第18讲原电池化学电源

济宁高新区高级中学高三化学备课组2015复习材料138第18讲原电池化学电源考纲解读1．了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。2．了解常见的化学电源，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。3．了解新型电池的电极反应及应用。考向分析：近五年来，新课标地区对原电池工作原理考查18次、试题难度以中等难度为主稍有难度。预计2015年高考在题型上以传统题型为主，其中原电池的工作原理，电极及电池反应式的书写、原电池的有关计算都是命题的热点内容。考点图析基础知识梳理一、原电池1．概念：把化学能转化为________的装置。2．工作原理：(以锌—铜电池为例)电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应________________反应类型________反应________反应电子流向由______极沿导线方向流向______电池反应方程式____________________3.原电池构成条件(1)两个活泼性不同的电极(常见为金属或石墨)。(2)将电极插入________溶液中。(3)两电极间构成闭合回路。济宁高新区高级中学高三化学备课组2015复习材料139(4)能自发进行的________反应。【思考】通常的氧化还原反应为什么不能获得电流？二、化学电源1．碱性锌锰干电池——一次电池负极反应：_____________________________；正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。2．二次电池(可充电电池)——铅蓄电池铅蓄电池是常见的二次电池，负极材料是________，正极材料是________。(1)放电时的反应①负极反应：______________________________；②正极反应：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO42-(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)；③电池总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。(2)充电时的反应①阴极反应：____________________________；②阳极反应：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)；③电池总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。铅蓄电池总反应式：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)放电充电2PbSO4(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＋2H2O＋4e－===4OH－电池总反应式2H2＋O2===2H2O自主检查1．(双选)下列装置可以形成原电池的是()2．某学生欲完成Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋反应，设计了下列四个实验，可行的是()济宁高新区高级中学高三化学备课组2015复习材料1403．如图所示是Zn和Cu形成的原电池，其实验兴趣小组做完实验后，在读书卡上的记录如下，则卡片上的描述合理的是()A．①②③B．②④C．④⑤⑥D．③④⑤4．碱性电池具有容量大，放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌－锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn＋2MnO2＋2H2O=Zn(OH)2＋2MnOOH，下列说法错误的是()A．电池工作时，锌失去电子B．电池正极的电极反应式为：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减少6.5g5．A、B二个烧杯分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。(1)A中反应的离子方程式为___________________________________________________。(2)B中Sn作________极，电极反应式为_________。Sn极附近溶液的pH(填“增大”“减小”或“不变”)_________________________；Fe作________极，电极反应式为____________。考点一原电池正负极的判断与电极反应式的书写1．正负极判断判断依据负极正极济宁高新区高级中学高三化学备课组2015复习材料141电极材料活泼性较强的金属活泼性较弱的金属或能导电的非金属电子流动方向电子流出极电子流入极电解质溶液中离子定向移动方向阴离子移向的极阳离子移向的极发生的反应氧化反应还原反应反应现象溶解的极增重或有气泡放出的极2.电极反应式的书写书写电极反应式时，要根据电极材料、电解质溶液分析电极反应和电极产物，写出电极反应式，还要注意电子守恒。(1)负极为活泼金属时，一般失去电子形成可溶性稳定价态阳离子，或进入溶液，或与电解质发生反应；若为燃料电池，负极一般不参与反应，可燃气体失去电子，形成稳定的氧化产物，或进一步与电解质溶液反应。(2)正极上，一般是溶液中氧化性最强的微粒获得电子被还原，生成稳定的还原产物，或进一步与电解质溶液反应。(3)正、负两极反应式在确保得失电子数目相等的前提下，加和可得电池反应总方程式。【例1】(双选)铜锌原电池如图工作时，下列叙述正确的是()A．正极反应为：Zn－2e－＝Zn2＋B．电池反应为：Zn＋Cu2＋＝Zn2＋＋CuC．在外电路中，电子从负极流向正极D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液变式训练1．将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是()A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极C．两烧杯中溶液的pH均增大D．甲产生气泡的速度比乙慢2．有关电化学知识的描述正确的是()A．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，把其中的化学济宁高新区高级中学高三化学备课组2015复习材料142能转化为电能B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼脂的KCl饱和溶液考点二原电池原理的应用1．