• 672.50 KB
  • 2021-07-09 发布

2020届高考化学一轮复习原电池化学电源学案

  • 12页
  • 当前文档由用户上传发布,收益归属用户
  1. 1、本文档由用户上传,淘文库整理发布,可阅读全部内容。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,请立即联系网站客服。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细阅读内容确认后进行付费下载。
  4. 网站客服QQ:403074932
第九章 电化学基础 ‎[考纲解读] 1.理解原电池的构成、工作原理及应用。2.能书写出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。4.理解电解池的构成、工作原理及应用。5.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。‎ 第28讲 原电池 化学电源 一、原电池原理 ‎1.概念和反应本质 原电池是把化学能转化为电能的装置,其反应本质是氧化还原反应。‎ ‎2.构成条件 ‎(1)有能自发进行的氧化还原反应。‎ ‎(2)活泼性不同的两电极。‎ ‎(3)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。‎ ‎3.工作原理(以铜-锌原电池为例)‎ ‎(1)反应原理 ‎(2)盐桥的组成和作用 ‎①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。‎ ‎②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。‎ 二、化学电源 ‎1.一次电池 ‎2.二次电池 铅蓄电池(电解质溶液为30%H2SO4溶液)‎ ‎(1)放电时的反应 负极反应:Pb-2e-+SO===PbSO4,‎ 正极反应:PbO2+2e-+SO+4H+===PbSO4+2H2O,‎ 总反应:Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。‎ 电解质溶液的pH增大(填“增大”“减小”或“不变”)。‎ ‎(2)充电时的反应 阴极反应:PbSO4+2e-===Pb+SO,‎ 阳极反应:PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++SO,‎ 总反应:2PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4。‎ ‎3.燃料电池 ‎(1)氢氧燃料电池 ‎①氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池。‎ ‎②燃料电池的电极本身不参与反应,燃料和氧化剂连续地由外部供给。‎ ‎(2)甲烷燃料电池 ‎①碱性介质中(以KOH为例):‎ 负极:CH4-8e-+10OH-===CO+7H2O,‎ 正极:2O2+8e-+4H2O===8OH-,‎ 总反应:CH4+2O2+2KOH===K2CO3+3H2O。‎ ‎②酸性介质中:‎ 负极:CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+,‎ 正极:2O2+8e-+8H+===4H2O,‎ 总反应:CH4+2O2===CO2+2H2O。‎ ‎1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”,并指明错因。‎ ‎(1)理论上说,任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池。(√)‎ 错因:_____________________________________________________________‎ ‎(2)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。(×)‎ 错因:电子不能通过电解质溶液。‎ ‎(3)铅蓄电池放电时,正极与负极质量均增加。(√)‎ 错因:_____________________________________________________________‎ ‎(4)碱性锌锰干电池是一次电池,其中MnO2是催化剂,可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长。(×)‎ 错因:碱性锌锰干电池中的MnO2在正极上得电子,是氧化剂。‎ ‎(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。(×)‎ 错因:燃料电池直接将化学能转化为电能。‎ ‎(6)由于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。(×)‎ 错因:该反应不是氧化还原反应,不能设计成原电池。‎ ‎(7)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。(×)‎ 错因:原电池工作时,溶液中的阳离子向正极移动。‎ ‎2.教材改编题 ‎(据人教必修二P44 T1)原电池是利用______________反应、将________能转化为________能的装置。其中,负极是电子________的一极,发生________反应;正极是电子________的一极,发生________反应。‎ 答案 能自发进行的氧化还原 化学 电 流出 氧化 流入 还原 ‎3.教材改编题 ‎(据人教选修四P78 T3)镉镍可充电电池的充、放电反应按下式进行:Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2,由此判断错误的是(  )‎ A.放电时,Cd作负极 B.放电时,NiO(OH)作负极 C.电解质溶液为碱性溶液 D.