2019届二轮复习原电池化学电源课件（48张） 48页

第二单元　原电池　化学电源 [ 考纲导航 ] 知识条目 加试要求 核心素养 (1) 原电池的概念 a 1. 变化观念与平衡思想：认识原电池的本质是氧化还原反应。能多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转换。 2. 证据推理与模型认知：能利用典型的原电池装置，分析原电池原理，建立解答原电池问题的思维模型，并利用模型揭示其本质及规律。 3. 科学态度与社会责任：具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与原电池有关的社会热点问题作出正确的价值判断。 (2) 铜－锌原电池的原理及电极反应式 b (3) 原电池的构成条件 b (4) 常见化学电源 c (5) 原电池的构造与工作原理，盐桥的作用 b (6) 判断与设计简单的原电池 c (7) 原电池的电极反应式及电池反应方程式 b (8) 原电池的正、负极和电子流向的判断 c (9) 银锌电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理与应用价值 b 1. 概念和反应本质 考点 1 　原电池的工作原理及其应用 [ 主干精讲 ] 原电池是把化学能转化为 _________ 的装置，其反应本质是氧化还原反应。 电能 (1) 一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生 ( 一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应 ) 。 (2) 二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。 (3) 三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件： ① 电解质溶液； ② 两电极直接或间接接触； ③ 两电极插入电解质溶液中。 2. 原电池的构成条件 3. 原电池的工作原理 (1) 装置图 (2) 原理归纳 4. 原电池中的三个方向 (1) 电子方向：电子从 ____________ 流出经外电路流入 ________ 。 (2) 电流方向：电流从 ____________ 流出经外电路流入 ________ 。 (3) 离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向 ________ 迁移，阳离子向 ________ 迁移。 电源负极 正极 电源正极 负极 负极区 正极区 5. 盐桥原电池 (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 相同点 正负极、电极反应、总反应、反应现象 负极： Zn － 2e － ===Zn 2 ＋ 正极： Cu 2 ＋ ＋ 2e － ===Cu 总反应： Zn ＋ Cu 2 ＋ ===Cu ＋ Zn 2 ＋ 不同点 图 1 中 Zn 在 CuSO 4 溶液中直接接触 Cu 2 ＋ ，会有一部分 Zn 与 Cu 2 ＋ 直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。图 2 中 Zn 和 CuSO 4 溶液在两个池子中， Zn 与 Cu 2 ＋ 不直接接触，不存在 Zn 与 Cu 2 ＋ 直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长 关键点 盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区 6. 原电池原理的应用 (1) 加快氧化还原反应的速率 一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在 Zn 与稀 H 2 SO 4 反应时加入少量 CuSO 4 溶液能使产生 H 2 的反应速率加快。 (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 _______ 的金属比作 _______ 的金属活泼。 (3) 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，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。 负极 正极 1.[ 明辨是非 ] 正确的打 “√” ，错误的打 “×” (1) 理论上说，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池 ( 　　 ) (2) 用 Mg 、 Al 分别作电极，用 NaOH 溶液作电解液构成的原电池， Mg 为正极 ( 　　 ) (3) 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 ( 　　 ) (4) 一般来说，带有 “ 盐桥 ” 的原电池比不带 “ 盐桥 ” 的原电池效率高 ( 　　 ) (5) 在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极 ( 　　 ) (6) 