廣西2019年高考化學復(fù)習第6單元化學反應(yīng)與能量6.2原電池化學電源課件新人教版.pptx

1、第2節(jié)原電池化學電源,-2-,考綱要求:1.理解原電池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用,能書寫電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式。 2.了解常見化學電源的種類及工作原理。,-3-,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,考點三,原電池及其工作原理 1.定義 原電池是把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 2.工作原理 以銅鋅原電池為例:,-4-,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,考點三,(2)兩種裝置比較。 鹽橋的作用:a.連接內(nèi)電路形成閉合回路。b.維持兩電極電勢差(中和電荷),使電池能持續(xù)提供電流。 裝置中有部分Zn與Cu2+直接反應(yīng),使電池效率降低;裝置中使Zn與Cu2+隔離,電池效率提高,電流穩(wěn)定。,-5-,考點一,考點

2、二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,考點三,-6-,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,考點三,特別提醒(1)只有能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)才能設(shè)計成原電池。 (2)活動性強的金屬不一定作負極,但負極一定發(fā)生氧化反應(yīng)。 (3)電子不能通過電解質(zhì)溶液,溶液中的離子不能通過鹽橋。 (4)負極失去電子總數(shù)一定等于正極得到電子總數(shù)。 (5)對于同一反應(yīng),原電池反應(yīng)速率一定比直接發(fā)生的氧化還原反應(yīng)的速率大,原因是電子的移動定向了,故反應(yīng)速率增大。,-7-,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,考點三,自主鞏固 判斷正誤,正確的畫“”,錯誤的畫“”。 (1)原電池可將化學能轉(zhuǎn)化為電能,原電池需外接電源才能工作 ( ) (

3、2)NaOH溶液與稀硫酸反應(yīng)是放熱反應(yīng),此反應(yīng)可以設(shè)計成原電池 ( ) (3)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu的反應(yīng)可以設(shè)計成原電池 ( ) (4)氧化還原反應(yīng)2H2O 2H2+O2可以設(shè)計成原電池 ( ) (5)同種條件下,帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池電流持續(xù)時間長 ( ) (6)在原電池中,發(fā)生氧化反應(yīng)的一極一定是負極 ( ) (7)在原電池中,負極材料的活動性一定比正極材料的活動性強( ),-8-,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,考點三,1.圖解原電池工作原理,-9-,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,考點三,2.原電池中正、負極的判斷 判斷原電池的正負極需抓住閉合

4、回路和氧化還原反應(yīng)進行分析,如圖,注意:原電池的正負極與電極材料的性質(zhì)有關(guān),也與電解質(zhì)溶液有關(guān),不要形成思維定式活潑金屬一定是負極。如Al、Mg和NaOH溶液構(gòu)成的原電池中,Al為負極,Mg為正極。,-10-,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,考點三,例1(2017全國)全固態(tài)鋰硫電池能量密度高、成本低,其工作原理如圖所示,其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料,電池反應(yīng)為16Li+xS8=8Li2Sx(2x8)。下列說法錯誤的是() A.電池工作時,正極可發(fā)生反應(yīng):2Li2S6+2Li+2e-=3Li2S4 B.電池工作時,外電路中流過0.02 mol電子,負極材料減重0.14 g C.石墨烯

5、的作用主要是提高電極a的導(dǎo)電性 D.電池充電時間越長,電池中Li2S2的量越多,答案,解析,-11-,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,考點三,例2(2018安徽蚌埠模擬)如圖是某同學設(shè)計的原電池裝置,下列敘述中正確的是() A.氧化劑和還原劑必須直接接觸才能發(fā)生反應(yīng) B.電極上發(fā)生還原反應(yīng),作原電池的正極 C.該原電池的總反應(yīng)式為2Fe3+Cu=Cu2+2Fe2+ D.鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂,K+移向負極區(qū),答案,解析,-12-,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,考點三,答題模板 書寫電極反應(yīng)式的三個步驟 列物質(zhì)標得失按照負極發(fā)生氧化反應(yīng),正極發(fā)生還原反應(yīng),判斷出電極反應(yīng)物和產(chǎn)物,找出

