20202021年高考化学一轮复习知识讲解下原电池与化学电源pdf

2020-2021年新高三化学一轮复习讲解《原电池与化学电源》【知识梳理】一、原电池概念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构成条件能自发发生的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)般是活泼性不同的两电极(金属或非金属)形成闭合回路需三个条件：电解质溶液；两电极直接或间接接触；两电极插入电解质溶液中工作原理反应原理负极正极锌片铜片Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu氧化反应还原反应电子由Zn片沿导线流向Cu片电流由Cu片沿导线流向Zn片盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极盐桥的作用盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路，盐桥既构成了闭合回路，又能阻止反应物的直接接触，使能量利用转化更高效电极的确定对于金属、金属电极，通常较活泼的金属是负极，较不活泼的金属是正极，如原电池：Zn—Cu—CuSO4中，Zn作负极，Cu作正极，Al—Mg——KOH中，Al作负极，Mg作正极；对于金属、非金属电极，金属作负极，非金属作正极；对于金属、化合物电极，金属作负极，化合物作正极原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应若不电极断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，通常为原电池的负极，若原电池电极上有气体生成、电极质量不断增加或电极质量不变，该电极发生还原反应，通常为原电池的正极电子流动方向是由负极流向正极,电子流出的一极为负极，流入的一极为正极；电流是由正极流向负极，电流流出的一极为正极，流入的一极为负极；在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向是负极原理的应用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。如在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快两种金属分别作原电池的两极，一般作负极的金属比作正极的金属活泼使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。如要保护一个铁制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设计制作化学电源，设计原电池时，负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以，电解质溶液一般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)例题1、下列说法正确的是。①电池工作时，负极失去的电子均通过溶液转移到正极上②在原电池中失去电子的一极是阴极，发生的是还原反应③原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成④铝比铁活泼，但铝制品比铁制品在空气中耐腐蚀⑤将铝片和镁片用导线连接后，插入盛有NaOH溶液，铝作负极⑥电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极⑦原电池工作时，正极和负极上发生的都是氧化还原反应⑧锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5g锌溶解，正极上就有0.1g氢气生成⑨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⑩锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加⑪盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子⑫原电池装置中，电极Ⅰ上发生还原反应作原电池的负极[指点迷津]原电池基础知识的易错点：(1)负极本身不一定都参加反应，如燃料电池中，作为负极的材料本身并不参加反应。(2)忽视电极材料与电解质溶液的反应关系，容易误写电极反应式，如Al负极，在酸性溶液中生成Al3＋，在碱性溶液中生成AlO－2。(3)电子从负极经外电路流向正极，但电子不能通过电解液，是通过阴阳离子的移动形成闭合回路。(4)用总电池反应式减去一极的电极反应式时，须在两式电子转移数相等的前提下进行。二、化学电源1.化学电源的类型一次电池碱性锌锰电池正极反应式：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH－负极反应式：Zn+2OH－—2e—=Zn(OH)2总反应方程式：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2锌银电池正极反应式：Ag2O+H2O+2e－=2Ag+2OH－负极反应式：Zn+2OH－—2e—=Zn(OH)2总反应方程式：Zn＋Ag2O＋H2O=ZnOH2＋2Ag二次电池放电正极反应式：PbO2＋4H+＋SO42－＋2e＝PbSO4↓＋2H2O负极反应式：Pb＋SO42－－2e＝PbSO4↓充电阳极反应式：PbSO4＋2H2O－2e＝PbO2＋4H+＋SO42－阴极反应式：PbSO4＋2e＝Pb＋SO42－总反应方程式PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4↓＋2H2O燃料电池酸性环境正极反应式：O2+4H++4e-=2H2O负极反应式：2H2-4e-=4H+碱性环境正极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-负极反应式：2H2-4e-+4OH-=4H2O固体电解质（能传导O2－）正极反应式：O2＋4e－===2O2－负极反应式：2H2-4e-+2O2－=4H2O熔融碳酸盐(熔融K2CO3)正极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3负极反应式：2H2-4e-+2CO2－3=4H2O＋2CO2总反应方程式2H2+O2=2H2O2.电极反应式书写写总反应式CH3OCH3(二甲醚)酸性．．燃料电池中总反应方程式：CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O确定正负极在正极上发生还原反应的物质是氧化剂，在负极上发生氧化反应的物质是还原剂写电极反应式负极反应式：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋正极反应式：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O书写技巧若某电极反应式较难写时，可先写出较易的电极反应式，用总反应式减去较易的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式例题2、写出下列反应的电极反应式。