比较不同金属的活动性强弱：根据原电池原理可知，在原电池反应过程中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或碳棒)作正极。若有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入稀硫酸中，一段时间后，若观察到A极溶解，而B极上有气体放出，则说明在原电池工作过程中，A被氧化成阳离子而失去电子作负极，B作正极，则可以断定金属A的金属活动性比B的强。2．加快化学反应速率：由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反应且有电流产生，因而反应速率加快。如Zn与稀H2SO4反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu—Zn原电池，加快反应进行。3．设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的四个条件。具体方法是：(1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；(2)根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料(负极就是失电子的物质，正极用比负极活泼性差的金属即可，也可以用石墨)及电解质溶液。①电解质溶液的选择电解质是使负极放电的物质。因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如在铜—锌—硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的溶液中。②电极材料的选择原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极，并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料(也可以是还原性较强的非金属材料如H2、CH4等)。(3)按要求画出原电池装置图。【例2】利用化学反应：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，选择合适的材料和试剂，设计一个原电池。可供选择的电极材料：铁棒、铜棒、石墨棒。可供选择的电解质溶液：CuCl2溶液、FeCl2溶液、FeCl3溶液。请回答下列问题：(1)选用_______作正极材料，________作负极材料，选用________作该原电池的电解质溶液。济宁高新区高级中学高三化学备课组2015复习材料143(2)写出有关的电极反应式：正极：______________________________；负极：______________________________________。变式训练3．某原电池总反应为：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是()ABCD电极材料Cu、ZnCu、CFe、ZnCu、Ag电解液FeCl3Fe(NO3)2CuSO4Fe2(SO4)34．把a、b、c、d四块金属浸泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，d上有气体逸出；a、c相连时，a极减轻；b、d相连时，b为正极。则四种金属的活动性顺序为()A．abcdB．acbdC．acdbD．bdca自我演练1．根据下图，可判断出下列离子方程式中错误．．的是()A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s)B．Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq)C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2＋(aq)D．2Ag＋(aq)＋Co(s)===2Ag(s)＋Co2＋(aq)2．在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是()A．正极附近的SO2－4离子浓度逐渐增大B．电子通过导线由铜片流向锌片C．正极有O2逸出D．铜片上有H2逸出3.某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。下列有关描述正确的是()A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：2H＋＋2Cl－=====通电Cl2↑＋H2↑B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为：Cl2＋2e－===2Cl－济宁高新区高级中学高三化学备课组2015复习材料144D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极4．①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池，①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少，据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是()A．①③②④B．①③④②C．③④②①D．③①②④5．铅蓄电池用途极广，可多次充、放电。在铅蓄电池中铅作为负极，二氧化铅作为正极，电解液为30%的H2SO4溶液。电池充、放电时的总反应可表示为：Pb＋PbO2＋2H2SO4放电充电2PbSO4＋2H2O下列关于此电池的说法中，不正确的是()A．放电一段时间后，电解液的pH将增大B．放电时，铅电极上发生的电极反应为Pb＋SO2－4―→PbSO4＋2e－C．充电时，二氧化铅电极上发生氧化反应D．充电时，电解液中的阳离子向二氧化铅电极移动6．某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构如图所示，电池总反应可表示为：2H2＋O2===2H2O，下列有关说法正确的是()A．电子通过外电路从b极流向a极B．b极上的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．每转移0.1mol电子，消耗1.12L的H2D．H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极7．新型高能钠硫电池以熔融的钠、硫为电极，以钠离子导电的陶瓷为固体电解质。该电池放电时为原电池，充电时为电解池。反应原理为：2Na＋xS放电充电Na2Sx。请回答下列问题：(1)放电时S发生________反应，Na为________极。(2)充电时Na所在电极与直流电源____