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  • 2021-08-23 发布

2020版高考一轮复习化学通用版学案:第六章第3课时 化学能与电能(1)——原电池、化学电源(过基础)

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第3课时 化学能与电能(1)——原电池、化学电源(过基础)‎ 知识点一 原电池工作原理及应用 ‎1.概念 原电池是把化学能转化为能的装置。‎ ‎2.构成条件 反应 能自发进行的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)‎ 电极 一般是活泼性不同的两电极(金属或石墨)‎ 闭合 回路 ‎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(如锌铜原电池可用简图表示)‎ 总反应离子方程式为Zn+2H+===Zn2++H2↑‎ ‎(1)电极 ‎①负极:失去电子,发生氧化反应;‎ ‎②正极:得到电子,发生还原反应。‎ ‎(2)电子定向移动方向和电流方向 ‎①电子从负极流出经外电路流入正极;‎ ‎②电流从正极流出经外电路流入负极; ‎ 故电子定向移动方向与电流方向正好相反。‎ ‎(3)离子移动方向 阴离子向负极移动(如SO),阳离子向正极移动(如Zn2+和H+,溶液中H+在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)。‎ ‎[提醒] ①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。‎ ‎②无论在原电池中还是在电解池中,电子均不能通过电解质溶液。‎ ‎4.原电池正、负极的判断 ‎ [提醒] 原电池的正极和负极既与电极材料的性质有关,又与电解质溶液有关,不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。‎ ‎5.单液原电池(无盐桥)和双液原电池(有盐桥)对比 名称 单液原电池 双液原电池 装置 相同点 正、负极电极反应,总反应式,电极现象 不同点 还原剂Zn与氧化剂Cu2+直接接触,既有化学能转化为电能,又有化学能转化为热能,造成能量损耗 Zn与氧化剂Cu2+不直接接触,仅有化学能转化为电能,避免了能量损耗,故电流稳定,持续时间长 ‎[提醒] 盐桥的作用:使整个装置构成通路,代替两溶液直接接触;平衡电荷;提高电池效率。‎ ‎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,形成原电池时会使反应速率加快。例如,在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液置换出的Cu能与Zn形成原电池使产生H2的反应速率加快。‎ ‎(2)比较金属活动性强弱 如有两种金属A和B,用导线将A和B连接后,插入到稀硫酸中,一段时间后,若观察到A溶解,而B上有气体放出,则说明A作负极,B作正极,即可以断定金属活动性:AB。‎ ‎(3)设计制作化学电源 实例:根据Cu+2Ag+===Cu2++2Ag设计电池:‎ ‎[对点训练]‎ ‎1.判断正误(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)在原电池中,发生氧化反应的一极一定是负极(√)‎ ‎(3)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(√)‎ ‎(4)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(×)‎ ‎(5)一般来说,带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高(√)‎ ‎(6)原电池放电时,电流方向由电源的负极流向正极(×)‎ ‎(7)实验室制备H2时,用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳(√)‎ ‎(8)由于CaO+H2O===Ca(OH)2,可以自发进行,且放出大量的热,故可以设计成原电池(×)‎ ‎2.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:‎ 实验 装置 部分实验现象 a极质量减小;b极质量增加 b极有气体产生;c极无变化 d极溶解;c极有气体产生 电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是(  )‎ A.a>b>c>d        B.b>c>d>a C.d>a>b>c D.a>b>d>c 解析:选C 把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④,则由实验①可知,a作原电池负极,b作原电池正极,金属活动性:a>b;由实验②可知,b极有气体产生,c极无变化,则活动性:b>c;由实验③可知,d极溶解,则d作原电池负极,c作正极,活动性:d>c;由实验④可知,电流从a极流向d极,则d极为原电池负极,a极为原电池正极,活动性:d>a。综合所述可知活动性:d>a>b>c。‎ ‎3.利用反应Cu+2Fe3+===2Fe2++Cu2+设计了如图所示的原电池。回答下列问题:‎ ‎(1)该原电池的负极材料是________,发生________(填“氧化”或“还原”)反应。