广东省2021版高考化学一轮复习第六单元第2节原电池化学电源课件 人教版 54页

第 2 节　原电池　化学电源 - 2 - - 3 - 自主预诊 考向突破 原电池的工作原理 1 . 定义 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 - 自主预诊 考向突破 (1) 反应原理。 (2) 盐桥的组成和作用。 ① 盐桥中装有饱和的 KCl 、 KNO 3 等溶液和琼胶制成的胶冻。 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。 锌片 铜片 Zn-2e - =Zn 2+ Cu 2+ +2e - =Cu 氧化反应 还原反应 正极 负 - 5 - 自主预诊 考向突破 3 . 构成条件 微点拨 (1) 原电池仍然体现反应过程中的能量守恒 , 是化学能与热能知识的延伸 , 是化学能转化为电能。 (2) 原电池反应必须是放出能量的氧化还原反应 , 但自行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。 自发进行 - 6 - 自主预诊 考向突破 自我诊断 1 . 判断正误 , 正确的打 “ √ ”, 错误的打 “×” 。 (1) 反应 CaO+H 2 O=Ca(OH) 2 可以放出大量的热 , 故利用该反应可以设计成原电池 , 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。 ( 　　 ) 答案 : (1)× 　 (2) √ 　 (3)× 　 (4)× 　 (5)× - 7 - 自主预诊 考向突破 2 . 能用金属代替盐桥吗 ? 为什么 ? 提示 : 不能。在电路接通的情况下 , 盐桥是原电池内电路的一部分 , 盐桥中含有的阴、阳离子定向移动 , 从而达到传导电流及保持溶液呈电中性的目的 ; 若用金属代替盐桥 , 溶液中的离子不能通过金属 , 故不能用金属代替盐桥。 - 8 - 自主预诊 考向突破 3 . 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 ) 。 请回答下列问题 : (1) 电极 X 的材料是 　　　 ; 电解质溶液 Y 中的溶质是 　　　　　 ( 填化学式 ) 。   (2) 银电极为电池的 　　　　　 极 , 其电极反应式为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。   (3) 盐桥中的 N 移向 　　　　　 溶液。   答案 : (1)Cu 　 AgNO 3 　 (2) 正　 Ag + +e - =Ag 　 (3)Cu(NO 3 ) 2 - 9 - 自主预诊 考向突破 考向 1 　 原电池工作原理 典例 ❶ 如图是某同学设计的原电池装置 , 下列叙述正确的是 ( 　　 ) A. 电极 Ⅰ 上发生还原反应 , 作原电池的负极 B. 电极 Ⅱ 的电极反应式为 Cu 2+ +2e - =Cu C. 该原电池的总反应为 2F +Cu=Cu 2+ +2Fe 2+ D. 盐桥中装有含氯化钾溶液的琼脂 , 其作用是传递电子 答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 10 - 自主预诊 考向突破 易错警示 (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。 - 11 - 自主预诊 考向突破 对点演练 1 (2019 湖南邵东县创新实验学校高三检测 ) 某同学利用氧化还原反应 2KMnO 4 +10FeSO 4 +8H 2 SO 4 =2MnSO 4 +5Fe 2 (SO 4 ) 3 +K 2 SO 4 +8H 2 O 设计如图所示原电池 , 盐桥中装有饱和 K 2 SO 4 溶液。下列说法正确的是 ( 　　 ) A.b 电极上发生还原反应 B. 外电路电子的流向是从 a 到 b 答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 12 - 自主预诊 考向突破 考向 2 　 原电池正、负极的判断及电极反应式的书写 典例 ❷ 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 　　　　　　　　　　　　　　 。   