原电池化学电源（课件）高考化学一轮复习课件讲义习题

第2讲

原电池化学电源化学虫子工作室荣誉出品第六章

化学反应与能量考点一原电池的工作原理考点二化学电源链接高考本节目录1.原电池及组成条件氧化还原考点一原电池的工作原理电极名称负极正极电极材料

片

片

电极反应Zn-2e-

=Zn2+Cu2++2e-

=Cu电极质量变化

反应类型

反应

反应

2.两种原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)锌铜减小增大氧化还原电极名称负极正极电子流向由

极沿导线流向

极

盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液,K+移向

极,Cl-移向

极

装置差异比较原电池Ⅰ:随反应的进行,温度升高,化学能转化为电能和热能,两极反应在相同区域,部分Zn与Cu2+直接反应,使电池效率降低;原电池Ⅱ:随反应的进行,温度不变,化学能只转化为

,两极反应在不同区域,Zn与Cu2+隔离,电池效率提高,电流稳定

负正正负电能[微点拨]盐桥的组成和作用(1)盐桥中装有含饱和KCl(或KNO3)溶液的琼胶。(2)原电池装置中盐桥连接两个“半电池装置”,其中盐桥的作用有三种:①连接内电路,通过离子的定向移动,构成闭合回路;②隔绝正、负极反应物,避免直接接触,导致电流不稳定;③维持电极区溶液的电荷平衡。3.原电池中的三个移动方向(1)电子方向:从

极流出沿导线流入

极。

(2)电流方向:从

极沿导线流向

极。

(3)离子迁移方向:电解质溶液中,阴离子向

极迁移,阳离子向

极迁移。

负正负正负正4.原电池原理的四大应用(1)比较金属的活动性强弱原电池中,活动性较强的金属一般作

,活动性较弱的金属(或导电的非金属)一般作

。

(2)加快化学反应速率氧化还原反应形成原电池时,反应速率加快。(3)用于金属的防护将需要保护的金属制品作原电池的

而受到保护。如要保护一个铁质的输水管道不被腐蚀,可用导线将其与一块

相连,

作原电池的负极。负极正极正极比铁活泼的常见金属如锌块锌块(4)设计制作原电池装置负极正极电极材料如根据Cu+2Ag+

=Cu2++2Ag设计原电池:AgNO3CuSO4[解析]铁在浓硝酸中会发生钝化,失去与硝酸反应的机会,不能作负极,而活动性弱的铜可与浓硝酸发生反应,铜作负极。(3)在原电池中,正极本身一定不参加电极反应,负极本身一定要发生氧化反应(

)[解析]燃料电池中正、负极(如Pt电极)不参加反应,而是燃料参加反应。(1)常温下CuO+H2SO4

=CuSO4+H2O能自发进行,故可以设计成原电池(

)(2)因为铁的活动性强于铜,所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池,必是铁作负极、铜作正极(

)×××基础知识秒杀(正确的打“√”,错误的打“×”)[解析]原电池工作时,电解质溶液中的阴离子向负极移动。(6)某原电池反应为Cu+2AgNO3

=2Ag+Cu(NO3)2,装置中的盐桥内可以是含琼脂的饱和KCl溶液(

)[解析]盐桥中的离子不能与电解质溶液中的离子发生反应。(4)实验室制备H2时,用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与稀硫酸反应效果更佳(

)(5)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动,盐桥中的阳离子向正极移动(

)√××2.在如图所示的4个装置中,不能形成原电池的是

(填序号),并指出原因:

。①④①中酒精是非电解质;④中未形成闭合回路[学科能力提升]判断原电池正、负极的五种方法 (1)在原电池中,把发生氧化反

应的电极称为负极,把发生还

原反应的电极称为正极。 (2)原电池的正极和负极与电

极材料的性质有关,也与电解

质溶液有关,不要形成“活泼

电极一定作负极”的思维定式。[易错警示]

1.原电池的工作原理2.原电池中电极反应式的书写1.一次电池(放电后不可再充电)碱性锌锰干电池负极反应:

;

正极反应:

;

总反应:Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2银锌纽扣电池负极反应:

。

正极反应:

;

总反应:Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2AgZn+2OH--2e-

=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-

=2MnOOH+2OH-Zn+2OH--2e-

=Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e-

=2Ag+2OH-考点二化学电源2.二次电池(放电后可再充电使活性物质获得再生,重复使用)铅酸蓄电池是最常见的二次电池,其正极材料为PbO2,负极材料为Pb,电解质溶液为30%的稀H2SO4溶液。总反应为：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2H2O(l)+2PbSO4(s)二次电池,放电时电池的负极,在充电时,连接外接电源的负极;放电时电池的正极,在充电时,连接外接电源的正极。

酸性碱性负极反应式

正极反应式

电池总反应式

特点燃料电池的电极作催化剂,燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应3.燃料电池(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分为酸性和碱性两种。2H2-4e-