6、得失電子的數(shù)量。 看環(huán)境配守恒電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中,應(yīng)能穩(wěn)定存在,如堿性介質(zhì)中生成的H+應(yīng)讓其結(jié)合OH-生成水。電極反應(yīng)式要遵守電荷守恒和質(zhì)量守恒、得失電子守恒等,并加以配平。 兩式加驗總式兩電極反應(yīng)式相加,與總反應(yīng)方程式對照驗證。,-13-,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,考點三,跟蹤訓(xùn)練 鋅銅原電池裝置如圖所示,其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過。下列有關(guān)敘述正確的是 ( ) A.銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng) B.電池工作一段時間后,甲池的c( )減小 C.電池工作一段時間后,乙池溶液的總質(zhì)量增加 D.陰陽離子分別通過交換膜向負極和正極移動,保持溶液中電荷平衡,答案,解析,-14

7、-,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,考點三,2.(1)觀察如圖四個裝置,回答下列問題:,裝置a和b中鋁電極上的電極反應(yīng)式分別為 、。 裝置c中產(chǎn)生氣泡的電極為(填“鐵”或“銅”)電極,裝置d中銅電極上的電極反應(yīng)式為。,-15-,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,考點三,(2)觀察如圖兩個裝置,圖甲裝置中銅電極上產(chǎn)生大量的無色氣泡,圖乙裝置中銅電極上無氣體產(chǎn)生,而鉻電極上產(chǎn)生大量的有色氣體。根據(jù)上述現(xiàn)象試推測金屬鉻具有的兩種重要化學性質(zhì)為 、 。,-16-,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,考點三,-17-,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點三,原電池原理的應(yīng)用 原電池在化工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學

8、研究中的應(yīng)用 1.加快氧化還原反應(yīng)速率 一個自發(fā)的氧化還原反應(yīng),設(shè)計成原電池時反應(yīng)速率增大,例如Zn與稀硫酸反應(yīng)時加入少量的CuSO4溶液能使產(chǎn)生氫氣的速率增大。 2.比較金屬活動性強弱 金屬分別作原電池的兩極時,一般作負極的金屬活動性比作正極的強。 3.金屬的防護 使被保護的金屬制品作原電池的正極而得到保護。例如,保護鐵制輸水管或鋼鐵橋梁,可用導(dǎo)線將其和一塊鋅塊相連,使Zn作原電池的負極。,考點突破,-18-,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點三,4.設(shè)計制作化學電源 (1)首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個半反應(yīng)。 (2)根據(jù)原電池的反應(yīng)特點,結(jié)合兩個半反應(yīng)找出正、負極材料和電解質(zhì)溶液。,考點突破,-

9、19-,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,考點三,自主鞏固 (1)用稀硫酸與鋅粒反應(yīng)制取氫氣,加入少量硫酸銅可以增大化學反應(yīng)速率的原因: Zn與CuSO4反應(yīng)生成Cu,形成銅鋅原電池,可以增大反應(yīng)速率。 (2)A、B兩種金屬用導(dǎo)線連接,放入稀硫酸中,B的質(zhì)量逐漸減小,則兩種金屬的活動性AB。,-20-,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,考點三,原電池的設(shè)計方法 設(shè)計原電池時要緊扣原電池的構(gòu)成條件。具體方法是: (1)首先判斷出氧化還原反應(yīng)中的還原劑和氧化劑,將還原劑(一般為比較活潑金屬)作負極,活動性比負極弱的金屬或非金屬作正極,含氧化劑的溶液作電解質(zhì)溶液。 (2)如果兩個半反應(yīng)分別在要求

