2021届高考化学一轮复习-第6章-化学反应与能量-第22讲-原电池-化学电源教案-新人教版.doc
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1、2021届高考化学一轮复习 第6章 化学反应与能量 第22讲 原电池 化学电源教案 新人教版2021届高考化学一轮复习 第6章 化学反应与能量 第22讲 原电池 化学电源教案 新人教版年级:姓名:- 21 -第22讲原电池化学电源考纲要求1.理解原电池的构成、工作原理及应用,能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。考点一原电池的工作原理及应用1概念:把化学能转化为电能的装置。2工作原理(以铜锌原电池为例)(1)原理分析电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由Zn沿导线流向Cu盐桥中离子移向盐桥含饱
2、和KCl溶液,K移向正极,Cl移向负极(2)两种装置比较盐桥作用:a.连接内电路形成闭合回路。b.维持两电极电势差(中和电荷),使电池能持续提供电流。装置中有部分Zn与Cu2直接反应,使电池效率降低;装置中使Zn与Cu2隔离,电池效率提高,电流稳定。3构成条件(1)一看反应:看是否有能自发进行的氧化还原反应发生。(2)二看两电极:一般是金属活动性不同的两电极。(3)三看是否形成闭合回路,形成闭合回路需三个条件:电解质溶液;两电极直接或间接接触;两电极插入电解质溶液。1判断正误,正确的打“”,错误的打“”。(1)理论上,任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池()(2)在原电池中,发生氧化反应的一
3、极一定是负极()(3)在锌铜原电池中,因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路,所以有电流产生()(4)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()(5)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()(6)一般来说,带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高()2在如图所示的8个装置中,属于原电池的是_。答案:3原电池正负极的判断方法(1)由组成原电池的电极材料判断。一般是活动性较强的金属为_极,活动性较弱的金属或能导电的非金属为_极。(2)根据电流方向或电子流动方向判断。电流由_极流向_极;电子由_极流向_极。(3)根据原电池中电解质溶液内离子的移动方
4、向判断。在原电池的电解质溶液内,阳离子移向_极,阴离子移向_ 极。(4)根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的_极失电子发生氧化反应,其_极得电子发生还原反应。(5)根据现象判断。一般情况下,溶解的一极为_极,增重或有气体逸出的一极为_。答案:(1)负正(2)正负负正(3)正负 (4)负正(5)负正题组一原电池的工作原理1(2019北京石景山区期末)在探究柠檬电池的工作原理时,某课外小组同学发现:当按图所示连接一个柠檬时,二极管不发光;按图所示连接几个柠檬时,二极管发光。下列说法不正确的是()A图中二极管不发光,说明该装置不构成原电池B图中铁环为负极、铜线为正极,负极的电极反应为Fe2e=F
5、e2C图中二极管不发光的原因是单个柠檬电池的电压较小D图中所得的电池组的总电压是各个柠檬电池的电压之和A图连接一个柠檬时,形成原电池,二极管不发光的原因是单个柠檬电池的电压较小,A错误、C正确。图中多个柠檬电池串联,铁比铜活泼,则铁环是负极,负极上Fe失电子被氧化生成Fe2,电极反应式为Fe2e=Fe2,B正确。图所得的电池组是多个柠檬电池串联形成,故该电池组的总电压等于各个柠檬电池的电压之和,D正确。2(2019山东济南联考)金属硫电池价格低廉,使用寿命长,能量密度高,因而在电池研究领域得到广泛关注。常温下新型MgS电池放电时的总反应为:MgnS=MgSn。下列关于该电池的说法正确的是 ()
6、A负极材料为金属镁,正极材料为固体硫B电解质溶液可选用硫酸铜溶液C放电时,溶液中的阳离子向负极移动D将金属镁换成金属钠或锂也可以形成原电池D该电池的负极材料为Mg,但正极材料不是固体硫,因为固体硫不导电,A项错误;电解质溶液不能选用硫酸铜溶液,否则正极为Cu2得电子而不是S得电子,B项错误;放电时溶液中的阳离子向正极移动,C项错误;若将金属镁换成金属钠或锂,则总反应为2NanS=Na2Sn或2LinS=Li2Sn,也可以形成原电池,D项正确。3(2019福建六校联考)常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池如图1所示,测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所
7、示。反应过程中有红棕色气体产生。下列说法错误的是()At1s前,Al片的电极反应为:2Al3H2O6e=Al2O36HBt1s时,因Al在浓硝酸中钝化,氧化膜阻碍了Al继续反应Ct1s之后,负极Cu失电子,电流方向发生改变D烧杯中发生反应的离子方程式为:2NO22OH=2NOH2ODt1 s前,Al片作负极,发生氧化反应,其电极反应式为2Al3H2O6e=Al2O36H,A项正确;t1 s时,随着反应进行铝表面钝化形成的氧化膜阻碍了Al继续反应,B项正确;t1 s后Cu作负极发生氧化反应,电流方向发生改变,C项正确;NO2溶于NaOH溶液中生成NaNO3和NaNO2,即烧杯中发生反应的离子方程
8、式为2NO22OH=NONOH2O,D项错误。题组二原电池原理的应用4请运用原电池原理设计实验,验证Cu2、Fe3氧化性的强弱。请写出电极反应式,负极_,正极_,并在方框内画出实验装置图,要求用烧杯和盐桥,并标出外电路电子流向。答案:Cu2e=Cu22Fe32e=2Fe25把适合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示)(1)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,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
9、_。(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:加入CuSO4溶液,Zn置换出Cu,形成原电池,加快反应速率,(1)a中Zn减少,H2体积减小;(2)中由于H2SO4定量,产生H2的体积一样多;(3)当把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液时,由于CH3COOHCH3COOH,a中c(H)减少,反应速率减小,但产生H2的体积不变,所以C项正确。答案:(1)A(2)B(3)C题组三聚焦“盐桥”原电池6(2019河北唐山期末)铜锌电池原理如图所示,下列说法正确的是()Aa电极发生还原反应B盐桥中K移向a电极Cb电极反应式为Cu22e=CuD电子由Zn
