电极时,铜片一定是正极,则负极是活泼的金属(失电子发生氧化反应),反应的现象是负极金属逐渐溶解。(3)以Zn和Cu作电极为例,如果不用盐桥

16、,则除了发生电化学反应外,还会使Zn和CuSO4直接反应,不能转化为电能,而盐桥的使用,可以避免Zn和Cu2+的接触,从而避免电量损失,提高电池效率,提供稳定的电流。(4)根据牺牲阳极的阴极保护法,可知被保护的金属作阴极,比其活泼的金属作阳极,即应选Zn作为阳极。-31-必备知识自主预诊关键能力考向突破常见的化学电源导学诱思导学诱思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“增大”“减小”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,溶液的pH。减小减小减小增大-32-必备知识自主预诊

17、关键能力考向突破落实基础落实基础1.一次电池只能使用,不能充电复原继续使用。一次Zn-2e-Zn2+2MnO2+H2Mn2O3+H2O-33-必备知识自主预诊关键能力考向突破Zn+2OH-2e-Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-34-必备知识自主预诊关键能力考向突破2.二次电池铅蓄电池是最常见的二次电池,总反应为-35-必备知识自主预诊关键能力考向突破3.燃料电池将化学能直接转化为电能的装置。(1)氢氧燃料电池(总反应式:2H2+O22H2O)H2-2e-2H+O2+4e-+4H+2H2OH2-2e-+2OH-2H2O O2+4e-+2H2O4OH-H2-2e-+

18、O2-H2OO2+4e-2O2-36-必备知识自主预诊关键能力考向突破(2)乙醇氧气燃料电池C2H5OH-12e-+3H2O2CO2+12H+C2H5OH-12e-+6O2-2CO2+3H2O-37-必备知识自主预诊关键能力考向突破考查角度一一次电池例1(2019江苏海安高级中学高三模拟)普通锌锰干电池的简图如图所示,它是用锌皮制成的锌筒作电极兼做容器,中央插一根石墨棒,石墨棒顶端加一铜帽。在石墨棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物,并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜,隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液;该电池工作时的总反应的离子方程式可表示为。关于锌锰干电池的下列说法中正确的

19、是()。-38-必备知识自主预诊关键能力考向突破干电池示意图A.当该电池电压逐渐下降后,利用电解原理能重新充电复原B.电池正极的电极反应式为C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极D.外电路中每通过0.1mol电子,锌的质量理论上减小6.5g 答案解析解析关闭 答案解析关闭-39-必备知识自主预诊关键能力考向突破考查角度二二次电池例2(2019江苏南京、盐城高三模拟)最近我国科学家发明“可充电钠二氧化碳电池”(如图),放电时电池总反应为4Na+3CO2 2Na2CO3+C。下列说法错误的是()。A.充电时,钠箔与外接电源的负极相连B.电池工作温度可能在200以上C.放电时,Na+向正极移动

20、D.放电时,正极的电极反应为4Na+3CO2+4e-2Na2CO3+C 答案解析解析关闭由放电时的化学方程式可知,钠箔作负极,故充电时作阴极,与电源的负极相连,A正确;四甘醇、二甲醚都易挥发,钠的熔点低,故电池工作的温度不能太高,B错误;放电时阳离子向正极移动,C正确;放电时正极上CO2得电子生成C,D正确。 答案解析关闭B-40-必备知识自主预诊关键能力考向突破考查角度三燃料电池例3(2019江苏盐城第一中学高三模拟)直接甲醇燃料电池(DMFC)有望取代传统电池,它主要由阴极极板、阳极极板和膜电极构成,其中膜电极包括质子膜、催化剂层和气体扩散层(如图)。下列关于DMFC工作原理的叙述正确的是

