2021版高考化学一轮复习专题6化学反应与能量变化2原电池课件苏教版

第二单元原电池考点1:原电池的工作原理及应用一、原电池的工作原理(b)1.原电池的概念及反应本质:把_______转化为_____的装置,其本质是发生了_________反应。化学能电能氧化还原2.原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)电极名称负极正极电极材料__________电极反应____________________________电极质量变化__________锌片铜片Zn-2e-====Zn2+Cu2++2e-====Cu减小增大电极名称负极正极反应类型_____反应_____反应电子流向由___沿导线流向___盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液,K+移向___极,Cl-移向___极氧化还原ZnCu正负电极名称负极正极盐桥作用a.连接内电路形成闭合回路。b.维持两电极电势差(中和电荷),使电池能持续提供电流。装置差异比较原电池Ⅰ:温度升高,化学能转化为电能和热能,两极反应在相同区域,部分Zn与Cu2+直接反应,使电池效率降低;原电池Ⅱ:温度不变,化学能只转化为_____,两极反应在不同区域,Zn与Cu2+隔离,电池效率提高,电流稳定。电能3.原电池的构成条件电极两极为导体,且存在活动性差异溶液两极插入_______溶液中回路形成闭合回路或两极直接接触本质看能否自发地发生_________反应电解质氧化还原4.原电池中的三个“移动方向”和“一个类型”(1)电子方向:从___极流出沿导线流入___极。(2)电流方向:从___极沿导线流向___极。(3)离子迁移方向:电解质溶液中,阴离子向___极迁移,阳离子向___极迁移。(4)反应类型:负极失电子发生_________,正极得电子发生_________。负正正负负正氧化反应还原反应5.原电池正、负极的判断方法二、原电池原理的应用(b、c)1.比较金属的活动性强弱原电池中,_____一般是活动性较强的金属,_____一般是活动性较弱的金属(或导电的非金属)。2.加快化学反应速率氧化还原反应形成原电池时,反应速率加快。负极正极3.用于金属的防护将需要保护的金属制品作原电池的_____而受到保护。如要保护一个铁质的输水管道不被腐蚀,可用导线将其与一块锌块相连,锌块作原电池的_____。正极负极4.设计原电池(1)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。①电极材料的选择:选择活泼性较强的金属作为原电池的_____;活泼性较弱的金属或导电的非金属作为_____。负极正极②电解质溶液的选择:电解质溶液能与_____发生反应。如果两个半反应在两个容器中进行(中间连接盐桥),则每个容器中的电解质溶液的阳离子与电极材料相同。负极(3)根据Cu+2Ag+====Cu2++2Ag设计电池:【典例精析】【典例】(2019·全国卷Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/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H2+2MV2+====2H++2MV+C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动【解析】选B。相比现有工业合成氨,该方法选用酶作催化剂,条件温和,同时利用MV+和MV2+的相互转化,化学能转化为电能,故可提供电能,故A正确;左室为负极区,MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+,电极反应式为MV+-e-====MV2+,放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+,反应的方程式为H2+2MV2+2H++2MV+,故B错误;右室为正极区,MV2+在正极得电子发氢化酶=====生还原反应生成MV+,电极反应式为MV2++e-====MV+,放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+,故C正确;电池工作时,氢离子(即质子)通过交换膜由负极向正极移动,故D正确。【强化训练】1.思维诊断(正确的打“√”,错的打“×”)(1)活泼性强的金属一定为负极,发生氧化反应。()提示:×。例如Mg-Al用导线连接后,插入NaOH溶液中,Mg是正极,Al是负极。(2)电解质溶液中的离子通过盐桥移向两极。()提示:×。电解质溶液中的离子不能通过盐桥移向两极,盐桥中(含饱和KCl溶液)离子移动方向:阳离子(K+)移向正极,阴离子(Cl-)移向负极。(3)负极材料不与电解质溶液反应就不能构成原电池。()提示:×。如燃料电池中的负极为惰性电极,该电极就不与电解质溶液反应。(4)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,其中的化学能转化为电能。()提示:×。CaO+H2O====Ca(OH)2不属于氧化还原反应,故不能设计成原电池。(5)10mL浓度为1mol·L-1的盐酸与过量的锌粉反应,若加入适量的CuSO4溶液能减慢反应速率但又不影响氢气生成量。()提示:×。加入CuSO4溶液与Zn发生置换反应:CuSO4+Zn====Cu+ZnSO4,生成的Cu与Zn和盐酸构成原电池,会加快反应速率。2.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,其工作示意图如下。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)2D.放电前后电解质溶液的pH保持不变【解析】选D。根据反应:Zn+Ag2O+H2O====Zn(OH)2+2Ag,锌元素的化合价升高,失电子,发生氧化反应生成Zn(OH)2,作原电池的负极,电极反应式为Zn-2e-+2OH-====Zn(OH)2,A和C选项都正确;银元素的化合价降低,得电子,发生还原反应生成Ag,作原电池的正极,电极反应式为Ag2O+2e-+H2O====2Ag+2OH-,B选项正确;根据总反应式可知,KOH没有参与总反应,但是反应消耗了水,使溶液的体积变小,c(OH-)变大,溶液的pH升高,D选项错误。