高考化學總復習 6.2原電池 化學電源課件.ppt

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第二節(jié) 原電池 化學電源,考綱要求 1.了解原電池的工作原理，能寫出電極反應和電池反應方程式。2.了解常見化學電源的種類及其工作原理。,1．概念和反應本質 原電池是把 轉化為_______的裝置，其反應本質是______________________。 2．原電池構成條件 (1)兩個活潑性不同的電極(常見為金屬或石墨)。 (2)將電極插入 溶液中。 (3)兩電極間構成閉合回路。 (4)能發(fā)生_______的氧化還原反應。,考點一 原電池的工作原理,化學能,電能,氧化還原反應,電解質,自發(fā),3．工作原理 (以銅鋅原電池為例)： (1)電極反應： 鋅是 極， 電子發(fā)生 反應，_________________； 銅是____極， 電子發(fā)生 反應，__________________。,,負,失,氧化,Zn－2e－===Zn2＋,正,得,還原,Cu2＋＋2e－===Cu,(2)電子方向和電流方向： 電子從負極流出經外電路流入 ； 電流從正極流出經外電路流入 。 (3)離子的遷移方向： 電解質溶液中，陰離子向 極區(qū)遷移，陽離子向 極區(qū)遷移。 (4)兩種裝置的比較： ①鹽橋的作用：a.連接內電路，形成閉合回路；b.平衡電荷，使原電池不斷產生電流。 ②裝置Ⅰ中Zn與Cu2＋直接接觸，會有部分Zn與Cu2＋直接反應，化學能轉化為熱能，造成能量損耗；裝置Ⅱ中，Zn在負極區(qū)，Cu2＋在正極區(qū)，不存在Zn與Cu2＋的直接反應，而造成的能量損耗，電流穩(wěn)定，且持續(xù)時間長。,正極,負極,負,正,1．將Ⅱ中鹽橋換成銅導線是否可行？ 提示：不可行。原電池放電時，電子走陸路(導線)，離子走水路(溶液)，外電路是電子的定向移動，內電路(溶液中)是陰、陽離子的定向移動，電子不通過內電路。鹽橋是離子遷移通路，離子不能通過導線遷移。,2．判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“” (1)在原電池中，發(fā)生氧化反應的一極一定是負極( ) (2)不是所有化學反應都可以設計成原電池。( ) (3)在原電池中，負極材料的活潑性一定比正極材料強( ) (4)帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池電流持續(xù)時間長( ) 答案：(1)√ (2)√ (3) (4)√,1．(2015年長春調研)下圖為一原電池裝置，下列敘述中正確的是( ),考查原電池的工作原理,,A．銅離子在銅片表面被還原 B．鹽橋中的K＋移向ZnSO4溶液 C．電流從鋅片經導線流向銅片 D．銅是陽極，銅片上有氣泡產生 答案：A,2．有一種一面鍍鋅、一面鍍二氧化錳的超薄紙質電池，在使用印刷與壓層技術后，變成一張可任意裁剪大小的“電紙”，紙內的離子“流過”水和氧化鋅組成的電解質溶液，電池總反應式為Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH。下列說法不正確的是( ) A．該電池的負極材料為鋅 B．該電池反應中二氧化錳發(fā)生了還原反應 C．電池的正極反應式為MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－ D．當有0.1 mol鋅溶解時，流經電解質溶液的電子數(shù)為1.2041023 解析：無論原電池還是電解池中電子均不流經電解質溶液。 答案：D,3．如圖所示的裝置能夠組成原電池產生電流的是________。 解析：只有B能產生電流，F(xiàn)中Zn與Cu直接接觸，電流表A不發(fā)生偏轉。 答案：B,,原電池工作原理中四個常見失分點的規(guī)避 (1)只有放熱的氧化還原反應才能通過設計成原電池將化學能轉化為電能。 (2)電解質溶液中陰、陽離子的定向移動，與導線中電子的定向移動共同組成了一個完整的閉合回路。 (3)無論在原電池還是在電解池中，電子均不能通過電解質溶液。 (4)原電池的負極失去電子的總數(shù)等于正極得到電子的總數(shù)。,4．下列有關原電池的說法中正確的是( ) A．在內電路中，電子由正極流向負極 B．在原電池中，相對較活潑的金屬作負極，不活潑的金屬作正極 C．原電池工作時，正極表面一定有氣泡產生 D．原電池工作時，可能會伴隨著熱能變化 答案：D,原電池正負極的判斷,5．分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結論正確的是( ) A．①②中Mg作負極，③④中Fe作負極 B．②中Mg作正極，電極反應式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ C．③中Fe作負極，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋ D．④中Cu作正極，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑,,答案：B,原電池正、負極判斷方法,,說明：(1)活潑性強的金屬不一定作負極，但負極一定發(fā)生氧化反應。 (2)溶液中的離子不能通過鹽橋。 (3)負極本身不一定參加反應，如燃料電池中，作為負極的材 料不參加反應，只起到了導電的作用。,1．比較金屬活動性強弱 兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作 的金屬比作____的金屬活潑。 如有兩種金屬A和B，用導線將A和B連接后，插入到稀硫酸中，一段時間后，若觀察到A極溶解，而B極上有氣體放出，則說明A作負極，B作正極，則可以斷定金屬活動性AB。 2．加快氧化還原反應的速率 一個 進行的氧化還原反應，設計成原電池時反應速率_____。