39-原电池原理及应用

/考点39原电池原理及应用1.复习重点１．原电池的电极名称及电极反应式，２．对几种化学电源的电极反应式的认识和书写，3．原电池原理的应用。4．其中原电池原理及有关计算是高考的命题热点。2.难点聚焦［复习提问]氧化还原反应的特征是什么？氧化还原反应的本质是什么？（答）元素化合价发生升降（答）电子的转移复习旧知识，引入新知识.温故而知新[多媒体展示］原电池在当今生产、生活和科技发展中广泛的用途观看屏幕从教材中吸取信息，重视教材、阅读教材，培养学生紧扣教材的思想[讲述］尽管这些电池大小、用途、功效各有不同,但设计原理是相同的提出课题第四节原电池原理及其应用一、原电池原理[设问］Ｍg条在空气中燃烧现象如何？过程中发生的能量变化有哪些？（答）发出耀眼的强光，同时放出大量的热（答）化学能转变为光能、化学能转变为热能帮助学生树立能量转化观点［讲述]这是一个氧化还原反应，Mg直接失电子给氧，设想如果把Mg失去的电子通过导线递给氧，在导线中不就有电流产生吗？该过程就是化学能转变成电能了。那么到底通过何种途径、何种装置来实现这种转变呢?学生思考提出设想,激发学生学习的兴趣和求知欲原电池装置是将化学能转变为电能的装置原电池装置就是帮助我们来实现这种转变的装置［分组实验］[1］锌粒放入稀硫酸中［2］铜片放入稀硫酸中［3］锌粒放在铜片上一起浸入稀硫酸中［4］锌粒、铜片用导线连在灵敏电流计上［5]用干电池证明[4］的正负极动手实验描述现象分析讨论现象解释培养学生的动手能力、敏锐的观察力,提高学生分析、解决问题的能力,严密的逻辑推理能力［多媒体动画模拟]锌、铜原电池原理学生观察、分析、填表变微观现象为直观生动，便于学生掌握［多媒体动画模拟］原电池组成实验装置的改变:溶液相同，电极变化:电极相同，溶液变化:断路:思考：原电池装置构成必须具备哪些条件？培养学生类比，归纳、总结的自主学习的能力［板书]原电池组成条件：(—）较活泼的金属（a)电极(+）较不活泼的金属或非金属（b）电解质溶液(c）闭合回路培养学生分析问题的能力从以上讨论的原电池装置中我们来总结一下:原电池原理原电池原理：电子负极正极(导线)流出电子流入电子发生氧化反应发生还原反应培养学生分析、归纳能力[设问］那么电极上的反应如何写?书写时要注意什么?［讲述］以Zn—Cｕ原电池为例练电极反应式和电池总反应强调注意点，作业规范化。电极反应：(－)Zn-2e=Zｎ2+(+）2Ｈ++2e=H2↑电池总反应：Zｎ＋2H+＝Ｈ2↑＋Zｎ2+练：Ｚn-Ag-ＣｕSO4训练基本功，培养学生良好的学习习惯。宏观上我们看到了两极上的变化，从微观上我们再来探讨一下学生分析透过现象看本质［多媒体动画模拟］原电池中的微粒运动微粒流向：外电路:电子:负极导线正极内电路：离子:阳离子向正极移动[小结］原电池是一种负极流出电子,发生氧化反应，正极流入电子，发生还原反应,从而实现化学能转换为电能的装置。总结本节课内容，起到突出重点，首尾呼应作用.[投影练习]结合原电池条件，将Ｆｅ+Cu２＋=C+Fe2＋设计成一个原电池学生分析、练习巩固和应用，培养学生的知识迁移能力和发散能力[作业]1、课本Ｐ１0８（一）（1）(３）（三)12、练习册P１1318题［家庭实验]1、制作一水果电池 ﻩ2、拆开一节废旧干电池，观察其构造培养学生动手能力和解决生活中实际问题的能力[研究性学习课题］调查常用电池的种类,使用范围及电池中氧化剂和还原剂，了解回收废电池的意义和价值.培养学生综合问题能力,使学生了解社会、关心生活,关注环境,增强主人翁意识。板书设计一、原电池原理定义：原电池装置是将化学能转变为电能的装置构成要素(－)较活泼的金属（a)电极（+)较不活泼的金属或非金属(b）电解质溶液（c)闭合回路3、原电池原理:电子负极正极活泼的一极（导线)不活泼的一极流出电子流入电子发生氧化反应发生还原反应（1)电极反应Zn-2e＝Zn2＋２Ｈ＋+2ｅ=Ｈ2↑（2)电池总反应Zn+2H+＝Ｈ2↑+Ｚn2+(3)、微粒流向：外电路:电子：负极导线正极内电路：离子：阳离子向正极移动小结：原电池是一种负极流出电子，发生氧化反应，正极流入电子，发生还原反应,从而实现化学能转换为电能的装置.3。例题精讲1。确定金属活动性顺序例1.（1９93年上海高考化学题）有A、Ｂ、C、D四种金属，将Ａ与Ｂ用导线联结起来，浸入电解质溶液中，B不易被腐蚀；将A、D分别投入到等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液中无明显变化；将铜浸入Ｃ的盐溶液中，有金属Ｃ析出.