1、第2讲 原电池 化学电源,【2019备考】 最新考纲：1.理解原电池的构成、工作原理及应用。2.能书写电极反应和总反应方程式。3.了解常见化学电源的种类及其工作原理。,考点一 原电池的工作原理及其应用 (频数： 难度：),氧化还原反应,3.工作原理,以锌铜原电池为例,(1)反应原理,自发发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应，也可能是电极与溶解的氧气等发生反应，如将铁与石墨相连插入食盐水中。,Zn2e=Zn2,Cu22e=Cu,氧化反应,还原反应,负极,正极,1.(RJ必修2P42“实践活动”改编)如图所示是一位同学在测试水果电池，下列有关说法错误的是( ),A.若金属片A是正极，则
2、该金属片上会产生H2 B.水果电池的化学能转化为电能 C.此水果发电的原理是电磁感应 D.金属片A、B可以一个是铜片，另一个是铁片 答案 C,2.(溯源题)(2016上海化学，8)图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示_。,答案 探源：本考题源于教材RJ选修4 P71“图41锌铜原电池装置”，对原电池的工作原理进行了考查。,题组一 原电池基础 1.基础知识判断，正确的打“”，错误的打“”,(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极( ) (2)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强( ) (3)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身
3、一定要发生氧化反应( ) (4)在锌铜原电池中，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( ),(5)CaOH2O=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( ) (6)在内电路中，电子由正极流向负极( ) (7)某原电池反应为Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7),2.课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是( ),A.原电池是将化学能转化成电能的装置 B.
4、原电池由电极、电解质溶液和导线等组成 C.图中电极a为铝条、电极b为锌片时，导线中会产生电流 D.图中电极a为锌片、电极b为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片 解析 D项，电极a为负极，电子由负极(锌片)流出。 答案 D,【反思归纳】 规避原电池工作原理的3个失分点,(1)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。 (2)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。 (3)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。,题组二 原电池原理的应用 3.用a、b、c、d四种金属按表中所示的装置进行实验，下列叙述中
5、正确的是( ),A.装置甲中的b金属是原电池的负极 B.装置乙中的c金属是原电池的阴极 C.装置丙中的d金属是原电池的正极 D.四种金属的活泼性顺序：dabc 解析 甲中a溶解说明a是负极，活泼性ab，A错误；原电池用正极或负极命名电极，B错误，由乙中现象知活泼性bc；丙中d是负极，活泼性da，C错误；综上可知D正确。 答案 D,4.某学校研究性学习小组欲以镁条、铝片为电极，以稀NaOH溶液为电解质溶液设计原电池。,解析 铝能够与NaOH溶液反应，所以作原电池的负极，而镁与NaOH溶液不反应，故作原电池的正极。,【规律总结】 原电池设计程序,在设计原电池装置时，首先要书写出总氧化还原反应的离子
6、方程式，确定原电池的正、负极，再把总反应的离子方程式拆写成氧化反应(负极反应)和还原反应(正极反应)。,热点说明：相对于常规原电池，盐桥原电池能减少副反应，提高电池的供电效率。一些原电池装置考查题，常带有盐桥，正确理解盐桥作用，注意盐桥中的离子移向是解题关键。 1.盐桥的构成盐桥里的物质一般是强电解质而且不与两池中电解质反应，教材中常使用装有饱和KCl琼脂溶胶的U形管，离子可以在其中自由移动，这样溶液是不致流出来的。 2.盐桥的作用(1)连接内电路，形成闭合回路；(2)平衡电荷，使原电池不断产生电流。,3.单池原电池和盐桥原电池的对比,图1和图2两装置的比较,盐桥原电池装置分析,模型解题,1.
