2020年高考化学一轮复习课件：模块2 第四单元 第2节 原电池 化学电源 .ppt

第2节,原电池 化学电源,考纲点击：理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写 电极反应和总反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作 原理。,回归教材 一、原电池及其工作原理,1.概念和反应本质,化学能,电能,氧化还原反应,原电池是把_转化为_的装置，其反应本质 是_。,氧化还原,活泼性,电解质,电解质,2.构成条件 (1)一看反应：看是否有能自发进行的_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_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： _溶液； 两电极直接或间接接触； 两电极插入_溶液中。,3.工作原理(以铜锌原电池为例),氧化,还原,锌片,导线,铜片,正极,负极,(1)原理分析。,(2)两种装置比较。 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(中和电荷)，使电池能持续提供电流。,4.三个移动方向,负,正,正,负,负,正,特别提醒(1)只有氧化还原反应才能设计成原电池。 (2)活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反,应。(原电池中“负极氧化，正极还原”),(3)电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐 桥。(电子不下水，离子不上岸或电子走旱路，离子走水路),(4)负极失去电子总数一定等于正极得到电子总数。,(5)对于同一反应，原电池反应速率一定比直接发生的氧化,还原反应快。,5.原电池在化工、农业生产及科学研究中的四大应用 (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_， 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。,加快,强,正,负,(2)比较金属活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属活动 性比正极的_。 (3)用作金属的防护 被保护的金属制品作原电池的_极而得到保护。例如， 保护铁制输水管或钢铁桥梁，可用导线将其和一锌块相连，使 Zn 作原电池的_极。,二、化学电源,Zn,碳棒,Zn,Ag2O,1.一次电池,2.二次电池(以铅蓄电池为例) 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)2H2O(l),3.燃料电池 (1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池。 (2)燃料电池的电极本身不参与反应，燃料和氧化剂连续地,由_供给。,2H24e=4H,2H24OH4e=4H2O,O24H4e=2H2O,O22H2O4e=4OH,外部,基础测评,1.在如图所示的 8 个装置中，属于原电池的是_,_(填序号)。,答案：,2.下列说法正确的是(,)。,A.构成原电池的两个电极必须是活泼性不同的两种金属 B.如图原电池中，电流由锌棒经外电路流向铜棒 C.通过构成原电池，能将反应的化学能全部转化为电能 D.银锌纽扣电池的放电反应：ZnAg2OH2O=Zn(OH)2 2Ag，其中 Ag2O 作正极，发生还原反应,解析：构成原电池的两个电极不一定都是金属，可以是一 极为较活泼金属，另一极为石墨棒，故 A 错误；该原电池中， 锌为负极，铜为正极，电流由铜棒经外电路流向锌棒，故 B 错 误；通过原电池，能将反应的化学能转化为电能，由于存在能 量损失，则不可能将化学能全部转化为电能，故 C 错误；由电 池总反应可知该纽扣电池的反应中 Zn 为还原剂，Ag2O 为氧化 剂，故 Zn 为负极被氧化，Ag2O 为正极被还原，故 D 正确。,答案：D,3.如图所示，杠杆 AB 两端分别挂有体积相同、质量相等的 空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后 小心地向水槽中滴入浓 CuSO4 溶液，一段时间后，下列有关杠 杆的偏向判断正确的是( 实验过程中，不考虑两球的浮力变,化)(,)。 A.