10、的兩個容器中進行(中間連接鹽橋),則兩個容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)含有與電極材料相同的金屬的陽離子。,-21-,考點一,考點二,考點三,基礎(chǔ)梳理,考點突破,-22-,考點一,考點二,考點三,例3不同形式的能量之間可相互轉(zhuǎn)化:電解食鹽水制備Cl2是將電能轉(zhuǎn)化為化學能,而原電池可將化學能轉(zhuǎn)化為電能。設(shè)計兩種類型的原電池,探究其能量轉(zhuǎn)化效率。 限選材料:ZnSO4(aq),FeSO4(aq),CuSO4(aq);銅片,鐵片,鋅片和導(dǎo)線。 (1)完成原電池甲的裝置示意圖(見右圖),并作相應(yīng)標注。 要求:在同一燒杯中,電極與溶液含相同的金屬元素。,基礎(chǔ)梳理,考點突破,-23-,考點一,考點二,考點三,(2)以

11、銅片為電極之一,CuSO4(aq)為電解質(zhì)溶液,只在一個燒杯中組裝原電池乙,工作一段時間后,可觀察到負極。 (3)甲乙兩種原電池中可更有效地將化學能轉(zhuǎn)化為電能的是,其原因是。,基礎(chǔ)梳理,考點突破,-24-,考點一,考點二,考點三,答案:(1),(2)被腐蝕 (3)甲電池乙的負極可與CuSO4溶液直接發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致部分化學能轉(zhuǎn)化為熱能;電池甲的負極不與所接觸的電解質(zhì)溶液反應(yīng),化學能在轉(zhuǎn)化為電能時損耗較小,基礎(chǔ)梳理,考點突破,-25-,考點一,考點二,考點三,解析:(3)以Zn和Cu作電極為例分析,如果不用鹽橋則除了電化學反應(yīng)外還發(fā)生Zn與Cu2+的置換反應(yīng),反應(yīng)放熱,會使部分化學能以熱能形式散失

12、,使其不能完全轉(zhuǎn)化為電能,而鹽橋的使用,可以避免Zn和Cu2+的接觸,從而避免能量損失,提供穩(wěn)定電流。,基礎(chǔ)梳理,考點突破,-26-,考點一,考點二,考點三,易錯警示 原電池裝置圖常見失分點警示 (1)沒有注明電極材料名稱或元素符號。 (2)沒有畫出電解質(zhì)溶液或畫出但未標注。 (3)誤把鹽橋畫成導(dǎo)線。 (4)沒有連成閉合回路。,基礎(chǔ)梳理,考點突破,-27-,考點一,考點二,考點三,跟蹤訓(xùn)練 3.四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可組成原電池。相連時,外電路電流從流向;相連時,為正極;相連時,上有氣泡逸出;相連時,的質(zhì)量減少。據(jù)此判斷這四種金屬活動性由大到小的順序是( ) A.B. C.D.,B,

13、基礎(chǔ)梳理,考點突破,解析:由原電池原理判斷金屬活動性,外電路電流從流向,為正極,金屬活動性;相連,為正極,金屬活動性;相連,上有氣泡(H2)逸出,為正極,金屬活動性;相連,質(zhì)量減少,則金屬活動性,即金屬活動性順序為,B正確。,-28-,考點一,考點二,考點三,4.向兩份等質(zhì)量的鐵粉a、b中分別加入過量的稀硫酸,同時向b中加入少量的CuSO4溶液,下列各圖表示的是產(chǎn)生H2的體積V(同溫同壓下測定)與時間t的關(guān)系,其中正確的是( ),B,基礎(chǔ)梳理,考點突破,解析:因為b中有一部分鐵粉與硫酸銅反應(yīng)生成Cu,Fe、Cu和稀硫酸構(gòu)成原電池,使反應(yīng)速率加快,反應(yīng)完成所需的時間縮短,但產(chǎn)生氫氣的體積小于a。

14、,-29-,考點一,考點二,考點三,基礎(chǔ)梳理,考點突破,5.(1)事實證明,能設(shè)計成原電池的反應(yīng)通常是放熱反應(yīng),下列化學反應(yīng)在理論上可以設(shè)計成原電池的是(填字母)。 A.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)H0 B.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)H0 C.NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)H0 若以KOH溶液為電解質(zhì)溶液,依據(jù)所選反應(yīng)設(shè)計一個原電池,其正極的電極反應(yīng)為。,-30-,考點一,考點二,考點三,基礎(chǔ)梳理,考點突破,(2)某同學用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線和鹽橋(裝有含瓊膠的KNO3飽和溶液的U形管)設(shè)計成一