10、电极流出,经盐桥溶液流向b电极CZn的金属活动性强于Cu,则铜锌原电池中,Zn作负极,发生氧化反应,A错误;b电极是正极,盐桥中阳离子向正极区移动,则盐桥中K移向b电极,B错误;溶液中Cu2在b电极上发生还原反应生成Cu,电极反应式为Cu22e=Cu,C正确;电子由负极经导线流向正极,则电子由Zn电极流出,经电流计流向Cu电极,电子不能经过盐桥溶液,D错误。7控制适合的条件,将反应2Fe32I2Fe2I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是()A反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应B反应开始时,甲中石墨电极上Fe3被还原C电流表读数为零时,反应达到化学平衡状态D电流表读数为零后,在甲中
11、溶入FeCl2固体,乙中的石墨电极为负极D由图示结合原电池原理分析可知,Fe3得电子变成Fe2被还原,I失去电子变成I2被氧化,所以A、B正确;电流表读数为零时,Fe3得电子速率等于Fe2失电子速率,反应达到平衡状态,C正确;D项在甲中溶入FeCl2固体,平衡2Fe32I2Fe2I2向左移动,I2被还原为I,乙中石墨为正极,D不正确。8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(盐桥为盛有KNO3琼脂的U形管)。请回答下列问题:(1)电极X的材料是_;电解质溶液Y是_(填化学式)。(2)银电极为电池的_极,其电极反应为_。(3)盐桥中的NO移向_
12、溶液。答案:(1)CuAgNO3(2)正Age=Ag (3)Cu(NO3)2考点二三类常见的化学电源1一次电池碱性锌锰干电池负极材料:Zn电极反应:Zn2OH2e=Zn(OH)2正极材料:碳棒电极反应:2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH总反应:Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2锌银电池负极材料:Zn电极反应:Zn2OH2e=Zn(OH)2正极材料:Ag2O电极反应:Ag2OH2O2e=2Ag2OH总反应:ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag2.二次电池(可充电电池)铅蓄电池是最常见的二次电池,总反应为Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H
13、2O(l)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,可分酸性和碱性两种。种类酸性碱性负极反应式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O24H4e=2H2OO22H2O4e=4OH电池总反应式2H2O2=2H2O备注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1判断正误,正确的打“”,错误的打“”。(1)铅蓄电池放电时,正极与负极质量均增加()(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池()(3)若使反应Fe2Fe3=3Fe2以原电池方式进行,可用锌铁作电极材料()(4)碱性锌锰干电池是一次电池,其中MnO2是催化剂,可使锌锰干电池的比能量高、可储存
14、时间长()(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能()(6)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H24e=4H()答案:(1)(2)(3)(4)(5)(6)2以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法。(1)酸性条件总反应式:_;正极反应式:_;负极反应式:_。(2)碱性条件总反应式:_;正极反应式:_;负极反应式:_。(3)固体电解质(高温下能传导O2)总反应式:_;正极反应式:_;负极反应式:_。(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下总反应式:_;正极反应式:_;负极反应式:_。答案:(1)CH42O2=CO22H2O2O28H8e=4H2OCH4
15、8e2H2O=CO28H(2)CH42O22OH=CO3H2O2O24H2O8e=8OHCH410OH8e=CO7H2O(3)CH42O2=CO22H2O2O28e=4O2CH44O28e=CO22H2O(4)CH42O2=CO22H2O2O24CO28e=4COCH44CO8e=5CO22H2O解答燃料电池题目的三个关键点(1)要注意介质是什么?是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。(2)通入负极的物质为燃料,通入正极的物质为氧气。(3)通过介质中离子的移动方向,可判断电池的正负极,同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。 题组一根据图示理解化学电源1(2019福建福州质量抽测)锂锰电池的体积小、性
16、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通过电解质迁移至MnO2晶格中,生成LiMnO2。下列表述不正确的是()Aa电极电势比b电极电势低B混合有机溶剂可用浓NaOH溶液替代C电池工作时负极反应为Lie=LiD外电路未接通时,电解质溶液中离子不会定向移动B根据Li通过电解质迁移至MnO2晶格中,可知b为正极,a为负极,故a电极电势比b电极电势低,A项正确;由于金属Li能与水反应,故混合有机溶剂不能用浓NaOH溶液替代,B项错误;a为负极,电池工作时负极上Li发生氧化反应:Lie=Li,C项正确;外电路未接通时,电解质溶液中离子自由移动,不
17、会定向移动,D项正确。2(2019广东中山一中考试)最近科学家利用下列装置成功地实现了CO2和H2O合成CH4。下列叙述错误的是()A电池工作时,实现了将太阳能转化为电能B铜电极为正极,电极反应式为CO28e8H=CH42H2OC放电时,电池内H透过质子交换膜从左侧向右侧移动D为提高该人工光合系统的工作效率,可向装置中加入少量稀硫酸B由电池装置图可知电池工作时,实现了将太阳能转化为电能,A项正确;电子流入的一极是正极,所以铜电极是正极,铜电极上CO2得到电子生成CH4,即CO28e8H=CH42H2O,B项错误;放电时,电池内H透过质子交换膜向正极移动,因铜电极是正极,故电池内H透过质子交换膜
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