1、第2节 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。能书写电极反应和总反应方程式。(宏观辨识与微观探析) 2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。(证据推理与模型认知),-3-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,原电池的工作原理 1.概念 原电池是把 转化为 的装置。 2.工作原理 以锌铜原电池为例,化学能,电能,-4-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,(1)反应原理:,氧化反应,还原反应,正,负,-5-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,(2)盐桥的组成和作用: 盐桥中装有饱和的KCl、KN
2、O3等溶液和琼胶制成的冻胶。 盐桥的作用:a.连接内电路,形成闭合回路;b.平衡电荷,使原电池不断产生电流。,-6-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,3.构成条件,自发进行,-7-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,自主练习 1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)反应CaO+H2O=Ca(OH)2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 ( ) (2)在原电池中,发生氧化反应的电极一定是负极 ( ) (3)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极,活泼性强的金属一定作负极 ( ) (4)在锌铜原电池中,因
3、为有电子通过电解质溶液形成闭合回路,所以有电流产生 ( ) (5)将氧化还原反应设计成原电池,可以把物质内部的能量全部转化为电能 ( ),-8-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,2.下列示意图中能构成原电池的是( ),答案,解析,-9-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,3.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是( )A.中Mg作负极,中Fe作负极 B.中Mg作正极,电极反应式为6H2O+6e-=6OH-+3H2 C.中Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-=Fe2+ D.中Cu作正极,电极反应式为2
4、H+2e-=H2,答案,解析,-10-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,考向1 原电池工作原理 例1如图是某同学设计的原电池装置,下列叙述中正确的是( )A.电极上发生还原反应,作原电池的负极 B.电极的电极反应式为Cu2+2e-=Cu C.该原电池的总反应为2 Fe3+ +Cu=Cu2+2Fe2+ D.盐桥中装有含氯化钾的琼脂,其作用是传递电子,答案,解析,-11-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,归纳总结(1)只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。 (2)在原电池中活泼性强的金属不一定作负极,但负极一定发生氧化反应。 (3)电子
5、不能通过电解质溶液,溶液中的离子不能通过盐桥。 (4)负极失去的电子总数一定等于正极得到的电子总数。 (5)同一氧化还原反应,设计成原电池反应的速率一定比直接发生氧化还原反应的速率快。 (6)电极产物在电解质溶液的环境中,应能稳定存在,如碱性介质中生成的H+应结合OH-生成水。电极反应式要遵守电荷守恒、质量守恒及电子得失守恒。,-12-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,对点演练 锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,下列有关叙述正确的是( )A.铜电极上发生氧化反应 B.电池工作一段时间后,甲池的 减小 C.电池工作一段时间后,乙池溶液的
6、总质量增加 D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡,答案,解析,-13-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,考向2 原电池正负极的判断及电极反应式的书写 例2(2018天津静海调研)根据电化学知识回答下列问题: 如图所示,在不同的电解质溶液中可以组成不同的电池。(1)当电解质溶液为稀硫酸时,Fe电极是 (填“正”或“负”)极,其电极反应式为 。 (2)当电解质溶液为NaOH溶液时,Al电极是 (填“正”或“负”)极,其电极反应式为 。 (3)若把铝改为锌,电解质溶液为浓硝酸,则Fe电极是 (填“正”或“负”)极,其电极反应式为 。,-14-,考
7、点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,-15-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,归纳总结1.原电池正、负极的判断 判断原电池的正负极,需抓住闭合回路和氧化还原反应进行分析,如图:注意:原电池的正、负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关,不要形成思维定式活泼金属一定是负极。如Al、Mg和NaOH溶液构成的原电池中,Al为负极,Mg为正极。,-16-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,2.原电池电极反应式的书写 (1)先确定原电池的正、负极,列出正、负极上的反应物。 (2)根据氧化还原反应原理写出电极反应式。 负极反应
8、。 负极上发生失去电子的氧化反应。注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存,则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式。 正极反应。 正极上发生得到电子的还原反应。当正极上的反应物是O2时:若电解质溶液为中性或碱性,则水必须写入正极反应式中,与O2反应生成OH-,电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-;若电解质溶液为酸性,则H+必须写入正极反应式中,H+与O2得电子生成水,电极反应式为O2+4H+4e-=2H2O。,-17-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,(3)写出电池总反应方程式。 结合电子守恒将正、负极电极反应式相加即得到电池总反应
9、方程式。 (4)若已知电池反应的总反应式,可先写出较易书写的一极的电极反应式,然后在电子守恒的基础上,用总反应式减去较易写出的一极的电极反应式,即可得到较难写出的另一极的电极反应式。,-18-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,对点演练 银器时间久了表面会逐渐变黑,这是因为生成了硫化银。有人设计用原电池原理进行“抛光”,其处理方法是将一定浓度的氯化钠溶液放入一铝制容器中,再将变黑的银器浸入溶液中,放置一段时间后,黑色会褪去,而银器恢复光泽,且不会损失。试回答: (1)氯化钠溶液的作用是 。 (2)在此原电池反应中,负极发生的电极反应为 ,正极发生的电极反应为 。 (3
