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第2讲原电池化学电源-2-考纲要求:1.理解原电池的构成、工作原理及应用,能写出电极反应和总反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。-3-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破导学诱思下列装置可以形成原电池的是,并写出形成原电池的电极材料及电极反应。正极:、;负极:、;电解质溶液中的阴离子向极移动,阳离子向极移动,形成电流。BAg2Ag++2e-2AgCuCu-2e-Cu2+负正原电池的工作原理及正负极的判断-4-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破落实基础1.定义原电池是将转变为的装置。2.原电池的构成条件化学能电能反应能发生的氧化还原反应电极一般是活泼性不同的两电极(金属或)闭合回路形成需三个条件:①;②两电极直接或间接接触;③两电极插入电解质溶液中自发进行石墨电解质溶液-5-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破3.原电池的工作原理装置图电极与电极反应负极(片)(反应)正极(片)(反应)电子流向由片沿导线流向片离子迁移方向阴离子向迁移;阳离子向迁移电池反应方程式锌Zn-2e-═Zn2+氧化铜Cu2++2e-═Cu还原锌铜负极正极Zn+Cu2+═Cu+Zn2+-6-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破易错辨析判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)NaOH溶液与稀硫酸反应是放热反应,此反应可以设计成原电池()(2)Fe+CuSO4FeSO4+Cu的反应可以设计成原电池()(3)氧化还原反应2H2O2H2↑+O2↑可以设计成原电池()(4)同种条件下,带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长()(5)Al—NaOH—Mg形成原电池时,负极反应式为Mg-2e-Mg2+()(6)Cu—浓硝酸—Fe形成原电池时,Cu作负极()×√×√×√-7-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度一原电池的工作原理例1控制适合的条件,将反应Fe3++AgFe2++Ag+设计成如图所示的原电池(盐桥装有琼脂-硝酸钾溶液;灵敏电流计的0刻度居中,左右均有刻度)。已知接通后,观察到电流计指针向右偏转。下列判断正确的是()A.在外电路中,电子从石墨电极流向银电极B.盐桥中的K+移向乙烧杯C.一段时间后,电流计指针反向偏转,越过0刻度,向左边偏转D.电流计指针居中后,往甲烧杯中加入一定量的铁粉,电流计指针将向左偏转答案解析解析关闭Fe3+发生得电子的还原反应,所以石墨电极为正极,电子从负极流向正极,阳离子从负极移向正极,A、B选项错误;达到化学平衡后,电流计指针指向0刻度,不会越过,C选项错误;D选项,铁粉与Fe3+反应生成Fe2+,溶液中Fe3+浓度减小,Fe2+浓度增大,平衡左移,Ag+发生得电子的反应,Ag为正极,正确。答案解析关闭D-8-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破互动探究(1)把A选项改为“在内电路中,电子从石墨电极流向银电极”是否正确?改为“电流从石墨电极通过灵敏电流计到银电极,然后通过盐桥到石墨电极”是否正确?(2)把B选项中的“K+”改为“”是否正确?撤掉盐桥是否还能构成原电池?(3)开始时,乙烧杯中发生的反应是(填“氧化反应”或“还原反应”)。NO3-答案:(1)不正确;正确。(2)正确;不能。(3)氧化反应。-9-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破方法指导我们在复习原电池的工作原理时要从两个方面进行分析。(1)闭合回路。闭合回路包含两部分:导线中电子的流向和电解质溶液中阴、阳离子的流向,两部分共同构成一个完整的闭合回路。①注意:无论在原电池还是在电解池中,电子均不能通过电解质溶液。②导线中的电子(带负电荷)是从负极流向正极,而原电池内溶液中阴离子(带负电荷)是从正极流向负极,这样才能形成闭合回路。(2)氧化还原反应。①负极:发生失电子的氧化反应;②正极:发生得电子的还原反应。(3)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。-10-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度二原电池正、负极的判断例2看图回答下列问题。-11-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破(1)上述四种原电池的装置中正极分别为、、、。(2)B装置中a孔通入的气体为(填“SO2”或“O2”)。(3)D装置中发生氧化反应的一极为(填“a”或“b”)。答案解析解析关闭燃料在负极上发生反应,所以A装置中a为正极;电子流出的一极为负极,故B装置中b为正极,正极上发生还原反应,通入氧化剂O2;C装置中Al与NaOH溶液反应,所以Al失电子,Al为负极,Mg为正极;D装置由阳离子H+的流向可知b为正极。答案解析关闭(1)abMgb(2)SO2(3)a-12-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破互动探究C装置中的NaOH溶液如果换成稀硫酸,则正极为。方法指导判断原电池的正、负极需抓住闭合回路和氧化还原反应进行分析,如图注意:原电池的正、负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液性质有关,不要形成思维定式——活泼金属一定作负极。Al-13-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破跟踪训练1.(2018全国Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4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:3CO2+4Na2Na2CO3+C,下列说法错误的是()A.放电时,ClO4-向负极移动B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2C.放电时,正极反应为:3CO2+4e-2CO32-+CD.充电时,正极反应为:Na++e-Na答案解析解析关闭放电时装置为原电池,阴离子向负极移动,A项正确;根据总反应可知,放电时二氧化碳在正极得电子被吸收,充电时又被释放出来,B项正确;放电时,负极上Na失电子,正极上CO2得电子,正极电极反应式为3CO2+4e-2CO32-+C,C项正确;充电时阴极反应式为Na++e-Na,D项错误。答案解析关闭D-14-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破2.(2019江苏前黄高级中学高三模拟)如图所示的装置属于原电池的是()。答案解析解析关闭装置A中不具备两个活泼性不同的电极,装置C中酒精是非电解质,不能构成原电池,装置D是电解池。答案解析关闭B-15-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破3.