15、個原電池,如圖所示,下列判斷中正確的是(填字母)。 A.實驗過程中,左側(cè)燒杯中 濃度不變 B.實驗過程中取出鹽橋,原電池能繼續(xù)工作 C.若開始時用U形銅代替鹽橋,裝置中無電流產(chǎn)生 D.若開始時用U形銅代替鹽橋,U形銅的質(zhì)量不變,答案 (1)BO2+4e-+2H2O=4OH-(2)D,-31-,考點一,考點二,考點三,基礎(chǔ)梳理,考點突破,-32-,考點三,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,化學電源,-33-,考點三,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,-34-,考點三,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,-35-,考點三,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,自主鞏固 判斷正誤,正確的畫“”,錯

16、誤的畫“”。 (1)燃料電池中通入燃料的一極為負極 ( ) (2)多孔碳可用作氫氧燃料電池的電極材料 ( ) (3)氫氧燃料電池(酸性電解質(zhì))中O2通入正極,電極反應(yīng)式為O2+4H+4e-=2H2O ( ) (4)根據(jù)反應(yīng)4Li+FeS2=Fe+2Li2S設(shè)計的可充電電池是一種應(yīng)用廣泛的鋰電池,可用水溶液作電解質(zhì)溶液 ( ) (5)可充電電池的放電反應(yīng)和充電反應(yīng)是可逆反應(yīng) ( ) (6)原電池中的電解質(zhì)溶液一定參與反應(yīng) ( ),-36-,考點三,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,(7)一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計的酒精檢測儀,負極上的反應(yīng)為CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3COOH+4

17、H+,正極上發(fā)生的反應(yīng)為O2+2H2O+4e-=4OH- ( ) (8)鋰離子電池的總反應(yīng)為LixC+Li1-xCoO2 C+LiCoO2,放電時Li+向負極移動 ( ) (9)鉛蓄電池放電時的負極和充電時的陽極均發(fā)生還原反應(yīng) ( ),-37-,考點三,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,1.可充電電池充電時電極與外接電源的正、負極連接方式,-38-,考點三,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,2.利用“加減法”書寫原電池電極反應(yīng)式 (1)先確定原電池的正、負極,列出正、負極上的反應(yīng)物,并標出相同數(shù)目電子的得失。 (2)根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理寫出電極反應(yīng)式。 負極反應(yīng)。 負極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)

18、。注意負極反應(yīng)生成的陽離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存。若不共存,則該電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負極反應(yīng)式。 正極反應(yīng)。 正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。當正極上的反應(yīng)物質(zhì)是O2時:若電解質(zhì)溶液為中性或堿性,則水必須寫入正極反應(yīng)式中,與O2生成OH-,電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-=4OH-;若電解質(zhì)溶液為酸性,則H+必須寫入正極反應(yīng)式中,與O2生成水,電極反應(yīng)式為O2+4H+4e-=2H2O。,-39-,考點三,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,(3)寫出電池總反應(yīng)方程式。 結(jié)合電子守恒將正、負極電極反應(yīng)式相加即得到電池總反應(yīng)方程式。 (4)若已知電池反應(yīng)的總反應(yīng)式,可先寫出較易書寫的一極

19、的電極反應(yīng)式,然后在電子守恒的基礎(chǔ)上,用總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式,即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。,-40-,考點三,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,答案,解析,-41-,考點三,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,例5(2018全國)一種可充電鋰-空氣電池如圖所示。當電池放電時,O2與Li+在多孔碳材料電極處生成Li2O2-x(x=0或1)。下列說法正確的是 () A.放電時,多孔碳材料電極為負極 B.放電時,外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極 C.充電時,電解質(zhì)溶液中Li+向多孔碳材料區(qū)遷移 D.充電時,電池總反應(yīng)為,答案,解析,-42-,考點三,考點一,考點二,基