答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 13 - 自主预诊 考向突破 对点演练 2 分析下图所示的四个原电池装置 , 其中结论正确的是 ( 　　 ) A. ①② 中 Mg 作负极 , ③④ 中 Fe 作负极 B. ② 中 Mg 作正极 , 电极反应式为 2H 2 O+2e - =2OH - +H 2 ↑ C. ③ 中 Fe 作负极 , 电极反应式为 Fe-2e - =Fe 2+ D. ④ 中 Cu 作正极 , 电极反应式为 2H + +2e - =H 2 ↑ 答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 14 - 自主预诊 考向突破 深度指津 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原理进行分析 , 如图 : 注意 :(1) 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。 (2) 燃料电池中 , 燃料是负极反应物 , 氧气是正极反应物 , 电极材料本身不参与反应。 - 15 - 自主预诊 考向突破 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。 ① 负极反应。 负极上发生失去电子的氧化反应。要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。 ② 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 O 2 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 O 2 反应生成 OH - , 电极反应式为 O 2 +2H 2 O+4e - =4OH - ; 若电解质溶液为酸性 , 则 H + 必须写入正极反应式中 ,O 2 得电子与 H + 生成水 , 电极反应式为 O 2 +4H + +4e - =2H 2 O 。 - 16 - 自主预诊 考向突破 (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。 - 17 - 自主预诊 考向突破 原电池原理的应用 1 . 增大化学反应速率 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 CuSO 4 溶液 , 生成的少量铜附着在锌表面构成原电池 , 使 Zn 与稀硫酸的反应速率 　　　　　 。   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钢铁制船体。   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 ( 特殊情况除外 ) 。 加快 加快 正极 - 18 - 自主预诊 考向突破 4 . 设计化学电源 (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 2FeCl 3 +Cu=2FeCl 2 +CuCl 2 设计的原电池为 : - 19 - 自主预诊 考向突破 装置如下图所示 : - 20 - 自主预诊 考向突破 微点拨 (1) 在理解形成原电池可加快反应速率时 , 要注意对产物量的理解 ,Zn 与一定量稀硫酸反应时加入少量 CuSO 4 溶液 , 锌足量时 , 不影响产生 H 2 的物质的量 , 但稀硫酸足量时 , 产生 H 2 的物质的量会减小。 (2) 把一个氧化还原反应拆写成两个电极反应时 , 首先要写成离子反应 , 要注意通过电荷守恒与原子守恒把 H + 、 OH - 、 H 2 O 分解到两个电极反应中。 - 21 - 自主预诊 考向突破 自我诊断 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 , 原因是什么 ? 提示 : 铜、铝接触在潮湿的环境中可形成原电池 , 会加快铝的腐蚀 , 易造成电路断路。 - 22 - 自主预诊 考向突破 2 . 有 a 、 b 、 c 、 d 四种金属电极 , 有关的实验装置及部分实验现象如下 : 由此可判断这四种金属的活动顺序是 　　　　　　　 。   答案 解析 解析 关闭 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 作原电池的负极 ,b 作原电池的正极 , 金属活动性为 a>b; 由实验②可知 ,b 极有气体产生 ,c 极无变化 , 则活动性为 b>c; 由实验③可知 ,d 极溶解 , 则 d 作原电池负极 ,c 作正极 , 活动性为 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 , 活动性为 d>a 。综上所述可知活动性为 d>a>b>c 。 