人教新课标版高考第一轮复习原电池和化学电源教案

人教新课标版高考化学第一轮复习第6章第2节原电池和化学电源同步教案【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总反应式．2．了解常见化学电源的种类及其工作原理．【复习要求】1．了解原电池的工作原理。2．能写出原电池的电极反应式和反应的总方程式。3．能根据氧化还原反应方程式设计简单的原电池。4．能根据原电池原理进行简单计算。5．熟悉常见的化学电源(一次电池、二次电池和燃料电池)，能分析常见化学电池工作原理，了解废旧电池回收的意义。【近年考情】1．原电池的工作原理及电极反应式的书写．2．了解常用化学电源的构造及新型电源的工作原理，尤其是可充电电池的充放电过程．3．根据所给自发进行的反应设计原电池，并能绘制装置图.原电池为每年的必考题，主要是作为选择题出现，考查新型的原电池比较多，起点高落点低，最终还是落到原电池基础知识内容，例如：北京10-6C、天津10-2、全国10-12、全国10-35、北京9-6、北京9-8、天津9-10、北京8-5、天津8-12等等都对原电池有所考查。【高考怎考】（2010全国卷1）右图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。电池的一个点极由有机光敏燃料（S）涂覆在纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为：（激发态）下列关于该电池叙述错误的是：A．电池工作时，是将太阳能转化为电能B．电池工作时，离子在镀铂导电玻璃电极上放电C．电池中镀铂导电玻璃为正极D．电池的电解质溶液中I-和I3-的浓度不会减少【解析】B选项错误，从示意图可看在外电路中电子由负极流向正极，也即镀铂电极做正极，发生还原反应：I3-+2e-=3I-；A选项正确，这是个太阳能电池，从装置示意图可看出是个原电池，最终是将光能转化为化学能，应为把上面四个反应加起来可知，化学物质并没有减少；C正确，见B选项的解析；D正确，此太阳能电池中总的反应一部分实质就是：I3-氧化还原3I-的转化（还有I2+I-I3-），另一部分就是光敏有机物从激发态与基态的相互转化而已，所有化学物质最终均不被损耗！氧化还原【答案】B一、原电池1.概念：把化学能转化为电能的装置。2.构成条件（1）能自发地发生氧化还原反应。（2）电解质溶液（构成电路或参加反应）。（3）由还原剂和导体构成负极系统，由氧化剂和导体构成正极系统。（4）形成闭合回路（两电极接触或用导线连接）。二、化学电源【归纳总结】（一）原电池正、负极的判断与电极反应式的书写1.正、负极的判断①原电池正、负极的判断基础是自发进行的氧化还原反应，如果给出一个方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断。发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。②判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如：a.Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；b.Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。原电池中正、负极的电极反应式作为一种特殊的离子方程式，对于强、弱电解质的书写形式，没有严格的规定，但必须遵循原子守恒和电荷守恒规律。（二）原电池原理及其应用1.原电池原理利用氧化还原反应可将化学能转变为电能，具体如下：2.原电池原理在化工、农业生产及科研中的应用（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，设计成原电池时反应速率增大。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。（2）比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。（3）用于金属的防护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。（4）设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：①首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；②根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液。a.电极材料的选择在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应。b.电解质溶液的选择电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如空气中的氧气）。但如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。如在锌—铜—硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中，而正极金属铜浸泡在含有Cu2+的溶液中。③按要求画出原电池装置图。如根据以下反应设计的原电池：应用原电池原理可以设计任一自发的氧化还原反应的电池，但有的电流相当微弱。同时要注意电解质溶液不一定参与反应，如燃料电池，水中一般要加入NaOH、H2SO4或Na2SO4等。（三）可充电电池理论分析1．可充电电池有充电和放电两个过程，放电发生的是原电池反应，充电发生的是电解反应．充电的电极反应与放电的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时负极反应的逆过程．以铅蓄电池为例，该过程可结合图示分析：2．书写可充电电池的电极反应式，一般是先写放电的电极反应，往往负极反应式较容易写出，正极反应式较难写出，此时可先书写负极反应式，然后用电池反应式减去负极反应式即得正极反应式．书写电极反应式时，不要忽略了两极产生的离子是否与电解质溶液发生反应．原电池原理的考查主要从三个方面考查：一是外电路电子定向移动；二是电极上的氧化还原反应；三是溶液中离子运动，溶液中离子定向移动。【课堂巩固】1．把A、B、C、D四块金属片浸入稀硫酸中，分别用导线两两相连可以组成原电池．A、B相连时A为负极；C、D相连时，电流由D→C；A、C相连时，C极上产生大量气泡；B、D相连时，D极发生氧化反应．这四种金属的活动顺序是A．A＞B＞C＞DB．A＞C＞D＞BC．C＞A＞B＞DD．B＞D＞C＞A【答案】B【解析】A、B相连时A为负极，说明A比B活泼；C、D相连时，电流由D→C，则电子由C→D，所以C为失去电子的一极，C比D活泼；A、C相连时，C上产生气泡，即C上发生的反应是2H＋＋2e－===H2↑，是还原反应，A比C活泼；B、D相连时D极发生氧化反应，则D为负极，四种金属的活动顺序为A>C>D>B.2．用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液，AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂－KNO3的U型管)构成一个原电池．