据此可推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为（)A．D＞Ｃ>A>BＢ．D>A〉B＞CC。D＞B〉A＞CＤ。B＞Ａ〉Ｄ>C解析:根据原电池原理，较活泼金属作负极,较不活泼金属作正极,B不易被腐蚀，说明B为正极，金属活动性A＞B。另可比较出金属活动性D＞A，B＞C.故答案为B项.2.比较反应速率例2.（2000年北京春季高考化学题）100mＬ浓度为2mol·L-1的盐酸跟过量的锌片反应,为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是(）A．加入适量的6mol·Ｌ-1的盐酸Ｂ．加入数滴氯化铜溶液C．加入适量蒸馏水D.加入适量的氯化钠溶液解析：向溶液中再加入盐酸,H＋的物质的量增加,生成H2的总量也增加，A错.加入氯化铜后，锌置换出的少量铜附在锌片上,形成了原电池反应,反应速率加快,又锌是过量的,生成Ｈ２的总量决定于盐酸的量，故B正确。向原溶液中加入水或氯化钠溶液都引起溶液中H+浓度的下降，反应速率变慢，故C、Ｄ都不正确。本题答案为B项。3.书写电极反应式、总反应式例3．(２000年全国高考理综题）熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为阳极燃气，空气与CO２的混合气体为阴极助燃气,制得在650℃阳极反应式：2CO+2CＯ３2—-4e—=＝４CO2阴极反应式：____＿__＿__＿＿_____,电池总反应式:＿____＿＿___＿＿＿_＿。解析：作为燃料电池,总的效果就是把燃料进行燃烧。本题中ＣO为还原剂，空气中Ｏ2为氧化剂，电池总反应式为：2CO＋O2==2ＣO2。用总反应式减去电池负极（即题目指的阳极)反应式,就可得到电池正极（即题目指的阴极)反应式：O2+2ＣO2+4ｅ—==2CO32－.4.分析电极反应例４．（1999年全国高考化学题)氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是：（1/2)H2+ＮiO(OH）Ni（OＨ）2根据此反应式判断下列叙述中正确的是（）A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大Ｂ。电池放电时,镍元素被氧化Ｃ．电池充电时,氢元素被还原D.电池放电时,H２是负极解析：电池的充、放电互为相反的过程,放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。根据氢镍电池放电时的总反应式可知，电解质溶液只能是强碱性溶液，不能是强酸性溶液,因为在强酸性溶液中NiO（ＯH）和Ｎｉ(OH）２都会溶解。这样可写出负极反应式：H２＋2OＨ——２ｅ－＝=2H2O，H2为负极，附近的pH应下降。放电时镍元素由+３价变为+2价,被还原，充电时氢元素由+1价变为０价，被还原。故答案为Ｃ、D项.例5．(20０0年全国高考理综题）钢铁发生电化学腐蚀时，负极发生的反应（）A。２H++2ｅ－==H2 Ｂ.２H２O+O2+4e—＝=4OH—C．Fe-2ｅ—==Fｅ2+ﻩD．4OＨ-+4ｅ－==２Ｈ2O+Ｏ2解析：钢铁在潮湿的空气中发生电化学腐蚀时,负极为铁，正极为碳，电解质溶液为溶有O２或CＯ2等气体的水膜。当水膜呈弱酸性或中性时发生吸氧腐蚀,负极反应为：Fe-2e—==Ｆe2＋,正极反应为:2H2Ｏ+O2＋4e-==4ＯH-；当水膜呈酸性时发生析氢腐蚀，负极反应为：Fe—2e—=＝Fe２+,正极反应为:２H+＋2e-＝=H２。钢铁的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主。故答案为Ｃ项.5．判断原电池的电极例6．（2001年广东高考化学题）镍镉（Ni－Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用,它的充放电反应按下式进行:由此可知,该电池放电时的负极材料是（）A．Cd（ＯH)2Ｂ.Ni（ＯＨ)2C.CdＤ。NｉO(OH)解析：此电池放电时为原电池反应，所列反应由右向左进行，Ｃｄ元素由0价变为+2价，失去电子，被氧化,故Ｃd是电池的负极反应材料。本题答案为C项。例７.（2001年上海高考化学题)铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，锌片是(）Ａ。阴极Ｂ．正极C．阳极D．负极解析：铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中形成了原电池,由于金属活动性Zｎ〉Cu，故Zｎ为负极。