3.(2019·延安模拟)X、Y、Z、M、N代表五种金属,有以下化学反应:(1)水溶液中X+Y2+====X2++Y;(2)Z+2H2O(冷水)====Z(OH)2+H2↑;(3)M、N为电极,与N盐溶液组成原电池,电极反应为M-2e-====M2+;(4)Y可以溶于稀硫酸中,M不被稀硫酸氧化。则这五种金属的活动性由弱到强的顺序是()A.MNYXZB.NMXYZC.NMYXZD.XZNMY【解析】选C。由反应(1)可知活动性YX;由反应(2)得,Z是非常活泼的金属;(3)中M发生氧化反应,则M极为原电池的负极,活动性较强,MN;由(4)可得,MY。综合上述分析可得这五种金属的活动性由弱到强的顺序是NMYXZ。4.(新题预测)新装修的房屋会释放出有毒的甲醛气体,这是典型的装修杀手,影响着人们的健康。银-Ferrozine法检测甲醛(HCHO)的原理如下(在原电池中完成氧化银与甲醛的反应):下列有关说法正确的是世纪金榜导学号()A.其他条件相同,甲醛浓度越小,所得有色配合物溶液的吸光度越大B.电池正极的电极反应式为Ag2O+2H++2e-====2Ag+H2OC.30gHCHO被氧化时,理论上电路中通过2mol电子D.理论上,消耗HCHO和消耗Fe3+的物质的量之比为4∶1【解析】选B。首先注意HCHO中C为0价。该检测过程涉及的化学反应为2Ag2O+HCHO====4Ag+CO2+H2O,Ag+Fe3+====Ag++Fe2+,Fe2+与Ferrozine形成有色配合物。吸光度与有色物质的浓度成正比,根据反应式可推出吸光度与甲醛的浓度成正比,A项错误;负极的电极反应式为HCHO-4e-+H2O====CO2+4H+,正极的电极反应式为2Ag2O+4e-+4H+====4Ag+2H2O,B项正确;n(HCHO)==1mol,负极消耗1molHCHO,理论上电路中通过130g30gmol4mol电子,C项错误;HCHO4Ag4Fe2+,1molHCHO完全反应,理论上能生成4molAg,消耗4molFe3+,D项错误。5.某兴趣小组同学利用氧化还原反应:2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4====2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如下原电池,盐桥中装有饱和K2SO4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bC.电池工作时,盐桥中的移向甲烧杯D.a电极上发生的反应为Mn+8H++5e-====Mn2++4H2O24SO4O【解析】选D。根据化学方程式和图示判断,b极是FeSO4发生氧化反应,为负极,A错误;b为负极,a为正极,电子从b流向a,B错误;盐桥中的移向乙烧杯,C错误;a极上发生还原反应,锰元素的化合价降低,电极反应为Mn+8H++5e-====Mn2++4H2O,D正确。24SO4O【加固训练】1.我国最近在太阳能光电催化——化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展,相关装置如图所示。下列说法正确的是()A.该制氢工艺中光能最终转化为化学能B.该装置工作时,H+由b极区流向a极区C.a极上发生的电极反应为Fe3++e-====Fe2+D.a极区需不断补充含Fe3+和Fe2+的溶液【解析】选D。A项,该制氢工艺中光能转化为化学能,最终转化为电能,A错误;B项,该装置工作时,根据离子移动“正正负负”原则,H+由a极区流向b极区,在b极区放电生成氢气,B错误;C项,a极是负极,发生氧化反应,其电极反应为Fe2+-e-====Fe3+,选项C错误;D项,该过程涉及两个反应步骤,第一步利用Fe3+/Fe2+电对的氧化态高效捕获H2S得到硫和还原态,所以a极区需不断补充含Fe3+和Fe2+的溶液,D项正确。2.氨硼烷(NH3·BH3)作为一种非常有前景的储氢材料,近年来日益受到人们的重视。氨硼烷(NH3·BH3)电池可在常温下工作,装置如图所示。该电池的总反应为NH3·BH3+3H2O2NH4BO2+4H2O。下列说法正确的是()A.右侧电极发生氧化反应B.电池工作时,H+通过质子交换膜向左侧移动C.负极的电极反应式为H2O2+2H++2e-====2H2OD.每消耗31g氨硼烷,理论上应转移6mol电子【解析】选D。A项,根据总反应NH3·BH3+3H2O2====NH4BO2+4H2O,H2O2是氧化剂发生还原反应,A错误;NH3·BH3发生氧化反应,左侧电极是电池负极,H2O2一侧电极是电池正极,电池工作时,H+通过质子交换膜向右侧移动,选项B错误;C项,正极发生还原反应,电极反应式为H2O2+2H++2e-====2H2O,选项C错误;D项,根据总反应知,每消耗31g氨硼烷即1mol,理论上应转移6mol电子,D正确。6.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2H2O+2e-====2OH-+H2↑C.③中Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-====Fe2+D.④中Cu作正极,电极反应式为2H++2e-====H2↑【解析】选B。②中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能和NaOH溶液反应失去电子,故Al是负极;③中Fe在浓硝酸中钝化,Cu和浓硝酸反应失去电子作负极,A、C错;②中电池总反应为2Al+2NaOH+2H2O====2NaAlO2+3H2↑,负极反应式为Al+2OH--e-====Al+H2,二者相减得到正极反应式为2H2O+2e-====2OH-+H2↑,B正确;④中Cu是正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-====4OH-,D错。2O【归纳总结】1.原电池正、负极的判断[注意]原电池的正极和负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关,不要形成活泼电极一定作负极的思维定式。2.原电池电极反应式的书写考点