2020高考化学总复习第六单元第2讲原电池化学电源教案新人教版

第讲原电池化学电源

一、原电池

.概念:①把转化为②的装置。

.构成条件

()有两个③的电极(常为金属或石墨)。

()将电极插入④中。

()两电极间构成闭合回路。

.工作原理

装置图

电极名称负极正极电极材料⑤片⑥片

电极反应⑦

⑧

(续表)

反应类型⑨反应⑩反应电子流向由片沿导线流向片

离子迁移方向阴离子向迁移阳离子向迁移

电池总反应式

两类装置的不同点还原剂与氧化

剂直接接触,既

有化学能转化

为电能,又有化

学能转化为热

能,造成能量损

耗

与氧化剂不直接接触,仅有化学能转化为电能,避免了能量损

耗,故电流稳定,持续时间长

二、化学电源的种类及其工作原理

.一次电池(碱性锌锰电池)

碱性锌锰电池的工作原理如图所示:

负极(),电极反应式为。

正极(),电极反应式为。

总反应式()。

.二次电池(以铅蓄电池为例)

()放电时的反应

.负极反应:。

.正极反应。

.总反应。

()充电时的反应

.阴极反应:。

.阳极反应:。

.总反应。

.燃料电池(以氢氧燃料电池为例)

酸性碱性负极反应

式

正极反应

式

电池总反

应式

.原电池实质的个方面

()能量转化:化学能转化为电能。

()反应本质:自发进行的氧化还原反应。

.原电池中的个“方向”

()外电路中电子移动方向:负极→正极。

()外电路中电流方向:正极→负极。

()电池内部离子移动方向:阴离子→负极,阳离子→正极。

()盐桥中(含饱和溶液)离子移动方向:

→正极一→负极。.判断原电池正负极的种方法

电极材料、电极现象、电子移向、离子移向、得失电子、电解质溶液。

.原电池电极反应式的书写方法

()列物质,标得失。判断电极产物,标出电子得失数量。

()看环境,配守恒。依据电解质环境和电荷守恒,添加合理的离子。在水溶液中,若前面添加或,则后面生成,若在后面添加或,则前面必添加;在非水环境中则应依据实际环境添加合理的离子或分子。

()两式相加,验总式。

见《自学听讲》

原电池的工作原理

.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。

()原电池工作时,正极表面一定有气泡产生。( )

()形成的原电池一定作负极。( )

()在原电池中,正极材料本身一定不参与电极反应,负极材料本身一定要发生氧化反应。( )

()实验室制备时,用粗锌(含、等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳。( )

()铁铜原电池中,负极反应式为。( )

()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。( ) ()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。( )

()×()×()×()√()×()×()×

.下列有关电化学知识的描述正确的是( )。

.反应()可以放出大量的热,故可把该反应设计成原电池,把其中的化学能转化为电能.某原电池反应为(),装置中的盐桥中可以是含琼胶的饱和溶液

.原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成的

.从理论上讲,任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池

()不是氧化还原反应项错误和反应生成沉淀易阻止原电池反应的发生项错误;

作电极的不一定是金属,如石墨棒也可作电极项错误。

.有关如图所示原电池的叙述不正确的是( )。

.电子沿导线由片流向片

.正极的电极反应式是

片上发生氧化反应片上发生还原反应

.反应时盐桥中的阳离子移向()溶液

该装置是原电池装置,实质上发生的是与硝酸银的反应,所以失去电子,发生氧化反应,则是负极是正极,电子从负极流向正极项正确;正极是发生还原反应,得到电子生成项正确;根据以上分析片上发生氧化反应片上发生还原反应项正确;原电池中,阳离子向正极移动,所以盐桥中的阳离子移向溶液项错误。