杠杆为导体或绝缘体时，均为 A 端高 B 端低 B.杠杆为导体或绝缘体时，均为 A 端低 B 端高 C.当杠杆为导体时，A 端低 B 端高 D.当杠杆为导体时，A 端高 B 端低,解析：当杠杆为导体时，构成原电池，Fe 作负极，Cu 作 正极，电极反应式分别为负极 Fe2e=Fe2，正极 Cu2 2e=Cu，铜球质量增重，铁球质量减轻，杠杆 A 低 B 高。,答案：C,A.放电时，Li 作电源负极，负极反应为 Lie =Li,4.锂-二硫化亚铁电池是一种高容量电池，用途广泛，该电 池放电时的总反应为 4LiFeS2=Fe2Li2S。下列说法正确的,是(,)。,B.放电时，正极发生氧化反应 C.硫酸、羧酸及醇类物质都可以用作该锂电池的电解质 D.充电时，阳极只有 Fe 参与放电,解析：放电时负极发生氧化反应，电极反应式为 Lie,=Li，A 正确；放电时正极发生还原反应，B 错误；加入硫 酸、羧酸时，Li 和硫酸、羧酸反应，所以不能用硫酸、羧酸作 该锂电池的电解质，C 错误；充电时，阳极发生氧化反应，而 D 错误。 答案：A,反应中S2和Fe的化合价都升高，所以S2和Fe都参与放电，,5.有 a、b、c、d 四个金属电极，有关的实验装置及部分实 验现象如下：,由此可判断这四种金属的活动性顺序是(,)。,B.bcda D.abdc,A.abcd C.dabc 答案：C,考点一 考向1,原电池原理 原电池的工作原理，正、负极的判断及电极反应,式书写 典例1(2018 年福建漳州八校联考)“软电池”采用一个薄 层纸片作为传导体，在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰， 在纸内的带电离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总 反应为：Zn2MnO2H2O=ZnO2MnO(OH)。下列说法正,确的是(,)。,A.该电池的正极为锌,B.该电池反应中二氧化锰起催化作用,2MnO(OH),D.当 0.1 mol Zn 完全溶解时，流经电解液的电子的物质的,量为 0.2 mol,解析：该原电池中，锌元素化合价由 0 价变为2 价，锌 失电子作负极，故 A 错误；该原电池中，锰元素化合价由4 价变为3 价，所以二氧化锰作正极，故 B 错误；电子从负极 沿导线流向正极，不经过电解质溶液，故 D 错误。,答案：C,C.电池正极反应式：2MnO22e2H2O=2OH,C.充电时负极反应为 MHOH =H2OMe,典例 2如图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的,是(,)。 A.放电时正极反应为 NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OH B.电池的电解液可为 KOH 溶液,D.MH 是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度 越高,解析：电池放电时，正极发生得电子的还原反应，A 正确； 由电池示意图及放电时正极上的电极反应知，该电池的电解液 呈碱性，可为 KOH 溶液，B 正确；充电时的负极实质上为阴极， 发生还原反应，C 错误；MH 的氢密度越大，表明单位体积的 MH 所能储存的电子越多，能量密度越大，D 正确。,答案：C,方法技巧,1.图解原电池工作原理,2.原电池正、负极的判断方法,此外，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，不要形成活泼金属一定作负极的思维定式。 如 Al、Mg 和 NaOH 溶液构成的原电池中，Al 为负极，Mg 为 正极。,考向 2 盐桥原电池,A.反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 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，在甲中溶入 FeCl2 固体，乙中的石墨 电极为负极,B.反应开始时，甲中石墨电极上Fe3被还原,解析：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；在甲中溶入 FeCl2 固体，平衡2Fe3,2I,2Fe2I2 向左移动，I2 被还原为 I，乙中石墨为正极，,D 不正确。 答案：D,方法技巧,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。