20、礎(chǔ)梳理,考點突破,方法指導(dǎo) 新型化學電源解題技巧 (1)新型電池“放電”時正極、負極的判斷,(2)新型電池“放電”時電極反應(yīng)式的書寫 首先分析物質(zhì)得失電子的情況,然后再考慮電極反應(yīng)生成的物質(zhì)是否跟電解質(zhì)溶液中的離子發(fā)生反應(yīng)。對于較為復(fù)雜的電極反應(yīng)式,可以利用“總反應(yīng)式-較簡單一極的電極反應(yīng)式=較復(fù)雜一極的電極反應(yīng)式”的方法解決。,-43-,考點三,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,(3)新型電池“充、放”電時離子移動的方向,-44-,考點三,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,跟蹤訓(xùn)練 6.液體燃料電池相比于氣體燃料電池具有體積小,無須氣體存儲裝置等優(yōu)點。某科研人員設(shè)計了以液態(tài)肼(N2H4)

21、為燃料,氧氣為氧化劑,某固體氧化物為電解質(zhì)的新型燃料電池(如圖所示)。該固體氧化物電解質(zhì)的工作溫度高達700900 時,O2-可在該固體氧化物電解質(zhì)中自由移動,反應(yīng)生成物均為無毒無害的物質(zhì)。下列說法正確的是( ) A.電極甲為電池正極 B.電池總反應(yīng)為N2H4+2O2=2NO+2H2O C.電池正極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-=4OH- D.圖示中的O2-由電極乙移向電極甲,答案,解析,-45-,考點三,考點一,考點二,基礎(chǔ)梳理,考點突破,A.電極b是正極 B.質(zhì)子從b極移向a極 C.處理后的廢水pH降低 D.a極的電極反應(yīng)式:,答案,解析,-46-,單池原電池與鹽橋原電池的對比,-47-,

22、-48-,下列敘述中正確的是( ) A.甲組操作時,電流表(A)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) B.甲組操作時,溶液顏色變淺 C.乙組操作時,C4作正極 D.乙組操作時,C3上發(fā)生的電極反應(yīng)為I2+2e-=2I-,答案,解析,-49-,跟蹤訓(xùn)練 1.一種微生物燃料電池如圖所示,下列關(guān)于該電池的說法正確的是( ) A.a電極發(fā)生還原反應(yīng) B.H+由右室通過質(zhì)子交換膜進入左室 C.b電極的反應(yīng)為 D.電池工作時,電流由a電極沿導(dǎo)線流向b電極,答案,解析,-50-,2.高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種理想的水處理劑。目前人們正在研制高鐵電池,如圖1是高鐵電池的模擬實驗裝置:,-51-,(1)該電池放電時正極的電極反應(yīng)式

23、為 ; 若維持電流為1 A,電池工作十分鐘,理論消耗Zn g(已知F=96 500 Cmol-1)。 (2)鹽橋中盛有飽和KCl溶液,此鹽橋中氯離子向(填“左”或“右”)移動;若用陽離子交換膜代替鹽橋,則鉀離子向(填“左”或“右”)移動。 (3)圖2為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線,由此可得出高鐵電池的優(yōu)點有。,-52-,-53-,1.原電池中的能量轉(zhuǎn)化及本質(zhì) (1)能量轉(zhuǎn)化:化學能轉(zhuǎn)化為電能。 (2)反應(yīng)本質(zhì):自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)。 2.原電池中的4個“方向” (1)外電路中電子移動方向:負極正極。 (2)外電路中電流方向:正極負極。 (3)電池內(nèi)部離子移動方向:陰離子負極,陽離子正極。 (4)鹽橋中(含飽和KCl溶液)離子移動方向:K+正極,Cl-負極。 3.判斷原電池正負極的6種方法 電極材料、電極現(xiàn)象、電子移動方向、離子移動方向、得失電子、電解質(zhì)溶液。,-54-,-55-,2,1,3,4,6,5,1.下列裝置不能形成原電池的是(),答案,解析,-56-,2,1,3,4,6,5,答案,解析,-57-,4,3,1,2,6,5,3.(2017天津理綜)