.分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( )。

.①②中作负极,③④中作负极

.②中作正极,电极反应式为↑

.③中作负极,电极反应式为

.④中作正极,电极反应式为↑

②中不与溶液反应,而能和溶液反应失去电子,故作负极;③中在浓硝酸中钝化

和浓反应失去电子作负极、两项均错误;②中电池的总反应为↑,负极反应式为,二者相减得到正极反应式为↑项正确;④中是正极,电极反应式为项错误。

一、规避原电池工作原理的个失分点

.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。

.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。

.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。

二、判断原电池正、负极的种方法

三、“步”完胜电极反应式的书写

.某课外活动小组设计的用化学电源使灯发光的装置如图所示。下列说法错误的是( )。

.铜片表面有气泡生成

.装置中存在“化学能→电能→光能”的转换

.如果将硫酸换成柠檬汁,导线中不会有电子流动

.如果将锌片换成铁片,电路中的电流方向不变

铜锌原电池中作正极,溶液中的氢离子在正极上得电子生成氢气,所以上有气泡生成,故项正确;原电池中化学能转化为电能灯发光时,电能转化为光能,故项正确;柠檬汁显酸性,也能作电解质溶液,所以将硫酸换成柠檬汁,仍然构成原电池,导线中有电子流动,故项错误的金属活动性比、都弱作正极,所以电路中的电流方向不变,仍然由流向负极,故项正确。

.(年湖南衡东一中月考)原电池(如图)工作时,下列叙述正确的是( )。

.正极反应式为

.电流从电极流向铁电极

.盐桥中的移向溶液

.电池总反应为

活泼电极锌作负极;电流和电子的流动方向相反;原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极、、三项错误。

.()稀组成的原电池中,负极反应式为,正极反应式为,电池总反应为。

()由、与氯化铁溶液组成的原电池,其正极反应式为,负极反应式为。

()由、与浓硝酸组成的原电池,其负极反应式为。

()与—电池类似—也可以组成碱性电池在电池中作为正极材料,其电极反应式为,该电池总反应的离子方程式为。

()作负极,电极反应式为作正极,电极反应式为↑。

()由、与氯化铁溶液组成的原电池,正极为,电极反应式为;负极为,电极反应式为。

()由、与浓硝酸组成的原电池遇浓硝酸钝化作负极,电极反应式为。

()组成碱性电池在电池中作正极中价铁元素被还原为()中价铁元素,其电极反应式为();书写总反应的离子方程式时,关键是抓住生成物中和的存在形式分别是()和()。

()↑;

↑

()

()

()();

()()

原电池原理的应用

.为保护地下钢管不受腐蚀,可采取的措施有( )。

.与石墨棒相连 .与铜板相连

.埋在潮湿、疏松的土壤中 .与锌板相连

项,石墨棒与铁构成原电池,铁更活泼,失电子,作负极,被腐蚀项,铜板与铁构成原电池,铁比铜活泼,失电子,作负极,被腐蚀项,在潮湿、疏松的土壤中,钢管中的碳、铁与水、空气构成原电池,铁失电子,作负极,被腐蚀项,

锌板与铁构成原电池,锌比铁活泼,锌失电子,作负极,锌被腐蚀,铁被保护。

.有、、、四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下: 实验

装置

部分

实

验现极质量减小极质量增加

极有气体产生极无变化

极溶解极有气体产生

电流从极流向极

象

由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )。

>>> >>>

>>>>>>

把四个实验从左到右分别编号为①②③④,则由实验①可知作原电池负极作原电池正极,金属活动性>;由实验②可知极有气体产生极无变化,则金属活动性>;由实验③可知极溶解,则作原电池负极作正极,金属活动性>;由实验④可知,电流从极流向极,则极为原电池负极极为原电池正极,金属活动性>。综上所述,金属活动性>>>。