答案 解析 关闭 d>a>b>c - 23 - 自主预诊 考向突破 考向 　 原电池原理的应用 典例 某校化学兴趣小组进行探究性活动 : 将氧化还原反应 2Fe 3+ +2I - 2Fe 2+ +I 2 设计成带盐桥的原电池。提供的试剂 :FeCl 3 溶液、 KI 溶液 , 其他用品任选。请回答下列问题 : - 24 - 自主预诊 考向突破 (1) 请补充右面原电池的装置图 , 在括号内填上正、负极的材料、电解质溶液。 (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 FeCl 3 溶液中加入少量 FeCl 2 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。   - 25 - 自主预诊 考向突破 解析 : (1) 依据原电池原理分析 , 氧化还原反应中 Fe 3+ 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 溶液 , 正极所在的电解质溶液为 FeCl 3 溶液。电极材料可选取惰性电极 , 如石墨 ( 碳棒 ) 或其他不活泼金属。 (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 , 导线中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 FeCl 3 溶液中加入少量 FeCl 2 固体 , 平衡逆向移动 , 此时 Fe 2+ 失电子 , 该溶液中的电极变成负极。 - 26 - 自主预诊 考向突破 思路点拨 (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。 (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。 - 27 - 自主预诊 考向突破 对点演练 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 中放入少量的 CuSO 4 溶液 , 如图表示产生 H 2 的体积 ( V ) 与时间 ( t ) 的关系 , 其中正确的是 ( 　　 ) 答案 解析 解析 关闭 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 中放入少量的 CuSO 4 溶液 , 发生反应 Zn+Cu 2+ =Zn 2+ +Cu,a 中形成锌、铜、硫酸原电池 , 反应速率增大 , 反应完全时所用时间较少 , 生成的氢气的量也小于 b,D 正确。 答案 解析 关闭 D - 28 - 自主预诊 考向突破 化学电源 Zn-2e - =Zn 2+ - 29 - 自主预诊 考向突破 - 30 - 自主预诊 考向突破 2H 2 +4OH - -4e - =4H 2 O O 2 +2H 2 O+4e - =4OH - 2H 2 -4e - =4H + 　 O 2 +4H + +4e - =2H 2 O - 31 - 自主预诊 考向突破 微点拨 (1) 解答燃料电池题目的思维模型。 (2) 图解二次电池的充放电过程。 - 32 - 自主预诊 考向突破 自我诊断 1 . 判断正误 , 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) 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+2F =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 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 , 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 , 负极本身一定发生氧化反应。 ( 　　 ) 答案 : (1) √ 　 (2) √ 　 (3)× 　 (4)× 　 (5)× 　 (6)× - 33 - 自主预诊 考向突破 2 .(1) 氢氧燃料电池以 KOH 溶液作电解质溶液时 , 工作一段时间后 , 电解质溶液的浓度将 　　　　　 , 溶液的 pH 　　　　　 ( 填 “ 减小 ”“ 增大 ” 或 “ 不变 ”) 。   (2) 氢氧燃料电池以 H 2 SO 4 溶液作电解质溶液时 , 工作一段时间后 , 电解质溶液的浓度将 　　　　　 , 溶液的 pH 　　　　　 ( 填 “ 减小 ”“ 增大 ” 或 “ 不变 ”) 。   答案 : (1) 减小　减小　 (2) 减小　增大 - 34 - 自主预诊 考向突破 3 .Li—SOCl 2 电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳 , 电解液是液态的 LiAlCl 4 —SOCl 2 。