例如，在Zn與稀H2SO4反應時加入少量CuSO4溶液能使產生H2的反應速率加快。,考點二 原電池原理的應用,負極,正極,自發(fā),增大,3．用于金屬的防護 使被保護的金屬制品作原電池 而得到保護。例如，要保護一個鐵質的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導線將其與一塊鋅塊相連，使鋅做原電池的負極。 4．設計制作化學電源 (1)首先將氧化還原反應分成兩個半反應。 (2)根據(jù)原電池的反應特點，結合兩個半反應找出正、負極材料和電解質溶液。,正極,如：根據(jù)反應2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2設計的原電池為：,,1．有A、B、C、D四種金屬，做如下實驗：①將A與B用導線連接起來，浸入電解質溶液中，B不易腐蝕；②將A、D分別投入等物質的量濃度的鹽酸中，D比A反應劇烈；③將銅浸入B的鹽溶液里，無明顯變化，如果把銅浸放C的鹽溶液里，有金屬C析出。據(jù)此判斷它們的活動性由強到弱的順序是( ) A．ABCD B．CDAB C．DABC D．ABDC 答案：C,判斷金屬活動性及反應速率,2．一定量的稀鹽酸跟過量鋅粉反應時，為了加快反應速率又不影響生成H2的總量，可采取的措施是( ) A．加入少量稀NaOH溶液 B．加入少量CH3COONa固體 C．加入少量NH4HSO4固體 D．加入少量CuSO4溶液 答案：D,改變Zn與H＋反應速率的方法 (1)加入Cu或CuSO4，形成原電池，加快反應速率，加入Cu不影響Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量減少，是否影響產生H2的量，應根據(jù)Zn、H＋的相對量多少判斷。 (2)加入強堿弱酸鹽，由于弱酸根與H＋反應，使c(H＋)減小，反應速率減小，但不影響生成H2的量。,3.將鎘(Cd)浸在氯化鈷(CoCl2)溶液中，發(fā)生反應的離子方程式為：Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq)(aq表示溶液)，如將該反應設計為如圖的原電池，則下列說法一定錯誤的是( ),設計原電池,,A．Cd作負極，Co作正極 B．原電池工作時，電子從負極沿導線流向正極 C．根據(jù)陰陽相吸原理，鹽橋中的陽離子向負極(甲池)移動 D．甲池中盛放的是CdCl2溶液，乙池中盛放的是CoCl2溶液 答案：C,4.(2015年無錫模擬)根據(jù)氧化還原反應：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設計的原電池如圖所示，其中鹽橋為瓊脂飽和KNO3鹽橋。 請回答下列問題： (1)電極X的材料是________；電解質溶液Y是________。 (2)銀電極為電池的________極，寫出兩電極的電極反應式： 銀電極：________；X電極：________。,,答案：(1)Cu AgNO3 (2)正 2Ag＋＋2e－===2Ag Cu－2e－===Cu2＋ (3)Cu Ag (4)B,1．一次電池(堿性鋅錳干電池)。 堿性鋅錳干電池的工作原理如圖：,考點三 化學電源,2．二次電池(以鉛蓄電池為例)。,,3．燃料電池 (1)氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池。 (2)燃料電池的電極本身不參與反應，燃料和氧化劑連續(xù)地由______供給。,外部,1．二次電池放電和充電時的反應是否可逆反應？ 提示：不是。因反應不是同一條件。,2．判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“” (1)太陽能電池不屬于原電池。( ) (2)鉛蓄電池放電時的負極和充電時的陽極均發(fā)生氧化反應。( ) (3)鉛蓄電池工作時，當電路中轉移0.2 mol電子時，消耗的H2SO4為0.1 mol。( ) (4)鉛蓄電池工作時，當電路中轉換0.1 mol電子時，負極增加48 g。( ) (5)在原電池中，正極本身一定不參與電極反應，負極本身一定要發(fā)生氧化反應。( ) 答案：(1)√ (2)√ (3) (4)√ (5),化學電源中電極反應式的書寫,2.將Mg和Al用導線連接放入NaOH溶液中組成電池如圖。則： (1)Mg是________極，電極反應式為________________________ _______________________________________________________。 (2)Al是________極，電極反應式為_________________________ _______________________________________________________。 (3)總反應的離子方程式為________________________________。,,“加減法”書寫電極反應式 (1)先確定原電池的正負極，列出正負極上的反應物質，并標出相同數(shù)目電子的得失。 (2)根據(jù)氧化還原反應原理寫出電極反應式： ①負極反應： 負極失去電子發(fā)生氧化反應。注意負極反應生成的陽離子與電解質溶液中的陰離子是否共存。若不共存，則該電解質溶液中的陰離子應寫入負極反應式。,②正極反應： 正極得到電子發(fā)生還原反應。當正極上的反應物質是O2時： 若電解質溶液為中性或堿性，則水必須寫入正極反應式中，O2生成OH－，寫為O2＋2H2O＋4e－===4OH－；若電解質溶液為酸性，則H＋必須寫入正極反應式中，O2生成水，寫為O2＋4H＋＋4e－===2H2O。,(3)寫出電池總反應方程式： 結合電子守恒將正負極電極反應式相加即得到電池總反應方程式。 (4)若已知電池反應的總反應式，可先寫出較易書寫的一極的電極反應式，然后在電子守恒的基礎上，總反應式減去較易寫出的一極的電極反應式，即得到較難寫出的另一極的電極反應式。 