7、一定条件下，实验室利用如图所示装置，通过测电压求算Ksp(AgCl)。工作一段时间后，两电极质量均增大。下列说法正确的是( ),答案 C,2.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，其正极的电极反应为_。 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KNO3的U形管
8、)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NO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 b O24e2H2O=4OH d,可逆反应中的“盐桥”,答案 D,.向B烧杯中逐滴加入浓盐酸 .向B烧杯中逐滴加入40% NaOH溶液 结果发现电流表指针均发生偏转。 试回答下列问题： (1)两次操作过程中指针为什么发生偏转？_。 (2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？试用化学平衡移动原理解释之。_。 (3)操作过程中，盐桥中的K移向_烧杯溶液(填“A”
9、或“B”)。 (4)操作过程中，C1棒上发生的反应为_。,考点二 化学电源 (频数： 难度：),1.一次电池,(1)碱性锌锰干电池(图一),图一,图二,Zn2OH2e=Zn(OH)2,Zn2OH2e=Zn(OH)2,2e=PbSO4(s),2e=PbSO4(s)2H2O(l),3.燃料电池,氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种：,探源：书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸碱性，介质的酸碱性对半反应及总反应书写的影响。,2H24OH4e=4H2O,O22H2O4e=4OH,1.教材知识思考(RJ选修4 P78“科学视野”微型燃料电池),微型燃料电池是采用甲醇(质子交换膜)
10、取代氢作燃料设计而成的，性能良好，有望取代传统电池，说出此微型燃料电池的优点，并写出电池的负极反应。 提示 优点电池设计简单； 和传统充电电池比电池的能量密度高。 负极反应：CH3OH6eH2O=CO26H,答案 B,3.(溯源题)(2017课标全国，11)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16LixS8=8Li2Sx(2x8)。判断下列说法是否正确,(1)电池工作时，正极可发生反应：2Li2S62Li2e=3Li2S4( ) (2)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( ) (3)石墨烯的作
11、用主要是提高电极a的导电性( ) (4)电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多( ) 答案 (1) (2) (3) (4) 探源：本考题源于RJ选修4 P76“二次电池”及其知识拓展，对常见及新型电源的工作原理及电极反应进行了考查。,题组 教材常见传统电池的分析判断与拓展 1.铅蓄电池的工作原理为：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，研读下图，下列判断正确的是( ),答案 B,解析 由电池反应方程式知，铝为电池负极，铝失去电子转化为Al(OH)3，A、B正确；阴离子移向负极，C错误；由反应中锰元素价态变化知D正确。 答案 C,3.电池在现代社会中具有极其广泛的应用。,(1)银锌
12、蓄电池是人造卫星所使用的高能电池之一，其放电时的反应是ZnAg2O=ZnO2Ag。则该电池的负极材料是_，放电时正极的电极反应式为_， 放电时负极区的pH_(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (2)某氢氧燃料电池用固体金属化合物陶瓷作电解质(可电离出金属离子和O2)，两极上发生的反应为A极：2H22O24e=2H2O；B极：_。 电子流动的方向是_；假设该燃料电池工作时，每生成1 mol H2O(l)时产生的最大电能为240 kJ，则该电池的能量转化效率为_(H2的燃烧热为285 kJmol1，最大电能与所能释放出的全部热量之比)。,答案 (1)锌 Ag2OH2O2e=2Ag2OH 减小 (
13、2)O24e=2O2 由A极流向B极 84.2%,热点说明：随着全球能源逐渐枯竭，研发、推广新型能源迫在眉睫，因此，化学中的新型电源，成为科学家研究的重点方向之一，也成了高考的高频考点。高考中的新型化学电源，一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量(单位质量释放的能量)高等特点。由于该类试题题材广、信息新、陌生度大，因此许多考生感觉难度大。但应用的解题原理仍然还是原电池的基础知识，只要细心分析，实际上得分相对比较容易。,1.新型燃料电池(Fuel Cell),燃料电池是利用氢气、碳、甲醇、硼氢化物、天然气等为燃料与氧气或空气进行反应，将化学能直接转化成电能的一类原电池。其特点是：(1)有两
