适用于新高考新教材浙江专版2025届高考化学一轮总复习第6章化学反应与能量第23讲原电池化学电源课件新人教版

第23讲原电池化学电源选考目标要求1.理解原电池的工作原理,了解常见化学电源的种类及其工作原理,能多角度、动态地分析化学电源,解决化学电源实际问题。2.能够书写常见化学电源的电极反应式和总反应方程式,能发现和提出有探究价值的问题。命题分析原电池的构成、工作原理及应用是命题的重点;特别需要掌握常见化学电源的工作原理及电极反应,此类试题均在选择题里出现。知识点一原电池的工作原理及应用落实主干基础1.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。其本质是能自发进行的氧化还原反应。(2)原电池的构成条件一看反应:看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活动性强的金属与电解质溶液反应)。二看两电极:一般是活动性不同的两电极。三看是否形成闭合回路,形成闭合回路需三个条件:①电解质溶液;②两电极直接或间接接触;③两电极插入电解质溶液中。(3)工作原理(以铜锌原电池为例)Ⅰ.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反应类型氧化反应还原反应电子流向由Zn片沿导线流向Cu片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Ⅱ.盐桥的组成和作用①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。②盐桥的作用a.连接内电路,形成闭合回路;b.维持两电极电势差(平衡电荷),使电池能持续提供电流。Ⅲ.原电池装置中的3个移动方向①电子移向:电子从负极流出经外电路流入正极。②电流方向:电流从正极流向负极。③离子移动方向:阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。名师点拨(1)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,也可以是电极与溶解的O2等发生反应,如将铁与石墨相连插入食盐水中。(2)无论是原电池还是电解池,电子均不能通过电解质溶液。(3)双液铜锌原电池(带盐桥)比单液原电池的最大优点是Zn与氧化剂(Cu2+)不直接接触,仅有化学能转化为电能,避免了能量损耗,故电流稳定,放电时间长。2.原电池原理的四大应用(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,形成原电池时会使反应速率加快。例如,在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液,置换出的Cu能与Zn形成原电池,使产生H2的反应速率加快。(2)比较金属活动性强弱如有两种金属A和B,用导线将A和B连接后,插入稀硫酸中,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:A>B。(3)设计制作化学电源

实例:根据Cu+2Ag+===Cu2++2Ag设计电池:(4)用于金属的防护(牺牲阳极法)使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如,要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等,可用导线将其与一块锌块相连,使锌作原电池的负极。[练一练]1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)原电池工作时,正极表面一定有气泡产生。(

)(2)在原电池中,正极材料本身一定不参与电极反应,负极材料本身一定发生氧化反应。(

)(3)实验室制备H2时,用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳。(

)(4)铁铜原电池中,负极反应为Fe-3e-===Fe3+。(

)(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.下图中四种电池装置是依据原电池原理设计的,下列有关叙述错误的是(

)A.①中锌电极发生氧化反应B.②中电子由a电极经导线流向b电极C.③中外电路中电流由A电极流向B电极D.④中LixC6作负极C解析

在原电池中阴离子移向负极,所以③中A电极为负极,则外电路中电流应由B电极流向A电极。突破命题视角角度一

原电池的设计及工作原理1.(2023·湖南名校联考)某同学利用下列电池装置探究Fe2+的氧化性和还原性。电流表显示电子由铁电极流向石墨电极,石墨电极上未见Fe析出,下列分析不正确的是(

)A.盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中B.一段时间后两烧杯溶液中c(Fe2+)均增大C.当两烧杯溶液中c(Fe2+)相等时,说明反应已达到平衡状态D.由A、B中的现象可知,Fe2+还原性小于Fe、氧化性小于Fe3+C解析

铁电极失电子为负极,石墨电极为正极,阳离子从负极向正极移动,故盐桥中阳离子进入石墨电极溶液中,A正确;负极反应为Fe-2e-===Fe2+,石墨电极上发生的反应为Fe3++e-===Fe2+,两侧均反应生成亚铁离子,故一段时间后两烧杯溶液中c(Fe2+)均增大,B正确;负极反应为Fe-2e-===Fe2+,正极反应为2Fe3++2e-===2Fe2+,设两边均为1

L溶液,一段时间后转移电子为2x

mol时两极溶液中亚铁离子浓度相等,则0.10+x=2x+0.05,得x=0.05,则右边消耗铁离子为0.05

mol<0.1

mol,则反应仍能继续进行,故不能说明反应达到平衡状态,C错误;负极反应为Fe-2e-===Fe2+,正极反应为2Fe3++2e-===2Fe2+,总反应为Fe+2Fe3+===3Fe2+,反应中氧化剂为Fe3+,还原剂为Fe,Fe2+既是氧化产物也是还原产物,故Fe2+还原性小于Fe、氧化性小于Fe3+,D正确。2.(2023·江苏苏锡常镇四市调研)铁碳微电池法在弱酸性条件下处理含氮废水技术的研究获得突破性进展,其工作原理如图所示。下列说法错误的是(

)A.工作时H+透过质子交换膜由乙室向甲室移动C角度二

电极的判断及电极反应式的书写3.(2023·重庆一中月考)微生物燃料电池(MFC)是一种现代化氨氮去除技术,如图为MFC碳氮联合同时去除的氮转化系统原理示意图。A极的电极反应式为

