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第22讲原电池化学电源-2-基础梳理考点突破对点演练原电池原理及其应用1.定义原电池是把化学能转化为电能的装置。2.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电解质溶液中回路形成闭合回路或两极直接接触本质能自发地发生氧化还原反应-3-基础梳理考点突破对点演练3.工作原理以铜锌原电池为例:-4-基础梳理考点突破对点演练(1)原理分析。电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn-2e-Zn2+Cu2++2e-Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由Zn沿导线流向Cu盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液,K+移向正极,Cl-移向负极(2)两种装置比较。①盐桥的作用: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。②装置Ⅰ中有部分Zn与Cu2+直接反应,使电池效率降低;装置Ⅱ中使Zn与Cu2+隔离,电池效率提高,电流稳定。-5-基础梳理考点突破对点演练4.三个移动方向电子方向从负极流出沿导线流入正极电流方向从正极沿导线流向负极离子迁移方向电解质溶液中,阴离子向负极迁移,阳离子向正极迁移-6-基础梳理考点突破对点演练5.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增大,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作正极的强。(3)金属的防护。使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。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作原电池的负极。-7-基础梳理考点突破对点演练(4)设计制作化学电源。①必须是能自发进行且放热的氧化还原反应。②正、负极材料的选择:一般选择活泼性较强的金属作为负极;活泼性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。③电解质溶液的选择: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(如溶解于溶液中的空气)。如果设计含有盐桥的原电池,则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属阳离子,如在Cu-Zn构成的原电池中,负极Zn浸在含有Zn2+的电解质溶液中,而正极Cu浸在含有Cu2+的电解质溶液中。-8-基础梳理考点突破对点演练实例:根据Cu+2Ag+==Cu2++2Ag设计原电池:-9-基础梳理考点突破对点演练1.原电池中正、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。-10-基础梳理考点突破对点演练2.原电池的设计方法(1)首先要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或导电的非金属)及电解质溶液。以Fe+Cu2+==Fe2++Cu为例说明。-11-基础梳理考点突破对点演练电极反应电极材料及电解质溶液(1)负极:Fe(2)正极:Cu或C(比Fe的活泼性差的金属或导电的非金属)(3)电解质溶液:CuSO4溶液或CuCl2溶液等装置图-12-基础梳理考点突破对点演练例1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。提供的试剂有FeCl3溶液,KI溶液;其他用品任选。请回答下列问题:(1)请补充下面原电池的装置图,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。-13-基础梳理考点突破对点演练答案:(1)如图(2)2I--2e-==I2(3)无(4)负-14-基础梳理考点突破对点演练解析:(1)依据原电池原理分析,氧化还原反应中Fe3+在正极上得电子发生还原反应,I-在负极上发生氧化反应,负极应插入KI溶液中,正极应插入FeCl3溶液中。电极材料可选取惰性电极,如石墨或其他不活泼的金属。(2)发生氧化反应的电极是负极,I-失电子。(3)反应达到平衡时,从左到右和从右到左移动的电子数目相同,故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,平衡2Fe3++2I-2Fe2++I2逆向移动,此时Fe2+失电子,该溶液中电极变成负极。-15-基础梳理考点突破对点演练易错警示原电池装置图常见失分点警示(1)没有注明电极材料名称或元素符号。(2)没有画出电解质溶液或画出但未标注。(3)误把盐桥画成导线。(4)没有连成闭合回路。-16-基础梳理考点突破对点演练考向一原电池的工作原理1.(2018浙江余姚中学质量检测)银锌电池是一种常见化学电源,其反应原理为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.K+向正极移动B.Ag2O电极发生还原反应C.Zn电极的电极反应式为Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2D.放电前后电解质溶液的碱性保持不变答案解析解析关闭原电池中阳离子向正极移动,故A项正确;Ag2O电极是正极,正极发生还原反应,故B项正确;Zn电极是负极,负极失电子发生氧化反应,Zn电极的电极反应式为Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2,故C项正确;根据总反应Zn+Ag2O+H2O==Zn(OH)2+2Ag,放电过程中消耗水,氢氧化钾浓度增大,电解质溶液的碱性增强,故D项错误。