答案为D项。6．原电池原理的综合应用例８.(2０0４年天津高考理综题）下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是（）A．a电极是负极B．b电极的电极反应为:４OH－-4e-=＝２H2O＋O2↑C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D。氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置解析：分析氢氧燃料电池原理示意图，可知a极为负极，其电极反应为:2H２—4e—==４H+,b极为正极，其电极反应为：O２+2Ｈ２O+4e—==4OＨ-，电池总反应式为:2H2+O2＝=2H2O。H2为还原剂，Ｏ２为氧化剂，H2、O2不需全部储藏在电池内。故答案为B项.例9.（200４年江苏高考化学题)碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用.锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn（s）+2MｎO2（s）+H２O（l）＝=Zｎ（OＨ)2（ｓ）+Mｎ2O3(s）下列说法错误的是（）A.电池工作时，锌失去电子Ｂ。电池正极的电极反应式为:２MnＯ2(s）+H2O（１）+２e—==Mn2O3(s）+2OＨ—（ａq）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Ｏ.2mｏl电子,锌的质量理论上减小6．5g解析：该电池的电解液为KOH溶液,结合总反应式可写出负极反应式:Zn(s)+２OH—（aｑ）—2ｅ-==Zｎ(OH)2(s），用总反应式减去负极反应式，可得到正极反应式：2MnO２（ｓ）+H2O(1）＋2e-=＝Ｍn2Ｏ3（s）+２OH—(aq)。Ｚn为负极，失去电子，电子由负极通过外电路流向正极。1molZｎ失去2mｏｌ电子，外电路中每通过O。２ｍol电子，Ｚｎ的质量理论上减小6.5g。故答案为C项.４。实战演练一、选择题１。(2０03年春季高考理综题)家用炒菜铁锅用水清洗放置后,出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是A。4Ｆe(OH）2＋２H２O＋Ｏ２===4Fe(OＨ)3↓B。2Ｆe＋2H2O＋O2==＝2Fe（ＯH)2↓Ｃ.2H2O+O2+4e—===４OH－D.Fe-3ｅ－===Fｅ３+2.(2００0年上海高考题）随着人们生活质量的不断提高,废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是Ａ.利用电池外壳的金属材料B。防止电池中汞、镉和铅等重金属离子污染土壤和水源C.不使电池中渗出的电解液腐蚀其他物品D。回收其中的石墨电极3．铁棒与石墨棒用导线连接后浸入0．01mol·L—１的食盐溶液中,可能出现的现象是A.铁棒附近产生OH— ﻩﻩB.铁棒被腐蚀C。石墨棒上放出Ｃl2 ﻩ ﻩD。石墨棒上放出O２４。某原电池总反应的离子方程式为2Fe3＋＋Fe=＝=3Fe2+,不能实现该反应的原电池组成是A.正极为铜,负极为铁,电解质溶液为FｅCl3溶液B。正极为碳，负极为铁,电解质溶液为Fe(NO3)3溶液Ｃ。正极为铁,负极为锌，电解质溶液为Ｆｅ2（SＯ4）3溶液D.正极为银,负极为铁，电解质溶液为CuSO４溶液5。生物体中细胞膜内的葡萄糖，细胞膜外的富氧液体及细胞膜构成微型的生物原电池，下列有关判断正确的是A。负极发生的电极反应可能是：O2-４e－+２H2O===4ＯH－B.正极发生的电极反应可能是：O２－4e－＝＝=２O2—Ｃ.负极反应主要是C６H12O6生成ＣＯ2或ＨCOD.正极反应主要是C6H１2O6生成CO２或CO6。以下现象与电化腐蚀无关的是A.黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿B。生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈C。铁质器件附有铜质配件,在接触处易生铁锈Ｄ．银制奖牌久置后表面变暗7.锂电池是新一代的高能电池，它以质轻、能高而受到普遍重视，目前已经研制成功了多种锂电池.某种锂电池的总反应可表示为：Li＋MｎO2===LiMnO2。若该电池提供5库仑（C)电量(其他损耗忽略不计),则消耗的正极材料的质量约为（式量Li:7；MｎＯ２:87，电子电量取1。6０×1０-19C）A.３。2×103gﻩ ﻩﻩ B.7×１0－C。