特別提醒 書寫電極反應式時，注意介質是否參加反應。堿性介質的電極反應中不能出現(xiàn)H＋，酸性介質的電極反應中不能出現(xiàn)OH－。 若是堿性條件，一般一極要消耗OH－，另一極生成OH－！酸性亦然。,3．以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環(huán)境下電極反應式的書寫方法： (1)酸性條件： 燃料電池總反應式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O① 燃料電池正極反應式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O② ①－②2，得燃料電池負極反應式：______________________。 (2)堿性條件： 燃料電池總反應式： CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O① 燃料電池正極反應式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－② ①－②2，得燃料電池負極反應式：______________________。,燃料電池電極反應式的書寫,(3)固體電解質(高溫下能傳導O2－)： 燃料電池總反應式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O① 燃料電池正極反應式：O2＋4e－===2O2－② ①－②2，得燃料電池負極反應式：______________________。 ①－②2，得燃料電池負極反應式：______________________。,燃料電池電極反應式的書寫 第一步：寫出電池總反應式。 燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致，若產物能和電解質反應則總反應為加和后的反應。 如甲烷燃料電池(電解質為NaOH溶液)的反應式為： CH4＋2O2===CO2＋2H2O① CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O② ①式＋②式得燃料電池總反應式為： CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O,第二步：書寫燃料電池的正極反應式 根據(jù)燃料電池的特點，一般在正極上發(fā)生還原反應的物質都是O2，隨著電解質溶液的不同，其電極反應有所不同，其實，我們只要熟記以下四種情況： (1)酸性電解質溶液環(huán)境下正極反應式： O2＋4H＋＋4e－===2H2O (2)堿性電解質溶液環(huán)境下正極反應式： O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (3)固體電解質(高溫下能傳導O2－)環(huán)境下正極反應式： O2＋4e－===2O2－,新型電池和可充電電池 1．新型電池“放電”時正、負極的判斷,2．可充電電池電極方程式的書寫 可充電電池有充電和放電兩個過程，放電發(fā)生的是原電池反應，充電發(fā)生的是電解池反應。充電的電極反應與放電的電極反應過程相反，充電時的陽極反應為放電時正極反應的逆過程，充電時的陰極反應為放電時負極反應的逆過程。以鉛蓄電池為例，該過程可結合圖示分析。,,由此可見，放電過程中，作為負極的Pb需轉化成PbSO4，鉛化合價升高，被氧化，Pb為負極；當放電完畢時，可看作Pb極轉化成了PbSO4，充電時需讓PbSO4轉化為Pb，鉛的化合價降低，被還原，PbSO4一極為陰極，所以，放電時的負極就是充電時的陰極，同理可分析放電時：,即放電時的正極就是充電時的陽極，如圖。,,典例 鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時的總反應為Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2，下列有關該電池的說法不正確的是( ) A．該電池的電解質溶液為堿性溶液，正極為Ni2O3，負極為Fe B．該電池放電時，負極反應為Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2 C．該電池充電過程中，陰極附近溶液的pH降低 D．該電池充電時，陽極反應為：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O,解析,答案 C,,A．鋰離子電池放電時，Li＋向負極遷移 B．鋰硫電池充電時，鋰電極發(fā)生還原反應 C．理論上兩種電池的比能量相同 D．右圖表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電 解析：放電時為原電池，陽離子向正極遷移，A項錯誤；充電時，鋰電極做陰極，發(fā)生還原反應，B正確；同質量產生的電量不相同，C項錯誤；鋰離子電池為電解池，鋰硫電池為原電池，D項錯誤。 答案：B,,下列說法正確的是( ) A．NiMH電池放電過程中，正極的電極反應式為NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－ B．充電過程中OH－離子從陽極向陰極遷移 C．充電過程中陰極的電極反應式：H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H被M還原 D．NiMH電池中可以用KOH溶液、氨水等作為電解質溶液,解析：NiMH放電時正極發(fā)生還原反應，分析化合價可知正極為NiOOH得電子生成Ni(OH)2，可知A選項正確；OH－由陰極向陽極移動，B項錯；M是金屬，無負價，只能失電子，C項錯誤，D項由已知信息可知NiOOH與氨水反應，D項錯誤。 答案：A,