届高考化学一轮复习考纲点击教学案：第八单元化学反应与能量第2节原电池 化学电源.doc

第2节原电池化学电源一、原电池的工作原理1概念原电池是将_转变为_的装置。2工作原理如图以铜锌原电池为例：（1）在ZnSO4溶液中，锌片逐渐_，即Zn被_，锌原子_电子，形成_进入溶液，从锌片上释放出电子，经过导线流向_；溶液中的_从铜片上得电子，还原成为_并沉积在铜片上。（2）电子流向：从_极流向_极。（3）电流方向：从_极（_）流向_极（_）。3电极材料及反应式（以铜锌原电池为例）电极名称负极正极电极材料电极名称负极正极电极反应反应类型_反应_反应电池总反应4原电池的构成判断要三看（1）一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生（一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应）。（2）二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。（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。即时训练1 下列装置可以形成原电池的是_，并写出形成原电池的电极材料及电极反应：正极：_、_；负极：_、_；电解质溶液中的阴离子向_极移动，阳离子向_极移动，形成电流。二、常见的化学电源1一次电池（以碱性锌锰电池为例）负极：材料_，电极反应_。正极：材料MnO2，电极反应2MnO22e2H2O=2MnOOH2OH总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn（OH）22二次电池（以铅蓄电池为例）负极：材料_，电极反应：_。正极：材料_，电极反应：_。总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O3燃料电池（以氢氧燃料电池为例）酸性碱性负极反应正极反应电池总反应2H2O2=2H2O即时训练2 （1）铜锌原电池中，负极发生氧化反应，电极失电子质量减小，是否所有的化学电源中负极电极材料均减小？答：_。（2）给二次电池充电时，电极与外接电源的正、负极怎样连接？答：_。一、原电池的工作原理1原理图示2注意点（1）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。（2）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。（3）原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。【例11】（2012河南开封四模）某汽车尾气分析仪以燃料电池为工作原理测定CO的浓度，其装置如图所示，该电池中电解质为氧化钇氧化钠，其中O2可以在固体介质NAMCON中自由移动。下列说法中正确的是（）。A传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越低B工作时电子由电极a通过固体介质NAMCON流向电极bC工作时电极b作正极，O2由电极a流向电极bD当固体电解质中有1 mol O2通过时，电子转移2 mol方法归纳导线中的电流是从正极流向负极，而原电池内溶液中的电流（阳离子）正好相反，是从负极流向正极，阴离子从正极流向负极，这样才能形成闭合回路。【例12】 铜锌原电池（如下图）工作时，下列叙述不正确的是（）。A撤掉盐桥不能形成闭合回路，所以不能形成原电池B电池反应为ZnCu2=Zn2CuC在外电路中，电子从负极流向正极D盐桥中的K移向ZnSO4溶液二、原电池电极正负的判断及书写1正、负极的判断2电极反应的书写步骤3电极反应的书写举例（1）如果题目给定的是图示装置，没给总方程式，先分析正、负极，再根据正、负极反应规律去书写电极反应。例如：写电极反应分三步：分别找出氧化剂（H）和还原剂（Zn）（燃料电池如氢氧燃料电池，一般而言，燃料作还原剂，O2作氧化剂）。氧化剂在正极得电子，还原剂在负极失电子。结合介质判断氧化产物（Zn2）和还原产物（H2）。写出电极反应（注意两极得失电子数相等）。负极：Zn2e=Zn2；正极：2H2e=H2。（2）给出总反应，首先分析此反应中电子的得失，即氧化反应或还原反应，化合价升高、失电子、发生氧化反应，为原电池的负极；化合价降低、得电子、发生还原反应，为原电池的正极。以铅蓄电池放电时的反应为例，总反应为PbPbO22H2SO42PbSO42H2O，电极反应的书写步骤如下：负极：Pb2e=PbSO4PbSO2e=PbSO4；正极：PbO22e=PbSO4PbO2SO2e=PbSO4 PbO2SO4H2e=PbSO42H2O（也可以用总反应减去负极反应得到正极反应）。（3）书写电极反应应充分注意介质影响，水溶液中不能出现O2。如图所示，电池反应为2H2O2=2H2O，两电极为石墨电极，写出在下列三种介质中的电极反应：a电解质是稀硫酸溶液（酸性溶液电极反应中一定无OH）。负极：2H24e=4H；正极：O24H4e=2H2O。b电解质是稀KOH溶液（碱性溶液电极反应中一定无H）。负极：2H24OH4e=4H2O；正极：O22H2O4e=4OH。c电解质是NaCl溶液（中性溶液反应物中无H和OH）。