,考向3,原电池原理的应用,典例4(判断金属的活泼性)有A、B、C、D、E五块金属 片，进行如下实验：A、B 用导线相连后，同时浸入稀H2SO4 溶液中，A极为负极；C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4 溶液中，电流由 D导线C；A、C 相连后，同时浸入稀 H2SO4 溶液中，C 极产生大量气泡；B、D 相连后，同时浸入 稀H2SO4 溶液中，D 极发生氧化反应；用惰性电极电解含 B 离子和 E 离子的溶液，E 先析出。据此，判断五种金属的活动,性顺序是(,)。,B.ACDBE D.BDCAE,A.ABCDE C.CABDE 答案：B,典例5(判断反应速率)(2018年广东揭阳二模)等质量的两 份锌粉 a、b，分别加入过量的稀 H2SO4 中，同时向 a 中放入少 量的 CuSO4 溶液，如图表示产生 H2 的体积(V)与时间(t)的关系，,其中正确的是(,)。,A,B,C,D,解析：等质量的两份锌粉 a、b，分别加入过量的稀 H2SO4 中，同时向 a 中放入少量的 CuSO4 溶液，发生：ZnCu2= Zn2Cu，形成原电池，反应速率增大，反应用时少于 b，但 生成的氢气少于 b，图象应为 D。,答案：D,方法技巧 改变Zn 与H反应速率的方法,(1)加入Cu 或CuSO4，形成原电池，加快反应速率，加入 Cu 不影响Zn 的量，但加入CuSO4，Zn 的量减少，是否影响产 生H2 的量，应根据 Zn、H的相对量多少判断。,(2)加入CH3COONa，由于CH3COO与H反应，使c(H),减小，反应速率减小，但不影响生成H2 的量。,典例6(设计原电池)电子工业中常用 30%的 FeCl3 溶液腐 蚀绝缘板上的铜箔制造印刷电路板。某工程师为了从废液中回 收铜，重新获得 FeCl3 溶液，设计了下列实验步骤：,写出一个能证明还原性 Fe 比 Cu 强的离子方程式：_ _。 该反应在上图步骤_中发生。请根据上述反应设计 一个原电池，在方框中画出简易装置图(标出电极名称、电极材 料、电解质溶液)。,解析：a 是 Fe，发生的反应有 FeCu2=Fe2Cu 和 Fe 2Fe3=3Fe2，试剂 b是盐酸。将FeCu2=Fe2Cu设 计成原电池，Fe 作负极，比 Fe 不活泼的 Cu 作正极，电解质溶 液是含 Cu2的溶液。,答案：FeCu2=Fe2Cu,装置图略,方法技巧,原电池的设计方法,设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是： (1)首先判断出氧化还原反应中的还原剂和氧化剂，将还原 剂(一般为比较活泼金属)作负极，活动性比负极弱的金属或非 金属作正极，含氧化剂的溶液作电解质溶液。 (2)如果两个半反应分别在要求的两个容器中进行(中间连 接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的 金属的阳离子。,(3)设计实例：,根据反应 2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2 设计的原电池为：,2Na2CO3C。下列说法错误的是(,【拓展演练】 1.(2018 年新课标卷)我国科学家研发了一种室温下“可 呼吸”的 Na-CO2 二次电池。将 NaClO4 溶于有机溶剂作为电解 液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反,应为：3CO24Na,)。,. .,答案：D,质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(,2.(2016 年新课标卷)Mg-AgCl 电池是一种以海水为电解,)。,A.负极反应式为 Mg2e=Mg2 B.正极反应式为 Age=Ag C.电池放电时 Cl由正极向负极迁移 D.负极会发生副反应 Mg2H2O=Mg(OH)2H2,. .,解析：根据题意，电池总反应式为 Mg2AgCl=MgCl2 2Ag，正极反应为 2AgCl2e=2Cl2Ag，负极反应为 Mg2e=Mg2，A 正确，B 错误；对原电池来说，阴离子由 正极移向负极，C 正确；由于镁是活泼金属，则负极会发生副 反应 Mg2H2O=Mg(OH)2H2，D 正确。,答案：B,考点二 考向 1,化学电源 可充电电池(二次电池),典例7已知：锂离子电池的总反应为：LixCLi1xCoO2 CLiCoO2,锂硫电池的总反应为：2LiS 有关上述两种电池说法正确的是(,Li2S )。