放电时,负极反应为Cd+2OH--2e-===Cd(OH)2‎ 答案 B 考点 原电池的工作原理及应用 ‎[典例1] (2018·江门质检)M、N、P、E四种金属,已知:①M+N2+===N+M2+;②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面有大量气泡逸出;③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中,电极反应为E2++2e-===E,N-2e-===N2+。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是(  )‎ A.P>M>N>E B.E>N>M>P C.P>N>M>E D.E>P>M>N 解析 由①知,金属活动性:M>N;M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面有大量气泡逸出,说明M作原电池的正极,故金属活动性:P>M;N、E构成的原电池中,N作负极,故金属活动性:N>E。综合可知,A正确。‎ 答案 A 名师精讲 ‎1.原电池的判断方法 ‎(1)先分析有无外接电源,有外接电源的为电解池,无外接电源的可能为原电池。‎ ‎(2)然后依据原电池的形成条件分析判断,主要是“四看”:‎ ‎ ‎ ‎(3)多池相连,但无外接电源时,两极活泼性差异最大的一池为原电池,其他各池可看做电解池。‎ ‎2.判断原电池正、负极的五种方法 ‎3.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加快。如在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液构成原电池,反应速率加快。‎ ‎(2)金属的防护 使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等,可用导线将其与一块锌块相连,使锌作原电池的负极。‎ ‎(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属活泼。‎ ‎(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,结合两个半反应找出正、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:‎ ‎1.下列有关铜锌原电池的叙述正确的是(  )‎ A.盐桥中的Cl-移向CuSO4溶液 B.电池总反应式为Zn+Cu2+===Zn2++Cu C.在外电路中,电子从正极流向负极 D.取下盐桥,原电池仍可工作 答案 B 解析 盐桥中的Cl-移向负极,即移向ZnSO4溶液,A错误;B正确;原电池工作时,电子从电池负极经外电路流向正极,C错误;取下盐桥,不能形成闭合回路,原电池不能工作,D错误。‎ ‎2.(2018·厦门模拟)将反应2Fe3++2I-2Fe2++I2设计成如图所示的原电池。‎ 下列说法不正确的是(  )‎ A.盐桥中的K+移向FeCl3溶液 B.反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应 C.电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态 D.电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,乙中石墨电极为负极 答案 D 解析 甲中石墨为正极,乙中石墨为负极,盐桥中阳离子向正极移动,所以K+移向FeCl3溶液,A正确;反应开始时,因乙中I-失去电子放电,元素的化合价升高,则发生氧化反应,B正确;当电流计为零时,说明没有电子发生转移,则反应达到平衡,C正确;当加入Fe2+,导致平衡逆向移动,则Fe2+失去电子生成Fe3+,作为负极,而乙中石墨成为正极,D错误。‎ ‎ 考点 化学电源 ‎[典例2] (2018·青岛模拟)ZnZnSO4PbSO4‎ ‎Pb电池装置如图,下列说法错误的是(  )‎ A.SO从右向左迁移 B.电池的正极反应为Pb2++2e-===Pb C.左边ZnSO4浓度增大,右边ZnSO4浓度不变 D.若有6.5 g锌溶解,有0.1 mol SO通过离子交换膜 解析 锌是负极,SO从右向左迁移,A正确;电池的正极反应为PbSO4+2e-===Pb+SO,B错误;左边锌失去电子转化为ZnSO4,ZnSO4浓度增大,右边ZnSO4浓度不变,C正确;若有6.5 g锌即0.1 mol锌溶解,根据电荷守恒可知有0.1 mol SO通过离子交换膜,D正确。‎ 答案 B ‎[典例3] (2018·茂名一模)肼(N2H4)暴露在空气中容易爆炸,但是以其为燃料的燃料电池是一种理想的电池,具有容量大、能量转化效率高、产物无污染等特点,其工作原理如图所示,下列叙述正确的是(  )‎ A.电池工作时,正极附近的pH降低 B.当消耗1 mol O2时,有2 mol Na+由甲槽向乙槽迁移 C.负极反应式为4OH-+N2H4-4e-===N2↑+4H2O D.若去掉阳离子交换膜,电池也能正常工作 解析 电池工作时,O2在正极发生还原反应:O2+2H2O+4e-===4OH-,由于生成OH-,溶液的pH增大,A错误;当消耗1 mol O2时,电路中转移4 mol电子,生成4 mol OH-,为保持溶液呈电中性,应有4 mol Na+由甲槽向乙槽迁移,B错误;N2H4在负极上失电子发生氧化反应,则负极反应式为4OH-+N2H4-4e-===N2↑+4H2O,C正确;若去掉阳离子交换膜,正极产生的OH-‎ 直接向负极移动,不能产生稳定的电流,D错误。‎ 答案 C 名师精讲 化学电源电极反应式的书写 书写电极反应式时,首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极,然后结合电解质溶液的环境确定电极产物,最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。电极反应式书写的一般方法有:‎ ‎1.