负极：2H24e=4H；正极：O22H2O4e=4OH。【例21】 现欲以下图所示装置用电化学原理将CO2、SO2转化为重要化工原料。若A为CO2，B为H2，C为CH3OH，则通入CO2的一极为_极，电极反应为_，电池反应为_。若A为SO2，B为O2，C为H2SO4，则负极的电极反应为_。方法归纳书写电极反应时，正负极的判断是关键，看两极与电解质溶液得、失电子而快速推断出正、负极，同时还应充分注意介质与电极生成物的反应：（1）负极生成的金属离子在碱性溶液中能与OH反应生成难溶性碱，如在碱性条件下，钢铁腐蚀中负极生成的Fe2与溶液中的OH结合生成Fe（OH）2；（2）在碱性条件下电极析出的CO2能与OH反应生成CO等。【例22】 （2012湖北武汉联考）下图是甲烷燃料电池原理示意图，请回答下列问题：（1）电池的正极是_（填“a”或“b”）电极，负极上的电极反应是_。（2）电池工作一段时间后电解质溶液的pH_（填“增大”“减小”或“不变”）。三、原电池在化工、农业生产及科研中的应用1加快氧化还原反应速率一个自发的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大，例如Zn与稀硫酸反应时加入少量的CuSO4溶液能使产生氢气的速率加快。2比较金属活泼性强弱金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比正极的活泼。3用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如，保护铁质输水管或钢铁桥梁，可用导线将其和一块锌块相连，使Zn作原电池的负极。4设计制作化学电源（1）首先将氧化还原反应分成两个半反应。（2）根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正负极材料和电解质溶液。【例3】 已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、NaOH溶液、盐酸，按要求回答下列问题。（1）电工经常说的一句口头禅：“铜接铝，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，说明原因：_ _。（2）通常说的燃料电池都以铂为电极，将燃烧反应的化学能转化为电能，在燃料电池中，可燃物在_极反应，_在另一极反应。（3）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，负极_，正极_。1（高考集萃）（1）（2012课标全国理综）与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应为_，该电池总反应的离子方程式为_。（2）（2012海南化学）肼（N2H4）空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的反应为_。（3）（2012山东理综）利用反应2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应为_。（4）（2012天津理综）熔融状态下，Na和FeCl2能组成可充电电池（装置示意图如右），反应原理为：2NaFeCl2Fe2NaCl放电时，电池的正极反应为_；充电时，_（写物质名称）电极接电源的负极；该电池的电解质为_。2（2012北京理综，12）人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。下图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是（）。A该过程是将太阳能转化为化学能的过程B催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生C催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强D催化剂b表面的反应是CO2 2H2e=HCOOH3（2012福建理综，9）将下图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是（）。ACu电极上发生还原反应B电子沿ZnabCu路径流动C片刻后甲池中c（SO）增大D片刻后可观察到滤纸b点变红色4（2012大纲全国理综，11）四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池；相连时，外电路电流从流向；相连时，为正极；相连时，上有气泡逸出；相连时，的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是（）。A BC D5铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：FeNi2O33H2O=Fe（OH）22Ni（OH）2下列有关该电池的说法中不正确的是（）。A电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为FeB电池放电时，负极反应为Fe2OH2e=Fe（OH）2C电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低D电池充电时，阳极反应为2Ni（OH）22OH2e=Ni2O33H2O参考答案基础梳理整合一、1.