,A.锂离子电池放电时，Li向负极迁移 B.锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应 C.理论上两种电池的比能量相同 D.如图表示用锂离子电池给锂硫电池充电,解析：锂离子电池放电时，为原电池，阳离子 Li向正极移 动，A 错误；锂硫电池充电时，为电解池，锂电极发生还原反 应生成 Li，B 正确；电池的比能量是指参与电极反应的单位质 量的电极材料放出电能的多少，两种电池材料不同，显然其比 能量不同，C 错误；由图可知，锂离子电池的电极材料为 C 和 LiCoO2，应为该电池放电完全所得产物，而锂硫电池的电极材 料为 Li 和 S，应为充电完全所得产物，故此时应为锂硫电池给 锂离子电池充电的过程，D 错误。,答案：B,方法技巧,可充电电池的反应规律,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，充电发生的是电解池反应。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。,2.充电：原电池负极接电源负极，原电池正极接电源正极。 3.放电时的负极反应和充电时的阴极反应，放电时的正极 反应和充电时的阳极反应在形式上互逆。将负(正)极反应式变 方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。放电总反应和充 电总反应在形式上互逆(但不是可逆反应)。,图是该燃料电池的示意图。下列说法错误的是(,考向2,燃料电池,典例8(2018 年河南二模)甲醇燃料电池体积小巧、洁净环 保、比能量高，已在便携式通讯设备、汽车等领域应用。某型 甲醇燃料电池的总反应式为 2CH4O3O2=2CO24H2O，如,)。,. .,A.a 是甲醇，b 是氧气,B.燃料电池将化学能转化为电能,C.质子从 M 电极区穿过交换膜移向 N 电极区,D.负极反应：CH4O6eH2O=CO26H,解析：由质子交换膜知，电解质溶液呈酸性，N极上生成水，则a为氧气，N为正极，M为负极，负极反应式为CH4O6eH2O=CO26H，正极反应式为O24H4e=2H2O，b是甲醇、c是二氧化碳，质子从M电极区通过质子交换膜迁移到N电极区，通过以上分析知，B、C、D正确。 答案：A,考向3,新型电池,AgCl(s)Cu(aq)=Ag(s)Cu2(aq)Cl(aq)。,解析：该装置中氯原子在银电极上得电子发生还原反应， 所以银作正极、铂作负极，光照时，电流从正极银 X 流向负极 铂 Y，A 正确；光照时，Pt 电极作负极，负极上亚铜离子失电 子发生氧化反应，电极反应式为Cu(aq)e=Cu2(aq)，B错,误；光照时，该装置是原电池，银作正极，铂作负极，电解质 中氯离子向负极铂移动，C 正确；光照时，正极上氯原子得电 子发生还原反应，负极上亚铜离子失电子，所以电池反应式为,光,答案：B,【拓展演练】 3.(2018 年新课标卷)一种可充电锂-空气电池如图所示。 当电池放电时，O2 与 Li在多孔碳材料电极处生成 Li2O2x(x0,或 1)。下列说法正确的是(,)。,A.放电时，多孔碳材料电极为负极 B.放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C.充电时，电解质溶液中 Li向多孔碳材料区迁移,4.(2017 年新课标卷)全固态锂硫电池能量密度高、成本 低，其工作原理如下图所示，其中电极 a 常用掺有石墨烯的 S8 材料，电池反应为：16LixS8=8Li2Sx(2x8)。下列说法错,误的是(,)。,·,·,A.电池工作时，正极可发生反应：2Li2S62Li2e=,3Li2S4,B.电池工作时，外电路中流过 0.02 mol 电子，负极材料减,重 0.14 g,C.石墨烯的作用主要是提高电极 a 的导电性 D.电池充电时间越长，电池中 Li2S2 的量越多,解析：电池工作时为原电池，其电解质中的阳离子向正极移动，根据图示中Li移动方向可知，电极a为正极，正极发生还原反应，根据总反应可知正极依次发生S8Li2S8Li2S6 Li2S4Li2S2的还原反应，故A正确；电池工作时负极电极反应式为Lie=Li，当转移0.02 mol电子时，负极消耗Li的物质的量为0.02 mol，即0.14 g，故B正确；石墨烯具有良好的导电性，可以提高电极a的导电能力，故C正确；电池充电时为电解池，此时电池反应为8Li2Sx=16LixS8(2x8)，所以Li2S2的量越来越少，故D错误。 答案：D,