高三化学总复习课件第六章化学反应与能量6-20

第20讲原电池化学电源[考纲要求]1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。高频考点一原电池及其工作原理1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极(√)(2)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强(×)(3)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应(×)(4)带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长(√)(5)在“锌—硫酸铜溶液—铜”原电池中，锌为负极，发生还原反应(×)(6)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

(×)(7)原电池放电时，电流方向由电源的负极流向正极(×)(8)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极(×)2．(1)下列装置属于原电池的是________。(2)在选出的原电池中，________是负极，发生________反应，________是正极，该极的现象是_________________。(3)此原电池反应的化学方程式为_____________________________________________________________________________________________。1．原电池原电池是把________转化为_____的装置，其反应本质是______________。化学能电能氧化还原反应2．原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)(2)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：连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使原电池不断产生电流。(3)装置Ⅰ和装置Ⅱ的区别装置Ⅰ：还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，易造成能量损耗，装置效率很低。装置Ⅱ：还原剂在负极区，而氧化剂在正极区，能避免能量损耗。3．构成原电池的条件考点1原电池的工作原理1．(2016·上海高考)图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示(

)2．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是(

)【易错警示】

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。考点2原电池正负极的判断3．(2018·江苏泗洪模拟)如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是(

)【解析】

【答案】

C【解析】

(1)中Mg作负极；(2)中Al作负极；(3)中铜作负极；(4)是铁的吸氧腐蚀，Fe作负极。【答案】B【方法总结】

判断原电池正、负极的5种方法(注：Na3AsO3和Na3AsO4的溶液均为无色)下列叙述中正确的是(

)A．甲组操作时，电流表(A)指针发生偏转B．甲组操作时，溶液颜色变浅C．乙组操作时，C2作正极D．乙组操作时，C1上发生的电极反应为I2＋2e－2I－6．(2018·厦门模拟)控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是(

)【方法总结】

电流方向的判断方法(1)当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。(2)电子流向的分析方法改变条件，平衡移动；平衡移动，电子转移；电子转移，判断区域；根据区域，判断流向；根据流向，判断电极。高频考点二原电池工作原理的应用1．(1)用锌粒与稀H2SO4反应制取H2时，加入少量CuSO4会加快反应速率吗？会影响产生H2的量吗？(2)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液。请画出产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系图像。【答案】(1)利用原电池原理可加快制氢气的速率，但可能影响生成氢气的量。需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决于酸的量。(2)2．电工经常说的一句口头禅：“铝接铜，瞎糊弄”，所以电工操作上规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用，试说明原因。【答案】

铜、铝接触在潮湿的环境中形成原电池，加快了铝的腐蚀，易造成电路断路。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_____，而活动性弱的金属(或非金属)作_____。

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极溶解，而B极上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，则可以断定金属活动性A＞B。负极正极2．加快化学反应速率由于形成了原电池，导致反应速率_____。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Cu­Zn原电池，____反应进行。3．用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池_____而受到保护。例如，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。加快加快正极4．设计制作化学电源考点1比较金属的活动性1．(2018·河南安阳实验高中月考)X、Y、Z三种金属，X、Y组成原电池，X是负极；把Y放在Z的硝酸盐溶液中，Y表面有Z析出。其活泼顺序是(

)A．X>Y>Z

B．Z>Y>XC．X>Z>Y D．Y>X>Z【答案】

A2．(2018·襄阳一模)有A、B、C、D四种金属，做如下实验：①将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀；②将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；③将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化，如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是(

)A．A>B>C>D B．C>D>A>BC．D>A>B>C D．A>B>D>C【解析】

①A与B用导线连接后浸入电解质溶液中会构成原电池，B不易腐蚀，说明B为原电池的正极，说明金属活动性：A>B；②A、D与等物质的量浓度的盐酸反应，D比A反应剧烈，说明金属活动性：D>A；③根据置换反应规律，Cu不能置换出B，说明金属活动性：B>Cu，Cu能置换出C，说明金属活动性：Cu>C。则四种金属活动性的排列顺序是D>A>B>C。【答案】

C【易错警示】

(1)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，活泼电极不一定作负极。(2)离子不上导线，电子不进溶液，即电子在导线中移动而不能在溶液中通过，自由离子在溶液中迁移而不能在导线中通过。考点2加快化学反应的速率3．(2015·海南高考改编)10mL浓度为1mol·L－1的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的下列溶液，能减慢反应速率且氢气生成量减少的是(

)A．K2SO4 B．CH3COONaC．CuSO4 D．Na2CO34．选择合适的图像：(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是________。【解析】

(1)a中加入CuSO4，消耗一部分Zn，Cu、Zn形成原电池，反应速率加快，所以a放出H2的量减少，但速率加快。(2)a中加入CuSO4消耗Zn，但不影响产生H2的量，速率也加快。(3)CH3COONa与H2SO4反应后生成弱酸CH3COOH，从而减慢反应速率，但产生H2的量没发生变化。【答案】