在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强 ( 　　 ) (7) 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 ( 　　 ) [ 速检速测 ] (8) 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 ( 　　 ) (9)CaO ＋ H 2 O == =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 ( 　　 ) (10) 在内电路中，电子由正极流向负极 ( 　　 ) (11) 某原电池反应为 Cu ＋ 2AgNO 3 == =Cu(NO 3 ) 2 ＋ 2Ag ，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) × 　 (8) × 　 (9) × 　 (10) × 　 (11) × 2. 原电池正负极的判断方法 (1) 由组成原电池的电极材料判断。一般是活动性较强的金属为 极，活动性较弱的金属或能导电的非金属为 极。 (2) 根据电流方向或电子流动方向判断。电流由 极流向 极；电子由 极流向 极。 (3) 根据原电池中电解质溶液内离子的移动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向 极，阴离子移向 极。 (4) 根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的 极失电子发生氧化反应，其 极得电子发生还原反应。 (5) 根据现象判断。一般情况下，溶解的一极为 极，增重或有气体逸出的一极为 极。 解析　 判断电极时，不能简单地依据金属的活动性顺序来判断，要看反应的具体情况，例如： Al 在强碱性溶液中比 Mg 更易失电子， Al 作负极， Mg 作正极； Fe 、 Al 在浓 HNO 3 中钝化，比 Cu 等金属更难失电子， Cu 等金属作负极， Fe 、 Al 作正极。 答案　 (1) 负　正　 (2) 正　负　负　正　 (3) 正　负　 (4) 负　正　 (5) 负　正 1. 下面装置中，能构成原电池的是 ( 填序号 ) 。 原电池工作原理 [ 模拟题组 ] ②④⑥⑦⑨ 2. 某学生用锌片、铜片、发光二极管、滤纸、导线等在玻璃片制成如图所示的原电池，当滤纸用醋酸溶液润湿时，二极管发光。下列有关该电池的说法正确的是 ( 　　 ) A. 铜片上的电极反应： Cu 2 ＋ ＋ 2e － == =Cu B. 外电路中电子由铜片经导线流向锌片 C. 电池工作时电能直接转化为化学能 D. 该电池工作时，若有 13 克锌被溶解，则铜片上产生标况下 4.48 L H 2 解析　 A 项，在该装置图中， Zn 、 Cu 及电解质溶液构成原电池。由于金属活动性： Zn>Cu ，所以 Zn 为负极，失去电子， Cu 为正极，在正极上溶液中的 H ＋ 得到电子，生成 H 2 ，错误； B 项，外电路中电子由负极 Zn 片经导线流向 Cu 片，错误； C 项，电池工作时，将化学能转化为电能，错误； D 项，该电池工作时，若有 13 克锌被溶解， n (Zn) ＝ m ÷ M ＝ 13 g÷65 g/mol ＝ 0.2 mol ，则由于在整个闭合回路中电子转移数目相等，所以铜片上产生标况下 V (H 2 ) ＝ nV m ＝ 0.2 mol × 22.4 L/mol ＝ 4.48 L ，正确。 答案　 D 3. (2019· 太原市第一中学高三模拟 ) 根据下图，下列判断中正确的是 ( 　　 ) A. 烧杯 a 中的溶液 pH 降低 B. 烧杯 b 中发生氧化反应 C. 烧杯 a 中发生的反应为 2H ＋ ＋ 2e － == =H 2 ↑ D. 烧杯 b 中发生的反应为 2Cl － － 2e － == =Cl 2 ↑ “ 盐桥 ” 原电池 解析　 由题给原电池装置可知，电子经过导线，由 Zn 电极流向 Fe 电极，则 O 2 在 Fe 电极发生还原反应： O 2 ＋ 2H 2 O ＋ 4e － == =4OH － ，烧杯 a 中 c (OH － ) 增大，溶液的 pH 升高。烧杯 b 中， Zn 发生氧化反应： Zn － 2e － == =Zn 2 ＋ 。 答案　 B 4. 依据氧化还原反应： 2Ag ＋ (aq) ＋ Cu(s) == =Cu 2 ＋ (aq) ＋ 2Ag(s) 设计的原电池如图所示 ( 盐桥为盛有 KNO 3 琼脂的 U 形管 ) 。 答案　 (1)Cu 　 AgNO 3 　 (2) 正　 Ag ＋ ＋ e － ===Ag (3)Cu(NO 3 ) 2 5. 有 A 、 B 、 C 、 D 、 E 五块金属片，进行如下实验： (1)A 、 B 用导线相连后，同时浸入稀 H 2 SO 4 溶液中， A 极为负极，活动性 。 (2)C 、 D 用导线相连后，同时浸入稀 H 2 SO 4 溶液中，电流由 D → 导线 → C ，活动性 。 (3)A 、 C 相连后，同时浸入稀 H 2 SO 4 溶液中， C 极产生大量气泡，活动性 。 (4)B 、 D 相连后，同时浸入稀 H 2 SO 4 溶液中， D 极发生氧化反应，活动性 。 (5) 用惰性电极电解含 B 离子和 E 离子的溶液， E 先析出，活动性 。 