以下有关该原电池的叙述正确的是①在外电路中，电流由铜电极流向银电极②正极反应为：Ag＋＋e－===Ag③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A．①②B．②③C．②④D．③④【答案】C【解析】①Cu为负极，电子由Cu电极流向Ag电极；③取出盐桥，电池不能形成闭合回路，不能继续工作．3.(2009·广东高考)可用于电动汽车的铝－空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极．下列说法正确的是()A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极【答案】A【解析】B项，以NaOH为电解液时，不应生成Al(OH)3沉淀，而应生成AlO2-.C项，电解液的pH应减小．D项，电子通过外电路从负极流向正极．【答案】D【答案】C【解析】甲醇燃料电池是甲醇在负极上发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应，故B、D错误；A项不是电极反应．【答案】D【解析】A项，放电时Li为负极，发生氧化反应；B项，充电时Li0.85NiO2既是氧化剂，又是还原剂；C项，用水作电解质，Li要与水反应；D项，放电时，正极得电子而吸引阳离子Li＋.7.据《中国环境报》报道，近日，由美国宾夕法尼亚州立大学的科学家洛根率领的一个研发小组宣布，他们研制出一种新型的微生物燃料电池，可以把未经处理的污水转变成干净用水和电源．阅读上述信息，解答下列问题：(1)洛根设计的电池装置：一个圆柱形的树脂玻璃密闭槽，里面装有8条阳极石墨棒，它们围绕着一个阴极棒，密闭槽中间以质子交换膜间隔，密闭槽外部以铜线组成闭合电路，用作电子流通的路径．工作时，只需要把污水注入反应槽，然后细菌酶就可以将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子和质子．该过程中，释放出的电子通过________(填“溶液”或“铜线”)流向________(填“负极”或“正极”)，而质子则流向________(填“负极”或“正极”)；密闭槽中的质子交换膜的作用是________；写出阴极反应式：_____________________(提示：阴极反应有氧气参与)．(2)这种燃料电池的燃料是废水中的有机化合物，这些有机化合物在阳极附近被细菌分解，分解的产物除电子和质子外还有________(填序号)．a．二氧化碳b．氢气c．氧气d．氮气(3)这种新型微生物燃料电池最适宜处理的废水是________(填序号)．a．硫酸厂废水b．畜牧厂的废水c．电镀厂废水d．生活污水【答案】(1)铜线正极正极使质子穿过到达正极O2＋4H＋＋4e－===2H2O(2)a(3)bd【解析】(1)洛根设计的这种微生物燃料电池装置中“膜”的作用是允许穿过特殊的离子，这种微生物燃料电池装置的“膜”是为了让氢离子穿过；负极附近细菌分解污水中的有机化合物被氧化，失去的电子沿外电路的导线到达正极，而氢离子从溶液中穿过“膜”到达正极，在正极电子、氢离子和氧气一起生成水．【答案】C【解析】原电池负极发生的是氧化反应，可以排除选项B、D；因为该燃料电池的电解质为磷酸，所以又可以排除选项A.9．依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示．请回答下列问题：(1)电极X的材料是________；电解质溶液Y是________；(2)银电极为电池的________极，发生的电极反应为____________________________；X电极上发生的电极反应为____________________________；(3)外电路中的电子是从________电极流向________电极．【解析】(1)明确电池放电的过程即发生原电池反应的过程，其电池反应方程式为：Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，被氧化的Zn为负极，则Ag2O为正极．(2)从产物分别为金属氧化物和金属氢氧化物的实际来看，该电池的电解质溶液应为碱性．(3)充电时发生电解池反应，Ag为阳极，Zn(OH)2为阴极，分别发生氧化反应和还原反应．11.铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式___________________________________。(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应________________________；负极反应________________________。(4)某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。请从上表提供的药品中选择两种(水可任选)，设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。有关反应的化学方程式______________________________，劣质不锈钢腐蚀的实验现象____________________________________。【解析】依据Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋沉淀时溶液的pH，利用Fe3＋的水解能力强，加入CuO与溶液中的H＋作用调节pH，促进Fe3＋的水解，使Fe(OH)3沉淀，从而达到分离Cu2＋和Fe3＋的目的。(1)FeCl3与Cu发生反应：2FeCl3＋Cu===CuCl2＋2FeCl2。(2)依据上述氧化还原反应，设计的原电池为：Cu作负极，C(石墨)为正极，FeCl3溶液作电解质溶液。其中负极反应：Cu－2e－===Cu2＋正极反应：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋(3)根据沉淀Fe2＋、Fe3＋和Cu2＋的pH确定。首先将溶液中的Fe2＋氧化成Fe3＋，然后利用Fe3＋的水解：Fe3＋＋3H2O=Fe(OH)3＋3H＋，往溶液中加入CuO时，CuO与H＋作用从而使上述平衡右移。pH将逐渐增大，Fe3＋转化成Fe(OH)3沉淀而除去。(4)不锈钢在CuSO4中发生置换反应：CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu从而在不锈钢的表面析出了红色Cu，这样构成了Cu－Fe原电池，加快了不锈钢的腐蚀。验证的方法是先使CuO与H2SO4作用生成CuSO4，然后把劣质不锈钢放入CuSO4溶液中，观察表面是否有红色物质存在。【10真题精析】（2010重庆卷）29．（14分）钒（V）及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域．（1）V2O5是接触法制硫酸的催化剂．①一定条件下，与空气反应tmin后，和物质的量浓度分别为amol/L和bmol/L,则起始物质的量浓度为mol/L；生成的化学反应速率为mol/(L·min)．=2\*GB3②工业