21、()。A.通入O2的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-B.电池内部H+由正极渗过交换膜向负极移动C.甲醇在正极发生反应,电流经过外电路流向负极D.注入CH3OH的电极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+ 答案解析解析关闭电解质溶液显酸性,通入氧气的电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,故A错误;原电池工作时阳离子向正极移动,故B错误;甲醇被氧化,应为负极反应,故C错误;注入甲醇的一极为负极,负极电极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+,故D正确。 答案解析关闭D-41-必备知识自主预诊关键能力考向突破方法指导 (1)燃料电池的电极不参与反应,有很强的催化活性

22、,起导电作用。(2)书写燃料电池的电极反应时,要注意溶液的酸碱性,介质的酸碱性对半反应及总反应书写的影响。-42-必备知识自主预诊关键能力考向突破跟踪训练跟踪训练1.被称为“软电池”的纸质电池,采用一个薄层纸片(在其一边镀锌,在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为Zn+2MnO2+H2OZnO+2MnOOH。下列说法正确的是()。A.该电池的正极为锌B.该电池反应中二氧化锰起催化剂作用C.当0.1molZn完全溶解时,流经电解液的电子个数约为1.2041023D.电池正极反应式为MnO2+e-+H2OMnOOH+OH- 答案解析解析关闭A项,

23、由电池反应知,Zn元素化合价由0价变为+2价,Zn失电子作负极,错误;B项,该电池中二氧化锰参加反应且作氧化剂,错误;C项,电子不进入电解质溶液,电解质溶液导电是通过离子定向移动形成电流,错误;D项,正极上二氧化锰得电子发生还原反应,电极反应式为MnO2+e-+H2OMnOOH+OH-,正确。 答案解析关闭D-43-必备知识自主预诊关键能力考向突破 答案解析解析关闭 答案解析关闭-44-原电池电极反应式的书写原电池电极反应式的书写是近几年高考的重点,也是难点,出题形式常常给出信息让我们书写一些不常见的电极反应式,同学们在复习本部分知识时,一定不要死记硬背一些电极反应式,而要掌握方法,这样才能以

24、不变应万变。-45-1.原电池电极反应式的书写书写电极反应式时,首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极,然后结合电解质溶液的环境确定电极产物,最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。电极反应式书写的一般方法有:(1)拆分法a.写出原电池的总反应,如2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+。b.把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应,注明正、负极,并依据质量守恒、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应:正极:2Fe3+2e-2Fe2+负极:Cu-2e-Cu2+-46-(2)加减法a.写出总反应,如Li+LiMn2O4Li2Mn2O4。b.写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极),如Li-e-L

25、i+。c.利用总反应式与上述的一极反应式相减,即得另一个电极的反应式,即LiMn2O4+Li+e-Li2Mn2O4。-47-2.燃料电池电极反应式的书写第一步:写出燃料电池反应的总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致,若产物能与电解质反应则总反应为加和后的反应。如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为CH4+2O2CO2+2H2OCO2+2NaOHNa2CO3+H2O式+式得燃料电池总反应式为CH4+2O2+2NaOHNa2CO3+3H2O。-48-第二步: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,随着电解质溶液的不同,其电极反应式有所不同

26、,大致有以下四种情况:(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式为O2+4H+4e-2H2O;(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-;(3)固体电解质(高温下能传导O2-)环境下电极反应式为O2+4e-2O2-;(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式为-49-第三步:根据电池总反应式和正极反应式,写出负极反应式。电池反应的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式。因为O2不是负极反应物,因此两个反应式相减时要彻底消除O2。-50-3.原电池中电极反应式书写的一般步骤 -51-4.分析实验现象、判断电极反应式的正误分析电极及电极区的pH及实验现象时,要从电极反应式入手;分析电解质溶液的pH及实验现象时,要从电池反应式入手。-52-例1(1)铅蓄电池放电时的电池反应为PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O,请写出铅蓄电池的正极反应式:。(2)某新型铝空气燃料电池以铝为负极,在正极通入空气,若以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液,放电时正极反应式都为O2+2H2O+4e-4OH-。若以N