高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)學(xué)案課件（人教版）第6章化學(xué)反應(yīng)與能量第2節(jié)原電池化學(xué)電源

第二節(jié)原電池化學(xué)電源

一、原電池1.________能轉(zhuǎn)化為____能的裝置。2.工作原理(1)原理：在原電池中，__________的物質(zhì)作為負(fù)極，向外電路提供______；__________的物質(zhì)作正極，從外電路得到______。(2)舉例：電極名稱負(fù)極正極電極材料電極反應(yīng)反應(yīng)類型電子流向由________沿導(dǎo)線流向________3.原電池構(gòu)成條件前提：有一個(gè)能自發(fā)進(jìn)行的__________反應(yīng)。(1)兩個(gè)____________的電極。(2)將電極插入______________。(3)用導(dǎo)線連接電極構(gòu)成__________。【想一想】上圖中的鹽橋有什么作用？【答案】鹽橋中的鹽溶液是電解質(zhì)溶液，該電解質(zhì)與兩個(gè)半電池中的電解質(zhì)溶液不能反應(yīng)。鹽橋中的陰離子移向負(fù)極，陽(yáng)離子移向正極，從而使兩個(gè)半電池中的電解質(zhì)溶液連成一個(gè)通路。二、常見的化學(xué)電源1.一次電池——堿性鋅錳干電池(1)負(fù)極材料是______，正極材料是________，電解質(zhì)溶液是________溶液。(2)電極反應(yīng)負(fù)極：__________________________正極：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)22.二次電池(可充電電池)——鉛蓄電池(1)負(fù)極材料是______，正極材料是________，電解質(zhì)溶液是__________溶液。(2)電極反應(yīng)①放電時(shí)的反應(yīng)負(fù)極：________________________(______反應(yīng))。正極：__________________________(______反應(yīng))。②充電時(shí)的反應(yīng)陰極：________________________(______反應(yīng))。陽(yáng)極：__________________________(______反應(yīng))。3.燃料電池(1)工作原理①將______(如H2、CH4等)和______(O2、Cl2等)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能。②電極材料本身不包含__________，只是一個(gè)催化轉(zhuǎn)化元件。③工作時(shí)，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地反應(yīng)，生成物不斷地被排出。(2)優(yōu)點(diǎn)①能量轉(zhuǎn)化率高，可超過______。②污染少，被譽(yù)為“綠色”發(fā)電站。(3)氫氧燃料電池總反應(yīng)：2H2＋O2===2H2O①堿性介質(zhì)中負(fù)極反應(yīng)：______________________。正極反應(yīng)：______________________。②酸性介質(zhì)中負(fù)極反應(yīng)：______________________。正極反應(yīng)：______________________。【想一想】回收廢舊電池有什么意義？【答案】一是可減少環(huán)境污染；二是回收利用，節(jié)約資源?！敬鸢浮恳?、1.化學(xué)電2.(1)較活潑電子較不活潑電子(2)ZnCuZn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu氧化反應(yīng)還原反應(yīng)ZnCu3.氧化還原(1)活潑性不同(2)電解質(zhì)溶液中(3)閉合回路二、1.(1)ZnMnO2KOH(2)Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)22.(1)PbPbO2H2SO4(2)①Pb－2e－＋SO===PbSO4氧化PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O還原②PbSO4＋2e－===Pb＋SO還原PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO氧化3.(1)①燃料氧化劑②活性物質(zhì)(2)①80%(3)①2H2－4e－＋4OH－===4H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－