(2019江苏苏州大学附属中学模拟)用铜片、银片设计成如图所示的原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是()。A.电子通过盐桥从乙池流向甲池B.铜导线替换盐桥,原电池将能继续工作C.开始时,银片上发生的反应是Ag-e-═Ag+D.将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同答案解析解析关闭原电池负极铜失电子,正极银得电子,电子从负极沿导线流向正极,电解质溶液通过离子的定向移动形成电流,所以电子不经过电解质溶液,故A错误;铜线代替盐桥,乙池是原电池,甲池是电解池,所以不是原来的装置反应原理,故B错误;银片是原电池的正极,溶液中的银离子得到电子发生还原反应,电极反应是Ag++e-═Ag,故C错误;铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应都是发生了Cu+2Ag+═2Ag+Cu2+,故D正确。答案解析关闭D-16-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破4.(2019江苏南通中学高三模拟)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-3e-═Fe3+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不与NaOH溶液反应,而Al能与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与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+2H2O2NaAlO2+3H2↑,负极反应式为2Al+8OH--6e-2AlO2-+4H2O,两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。答案解析关闭B-17-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破5.微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()A.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区D.电池总反应为C6H12O6+6O2==6CO2+6H2O答案解析解析关闭C6H12O6中C的平均化合价为0价,二氧化碳中C的化合价为+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,故CO2在负极生成,A项错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率加快,所以微生物促进了反应的发生,B项正确;质子交换膜只允许质子(即H+)通过,原电池中阳离子向正极移动,C项正确;电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应,D项正确。答案解析关闭A-18-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破原电池原理的应用导学诱思(1)用稀硫酸与锌粒反应制取氢气,加入少量硫酸铜可以加快化学反应速率的原因:。答案:Zn与CuSO4反应生成Cu,在稀硫酸中形成铜锌原电池,可以增大反应速率(2)A、B两种金属用导线连接,放入稀硫酸中,B的质量逐渐减小,则两种金属的活动性:A(填“”“”或“=”)B。-19-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破落实基础原电池在化工、农业生产及科学研究中的应用1.加快氧化还原反应速率一个自发的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率,例如Zn与稀硫酸反应时加入少量的CuSO4溶液能使产生氢气的速率增大。2.比较金属活动性强弱金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属活动性比正极的。3.用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池的极而得到保护。例如,保护铁制输水管或钢铁桥梁,可用导线将其和一块锌块相连,使Zn作原电池的极。增大强正负-20-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度一原电池原理的应用例1已知电极材料:铁、铜、银、石墨、锌、铝;电解质溶液:CuCl2溶液、NaOH溶液、盐酸,按要求回答下列问题。(1)电工经常说的一句口头禅:“铜接铝,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,说明原因:。(2)通常说的燃料电池都以铂为电极,将燃烧反应的化学能转化为电能,在燃料电池中,可燃物在极反应,在另一极反应。(3)请运用原电池原理设计实验,验证Cu2+、Fe3+氧化性的强弱。请写出电极反应,负极,正极,并在方框内画出实验装置图。-21-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破答案:(1)铜铝接触,在潮湿的环境中形成原电池,加快了铝的腐蚀,易造成电路断路(2)负助燃物(3)Cu-2e-Cu2+2Fe3++2e-2Fe2+或解析:(2)可燃物失电子,在电源负极发生氧化反应。(3)可利用氧化还原反应Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+来设计原电池。-22-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破方法指导设计制作化学电源(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,结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。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(如溶解于溶液中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则两个容器中的电解质溶液选择含有电极材料金属对应的金属阳离子的电解质溶液。如在Cu-Zn-硫酸盐溶液构成的原电池中,负极Zn浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中,而正极Cu浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。-23-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度二判断金属活动性例2①②③④四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强到弱的顺序是()A.①③②④B.①③④②C.③④②①D.③①②④答案解析解析关闭由原电池原理判断金属活动性,外电路电流从②流向①,②为正极,金属活动性①②;①③相连,③为正极,
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时间: 2020-12-27
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