10、)反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体,溶液中发生的反应为 ,原电池的总反应方程式为 。,-19-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,-20-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,原电池原理的应用 1.加快化学反应速率 一个自发进行的氧化还原反应,形成原电池时会使反应速率 。如在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液构成原电池,使Zn与稀硫酸的反应速率会 。 2.金属的防护 使被保护的金属制品作原电池 而得到保护。如在轮船水下部分装上锌块,使锌作原电池的负极保护铁。 3.比较金属活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属比作正极的金
11、属活泼(特殊情况除外)。,加快,加快,正极,-21-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,4.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,结合两个半反应确定正、负极材料和电解质溶液。 如:根据反应2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2 设计的原电池为:,-22-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,装置如下图所示:,-23-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,自主练习 1.电工经常说的一句口头禅:“铝接铜,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,原
12、因是什么?,提示 铜、铝接触在潮湿的环境中会形成原电池,会加快铝的腐蚀,易造成电路断路。,-24-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,2.等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中加入少量的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( ),答案,解析,-25-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,考向 原电池原理的应用 例某校化学兴趣小组进行探究性活动:将氧化还原反应2Fe3+2I-2Fe2+I2设计成带盐桥的原电池。提供的试剂:FeCl3溶液、KI溶液,其他用品任选。请回答下列问题: (1)请
13、补充下面原电池的装置图,在括号内填上正负极的材料、电解质溶液。,-26-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,(2)发生氧化反应的电极反应式为 。 (3)反应达到平衡时,外电路导线中 (填“有”或“无”)电流通过。 (4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,当固体全部溶解后,则此时该溶液中电极变为 (填“正”或“负”)极。,-27-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,答案 (1) (2)2I-2e-=I2 (3)无 (4)负,-28-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,解析 (1)依据原电池原理分析,氧化还
14、原反应中Fe3+在正极得电子发生还原反应,I-在负极失电子发生氧化反应,负极所在的电解质溶液为KI,正极所在的电解质溶液为FeCl3。电极材料可选取惰性电极,如石墨(碳棒)或其他不活泼性金属。(2)发生氧化反应的电极是负极,负极上I-失电子。(3)反应达到平衡时,从左到右和从右到左移动的电子数目相同,故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,平衡逆向移动,此时Fe2+失电子,该溶液中电极变成负极。,-29-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,归纳总结原电池设计类试题的解题思路 (1)利用氧化还原反应知识判断题给总反应中的氧化反应、还原反应。
15、(2)选择合适的电极材料和电解质溶液。 (3)画出原电池装置图。画图时应注意:要标出电极材料、电解质溶液;要明确简易装置图和带有盐桥的装置图的区别等。,-30-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,对点演练 (1)事实证明,能设计成原电池的反应通常是放热反应,下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是 (填序号,下同)。 a.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) H0 b.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H0 c.NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) H0 若以KOH溶液为电解质溶液,依据所选反应设计一个原电池,其正极的电极
16、反应式为 。,-31-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,(2)某同学用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂饱和KNO3溶液的U形管)设计成一个原电池,如图所示,下列判断中正确的是 。 a.实验过程中,左侧烧杯中 浓度不变 b.实验过程中取出盐桥,原电池能继续工作 c.若开始时用U形铜代替盐桥,装置中无电流产生 d.若开始时用U形铜代替盐桥,U形铜的质量不变,答案 (1)b O2+4e-+2H2O=4OH- (2)d,-32-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,解析(1)根据题中信息,设计成原电池的反应通常是
17、放热反应,排除a,根据已学知识,原电池反应必是自发进行的氧化还原反应,排除c。原电池正极发生还原反应,由于是碱性介质,则电极反应中不应出现H+,故正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-。(2)该原电池的工作原理是Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+,盐桥起形成闭合回路和平衡电荷的作用,因此当电池工作时,盐桥中的N O 3 向负极移动,因此左侧烧杯中N O 3 的浓度将增大,a错误。当取出盐桥,不能形成闭合回路,电池处于断路状态,不能继续工作,b错误。若开始时用U形铜代替盐桥,则左侧烧杯相当于电解装置,而右侧烧杯相当于原电池装置,电极反应从左往右依次为阳极:Cu-2e-=Cu2+,阴极:
18、Cu2+2e-=Cu,负极:Cu-2e-=Cu2+,正极Ag+e-=Ag,由此可知c错误、d正确。,-33-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,化学电源,Zn-2e-=Zn2+,-34-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,-35-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,2H2+4OH-4e-=4H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-,2H2-4e-=4H+,O2+4H+4e-=2H2O,-36-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,自主练习 1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)铅蓄