②2H2－4e－===4H＋4H＋＋O2＋4e－===2H2O【例1】(2010高考·廣東卷，23)銅鋅原電池(如圖所示)工作時(shí)，下列敘述正確的是()A.正極反應(yīng)為：Zn－2e－===Zn2＋B.電池反應(yīng)為：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuC.在外電路中，電子從負(fù)極流向正極D.鹽橋中的K＋移向ZnSO4溶液【解析】銅鋅原電池工作時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為：Zn－2e－===Zn2＋，正極反應(yīng)為：Cu2＋＋2e－===Cu，電池反應(yīng)為：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，故A錯(cuò)，B正確；原電池工作時(shí)，電子從負(fù)極沿外電路流向正極，由于左池溶液中陽(yáng)離子增多、右池溶液中陽(yáng)離子減少，為平衡電荷，則鹽橋中的K＋移向CuSO4溶液，而Cl－移向ZnSO4溶液，故C正確，D錯(cuò)?！敬鸢浮緽C原電池正負(fù)極的判斷和電極反應(yīng)式的書寫1.正負(fù)極的判斷(1)根據(jù)電子流動(dòng)方向判斷。在原電池中，電子流出的一極是負(fù)極；電子流入的一極是正極。(2)根據(jù)兩極材料判斷。一般活潑性較強(qiáng)的金屬為負(fù)極；活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。(3)根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向移動(dòng)方向判斷。陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。(4)根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來判斷。負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。(5)根據(jù)現(xiàn)象判斷。溶解的一極為負(fù)極，質(zhì)量增加或放出氣體的一極為正極。2.電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式的書寫(1)如果題目給定的是圖示裝置，先分析正、負(fù)極和溶液中的電解質(zhì)離子，再根據(jù)正、負(fù)極反應(yīng)規(guī)律和離子放電規(guī)律正確判斷出電極反應(yīng)產(chǎn)物，然后結(jié)合質(zhì)量守恒、電荷守恒書寫電極反應(yīng)式；依據(jù)兩極電子得失守恒，由兩電極反應(yīng)式加和得總反應(yīng)方程式。(2)如果題目給定的是總反應(yīng)方程式，可分析此反應(yīng)中的氧化反應(yīng)或還原反應(yīng)(即分析有關(guān)元素的化合價(jià)變化情況)，再選擇一個(gè)簡(jiǎn)單的變化情況去寫電極反應(yīng)式，另一極的電極反應(yīng)式可直接寫出或用總反應(yīng)方程式減去已寫出的電極反應(yīng)式得出。(3)對(duì)于二次電池的反應(yīng)，需要看清楚“充電、放電”的方向，放電的過程應(yīng)用原電池原理，充電的過程應(yīng)用電解池原理?！緶剀疤崾尽颗袛嚯姌O時(shí)，不能簡(jiǎn)單地依據(jù)金屬的活動(dòng)性來判斷，要看反應(yīng)的具體情況。①在原電池Al—NaOH(aq)—Mg中，Al作負(fù)極；②在原電池Al—濃H2SO4—Cu中，Cu作負(fù)極?！局R(shí)關(guān)聯(lián)】原電池正負(fù)極的判斷和電極反應(yīng)式的書寫與離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)有關(guān)計(jì)算聯(lián)系。1.(2010·北京東城測(cè)試)有關(guān)下圖所示原電池的敘述不正確的是()電池總反應(yīng)的離子方程式是

Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2AgB.正極的電極反應(yīng)是Ag＋＋e－===AgC.Cu片上發(fā)生氧化反應(yīng)，Ag片上發(fā)生還原反應(yīng)D.用該電池電解飽和食鹽水，3.2gCu溶解時(shí)生成1.12LCl2【解析】原電池中負(fù)極的電極反應(yīng)式為Cu－2e－===Cu2＋。用該電池電解飽和食鹽水時(shí)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑，根據(jù)電子守恒知，Cu～2e－～Cl2↑，n(Cu)＝n(Cl2)＝3.2g/64g·mol－1＝0.05mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，Cl2的體積為1.12L，但題目沒有指明是否為標(biāo)準(zhǔn)狀況，故D錯(cuò)。【答案】D原電池原理的應(yīng)用【例2】某原電池總反應(yīng)的離子方程式為：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，不能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是()A.正極為Cu，負(fù)極為Fe，電解質(zhì)為FeCl3溶液B.正極為C，負(fù)極為Fe，電解質(zhì)為Fe(NO3)3溶液C.正極為Fe，負(fù)極為Zn，電解質(zhì)為Fe2(SO4)3溶液D.正極為Ag，負(fù)極為Fe，電解質(zhì)為CuSO4溶液【解析】本題考查原電池的設(shè)計(jì)。