,

A、B两极生成CO2和N2的物质的量之比为

。

5∶2CH3COO--8e-+2H2O===2CO2↑+7H+

解析

由图可知A极CH3COO-失电子被氧化的电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O===2CO2↑+7H+;B极电极反应式为

+12H++10e-===N2↑+6H2O,根据两极反应式计算,转移相同电子时两极产生的CO2和N2的物质的量比为5∶2。4.(2023·河南郑州期末)某氢氧燃料电池工作示意图如下。请回答下列问题:(1)电极a为电池的

(填“正”或“负”)极,其电极反应式是

。

(2)OH-向

(填“a”或“b”)极移动。

负

H2+2OH--2e-===2H2Oa解析

由图可知,该电池为碱性环境下氢氧燃料电池,电池总反应为2H2+O2===2H2O,则通入H2的为负极,通入O2的为正极。(1)电极a通入H2,a为电池的负极,其电极反应式是H2+2OH--2e-===2H2O;(2)原电池中阴离子向负极移动,则OH-向a极移动。知识点二常见的化学电源落实主干基础1.一次电池——不能充电复原继续使用(1)碱性锌锰干电池正极反应:2MnO2+2H2O+2e-===2MnO(OH)+2OH-;负极反应:Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2;总反应:Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2。(2)锌银电池负极反应:Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2;正极反应:Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-;总反应:Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。2.二次电池——放电后能充电复原继续使用铅酸蓄电池是最常见的二次电池,负极材料是Pb,正极材料是PbO2。总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)。名师点拨可充电电池充电时原来的负极发生还原反应(生成原来消耗的物质),即作阴极,连接电源的负极;同理,原来的正极连接电源的正极作阳极,简记为负连负,正连正。3.“高效、环境友好”的燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,分为酸性和碱性两种。种类酸性碱性负极反应式2H2-4e-===4H+2H2+4OH--4e-===4H2O正极反应式O2+4H++4e-===2H2O2H2O+O2+4e-===4OH-电池总反应2H2+O2===2H2O名师点拨(1)燃料电池的电极不参与反应,有很强的催化活性,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,介质的酸碱性对电极反应及电池总反应书写的影响。[练一练]1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能。(

)(2)碱性锌锰电池是一次电池,其中MnO2是催化剂,可使锌锰电池的比能量提高、可储存时间加长。(

)(3)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池,放电过程中,H+从正极区向负极区迁移。(

)(4)铅酸蓄电池工作时,当电路中转移0.1mol电子时,负极增重4.8g。(

)×××√2.(2023·浙江金华十校联考)一种在300℃下工作的新型锂—二硫化亚铁热电池的截面结构如图所示,LLZTO导体管只允许Li+通过。当用1.8V电压充电后,电池正极材料中S、Fe的原子个数比为1.02(不计Li2S,下同);2.3V电压充电后,S、Fe的原子个数比为2.01。下列说法不正确的是(

)A.Al2O3绝缘体隔离正负极,使化学能有效地转化为电能B.电池工作时,负极发生反应:2Li+S2--2e-===Li2SB解析

为使化学能有效地转化为电能,需要用Al2O3绝缘体隔离正负极,故A正确;根据LLZTO导体管只允许Li+通过,因此电池工作时,负极发生反应:Li-e-===Li+,故B错误;根据用1.8

V电压充电后,电池正极材料中S、Fe的原子个数比为1.02(不计Li2S,下同),2.3

V电压充电后,S、Fe的原子个数比突破命题视角角度一

燃料电池1.(2023·温州中学检测)如图为某微生物燃料电池净化水的原理。下列说法正确的是(

)A.N极为负极,发生氧化反应B.电池工作时,N极附近溶液pH减小C.M极发生的电极反应为(C6H10O5)n-24ne-+7nH2O===6nCO2↑+24nH+D.处理0.1mol

时,有1.4molH+从交换膜左侧向右侧迁移C解析

由图可知,有机物失去电子发生氧化反应生成二氧化碳,则M为负极;重铬酸根离子得到电子发生还原反应,则N为正极。由分析可知,M为负极,发生氧化反应,N为正极,A错误;电池工作时,重铬酸根离子得到电子发生还2.(2023·浙江天台中学检测)可同步实现除污脱氮和产电的双阴极微生物燃料电池的工作原理如图,下列说法不正确的是(

)A.工作过程中H+由厌氧室分别向缺氧室和好氧室迁移B.理论上,厌氧室消耗1molC6H12O6,外电路转移24mol电子D归纳总结解答燃料电池题目的思维模型角度二

二次电池3.(2024·浙江杭州高级中学月考)磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性,具有较长的使用寿命,放电时的反应为LixC6+Li1-xFePO4===6C+LiFePO4。图1为某磷酸铁锂电池的切面,图2为LiFePO4晶胞充放电时Li+脱出和嵌入的示意图。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体,它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(

)图1图2A.放电时,负极反应:LixC6-xe-===xLi++6CB.(a)过程中1mol晶胞转移的电子数为

NAC.(b)代表