综上所述，这五种金属的活动性从强到弱的顺序为 。 原电池工作原理应用 答案　 (1)A>B 　 (2)C>D 　 (3)A>C 　 (4)D>B 　 (5)B>E 　 A>C>D>B>E 6. (2018·3 月温州选考模拟 ) 银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了 Ag 2 S 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， Ag 2 S 被还原生成单质银 C. 该过程中总反应为 2Al ＋ 3Ag 2 S == =6Ag ＋ Al 2 S 3 D. 黑色褪去的原因是黑色 Ag 2 S 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， Ag 2 S 是氧化剂，作正极，发生还原反应， B 项正确。 C 项忽视了 Al 2 S 3 在水溶液中发生完全的双水解反应，正确的方程式应为 2Al ＋ 3Ag 2 S ＋ 6H 2 O == =6Ag ＋ 2Al(OH) 3 ↓ ＋ 3H 2 S ↑ 。 D 项中黑色褪去的原因是 Ag 2 S 被还原成了 Ag 。 答案　 B 1. (2015· 浙江 10 月选考 ) 如图所示进行实验，下列说法不正确的是 ( 　　 ) A. 装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生 B. 甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能 C. 装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转 D. 装置乙中负极的电极反应式： Zn － 2e － == =Zn 2 ＋ [ 真题对接 ] 解析　 A 项，装置甲的锌片与稀硫酸反应生成氢气，装置乙的锌、铜和稀硫酸构成原电池，在铜片产生气泡，正确； B 项，甲装置把化学能转化为热能，乙装置把化学能转化为电能，不正确； C 项，装置乙形成原电池，正确； D 项，装置乙形成原电池，锌为负极，电极反应式 Zn － 2e － ===Zn 2 ＋ ，正确。 答案　 B 2. (2016· 浙江理综， 11) 金属 (M) －空气电池 ( 如图 ) 具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为： 4M ＋ n O 2 ＋ 2 n H 2 O == =4M(OH) n 。 已知：电池的 “ 理论比能量 ” 指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是 ( 　　 ) A. 采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面 B. 比较 Mg 、 Al 、 Zn 三种金属－空气电池， Al －空气电池的理论比能量最高 C.M －空气电池放电过程的正极反应式： 4M n ＋ ＋ n O 2 ＋ 2 n H 2 O ＋ 4 n e － == =4M(OH) n D. 在 Mg －空气电池中，为防止负极区沉积 Mg(OH) 2 ，宜采用中性电解质及阳离子交换膜 答案　 C 1. 一次电池 考点 2 　化学电源 [ 主干精讲 ] (1) 碱性锌锰干电池 ( 图一 ) 图一 负极材料： Zn 电极反应： ______________________________________ 正极材料：碳棒 电极反应： 2MnO 2 ＋ 2H 2 O ＋ 2e － == =2MnOOH ＋ 2OH － 总反应： Zn ＋ 2MnO 2 ＋ 2H 2 O == =2MnOOH ＋ Zn(OH) 2 Zn ＋ 2OH － － 2e － == =Zn(OH) 2 (2) 锌银电池 ( 图二 ) 图二 负极材料： Zn 电极反应： _____________________________________ 正极材料： Ag 2 O 电极反应： Ag 2 O ＋ H 2 O ＋ 2e － ===2Ag ＋ 2OH － 总反应： Zn ＋ Ag 2 O ＋ H 2 O===Zn(OH) 2 ＋ 2Ag Zn ＋ 2OH － － 2e － == =Zn(OH) 2 2. 二次电池 ( 可充电电池 ) Pb PbO 2 H 2 SO 4 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： 种类 酸性 碱性 负极反应式 2H 2 － 4e － ===4H ＋ 正极反应式 O 2 ＋ 4H ＋ ＋ 4e － ===2H 2 O 电池总反应式 2H 2 ＋ O 2 ===2H 2 O 2H 2 ＋ 4OH － － 4e － == =4H 2 O O 2 ＋ 2H 2 O ＋ 4e － == =4OH － 1.