通過分析原電池的總反應(yīng)知，氧化反應(yīng)為Fe－2e－===Fe2＋，則負(fù)極材料為Fe，正極為活動(dòng)性比Fe弱的金屬(如Cu)或非金屬導(dǎo)體(如石墨)；還原反應(yīng)為2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，則電解質(zhì)溶液為Fe3＋的溶液，故AB符合?！敬鸢浮緾D原電池原理的應(yīng)用1.加快自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)的速率。例如，在Zn與稀硫酸反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液能使生成H2的反應(yīng)速率加快。2.比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱。3.用于金屬的保護(hù)。使金屬制品作原電池正極而得到保護(hù)。4.設(shè)計(jì)原電池(1)首先將已知的氧化還原反應(yīng)拆分為兩個(gè)半反應(yīng)(氧化反應(yīng)和還原反應(yīng))。(2)根據(jù)原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn)，結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)找出正負(fù)極材料(負(fù)極就是失電子的物質(zhì)，正極用比負(fù)極活潑性差的金屬即可，也可以用石墨)及電解質(zhì)溶液。①電解質(zhì)溶液的選擇電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。但如果兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋)，則左右兩個(gè)容器中的電解質(zhì)溶液選擇與電極材料相同的陽(yáng)離子。如在銅－鋅－硫酸構(gòu)成的原電池中，負(fù)極金屬鋅浸泡在含有Zn2＋的電解質(zhì)溶液中，而正極銅浸泡在含有Cu2＋的溶液中。②電極材料的選擇在原電池中，選擇較活潑的物質(zhì)作為負(fù)極；較不活潑的物質(zhì)作為正極。并且，原電池的電極必須能導(dǎo)電。(3)按要求畫出原電池組裝圖。【知識(shí)關(guān)聯(lián)】原電池原理的應(yīng)用與化學(xué)反應(yīng)速率、氧化還原反應(yīng)、金屬的腐蝕與防護(hù)聯(lián)系。新型化學(xué)電源【例3】據(jù)報(bào)道，我國(guó)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氫氧燃料電池車在北京奧運(yùn)會(huì)期間為運(yùn)動(dòng)員提供服務(wù)。某種氫氧燃料電池的電解液為KOH溶液，下列有關(guān)該電池的敘述不正確的是()A.正極反應(yīng)式為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－B.工作一段時(shí)間后，電解液中KOH的物質(zhì)的量不變C.該燃料電池的總反應(yīng)方程式為：2H2＋O2===2H2OD.用該電池電解CuCl2溶液，產(chǎn)生2.24LCl2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí)，有0.1mol電子轉(zhuǎn)移1.化學(xué)電池與太陽(yáng)能電池(1)太陽(yáng)能電池是把太陽(yáng)的光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，它不是化學(xué)電池。(2)判斷一種電池的優(yōu)劣主要看這種電池單位質(zhì)量或單位體積所輸出電能的多少(比能量)或輸出功率的大小(比功率)以及電能的可儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短。2.燃料電池與普通電池(1)燃料電池與一般化學(xué)電池的區(qū)別一般化學(xué)電池活性物質(zhì)儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，故而限制了電池的容量；燃料電池工作時(shí)不斷地把還原劑、氧化劑從外界輸入，同時(shí)電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池，因此燃料電池可連續(xù)不斷地提供電能。(2)燃料電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式的書寫步驟①寫出正確的燃燒反應(yīng)的化學(xué)方程式；②根據(jù)電解質(zhì)溶液的酸堿性改寫燃料電池總反應(yīng)；③寫出正極的電極反應(yīng)式(一般較簡(jiǎn)單)；④由燃料電池總反應(yīng)方程式減去正極的電極反應(yīng)式得到負(fù)極的電極反應(yīng)式?！局R(shí)關(guān)聯(lián)】化學(xué)電源與電解池、氧化還原反應(yīng)有關(guān)計(jì)算聯(lián)系。3.(2010高考·安徽卷，11)某固體酸燃料電池以CsHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H＋，其基本結(jié)構(gòu)見下圖，電池總反應(yīng)可表示為：2H2＋O2===2H2O，下列有關(guān)說法正確的是()A.