电池的总反应可表示为 8Li+3SOCl 2 =6LiCl+Li 2 SO 3 +2S 。 (1) 负极材料为 　　　　　 , 电极反应式为 　　　　　　　　　　　　　 。   (2) 正极的电极反应式为 　　　　　　　　　　　　　　　　　 。   - 35 - 自主预诊 考向突破 考向 1 　 燃料电池 典例 ❶ (2019 全国 1,12) 利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成 , 电池工作时 MV 2+ /MV + 在电极与酶之间传递电子 , 示意图如下所示。下列说法错误的是 ( 　　 ) A. 相比现有工业合成氨 , 该方法条件温和 , 同时还可提供电能 B. 阴极区 , 在氢化酶作用下发生反应 H 2 +2MV 2+ =2H + +2MV + C. 正极区 , 固氮酶为催化剂 ,N 2 发生还原反应生成 NH 3 D. 电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 答案 解析 解析 关闭 该过程是在室温条件下进行的 , 因此比现有工业合成氨的条件温和 , 同时还能提供电能 ,A 项正确 ; 阴极区发生的是得电子的反应 , 而左池中发生的是失电子的反应 ,B 项错误 ; 右池为正极区 , 氮气发生还原反应生成氨气 ,C 项正确 ; 左池中产生的氢离子通过交换膜向右池移动 , 即由负极区移向正极区 ,D 项正确。 答案 解析 关闭 B - 36 - 自主预诊 考向突破 方法技巧 燃料电池电极反应式书写步骤 - 37 - 自主预诊 考向突破 对点演练 1 (2019 江西重点中学盟校高三联考 ) 如图所示是一种以液态肼 (N 2 H 4 ) 为燃料 , 氧气为氧化剂 , 某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达 700~900 ℃ 时 ,O 2- 可在该固体氧化物电解质中自由移动 , 反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 电池总反应为 N 2 H 4 +2O 2 =2NO+2H 2 O B. 电池内的 O 2- 由电极乙移向电极甲 C. 当甲电极上有 1 mol N 2 H 4 消耗时 , 乙电 极上有 22.4 L O 2 参与反应 D. 电池正极方程式为 O 2 +4e - +2H 2 O=4OH - 答案 解析 解析 关闭 反应生成物均为无毒无害的物质 , 负极上反应生成 N 2 , 则电池总反应为 N 2 H 4 +O 2 =N 2 ↑+2H 2 O,A 项错误 ; 放电时 , 阴离子向负极移动 , 即 O 2- 应由电极乙移向电极甲 ,B 项正确 ; 由电池总反应为 N 2 H 4 +O 2 =N 2 ↑+2H 2 O 可知 , 当电极甲上有 1 mol N 2 H 4 消耗时 , 乙电极上有 1 mol O 2 被还原 , 由于反应条件不是标准状况 , 所以 O 2 的体积不是 22.4 L,C 项错误 ; 正极上氧气得电子发生还原反应 , 电极反应式为 O 2 +4e - =2O 2- ,D 项错误。 答案 解析 关闭 B - 38 - 自主预诊 考向突破 考向 2 　 可充电电池 典例 ❷ (2018 全国 2,12) 我国科学家研发了一种室温下 “ 可呼吸 ” 的 Na-CO 2 二次电池。将 NaClO 4 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 :3CO 2 +4Na 2Na 2 CO 3 +C, 下列说法错误的是 ( 　　 ) 答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 39 - 自主预诊 考向突破 易错警示 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、放电时条件不同 , 反应不能理解为可逆反应。 - 40 - 自主预诊 考向突破 对点演练 2 (2019 广东深圳高三调研 ) 下图为某二次电池充电时的工作原理示意图 , 该过程可实现盐溶液的淡化。下列说法错误的是 ( 　　 ) A. 充电时 ,a 为电源正极 B. 充电时 ,Cl - 向 Bi 电极移动 ,Na + 向 NaTi 2 (PO 4 ) 3 电极移动 C. 放电时 , 正极的电极反应为 BiOCl+2H + +3e - =Bi+Cl - +H 2 O D. 