[ 明辨是非 ] 正确的打 “√” ，错误的打 “×” (1) 铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加 ( 　　 ) (2) 手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池 ( 　　 ) (3) 若使反应 Fe ＋ 2Fe 3 ＋ == =3Fe 2 ＋ 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 MnO 2 是催化剂，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) 氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为 2H 2 － 4e － == =4H ＋ ( 　　 ) 答案　 (1) √ 　 (2) × 　 (3) × 　 (4) × 　 (5) × 　 (6) × [ 速检速测 ] 2. 甲烷燃料电池 以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。 (1) 酸性介质 ( 如 H 2 SO 4 ) 负极： ； 正极： ； 总反应式： 。 (2) 碱性介质 ( 如 KOH) 负极： ； 正极： ； 总反应式： 。 (3) 固体电解质 ( 高温下能传导 O 2 － ) 负极： ； 正极： ； 总反应式： 。 (4) 熔融碳酸盐 ( 如熔融 K 2 CO 3 环境下 ) 负极： ； 正极： ； 总反应式： 。 1. (2019· 湖南郴州一模 ) 乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在 200 ℃ 左右时供电，电池总反应： C 2 H 5 OH ＋ 3O 2 == =2CO 2 ＋ 3H 2 O ，电池示意图如图所示。下列说法中正确的是 ( 　　 ) 燃料电池 [ 模拟题组 ] A. 电池工作时，质子向电池的负极迁移 B. 电池工作时，电子由 b 极沿导线流向 a 极 C.a 极上发生的电极反应： C 2 H 5 OH ＋ 3H 2 O ＋ 12e － == =2CO 2 ＋ 12H ＋ D.b 极上发生的电极反应： 4H ＋ ＋ O 2 ＋ 4e － == =2H 2 O 答案　 D 2. 一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是 ( 　　 ) 答案　 D 3. 镍镉 (Ni － Cd) 可充电电池在现在生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH 溶液，其充、放电按下式进行： Cd ＋ 2NiOOH ＋ 2H 2 O 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 ＋ H 2 O 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 可充电电池 解析　 放电时 Cd 的化合价升高， Cd 作负极， Ni 的化合价降低， NiOOH 作正极，则充电时 Cd(OH) 2 作阴极， Ni(OH) 2 作阳极，电极反应式为 Ni(OH) 2 ＋ OH － － e － == =NiOOH ＋ H 2 O ， A 项正确；充电过程是电能转化为化学能的过程， B 项错误；放电时负极电极反应式为 Cd ＋ 2OH － － 2e － == =Cd(OH) 2 ， Cd 电极周围 OH － 的浓度减小， C 项错误；放电时 OH － 向负极移动， D 项错误。 答案　 A 4. 一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池 ( 如下图所示 ) 的碳电极。该电池的电解质溶液是 6 mol·L － 1 的 KOH 溶液。 答案　 (1)H 2 － 2e － ＋ 2OH － ===2H 2 O 2NiO(OH) ＋ 2H 2 O ＋ 2e － ===2Ni(OH) 2 ＋ 2OH － (2)2H 2 O ＋ 2e － ===H 2 ↑ ＋ 2OH － 2Ni(OH) 2 ＋ 2OH － － 2e － ===2NiOOH ＋ 2H 2 O (1) 写出放电时的正、负极电极反应式。 负极： 。 正极： 。 (2) 写出充电时的阴、阳极电极反应式。 阴极： 。 阳极： 。 1. (2018·11 月浙江选考 ) 最近，科学家研发了 “ 全氢电池 ” ，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是 ( 　　 ) [ 真题对接 ] 答案　 C 2. (2014· 浙江理综， 11) 镍氢电池 (NiMH) 目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。 NiMH 中的 M 表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是： 解析　 A 项，由 NiMH 充电的总反应方程式知，其逆反应为放电时的总反应，正极发生还原反应： NiOOH ＋ H 2 O ＋ e － ===Ni(OH) 2 ＋ OH － ，正确； B 项，充电时相当于电解池，阴离子 (OH － ) 向阳极移动，错误； C 项，由于 MH 中 M 与 H 均为 0 价，反应前后 M 的化合价没有变化，故 H 2 O 中的 H 是由于电解而被还原，并不是被 M 还原，错误； D 项，由信息可知 NiOOH 与 KOH 溶液、氨水反应，故电解质溶液不能用 KOH 溶液、氨水，错误。 答案　 A