‎ ‎(2)X是____________,图中“→”表示________的方向。‎ ‎(3)盐桥中的SO移向________溶液。‎ 答案:(1)Cu 氧化 ‎(2)Fe2(SO4)3(或FeCl3)溶液 电子移动 ‎(3)CuSO4‎ 知识点二 化学电源 ‎1.一次电池 ‎(1)碱性锌锰干电池 正极反应:2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-;‎ 负极反应:Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2;‎ 总反应:Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH+Zn(OH)2。‎ ‎(2)锌银电池 负极反应:Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2;‎ 正极反应:Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-;‎ 总反应:Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。‎ ‎2.二次电池(可充电电池)‎ 铅蓄电池是最常见的二次电池,负极材料是,正极材料是PbO2。‎ ‎(1)放电时的反应 ‎①负极:Pb(s)+SO(aq)-2e-===PbSO4(s)(氧化反应)。‎ ‎②正极:PbO2(s)+4H+(aq)+SO(aq)+2e-===PbSO4(s)+2H2O(l)(还原反应)。‎ ‎③总反应:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)+2H2O(l)。‎ ‎(2)充电时的反应 ‎①阴极:PbSO4(s)+2e-===Pb(s)+SO(aq)(还原反应)。‎ ‎②阳极:PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-===PbO2(s)+4H+(aq)+SO(aq)(氧化反应)。‎ ‎③总反应:2PbSO4(s)+2H2O(l)===Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)。‎ ‎3.燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分成酸性和碱性两种。‎ 酸性 碱性 负极反应式 ‎2H2-4e-===4H+‎ ‎2H2+4OH--4e-‎ ‎===4H2O 正极反应式 O2+4H++4e-‎ ‎===2H2O O2+2H2O+4e-‎ ‎===4OH-‎ 电池总反应式 ‎2H2+O2===2H2O ‎[提醒] ①燃料电池中通入O2的一极为正极,通入可燃物的一极为负极。‎ ‎②书写燃料电池的电极反应时,要注意溶液的酸碱性,介质的酸碱性对电极反应和总反应都会产生影响。‎ ‎[对点训练]‎ ‎1.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 解析:选B 镉镍电池放电时,Cd作负极,电板反应式为Cd+2OH--2e-===Cd(OH)2;NiO(OH)作正极,电解质溶液为KOH等碱性溶液,B项错误。‎ ‎2‎ ‎.由我国科学家研发成功的铝锰电池是一种比能量很高的新型干电池,以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质,铝和二氧化锰石墨为两极,其电池反应为Al+3MnO2+3H2O===3MnO(OH)+Al(OH)3。下列有关该电池放电时的说法不正确的是(  )‎ A.二氧化锰石墨为电池正极 B.负极反应式为Al-3e-+3NH3·H2O===Al(OH)3+3NH C.OH-不断由负极向正极移动 D.每生成1 mol MnO(OH)转移1 mol电子 解析:选C 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,OH-应不断由正极向负极移动,C错误;由反应中锰元素价态变化知D正确。‎ ‎3.银锌电池是一种常见化学电源,其反应原理:Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是(  )‎ A.Zn电极是负极 B.Ag2O电极发生还原反应 C.Zn电极的电极反应式:Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2‎ D.放电前后电解质溶液的pH保持不变 解析:选D 由电池的总反应Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag知,Zn从0价变为+2价,化合价升高,失去电子,故Zn电极为负极,A正确;Ag2O中Ag从+1价变为0价,化合价降低,得到电子,发生还原反应,B正确;在碱性条件下,Zn2+与OH-结合生成Zn(OH)2,故Zn电极的电极反应式为Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2,C正确;根据总反应可知,反应中H2O被不断地消耗,电解质溶液中OH-浓度增大,所以放电后电解质溶液的pH增大,D错误。‎

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