充电时 , 新增入电极中的物质 : n (Na + ) ∶ n (Cl - )=1 ∶ 3 答案 解析 解析 关闭 Bi→BiOCl 过程失电子 , 所以 Bi 电极为阳极 , 接电源正极则 a 为电源正极 , 故 A 项正确 ; 充电时 ,Bi 电极为阳极 ,NaTi 2 (PO 4 ) 3 电极为阴极 , 阴离子向阳极定向移动 , 阳离子向阴极定向移动 , 故 B 项正确 ; 放电时 , 发生原电池反应 , 正极得电子发生还原反应 , 电极反应为 BiOCl+2H + +3e - =Bi+Cl - +H 2 O, 故 C 项正确 ; 充电时 , 阳极的电极反应式为 Bi+Cl - +H 2 O-3e - =BiOCl+2H + , 阴极的电极反应式为 NaTi 2 (PO 4 ) 3 +2Na + +2e - =Na 3 Ti 2 (PO 4 ) 3 , 则充电时新增入电极中的物质 n (Na + ) ∶ n (Cl - )=3 ∶ 1, 故 D 项错误。 答案 解析 关闭 D - 41 - 自主预诊 考向突破 深度指津 1 . 二次电池的充放电规律 (1) 充电时电极的连接。充电的目的是使电池恢复其供电能力 , 因此负极应与外电源的负极相连 , 正极与外电源的正极相连。 (2) 充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反 , 充电时的阳极反应恰与放电时的正极反应相反 , 充电时的阴极反应恰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。 - 42 - 自主预诊 考向突破 2 . 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 ); 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。 - 43 - 自主预诊 考向突破 网络构建 - 44 - 自主预诊 考向突破 核心速记 1 . 原电池中的能量转化及本质 (1) 能量转化 : 化学能转化为电能。 (2) 反应本质 : 自发进行的氧化还原反应。 2 . 原电池中粒子的移动 “ 方向 ” (1) 外电路中电子移动方向 : 负极 → 正极。 (2) 外电路中电流方向 : 正极 → 负极。 (3) 电池内部离子移动方向 : 阴离子 → 负极 , 阳离子 → 正极。 (4) 盐桥中 ( 含饱和 KCl 溶液 ) 离子移动方向 :K + → 正极 ,Cl - → 负极。 3 . 判断原电池正负极的 6 种方法 电极材料、电极反应现象、电子移动方向、离子移动方向、得失电子、电解质溶液。 - 45 - 素养解读 案例探究 方法规律 素养提升 新型化学电源的应用 高考中的新型电池 , 有 “ 氢镍电池 ”“ 高铁电池 ”“ 锌 — 锰碱性电池 ” 、我国首创的 “ 海洋电池 ”“ 燃料电池 ”( 如新型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁烷燃料电池、甲醇质子交换膜燃料电池、 CO 燃料电池 )“ 锂离子电池 ”“ 银锌电池 ”“ 纽扣电池 ” 等。这些电池一般具有高能环保、经久耐用 , 电压稳定、比能量 ( 单位质量释放的能量 ) 高等特点。取材于这些知识点的试题 , 题材广、信息新 , 体现了化学科学在生产生活中的应用 , 提升学习者科学态度与社会责任。 - 46 - 素养解读 案例探究 方法规律 素养提升 典例 (2019 全国 3,13) 为提升电池循环效率和稳定性 , 科学家近期利用三维多孔海绵状 Zn(3D-Zn) 可以高效沉积 ZnO 的特点 , 设计了采用强碱性电解质的 3D-Zn-NiOOH 二次电池 , 结构如下图所示。电池反应为 Zn(s)+2NiOOH(s)+H 2 O(l) ZnO(s)+2Ni(OH) 2 (s) 。下列说法错误的是 ( 　　 ) - 47 - 素养解读 案例探究 方法规律 素养提升 A. 三维多孔海绵状 Zn 具有较高的表面积 , 所沉积的 ZnO 分散度高 B. 充电时阳极反应为 Ni(OH) 2 (s)+OH - (aq)-e - =NiOOH(s)+H 2 O(l) C. 放电时负极反应为 Zn(s)+2OH - (aq)-2e - =ZnO(s)+H 2 O(l) D. 放电过程中 OH - 通过隔膜从负极区移向正极区 - 48 - 素养解读 案例探究 方法规律 素养提升 解析 : 本题考查了二次电池的工作原理及电极反应式的书写与判断。