拆分法 ‎(1)写出原电池的总反应,如2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+。‎ ‎(2)把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应,注明正、负极,并依据质量守恒、电荷守恒及得失电子守恒配平两个半反应:‎ 正极:2Fe3++2e-===2Fe2+‎ 负极:Cu-2e-===Cu2+‎ ‎2.加减法 ‎(1)写出总反应,如Li+LiMn2O4===Li2Mn2O4。‎ ‎(2)写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极),如Li-e-===Li+(负极)。‎ ‎(3)利用总反应与上述的一极反应相减,即得另一个电极的反应式,即LiMn2O4+Li++e-===Li2Mn2O4(正极)。‎ ‎3.燃料电池电极反应式的书写 ‎(1)写出燃料电池反应的总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致,若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。‎ 如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为 CH4+2O2===CO2+2H2O①‎ CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O②‎ ‎①+②得燃料电池总反应式为 CH4+2O2+2NaOH===Na2CO3+3H2O。‎ ‎(2)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是O2,随着电解质溶液的不同,其电极反应式有所不同,大致有以下四种情况:‎ ‎①酸性电解质溶液环境下电极反应式:‎ O2+4H++4e-===2H2O;‎ ‎②碱性电解质溶液环境下电极反应式:‎ O2+2H2O+4e-===4OH-;‎ ‎③固体电解质(高温下能传导O2-)环境下电极反应式:O2+4e-===2O2-;‎ ‎④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式:‎ O2+2CO2+4e-===2CO。‎ ‎(3)根据电池总反应式和正极反应式,写出负极反应式 电池反应的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式。因为O2不是负极反应物,因此两个反应式相减时要彻底消除O2。‎ ‎3.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Li2Mn2O4===LiMn2O4+Li 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 答案 C 解析 根据原电池中金属性较强的材料作负极,可知b为电池的负极,则a为电池的正极,A正确;电池的充电反应为电解池原理,B正确;放电时,a作电池的正极,Mn元素化合价发生变化,Li元素化合价不变,C错误;放电时,阳离子移向电池的正极,D正确。‎ ‎4.如图所示,是原电池的装置图。请回答:‎ ‎(1)若C为稀H2SO4溶液,电流表指针发生偏转,B电极材料为Fe且作负极,则A电极上发生的电极反应式为__________________________;反应进行一段时间后溶液C的pH将________(填“升高”“降低”或“基本不变”)。‎ ‎(2)若需将反应:Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+‎ 设计成如图所示的原电池装置,则A极(负极)材料为________,B极(正极)材料为________,溶液C为________。‎ ‎(3)若C为CuCl2溶液,Zn是________极,Cu极发生________反应,电极反应式为______________________________。反应过程溶液中c(Cu2+)________(填“变大”“变小”或“不变”)。‎ ‎(4)CO与H2反应还可制备CH3OH,CH3OH可作为燃料使用,用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下:‎ 电池总反应为2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O,则c电极是________(填“正极”或“负极”),c电极的反应方程式为__________________________________。若线路中转移2 mol电子,则上述CH3OH燃料电池消耗的O2在标准状况下的体积为________L。‎ 答案 (1)2H++2e-===H2↑ 升高 ‎(2)Cu 石墨(其他合理答案也可) FeCl3溶液(其他合理答案也可)‎ ‎(3)负 还原 Cu2++2e-===Cu 变小 ‎(4)负极 CH3OH-6e-+H2O===CO2+6H+ 11.2‎ 解析 (1)铁作负极,则该原电池反应是铁与稀硫酸置换H2的反应,所以正极反应是H+得电子生成H2,电极反应式为2H++2e-===H2↑;溶液中H+放电,导致溶液中H+浓度减小,pH升高。‎ ‎(2)Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+设计成如题图所示的原电池装置,根据方程式中物质发生的反应类型判断,Cu发生氧化反应,作原电池的负极,所以A极材料是Cu,B极材料是比Cu不活泼的导电物质如石墨、Ag等即可。溶液C中含有Fe3+,如FeCl3溶液。‎ ‎(3)Zn比较活泼,在原电池中作负极,Cu作正极,正极发生还原反应,Cu2+在正极得到电子变成Cu,电极反应为Cu2++2e-===Cu,Cu2+发生了反应,则c(Cu2+)变小。‎ ‎(4)根据图中的电子流向知c是负极,是甲醇发生氧化反应:CH3OH-6e-+H2O===CO2+6H+,线路中转移2 mol电子时消耗氧气0.5 mol,标准状况下体积为11.2 L。‎