19、电池放电时,正极与负极质量均增加 ( ) (2)铅蓄电池工作时,当电路中转移0.1 mol电子时,负极增重4.8 g ( ) (3)若使反应Fe+2 Fe3+ =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作催化剂,可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长 ( ) (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)在原电池中,正极本身一定不参与电极反应,负极本身一定要发生氧化反应 ( ),-37-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,2.镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某
20、镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液,其充、放电过程为Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2,有关该电池的说法正确的是( ) A.充电时阳极反应:Ni(OH)2+OH-e- NiOOH+H2O B.充电过程是化学能转化为电能的过程 C.放电时负极附近溶液的碱性不变 D.放电时电解质溶液中的OH-向正极移动,答案,解析,-38-,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考向1 燃料电池 例1(2019天津武清区大良中学高三月考)燃料电池作为安全性能较好的一类化学电源得到了更快的发展,一种以联氨(N2H4)为燃料的环保电池工作原理如图所示,工作时产生稳定无污
21、染的物质。下列说法正确的是( )A.M极生成氮气且电极附近pH降低 B.负极上每消耗1 mol N2H4,会有2 mol H+通过质子交换膜 C.正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH- D.电极M是原电池的正极,答案,解析,-39-,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,解题思路,-40-,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,归纳总结书写燃料电池电极反应式的步骤,-41-,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,对点演练 科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池,其效率更高。一个电极通入空气,另一电极通入汽油蒸气,其
22、中电池的电解质是掺杂了Y2O3(Y为钇)的ZrO2(Zr为锆)晶体,它在高温下能传导O2-,若以丁烷(C4H10)代表汽油,总反应为2C4H10+13O2=8CO2+10H2O。有关该电池的说法错误的是( ) A.该电池负极的电极反应式为2C4H10+26O2-52e-=8CO2+10H2O B.O2-向负极移动 C.该电池正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH- D.丁烷在放电时发生氧化反应,答案,解析,-42-,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考向2 可充电电池 例2(2018课标全国,12)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。
23、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:3CO2+4Na2Na2CO3+C,下列说法错误的是( )A.放电时, 向负极移动 B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2 C.放电时,正极反应为:3CO2+4e-=2 +C D.充电时,正极反应为:Na+e-=Na,答案,解析,-43-,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,解题模板,-44-,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,归纳总结(1)充电电池是既能将化学能转化为电能(放电),又能将电能转化为化学能(充电)的一类特殊电池。需要注意的是充电、放电反
24、应过程不能理解为可逆反应。 (2)充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反,充电时的阳极反应与放电时的正极反应相反,充电时的阴极反应与放电时的负极反应相反。根据正确书写的电极反应式,可顺利判断各电极周围溶液pH的变化。,-45-,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(3)可充电电池电极反应式的书写技巧。 书写可充电电池电极反应式时,一般都是先书写放电时的电极反应式。书写放电时的电极反应式时,一般要有三个步骤: 第一,先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目,找出参与负极和正极反应的物质; 第二,写出一个比较简单的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液反应
25、); 第三,在电子守恒的基础上,利用总反应式减去写出的电极反应式即可得到另一电极反应式。,-46-,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,对点演练 (2018陕西一检)钠硫可充电电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na2Sx)分别作为两个电极的反应物,以固体Al2O3陶瓷(可传导Na+)为电解质,其原理如图所示:下列说法正确的是( ) A.放电时,电极A为正极 B.充电时,Na+从电极A向电极B迁移 C.充电时,电极B反应式为 D.该电池工作的适宜温度应控制在25 左右,答案,解析,-47-,2,3,4,1,-48-,1,2,3,4,1.下列关于原电池的叙述中正确的是(
26、) A.正极和负极必须是金属 B.原电池是把化学能转化成电能的装置 C.原电池工作时,正极和负极上发生的都是氧化还原反应 D.锌、铜和盐酸构成的原电池工作时,有6.5 g锌溶解,正极上就有0.1 g氢气生成,答案,解析,-49-,1,2,3,4,2.锌空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,电池反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O=2 。下列说法正确的是( ) A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动 B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小 C.放电时,负极反应为Zn+4OH-2e-= D.放电时,电路中通过2 mol电子,消耗氧气22.4 L(标准状况),答案,解析,-50-,1,2,3,4,3.微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是( )A.正极反应中有CO2生成 B.微生物促进了反应中电子的转移 C.质子通过交换膜从负极区移向正极区 D.电池总反应为C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O,答案,解析,-51-,1,2,3,4,4.(2018山东青岛模拟)Zn-ZnSO4-PbSO4-Pb电池装置如图,下列说法错误的是 ( ),答案,解析,