.某原电池的电池反应为,与此电池反应不符的原电池是( )。

.铜片、铁片、溶液组成的原电池

.石墨、铁片、()溶液组成的原电池

.铁片、锌片、()溶液组成的原电池

.铜片、铁片、()溶液组成的原电池

由电池反应可知,铁作负极,失去电子,发生氧化反应。项中,由于锌的金属活动性大于铁,故锌作负极,发生氧化反应,与该电池反应不符。

原电池原理的应用

.比较金属的活动性强弱

原电池中,一般活动性强的金属作负极,活动性弱的金属(或非金属)作正极。例如,有两种金属和,用导线将和连接后,插入稀硫酸中,一段时间后,若观察到极溶解,而极上有气体放出,则说明作负极作正极,则可以判断金属活动性>。

.加快化学反应速率

由于形成了原电池,因此反应速率加快。例如与稀硫酸反应制氢气时,可向溶液中滴加少量溶液,形成原电池,加快反应进行。

.用于金属的防护

使需要保护的金属制品作原电池的正极。例如,要保护铁质的输水管道或钢铁桥梁,可用导线将其与一锌块相连,使锌作原电池的负极。

.设计制作化学电源

设计原电池时要紧扣构成原电池的条件:

()首先要将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应。

()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(负极为失电子物质,正极用比负极活泼性差的金属或导电的非金属,如石墨)及电解质溶液。

、、、为四种金属,已知:①;②、用导线连接放入硫酸氢钠溶液中表面有大量气泡逸出;③、用导线连接放入的硫酸盐溶液中,电极反应为。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是( )。

>>> >>>

>>> >>>

由①知,金属还原性>;②表面有大量气泡逸出,说明作原电池的正极,故金属的

还原性>;③、构成的原电池中作负极,故金属的还原性>。

.某校化学兴趣小组进行探究性活动,将氧化还原反应设计成盐桥原电池。提供的试剂有溶液、溶液,其他用品任选。请回答下列问题:

()请画出设计的原电池装置图,并标出电极材料、电极名称及电解质溶液。

()发生氧化反应的电极反应式为。

()反应达到平衡时,外电路的导线中(填“有”或“无”)电流通过。

()平衡后向溶液中加入少量固体,当固体全部溶解后,该溶液中的电极为(填“正”或“负”)极。

()先分析氧化还原反应,找出正负极反应,即可确定正负极区和电解质溶液。()发生氧化反应的电极是负极失电子。()反应达到平衡时,无电子流动,故无电流产生。()平衡后向溶液中加入少量固体,平衡逆向移动,此时失电子,碳电极为负极。

()如图:

()

()无

()负

化学电源

.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。

()铅蓄电池放电时,正极与负极质量均增大。( )

()手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。( )

()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。( ) ()化学电源工作时,内电路介质中的阳离子一定向正极迁移。( )

()氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中,负极反应式为。( )

()二次电池充电时,二次电池的负极连接电源的负极,发生还原反应。( )

()√()×()√()√()×()√

.以甲烷燃料电池为例,分析不同的环境下电极反应式的书写。

()酸性介质(如)

负极反应式:。

正极反应式:。

总反应式:。

()碱性介质(如)

负极反应式:。

正极反应式:。

总反应式:。

()固体电解质(高温下能传导)

负极反应式:。

正极反应式:。

总反应式:。

()熔融碳酸盐(如熔融)环境下

负极反应式:。

正极反应式:。

总反应式:。

()

()

()

()

书写原电池电极反应式的基本思路

.一般电极反应式的书写

()列物质,标得失。先确定原电池的正、负极,列出参加反应的微粒,并标出得失电子数。

()看环境,配守恒。在电解质溶液的环境中要生成稳定的电极产物,即、、等是否参加反应,遵守电荷守恒、质量守恒、电子守恒。

()两式加,验总式。正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式,可先写出较简单一极的电极反应式,然后在电子守恒的基础上,用总反应式减去较简单一极的电极反应式,即得到较难一极的电极反应式。

.燃料电池电极反应式的书写

电极:惰性电极。

燃料、、烃(如、)、醇(如)等。

电解质:①酸性电解质溶液,如溶液;②碱性电解质溶液,如溶液;③熔融氧化物,如;④熔融碳酸盐,如等。

方法一:

第一步,写出电池总反应式。

燃料电池的总反应与燃料燃烧的反应一致,若产物能和电解质反应,则总反应为加合后的反应。

如氢氧燃料电池的总反应式为。

甲烷燃料电池(电解质溶液为溶液)的反应如下:

①

②

①②可得甲烷燃料电池的总反应式。

第二步,写出电池的正极反应式。

根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是,因电解质溶液不同,故其电极反应也会有所不同:

()酸性电解质。

()碱性电解质。

()固体电解质(高温下能传导)。

()熔融碳酸盐(如熔融)。

第三步,电池的总反应式电池的正极反应式电池的负极反应式。

方法二:以燃料电池为例

分析反应中的氧化剂、还原剂、还原产物、氧化产物(对含碳燃料而言,若是碱性介质,则氧化产物为,若是酸性介质,则氧化产物为),写出还原剂氧化产物、氧化剂还原产物;根据化合价变化,计算出得失电子的数目,如。

.(年河南郑州一中模拟)石墨烯锂硫电池是一种高效、低污染的新型二次电源,其装置如图所示。电池反应为。可在固体电解质中迁移。下列说法不正确的是( )。

.放电时,锂在负极上发生氧化反应

.放电时,正极的电极反应式为

.充电时,锂电极为阴极,与电源负极相连

.充电时,理论上阳极失去电子生成硫

放电时,锂在负极上失电子,发生氧化反应项正确;放电时在正极得电子,正极的电极反应式为项正确;充电时,电池负极作阴极,锂电极与电源负极相连项正确;充电时,理论上阳极失去电子生成硫项错误。

.(年广西桂林崇左联考)如图所示装置是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量监测与控制的功能。

下列有关说法正确的是( )。

.电流由呼气所在的铂电极流出

透过质子交换膜移向氧气所在的铂电极

.电路中流过电子时,消耗

.该电池的负极反应式为↑

根据图示,通入氧气的铂电极为正极,呼气所在的铂电极为负极。电流由氧气所在的铂电极流出项错误;阳离子移向正极透过质子交换膜移向氧气所在的铂电极项正确;电路中流过电子时,消耗标准状况下项错误;根据图示,该电池的负极生成乙酸,电极反应式为项错误。

.一种微生物燃料电池的结构示意图如图所示,关于该电池的叙述正确的是( )。

.电池工作时,电子由流向

.微生物所在电极区放电时发生还原反应

.放电过程中从正极区移向负极区

.正极反应式为

因为右侧产生,说明微生物所在的电极区()失电子生成,所以电池工作时电子由极经外电路流向极项错误;微生物所在电极区放电时发生氧化反应项错误;放电时阳离子向正极移动项错误;放电时正极发生还原反应项正确。

.液流电池是一种新的蓄电池,是正负极电解液分开,各自循环的一种高性能蓄电池,具有容量高、使用领域(环境)广、循环使用寿命长的特点。一种锌溴液流电池如图所示,电解液为溴化锌的水溶液。下列说法正确的是( )。

.充电时阳极的电极反应式为

.充电时电极为外接电源的负极

.放电时向右侧电极移动

.放电时左右两侧电解质储罐中的离子总浓度均增大

该锌溴液流电池的电解液为溴化锌的水溶液,所以该电池的负极为锌,电极反应式为,正极为溴,电极反应式为。充电时阳极的电极反应式与正极的电极反应式相反,所以充电时阳极的电极反应式为,故项错误;在充电时,原电池的正极连接电源的正极,是电解池的阳极,而原电池的负极连接电源的负极,所以充电时电极为外接电源的正极,故项错误;放电时为原电池,在原电池中间隔着一个阳离子交换膜,所以不能向右侧电极移动,故项错误;放电时左侧生成溴离子,右侧生成锌离子,所以放电时左右两侧电解质储罐中的离子总浓度均增大,故项正确。

.(年全国Ⅱ卷)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的二次电池。将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。下列说法错误的是( )。