電子通過外電路從b極流向a極B.b極上的電極反應(yīng)式為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C.每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，消耗1.12L的H2D.H＋由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極【解析】本題以燃料電池為載體考查原電池原理。根據(jù)燃料電池的原理知，a為負(fù)極，b為正極，電子應(yīng)該通過外電路由a極流向b極，A錯(cuò)；該燃料電池以CsHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H＋，故b極上的電極反應(yīng)式為：O2＋4e－＋4H＋===2H2O；C項(xiàng)中沒有告知標(biāo)準(zhǔn)狀況；在原電池中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，D正確?！敬鸢浮緿1.下列關(guān)于原電池的敘述正確的是()A.構(gòu)成原電池的正極和負(fù)極必須是兩種不同的金屬B.原電池是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置C.在原電池中，電子流出的一極是負(fù)極，該電極被還原D.原電池放電時(shí)，電流的方向是從負(fù)極到正極【解析】本題考查原電池的構(gòu)成條件及工作原理。一般地，原電池的負(fù)極是較活潑的金屬，正極是較不活潑的金屬或能導(dǎo)電的非金屬，A錯(cuò)；原電池中，電子流出的一極是負(fù)極，該電極被氧化，C錯(cuò)；原電池放電時(shí)，電流的方向是從正極到負(fù)極，D錯(cuò)?！敬鸢浮緽2.下圖為一原電池的結(jié)構(gòu)示意圖，下列說法中不正確的是()A.原電池工作時(shí)，總反應(yīng)為：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuB.原電池工作時(shí)，Zn電極流出電子，發(fā)生氧化反應(yīng)C.原電池工作時(shí)，銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，CuSO4溶液藍(lán)色變深D.如果將Cu電極改為Fe電極，Zn電極依然作負(fù)極【解析】本題考查原電池的工作原理。根據(jù)原電池的結(jié)構(gòu)示意圖知，Cu作正極，電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－===Cu(還原反應(yīng))，CuSO4溶液藍(lán)色變淺，C錯(cuò)?！敬鸢浮緾3.(2010高考·江蘇卷，11)下圖是一種航天器能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)原理示意圖。下列說法正確的是()A.該系統(tǒng)中只存在3種形式的能量轉(zhuǎn)化B.裝置Y中負(fù)極的電極反應(yīng)式為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C.裝置X能實(shí)現(xiàn)燃料電池的燃料和氧化劑再生D.裝置X、Y形成的子系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的零排放，并能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能間的完全轉(zhuǎn)化【解析】本題考查燃料電池。由原理示意圖知，該裝置系統(tǒng)存在太陽(yáng)能、電能、化學(xué)能和機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)化，A錯(cuò)；裝置Y為氫氧燃料電池，負(fù)極失電子，B錯(cuò)；裝置X相當(dāng)于用光能電解水，產(chǎn)生H2和O2，實(shí)現(xiàn)燃料(H2)和氧化劑(O2)的再生，C正確；在整個(gè)反應(yīng)過程中，有能量的損耗和熱效應(yīng)的產(chǎn)生，不可能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能間的完全轉(zhuǎn)化，D錯(cuò)。

【答案】C4.有a、b、c、d四個(gè)金屬電極，有關(guān)的反應(yīng)裝置及部分反應(yīng)現(xiàn)象如下：序號(hào)實(shí)驗(yàn)裝置部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象①a極質(zhì)量減小，b極質(zhì)量增加②d極溶解，c極有氣體產(chǎn)生③b極有氣體產(chǎn)生，c極無變化④電流計(jì)指示在導(dǎo)線中電流從a極流向d極由此可判斷這四種金屬的活動(dòng)性順序是()A.a＞b＞c＞dB.b＞c＞d＞aC.d＞a＞b＞cD.a＞b＞d＞c【解析】本題主要考查原電池電極和金屬的活動(dòng)性的判斷。首先根據(jù)原電池原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷電極名稱