答案解析关闭D-17-基础梳理考点突破对点演练考向二原电池的形成条件及正负极的判断2.(2018天津静海调研)根据电化学知识回答下列问题。(1)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。(2)请你利用原电池原理,设计实验,比较铜和银的金属活动性。画出实验装置图,标出正负极、电子流动方向。-18-基础梳理考点突破对点演练答案:(1)①正2H++2e-==H2↑②正+2H++e-==NO2↑+H2O(2)NO3-解析:(1)①铝的活泼性比铁的强,当电解质溶液为稀硫酸时,铝是负极、铁是正极,正极上氢离子得电子生成氢气,电极反应式是2H++2e-==H2↑;②若把铝改为锌,电解质溶液为浓硝酸,铁在浓硝酸中钝化,铁是正极,正极上得电子放出NO2气体,正极反应式是+2H++e-==NO2↑+H2O;(2)利用原电池原理,比较铜与银的金属活动性强弱,铜作原电池的负极,银作正极,将两电极插入硝酸银溶液中,用导线连接,电子由铜经导线流向银。NO3-NO3--19-基础梳理考点突破对点演练考向三原电池原理的应用3.(2018河北故城高级中学月考)有a、b、c、d四个金属电极,有关的反应装置及部分反应现象如下:实验装置ⅠⅡⅢⅣ部分实验现象a极质量减小,b极质量增加c极有气体产生,b极质量减轻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性顺序是()A.abcdB.bcdaC.dabcD.abdc答案解析解析关闭由装置Ⅰ中a极质量减小,b极质量增加,可判断a极是负极,b极是正极,活动性ab;由装置Ⅱ中c极有气体产生,b极质量减轻,可判断b极是负极,c极是正极,活动性bc;由装置Ⅲ中d极溶解,c极有气体产生,可判断d极是负极,c极是正极,活动性dc;由装置Ⅳ中,电流从a极流向d极,可判断a极是正极,d极是负极,活动性da;综上可得活动性:dabc,C项正确。答案解析关闭C-20-基础梳理考点突破对点演练三大常见化学电源名称举例电极材料电解质电极反应式电池反应一次电池碱性锌锰干电池正极:MnO2负极:锌KOH负极:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2正极:2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2OZn(OH)2+2MnOOH银锌电池正极:Ag2O负极:ZnKOH负极:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2正极:Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag-21-基础梳理考点突破对点演练名称举例电极材料电解质电极反应式电池反应二次电池铅蓄电池正极:PbO2负极:PbH2SO4负极:Pb+SO42--2e-PbSO4正极:PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)-22-基础梳理考点突破对点演练名称举例电极材料电解质电极反应式电池反应燃料电池氢氧燃料电池正极:石墨负极:石墨KOH负极:2H2+4OH--4e-4H2O正极:O2+2H2O+4e-4OH-2H2+O22H2OH2SO4负极:2H2-4e-4H+正极:O2+4H++4e-2H2O-23-基础梳理考点突破对点演练1.可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极连接方式-24-基础梳理考点突破对点演练2.新型化学电源解题技巧(1)新型电池“放电”时正极、负极的判断。新型电池中负极反应物所含元素化合价升高的物质发生氧化反应的物质正极反应物所含元素化合价降低的物质发生还原反应的物质(2)新型电池“放电”时电极反应式的书写。首先分析物质得失电子的情况,然后再考虑电极反应生成的物质是否与电解质溶液中的离子发生反应。对于较为复杂的电极反应式,可以利用“总反应式-较简单一极的电极反应式=较复杂一极的电极反应式”的方法解决。-25-基础梳理考点突破对点演练(3)新型电池“充”“放”电时离子移动的方向。-26-基础梳理考点突破对点演练例2(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-27-基础梳理考点突破对点演练考向一一次电池1.(2018江西新余第一中学模拟)纸电池是一种有广泛应用的“软电池”,一种碱性纸电池采用薄层纸片作为载体和传导体,纸的两面分别附着锌和二氧化锰。下列有关该纸电池的说法不合理的是()A.Zn为负极,发生氧化反应B.电池工作时,电子由MnO2流向ZnC.正极反应:MnO2+e-+H2O==MnOOH+OH-D.电池总反应:Zn+2MnO2+2H2O==Zn(OH)2+2MnOOH答案解析解析关闭Zn是活泼金属,作该电池的负极,失去电子发生氧化反应,A项正确;电池工作时,电子由负极流向正极,即电子由Zn流向MnO2,B项错误;类似于锌锰干电池,MnO2在正极上得电子被还原生成MnOOH,则正极的电极反应式为MnO2+H2O+e-==MnOOH+OH-,C项正确;负极的电极反应式为Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2,结合正、负极反应式及得失电子守恒可知,该电池的总反应式为Zn+2MnO2+2H2O==Zn(OH)2+2MnOOH,D项正确。答案解析关闭B-28-基础梳理考点突破对点演练考向二二次电池2.(2018山西六校联考)如图所示为镍锌