(1)A

(2)B

(3)C【点拨】

利用原电池原理可加快制氢气的速率，但可能影响生成氢气的量。需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决于酸的量。(2)发生氧化反应的电极反应式为________。(3)反应达到平衡时，外电路导线中________(填“有”或“无”)电流通过。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中电极变为________(填“正”或“负”)极。【解析】

(1)先分析氧化还原反应，找出正负极反应，即可确定正负极区的电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极是负极，I－失电子。(3)反应达到平衡时，无电子流动，故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时Fe2＋失电子，电极变成负极。【知识归纳】

能设计成原电池的反应一定是放热的氧化还原反应，吸热反应不可能将化学能转化为电能。在原电池中还原性强的物质作为负极，氧化性强的物质作为正极，正极材料只起导电作用，一般用“万能电极”——石墨。高频考点三常见的传统化学电源2．可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？【答案】

2．二次电池(可充电池)铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为3．燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池。考点1干电池的构成与工作原理1．(2015·新课标全国Ⅱ，26)酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示：回答下列问题：(1)该电池的正极反应式为______________，电池反应的离子方程式为____________________。(2)维持电流强度为0.5A，电池工作5分钟，理论上消耗锌________g。(已知F＝96500C·mol－1)(3)废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通过______________分离回收；滤渣的主要成分是MnO2、________和________，欲从中得到较纯的MnO2，最简便的方法为________，其原理是___________________________________________________________________________。(4)用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中，需除去锌皮中的少量杂质铁，其方法是：加稀H2SO4和H2O2溶解，铁变为________，加碱调节至pH为________时，铁刚好沉淀完全(离子浓度小于1×10－5mol·L－1时，即可认为该离子沉淀完全)；继续加碱至pH为________时，锌开始沉淀(假定Zn2＋浓度为0.1mol·L－1)。若上述过程不加H2O2，后果是________，原因___________________________。(4)Fe在酸性条件下被H2O2氧化为Fe3＋。根据Fe(OH)3的Ksp和刚好完全沉淀时c(Fe3＋)＝1×10－5mol·L－1，有1×10－5×c3(OH－)＝10－39，可求得c(OH－)约为1×10－11.3mol·L－1，则溶液中c(H＋)＝1×10－2.7mol·L－1，溶液的pH为2.7。同理，根据Zn(OH)2的Ksp和Zn2＋开始沉淀时c(Zn2＋)＝0.1mol·L－1，有0.1×c2(OH－)＝10－17，可求得c(OH－)＝1×10－8mol·L－1，对应溶液pH＝6。若除铁时不加入H2O2，得到的溶液中同时含有Zn2＋和Fe2＋，由于Zn(OH)2和Fe(OH)2的Ksp相近，很难分离Zn2＋和Fe2＋。考点2铅蓄电池的构成与工作原理2．铅蓄电池的电极材料分别为Pb和PbO2，电解质溶液为30%H2SO4，如图所示是处于工作状态的铅蓄电池，若两电极的质量增加且a极增加得更多。下列说法正确的是(

)请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：(1)放电时：正极的电极反应式是________________________________________________；电解液中H2SO4的浓度将变________；当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加________g。(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按如图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成________，B电极上生成________，此时铅蓄电池的正极、负极的极性将________。【解析】

(1)原电池里正极上得电子，负极上失电子。根据电池总反应式【反思归纳】

可充电电池常考查内容(1)充、放电时电极的判断。(2)充、放电时电极反应及反应类型的判断。(3)充、放电时离子(外电路中电子的移动方向的判断)。(4)充、放电时电解质溶液离子浓度的变化，特别是酸、碱性的变化。5．一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(

)【解析】

高温条件下微生物会死亡，电池不能正常工作，A项正确；电池的负极失电子，发生氧化反应，即葡萄糖失电子生成CO2气体，B项正确；放电过程中，电子从负极区向正极区转移，C项错误；结合题给条件分析，D项正确。【答案】C难点专攻(十七)发展中的新型化学电源2．(2014·海南高考)锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：(1)外电路的电流方向是由________极流向________极。(填字母)(2)电池正极反应式为______________________________。(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？________(填“是”或“否”)，原因是___________________________。(4)MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应，生成K2MnO4，反应的化学方程式为_____________________________。K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为________。【解析】【知识归纳】

(1)电池放电时发生原电池反应，充电时发生电解池反应，在充电时电池的负极接电源的负极，即负极接负极后作阴极，正极接正极后作阳极。(2)充电电池的充、放电时的电极反应为阴极→负极反应相反，阳极→正极反应相反。(3)阳极和负极都发生氧化反应，阴极和正极都发生还原反应。(4)充电电池放电时，电解质溶液中的阳离子移向正极，阴离子移向负极，电子从负极经导线流向正极；电池充电时，电解质溶液中的阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。(5)pH变化：电极附近溶液的pH变化，根据电极反应式进行分析。6．(2018·哈尔滨模拟)新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图所示，(已知硼氢化钠中氢为－1价)，有关该电池的说法正确的是(

)【方法总结】

根据电极产物判断燃料电池正、负极的方法(1)在酸性燃料