4.52×10－3gﻩ ﻩﻩﻩD。４.５2×1０－8.据报道，美国正在研究的新电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，它具有容量大等优点，其电池反应为2Zn+O2==＝2ZnO,原料为锌粒、电解液和空气，则下列叙述正确的是A。锌为正极，空气进入负极反应B.负极反应为Ｚn-２e－＝==Zn２＋C.正极发生氧化反应Ｄ。电解液肯定不是强酸9.将两个铂电极插入ＫOH溶液中，向两极分别通入CH４和O2，即构成ＣH４燃料电池。已知通入ＣH４的一极，其电极反应式是：CH４+10OH—－8e-＝=＝ＣO+7H2O;通入O2的另一极,其电极反应是：O2+２H2O＋4e-===4OH－,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阴离子向负极移动Ｄ.该电池使用一段时间后应补充ＫOH二、非选择题（共5５分）１０。（10分）如右图所示的装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuＳO4溶液.（１）片刻后可观察到的现象是（指悬吊的金属圈）.A.铁圈和银圈左右摇摆不定B．保持平衡状态不变Ｃ.铁圈向下倾斜D．银圈向下倾斜（2）产生上述现象的原因是.11.（10分)（２000年全国高考理综卷)熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视,可用Li2CO3和Nａ２ＣO3的熔融盐混合物做电解质，CＯ为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极燃气，制得在65０℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式:阳极反应式：2CO+2CO４CO2+4e－阴极反应式：总电池反应式：12。（１0分)（1)今有反应2H2+O22H2O构成了燃料电池,则负极通的应是，正极通的应是.电极反应式为：负极，正极：。(2）如把KＯH改为稀H2ＳO4做电解质，则电极反应式为:负极，正极。两电极附近溶液的ｐH各有何变化?（３）如把H２改为CH4、KOH做导电物质，则电极反应式为：负极，正极.１3。（1２分）下表数据是在某高温下,金属镁和镍分别在氧气中进行氧化反应时，在金属表面生成氧化薄膜的实验记录：反应时间t/h１4９1625ＭgO层厚y/nm0.０50。２00．4５0.８01.25ａNiO层厚y′／nｍB2ｂ3b４ｂ5b注：a和ｂ均为与温度有关的常数。请填空回答：（１)金属高温氧化腐蚀速率可以用金属氧化膜的生长速率来表示，其理由是。（2）金属氧化膜的膜厚ｙ跟时间t所呈现的关系是(填“直线”“抛物线”“对数”或“双曲线"):MｇO氧化膜厚y属型，NiO氧化膜厚y′属型。（３)Mｇ与Ｎi比较，哪一种金属更具有耐腐蚀性，其理由是。1４。(8分）电池在人们的日常生活、工农业生产、教学科研等各个方面具有广泛的应用。电池按不同的划分标准可以划分为不同的种类,应用最广泛的是电化学电池。（1）电化学电池能够把能转化为能.电化学电池的工作原理是的迁移扩散和电化学反应。下列属于电化学电池的有.①蓄电池②锌锰电池③充电电池④一次性电池(2)电化学电池的组成可以表示为:（—）负极材料‖A‖正极材料（+）。A表示,离子在Ａ中的电阻比电子在金属中的电阻。对于不漏电的电池电子在Ａ中的电阻为。（3）1９91年Soｎy公司首次推出商品化的锂离子电池，此后锂离子电池的厂家如雨后春笋般在全世界出现,锂离子电池的品种和数量也在逐年增加。锂离子电池的电压高，单个电池的电压是３.6V，锂离子电池的正极材料是锂的过渡金属氧化物（例如LiＣoO２)混以一定量的导电添加物（例如C)构成的混合导体，负极材料是可插入锂的碳材料。①锂在元素周期表中位于第周期，第主族.②锂离子电池所用的正负极材料都是不污染环境的无毒无害物质，属于绿色能源。而镉镍在生产过程中污染环境。(作为密封电池无毒无害可以放心使用)镉镍电池的有毒物质是，它作为电池的极。15.（5分）关于“电解氯化铜溶液时的pH变化”问题,化学界有以下两种不同的观点：pH与时间关系图观点一是:“理论派”认为电解氯化铜溶液后溶液的pH升高。观点二是：“实验派”经过反复、多次、精确的实验测定，证明电解氯化铜溶液时pH的变化如图曲线的关系。请回答下列问题:(1）电解前氯化铜溶液的pH处在A点位置的原因是(用离子方程式说明）.(2）“理论派”所持观点的理论依据是。(３）“实验派”的实验结论是。他们所述“精确实验”是通过