14、个相同的多孔电极，同时电极不参与反应(掺杂适当的催化剂)。(2)不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内。(3)能量转换率较高，超过80%(普通燃烧能量转换率30%多)。 【解题模板】,2.可充电电池,对于一般的电池而言，充电电池具有一定的可逆性，在放电时，它是原电池装置；在充电时，它是电解过程，是一种经济、环保、电量足、适合大功率、长时间使用的电器。,【解题模板】,答案 C,3.电极反应式书写与判断的三个步骤,步骤一：负极失去电子发生氧化反应；正极上，溶液中阳离子(或氧化性强的离子)得到电子，发生还原反应，充电时则正好相反。 步骤二：两电极转移电子数守恒，符合正极反应加负极反应等于电池反应的原
15、则； 步骤三：注意电极产物是否与电解质溶液反应，若反应，一般要将电极反应和电极产物与电解质溶液发生的反应合并。,“常考不衰”的燃料电池,模型解题,1.科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法不正确的是( ),A.电极a为电池的负极 B.电极b上发生的电极反应为O24H4e=2H2O C.电路中每流过4 mol电子，在正极消耗44.8 L H2S D.每17 g H2S参与反应，有1 mol H经质子膜进入正极区,解析 电极a上H2S转化为S2，发生氧化反应，则电极a为电池的负极，A项正确；电极b上O2转化
16、为H2O，电极反应式为O24H4e=2H2O，B项正确；负极反应式为2H2S4e=S24H，电路中每流过4 mol电子，在负极消耗2 mol H2S，而不是正极，且题中未指明H2S所处的状态，C项错误；根据2H2S4e=S24H知，17 g(0.5 mol)H2S参与反应，生成1 mol H经质子膜进入正极区，D项正确。 答案 C,2.(2018保定模拟)液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是( ),A.b电极发生氧化反应 B.a电极的电极反应式：N
17、2H44OH4e=N24H2O C.放电时，电流从a电极经过负载流向b电极 D.其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜,解析 燃料电池燃料(N2H4)在负极(a电极)发生氧化反应：N2H44OH4e=N24H2O，O2在正极发生还原反应：O24e2H2O=4OH，总反应为N2H4O2=N22H2O，A项错误，B项正确；放电时电流由正极流向负极，C项错误；OH在正极生成，移向负极，所以离子交换膜应让OH通过，故选用阴离子交换膜，D项错误。 答案 B,“起点高、落点低”的压轴选择题：可逆电池,解析 锂离子电池放电时Li(阳离子)向正极迁移，A项错误；锂硫电池放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，发生氧
18、化反应，则充电时，锂电极发生还原反应，B项正确；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大小，二者的比能量不同，C项错误；题中装置是锂硫电池给锂离子电池充电，D项错误。 答案 B,4.科技工作者设计出的新型可充电锂空气电池如图所示，该电池使用了两种电解质溶液，a极一侧使用含有锂盐的有机电解液，b极一侧使用水性电解液。下列有关这种电池的判断正确的是( ),A.放电时，a为负极，充电时，a为阴极 B.放电时，正极反应式为4OH4e=2H2OO2 C.充电时，Li通过离子交换膜的方向是从左到右 D.充电后，水性电解液的pH增大,解析 放电时，Li失电子，发生氧化反应，Li进入有机电解液，
19、a为负极，充电时，有机电解液中的Li得电子变为Li，发生还原反应，a为阴极，A项正确；放电时，负极Li失电子，正极O2得电子与水生成OH，故正极反应式为O22H2O4e=4OH，B项错误；充电时，Li通过离子交换膜的方向是从右到左，C项错误；放电后，水性电解液的pH增大，充电后pH减小，D项错误。 答案 A,其它新型、高效环保电池,5.环保、安全的铝空气电池的工作原理如图所示，下列有关叙述错误的是( ),解析 由图示可知Al电极为负极，电极反应式为：Al3e3OH=Al(OH)3，O2在正极反应：O24e2H2O=4OH，总反应方程式为：4Al3O26H2O=4Al(OH)3，pH基本不变，A