=4H+2H2+4OH--4e-

=4H2OO2+4H++4e-

=2H2OO2+2H2O+4e-

=4OH-2H2+O2

=2H2O电解质电极反应式或总反应式①酸性介质正极

负极

总反应

②碱性介质正极

负极

总反应

(2)以CO为燃料气,请分别写出电解质符合下列条件的正、负极的电极反应式和总反应式(填入表格中)。O2+4e-+4H+

=2H2O2CO-4e-+2H2O=2CO2+4H+2CO+O2

=2CO2O2+4e-+2H2O=4OH-

电解质电极反应式或总反应式③固体氧化物

(其中O2-可以在固体介质中自由移动)正极

负极

总反应

④熔融碳酸盐

(C)正极

负极

总反应

(2)以CO为燃料气,请分别写出电解质符合下列条件的正、负极的电极反应式和总反应式(填入表格中)。O2+4e-=2O2-2CO-4e-+2O2-

=2CO22CO+O2

=2CO2

2CO+O2

=2CO2(2)若使反应Fe+2Fe3+

=3Fe2+以原电池方式进行,可用锌、铁作电极材料(

)[解析]反应Fe+2Fe3+

=3Fe2+以原电池方式进行,若锌、铁作电极材料,则发生的反应不再是原反应,而是反应Zn+2Fe3+

=2Fe2++Zn2+。[解析]燃料电池工作时,并不是燃料在电池中燃烧,而是化学能直接转化为电能。(1)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能(

)××基础知识秒杀(正确的打“√”,错误的打“×”)[解析]碱性条件下负极反应为2H2-4e-+4OH-

=4H2O。

(3)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2-4e-

=4H+(

)√××√2.

[2022·湖南常德模拟]最近,我国科研人员发明了一种新型的锌离子热充电电池,可以利用人体产生的低热量充电。该电池以Zn和VO2-PC为电极材料,实现了低热量发电。放电时,VO2结合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,原理如图所示。下列说法正确的是(

)A.分离器可以为阴离子交换膜B.充电时,阳极电极反应式为ZnxVO2·yH2O+2xe-

=VO2+xZn2++yH2OC.放电时,电流从Zn极流向VO2-PC极D.充电时,锌离子从较高温一侧移至低温一侧D[解析]放电时,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-

=Zn2+,VO2结合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,说明Zn2+从负极移向正极,则分离器可以是阳离子交换膜,但不能是阴离子交换膜,A错误;充电时,阳极发生氧化反应,电极反应式为ZnxVO2·yH2O-2xe-

=VO2+xZn2++yH2O,B错误;放电时,电流由正极流向负极,即电流从VO2-PC极流向Zn极,C错误;充电时,Zn2+由较高温区向左侧低温区迁移,并在Zn电极得电子被还原为Zn,D正确。[核心素养提升]化学电源中电极反应式的书写方法(1)拆分法①写出原电池的总反应,如2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+。②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、电荷守恒及得失电子守恒配平两个半反应:正极:2Fe3++2e-

=2Fe2+;负极:Cu-2e-

=Cu2+。(2)加减法①写出总反应,如xLi+Li1-xMn2O4

=LiMn2O4。②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。如xLi-xe-

=xLi+(负极)。③利用总反应与上述的一极反应式相减,得到另一个电极的反应式,即Li1-xMn2O4+xLi++xe-

=LiMn2O4(正极)。

1.

[2022·湖南卷]海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是(

)A.海水起电解质溶液作用极仅发生的电极反应:2H2O+2e-

=2OH-+H2↑C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D.该锂-海水电池属于一次电池B链接高考[解析]

M极上Li失去电子发生氧化反应,则M极为负极,电极反应式为Li-e-

=Li+,N极为正极,发生还原反应,据此分析解答。海水中含有丰富的电解质,如氯化钠、氯化镁等,可作电解质溶液,A正确;海水呈弱碱性,有溶解氧,发生的电极反应可能为O2+2H2O+4e-

=4OH-,B错误;Li是活泼金属,易与水反应,玻璃陶瓷可防止水和Li接触,且玻璃陶瓷也可传导Li+,使M极产生的Li+向正极移动,形成闭合回路,C正确;该电池不可充电,属于一次电池,D正确。2.

[2022·广东卷]科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池,可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-

=Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是(

)A.充电时电极b是阴极B.放电时NaCl溶液的pH减小C.放电时NaCl溶液的浓度增大D.每生成1molCl2,电极a质量理论上增加23gC[解析]据题中已知信息可知,充电时,电极b的反应式为2Cl--2e-

=Cl2,则充电时电极b为阳极,A错误;由充电时的电极反应式可知,充电、放电过程溶液的pH没有发生变化,B错误;由充电时的电极反应式可知,放电时的总反应式为Na3Ti2(PO4)3+Cl2

=2Cl-+2Na++NaTi2(PO4)3,显然NaCl溶液的浓度增大,C正确;每生成1molCl2,转移2mol电子,电极a有1mol

NaTi2(PO4)3转化为Na3Ti2(PO4)3,故电极a理论上增加的质量为2mol×23g·mol-1=46g,D错误。3.

[2022·辽宁卷]某储能电池原理如图。下列说法正确的是 (

)A.放电时负极反应:Na3Ti2(PO4)3-2e-

=NaTi2(PO4)3+2Na+B.放电时Cl-透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移C.放电时每转移1mol电子,理论上CCl4吸收0.5molCl2D.充电过程中,NaCl溶液浓度增大A[解析]放电时,负极失电子,发生氧化反应,电极反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-

=NaTi2(PO4)3+2Na+,A正确;放电时,阴离子移向负极,故Cl-透过多孔活性炭电极向NaCl溶液中迁移,B错误;放电时正极反应为Cl2+2e-

=2Cl-,转移1mo