化学能电能2(1)溶解氧化失Zn2CuCu2Cu(2)负正(3)正Cu负Zn3锌铜Zn2e=Zn2Cu22e=Cu氧化还原Cu2Zn=Zn2Cu即时训练1BAg2Ag2e=2AgCuCu2e=Cu2负正二、1.ZnZn2e2OH=Zn(OH)22PbPb2eSO=PbSO4PbO2PbO22e4HSO=PbSO42H2O32H24e=4H2H24e4OH=4H2OO24e4H=2H2OO24e2H2O=4OH即时训练2(1)不是，如氢氧燃料电池正负极质量不变(2)正极接正极、负极接负极核心归纳突破【例11】 D解析：电流越大说明反应速率越快，反应物CO浓度越大，A选项错误；电解质导电的原因是因为电解质中含有自由移动的离子，所以电子不能在电解质中通过，B选项错误；a为负极、b为正极，阴离子应该由正极流向负极，C选项错误。【例12】 D解析：左烧杯中Zn失电子形成Zn2，使溶液中的Zn2浓度增大，右烧杯中Cu2得电子，溶液中的Cu2浓度减小，所以盐桥中的负电荷向左移动，正电荷K向右移动，以维持两烧杯的电中性；也可以从电流方向解答，外电路电流从正极流向负极，可认为原电池内溶液中的电流从负极流向正极，形成闭合回路，正电荷的流向就是电流的方向，所以K向右移动。【例21】 答案：(1)正CO26e6H=CH3OHH2OCO23H2=CH3OHH2OSO22e2H2O=4HSO解析：(1)此装置为原电池，电解质溶液显酸性。H2中H化合价升高为负极，电极反应为H22e=2H，CO2一极为正极，产物为CH3OH，碳的化合价由4价降低为2价，电极反应为CO26e6H=CH3OHH2O。负极SO2中硫化合价升高2，生成H2SO4。【例22】 答案：(1)bCH410OH8e=CO7H2O(2)减小解析：氧气作正极，得电子在碱性条件下生成OH，其电极反应为O24e2H2O=4OH，燃料CH4失电子，在碱性条件下生成CO，可得CH48eCO，依据电荷守恒前面加10个OH，CH410OH8eCO，最后用水配平，CH410OH8e=CO7H2O，由负极电极反应和正极反应可知电池反应为CH42OH2O2=CO3H2O；由总反应可知整个电解质溶液的pH减小。【例3】 答案：(1)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(2)负助燃物(3)Cu2e=Cu22Fe32e=2Fe2解析：(2)可燃物被氧化失电子，在电源负极发生反应。演练巩固提升1答案：(1)FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH3Zn2FeO8H2O=3Zn(OH)22Fe(OH)34OH(2)N2H44e4OH=N24H2O(3)4HO24e=2H2O(4)Fe22e=Fe钠Al2O3解析：(1)正极发生得电子的还原反应，碱性条件下1个FeO得到3个电子生成Fe(OH)3，即FeO3eFe(OH)3，依据电荷守恒后面加5个OH，即FeO3eFe(OH)35OH，依据氢原子守恒得FeO3e4H2OFe(OH)35OH，最后用氧原子检查是否正确；负极反应为Zn2e2OH=Zn(OH)2，根据得失电子守恒两电极反应变为2FeO6e8H2O=2Fe(OH)310OH、3Zn6e6OH=3Zn(OH)2，相加即得电池反应；(2)负极燃料(N2H4)失电子生成N2，碱性条件下用OH配平；(3)氧气在正极得电子，在酸性条件下生成H2O，最后用H配平即可；(4)放电时正极发生还原反应，应该是Fe2得电子，电极反应式为Fe22e=Fe，充电时Na得电子，为电解池的阴极，接电源的负极，该电池中Al2O3为导电介质。2C解析：首先标化合价，看价变化，O2HOOH，CO2中C的化合价降低，得电子，由图示装置中电子转移的方向可知催化剂a表面发生失电子的反应，催化剂b表面发生得电子的反应，所以在催化剂b表面发生的电极反应为CO22H2e=HCOOH；在a表面H2O失电子生成O2，电极反应为2H2O4e=4HO2，由电极反应可知a极附近酸性增强，b极附近酸性减弱，C错误。3A解析：将装置中K闭合，该装置构成原电池，其中Zn电极上发生氧化反应，为负极，Cu电极上发生还原反应，为正极，故A正确；电子沿Zna，在a上溶液中的H得到电子，在b上溶液中的OH失去电子，电子不能直接由ab，故B错误；该装置工作过程中，甲乙两烧杯中的SO的浓度都不改变，只是盐桥中的Cl和K分别向甲、乙两烧杯中移动，故C错误；b接电源正极为阳极，在此极溶液中的OH失去电子，c(OH)减小，c(H)增大，b处滤纸不能变红色，故D错误。4B解析：由原电池原理判断金属活动性，外电路电流从流向，为正极，金属活动性；相连，为正极，金属活动性；相连，上有气泡(H2)逸出，为正极，金属活动性；相连，质量减少，则金属活动性，即金属活动性顺序为，B正确。5C解析：因为放电时的反应中有氢氧化物生成，故电解质溶液呈碱性，因为铁的化合价升高，镍的化合价降低，故铁是负极，氧化镍是正极，故A和B均正确；充电时的阴极反应为Fe(OH)22e=Fe2OH，此时阴极附近的pH增大，C错误；根据所给的放电时的电池反应可推知D正确。