20、、B正确，C项错误；D项，1 mol KI制得 1 mol KIO3转移6 mol电子，消耗2 mol Al，即54 g铝，正确。 答案 C,A.NaCl的作用是增强溶液的导电性 B.正极的电极反应式为：O24e2H2O=4OH C.电池工作过程中，电解质溶液的pH不断增大 D.用该电池做电源电解KI溶液制取1 mol KIO3，消耗铝电极的质量为54 g,6.酶生物电池通常以葡萄糖作为反应原料，葡萄糖在葡萄糖氧化酶(GOX)和辅酶的作用下被氧化成葡萄糖酸(C6H12O7)，其工作原理如图所示。下列有关说法中正确的是( ),A.该电池可以在高温条件下使用 B.H通过交换膜从b极区移向a极区 C
21、.电极a是正极 D.电池负极的电极反应式为C6H12O6H2O2e=C6H12O72H 解析 酶的主要成分为蛋白质，在高温条件下变性，丧失催化作用，A项错误；由图示电子的移动方向可知a为电池的负极，发生氧化反应：C6H12O6H2O2e=C6H12O72H，b为电池的正极，发生还原反应：H2O22e2H=2H2O，H通过交换膜从a极移向b极，D项正确，B、C项错误。 答案 D,试题分析,考查意图：本题主题是CuZn型原电池电化学原理。综合考查了原电池正负电极和离子移动方向的判断、离子反应方程式的书写、金属的电化学腐蚀与化学腐蚀的关系等知识点；同时考查考生获取新信息，并与已有知识整合成新的知识模
22、块解决实际问题的能力。试题以新型 MgAgCl海水激活电池为情境，要求考生依据题干给予的电极材料信息判断出电池正负极，进而判断电极反应式；命题要求考生对于电化学反应原理不仅要有感性认识，还要应用模型思想、综合相关模块知识、辩证分析与解答具体问题，题目较难。本题抽样统计难度为0.352，区分度为0.261。,解题思路： 首先从题干信息“MgAgCl电池”所提供的电极材料判断电池类型，属于CuZn型原电池，应用模型思想推断出电池电化学原理：活泼金属Mg做负极，含金属阳离子的AgCl做正极，电池反应式为：Mg2AgCl=MgCl22Ag；其次，判断各选项正误： B错误，因为AgCl难溶于水，正极发生
23、还原反应的Ag存在形式为AgCl，因而正极反应式：AgCle=AgCl。 答案 B,真题演练,1.(2013新课标全国卷，10)银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故，根据电化学原理可进行如下处理，在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去，下列说法正确的是( ),A.处理过程中银器一直保持恒重 B.银器为正极，Ag2S被还原生成单质银 C.该过程中总反应为2Al3Ag2S=6AgAl2S3 D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl,解析 本题要注意运用“电化学原理”这个关键词，由题干信息中Ag、Al、食盐溶液构成原电池的条件，Ag2
24、S 是氧化剂，作正极，发生还原反应，B项正确。C项忽视了Al2S3在水溶液中发生完全的双水解反应，正确的方程式应为2Al3Ag2S6H2O=6Ag2Al(OH)33H2S。D项中黑色褪去的原因是Ag2S被还原成了Ag。 答案 B,2.(2014课标全国，12)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是( ),A.a为电池的正极 B.电池充电反应为LiMn2O4=Li1xMn2O4xLi C.放电时，a极锂的化合价发生变化 D.放电时，溶液中Li从b向a迁移,解析 图示所给出的是原电池装置。A项，由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电
25、池的负极，即b为负极，a为正极，正确；B项，电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，正确；C项，放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，不正确；D项，放电时为原电池，锂离子应向正极(a)极迁移，正确。 答案 C,3.(2015课标全国，11)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C6H12O66O2=6CO26H2O,解析 由题意可知，微生物电池的原理是在微生物的作用下，O2与C6H12O6发生氧化还原反应，将化学能转化为电能，B项正确；氧气在正极反应，由于质子交换膜只允许H通过，则正极反应为：O24e4H=2H2O，没有CO2生成，A项错误；负极发生反应：C6H12O624e6H2O=6CO224H，H在负极区生成，移向正极区，在正极被消耗，C项正确；总反应为：C6H12O66O2=6CO26H2O，D项正确。 答案 A,答案 C,
