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第2节原电池化学电源-2-考查要点说明核心素养解读1.理解原电池的构成、工作原理及应用。2.能书写电极反应和总反应方程式。3.了解常见化学电源的种类及其工作原理。1.变化观念与平衡思想:认识原电池的本质是氧化还原反应,能从多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转化。2.科学态度与社会责任:通过原电池装置的应用,能对与化学有关的热点问题作出正确的价值判断,能参与有关化学问题的社会实践。-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。电极名称负极正极电极材料电极反应反应类型电子流向由Zn片沿导线流向Cu片盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液,K+移向,Cl-移向极(2)盐桥的组成和作用。①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3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-=Zn2+Cu2++2e-=Cu氧化反应还原反应正极负-5-自主预诊考向突破3.构成条件反应能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)电极一般是活泼性不同的两个电极(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+H2O=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)=Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3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。O3-答案:(1)CuAgNO3(2)正Ag++e-=Ag(3)Cu(NO3)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Cu2++2e-=CuC.该原电池的总反应为2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+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该原电池的总反应为2Fe3++CuCu2++2Fe2+。电极Ⅰ上发生还原反应,作原电池的正极,电极反应式为2Fe3++2e-2Fe2+;电极Ⅱ为原电池负极,发生氧化反应,电极反应式为Cu-2e-Cu2+。盐桥中装有含氯化钾溶液的琼脂,其作用是平衡电荷。答案解析关闭C-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2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4=2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如图所示原电池,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SO42-移向甲烧杯D.a电极上发生的反应为MnO4-+8H++5e-Mn2++4H2O答案解析解析关闭根据原电池的工作原理可知,负极失电子发生氧化反应,正极得电子发生还原反应,b极上电极反应式为Fe2+-e-Fe3+,A项错误;外电路电子流向是从b流向a,B项错误;根据原电池的工作原理,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,则SO42-向b极移动,即SO42-移向乙烧杯,C项错误;a极是正极,电极反应式为2MnO4-+16H++10e-2Mn2++8H2O,化简可得MnO4-+8H++5e-Mn2++4H2O,D项正确。答案解析关闭D-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(1)铝的活泼性强于铁,当电解质溶液为稀硫酸时,铝是负极、铁是正极,正极氢离子得电子生成氢气,电极反应式为2H++2e-H2↑;(2)铝能与氢氧化钠溶液反应,当电解质溶液为NaOH溶液时,铝是负极,负极上铝失去电子生成AlO2-,电极反应式为Al-3e-+4OH-AlO2-+2H2O;(3)若把铝改为锌,电解质溶液为浓硝酸,常温下铁在浓硝酸中钝化,铁是正极,正极NO3-得电子放出NO2气体,正极反应为NO3-+2H++e-NO2↑+H2O。答案解析关闭(1)正2H++2e-H2↑(2)负Al-3e-+4OH-AlO2-+2H2O(3)正NO3-+2H++e-NO2↑+H2O-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↑答案解析解析关闭②中Mg不能与NaOH溶液反应,而Al能和NaOH溶液反应失去电子,故Al作负极;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项错;②中电池总反应为2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑,负极反应式为2Al+8OH--6e-2AlO2-+4H2O,二者相减得到正极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2↑,化简得2H2O+2e-2OH-+H2↑,B项正确;④中Cu是正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,D项错误。答案解析关闭B-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O2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O2反应生成OH-,电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-;若电解质溶液为酸性,则H+必须写入正极反应式中,O2得电子与H+生成水,电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O。-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CuSO4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2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2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CuSO4溶液,锌足量时,不影响产生H2的物质的量,但稀硫酸足量时,产生H2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-、H2O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:实验装置部分实验现象a极质量减少;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ab;由实验②可知,b极有气体产生,c极无变化,则活动性为bc;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dc;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da。综上所述可知活动性为dabc。答案解析关闭dabc-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2Fe3++2I-2Fe2++I2设计成带盐桥的原电池。提供的试剂:FeCl3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FeCl3溶液中加入少量FeCl2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