（1）铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O72－的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O72－转化为Cr3+，其电极反应式为。(2)下图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图(a、b均为多孔性Pt电极)。b电极是(填“正”或“负”)极,a电极上的电极反应式为。(3)开发新能源是解决大气污染的有效途径之一。直接甲醇燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如下图所示,通入a气体的电极是原电池的极(填“正”或“负”),其电极反应式为。(4)以Al和NiO(OH)为电极,NaOH溶液为电解液组成一种新型电池,放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)2,该电池反应的化学方程式是。(5)与MnO2-Zn电池类似,K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池,K2FeO4在电池中作为正极材料,其电极反应式为,该电池总反应的离子方程式为。(6)Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如下，H2O2在石墨电极上发生的电极反应式为。(7)铝电池性能优越，Al-AgO电池可用作水下动力电源，其原理如下图所示。该电池反应的化学方程式为。(8)以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如下图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，则该电极的电极反应式为。(9)近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极,电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下,Pt(a)电极是电池的极,电极反应式为,Pt(b)电极发生(填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为,电池的总反应式为。(10)下图是利用微生物燃料电池处理工业含酚废水的原理示意图,电极a附近发生的反应是。【课时练习】1．2019年诺贝尔化学奖授予了锂离子电池领域做出巨大贡献的三位科学家。某锂离子电池6CLi为负极，1-x2LiMO为正极，锂盐有机溶液作电解质溶液，电池反应为1-x2261-xLiMOLiMO+CLi放电充电则下列有关说法正确的是A．金属锂的密度、熔点和硬度均比同族的碱金属低B．该锂离子电池可用乙醇作有机溶剂C．电池放电时，Li+从正极流向负极D．电池充电时，阳极的电极反应式为-+21-x2LiMO-xe=xLi+LiMO2．据报道，最近某手机公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。其电池反应为：2CH3OH+3O2+4OH-充电放电2CO2-3+6H2O，则下列说法错误的是（）A．放电时CH3OH参与反应的电极为正极B．充电时电解质溶液的pH逐渐增大C．放电时负极的电极反应为：CH3OH－6e-＋8OH-=CO2-3+6H2OD．充电时每生成1molCH3OH转移6mol电子3．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：Cu2＋+2e-=CuC．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色D．a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动4．近年来电池研发领域涌现出的纸电池像纸一样轻薄柔软，在制作方法和应用范围上与传统电池相比均有很大的突破，下图为纸电池的结构示意图。据此，现在用氯化钠、蒸馏水和滤纸制备了电解液和隔离膜，用铜片分别与锌片和另一种银白色金属片，先后制作了两个简易电池。在用电流表测试这两个电池时，发现电流表的指针都发生了偏转，但偏转方向相反。则另一种银白色金属片可能是下列的哪种金属A．AgB．FeC．AlD．Mg5．如图为一氧化碳气体传感器工作原理示意图。图中电流方向已示。电极A、B外覆盖一层聚四氟乙烯纳米纤维膜，可以让气体透过。下列相关叙述，正确的是A．该传感器运用了原电池原理，正极反应为CO-2e-+H2O=CO2+2H+B．当外电路中流过0.002mol电子时，电池正极消耗0.00lmol氧气C．该传感器工作时，接触到的CO浓度增大，输出的电流强度也相应增大D．给传感器充电时，传感器内部H+将由B极向A极迁移6．利用反应23226NO8NH7NHO12构成电池的装置如图所示。此方法既能实现有效清除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能。下列说法正确的是()A．电流从左侧电极经过负载后流向右侧电极B．电极A极反应式为322NH6eN6HC．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜D．当有24.48LNO被处理时，转移电子数为A0.8N7．NO2、O2和熔融KNO3可作燃料电池，其原理如图所示。该电池在放电过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，Y可循环使用。下列说法正确的是A．放电时，NO-3向石墨Ⅱ电极迁移B．电池总反应式为4NO2＋O2===2N2O5C．石墨Ⅱ附近发生的反应为NO＋O2＋e-===NO-3D．当外电路通过4mole-，负极上共产生2molN2O58．可充电钠-CO2电池示意图如下，放电时电池总反应为：4Na+3CO2=2Na2CO3+C．下列说法正确的是A．该电池也可用水作溶剂B．放电时，正极的电极反应为：4Na++3CO2+4e-=2Na2CO3+CC．充电时，钠箔与外接电源的正极相连D．每吸收1molCO2，理论上电路中转移4mole-9．瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害之一，一种瓦斯分析仪能够在煤矿巷道中的甲烷浓度达到一定浓度时，通过传感器显示。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如图所示，其中的固体电解质是Y2O3—Na2O，O2－可以在其中自由移动。下列有关叙述中正确的是A．电极b的反应式为O2+4e－=2O2－B．瓦斯分析仪工作时,将电能转化成化学能C．瓦斯分析仪工作时，固体电解质中O2－由电极a流向电极bD．当b极有22.4LO2参加反应时，转移电子的数目为4NA10．锂一铜空气燃料电池容量高、成本低，具有广阔的发展前景。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电过程为2Li+Cu2O+H2O==2Cu+2Li＋+2OH－，下列说法不正确的是A．放电时，正极的电极反应式为Cu2O+H2O+2e－=2OH－+2CuB．放电时，电子透过固体电解质向Li极移动C．通空气时，铜电极被腐蚀，表面产生Cu2OD．整个反应过