三维多孔海绵状 Zn 类似于活性炭 , 故表面积较大 , 可高效沉积 ZnO, 所沉积的 ZnO 分散度也高 ,A 项正确 ; 根据总反应式 Zn(s)+2NiOOH(s)+H 2 O ZnO(s)+2Ni(OH) 2 (s) 可知 , 充电时 Ni(OH) 2 (s) 在阳极上发生氧化反应 Ni(OH) 2 (s)+OH - (aq)-e - =NiOOH(s)+H 2 O(l),B 项正确 ; 放电时 Zn 在负极上发生氧化反应 Zn(s)+2OH - -2e - =ZnO(s)+H 2 O(l),C 项正确 ; 在放电过程中 , 阴离子应向负极移动 ,D 项错误。 答案 : D - 49 - 素养解读 案例探究 方法规律 素养提升 易错警示 要顺利地解答二次电池的有关试题 , 应注意以下几点 : ① 放电时的正极和负极电极反应式倒过来书写 , 分别就是充电时的阳极和阴极的电极反应。 ② 充电时 , 电池的正、负极应分别与电源的正、负极相连。 ③ 分析反应中元素化合价的升降 , 是判断原电池正、负极或者充电时的阴、阳极的关键。原电池的负极、充电时的阳极 , 都是失电子元素化合价升高的一极。 ④ 正确的书写电极反应式是解答二次电池题目的另一个关键。 - 50 - 素养解读 案例探究 方法规律 素养提升 关于新型电源的考查 , 具体有以下几种考查角度 : 1 . 新型电池 “ 放电 ” 时正极、负极的判断 2 . 新型电池电极反应式的书写 首先分析物质得失电子的情况 , 然后再考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。对于较为复杂的电极反应 , 可以利用 “ 总反应式 - 较简单一极电极反应式 = 较复杂一极电极反应式 ” 的方法解决。 - 51 - 素养解读 案例探究 方法规律 素养提升 3 . 新型电池充、放电时阴极、阳极的判断 首先应搞明白原电池放电时的正、负极。再根据电池充电时 , 阳极接正极、阴极接负极的原理进行分析。充电的实质就是把放电时发生的变化再复原的过程 , 即充电时的电极反应是放电时电极反应的逆过程。 4 . 新型电池充、放电时 , 电解质溶液中离子的移动方向 解题时 , 首先应分清电池是放电还是充电 , 放电时为原电池 , 充电时为电解池 , 然后再判断出正、负极或阴、阳极。原电池中 , 阳离子移向正极 , 阴离子移向负极 , 电解池中 , 阳离子移向阴极 , 阴离子移向阳极 , 进而确定离子的移动方向。 - 52 - 素养解读 案例探究 方法规律 素养提升 1 .(2019 浙江温州高三适应性测试 ) 酸性 “ 二甲醚 (CH 3 OCH 3 ) 直接燃料电池 ” 具有启动快、能量密度高、效率高等优点 , 其电池原理如图所示。下列有关该电池的说法不正确的是 ( 　　 ) A.a 电极是该电池的负极 B.b 电极上发生的反应为 O 2 +4H + +4e - =2H 2 O C.H + 由 a 电极向 b 电极迁移 D. 电池工作时 , 电子从 a 电极 → 灯泡 →b 电极 → 电解液 →a 电极 答案 解析 解析 关闭 二甲醚 (CH 3 OCH 3 ) 直接燃料电池通入氧气的一极为正极 , 所以 a 是负极、 b 是正极 , 故 A 项正确 ;b 是正极 , 得电子发生氧化反应 O 2 +4H + +4e - =2H 2 O, 故 B 项正确 ; 原电池中阳离子移向正极 ,H + 由 a 电极向 b 电极迁移 , 故 C 项正确 ; 电池工作时 , 电子从 a 电极 → 灯泡 →b 电极 , 电解液中没有电子移动 , 故 D 项错误。 答案 解析 关闭 D - 53 - 素养解读 案例探究 方法规律 素养提升 2 .(2018 全国 3,11) 一种可充电锂 - 空气电池如图所示。当电池放电时 ,O 2 与 Li + 在多孔碳材料电极处生成 Li 2 O 2 -x ( x =0 或 1) 。下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 放电时 , 多孔碳材料电极为负极 B. 放电时 , 外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C. 充电时 , 电解质溶液中 Li + 向多孔碳材料区迁移 答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 54 - 素养解读 案例探究 方法规律 素养提升 3 .(2019 陕西西安长安区第五中学高三期中 ) 一种钌 (Ru) 基配合物光敏染料敏化太阳能电池的工作原理及电池中发生的主要反应如图所示。下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 镀铂导电玻璃的作用是传递 I - B. 电池工作时 , 光能转变为电能 ,X 为电池的正极 答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