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2017版《高考复习方案》高考化学(全国卷,人教)一轮复习听课手册第6单元化学反应与能量第23讲原电池化学


第 23 讲 原电池 化学电源 考纲要求 1.了解原电池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式。 2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

考点一 原电池的工作原理及其应用
知识归纳
1.原电池概念及其形成条件 (1)概念:把________能转化为________的装置。 (2)原电池构成条件: ①有两个________________的电极(常见为金属或石墨); ②将电极插入到________________中;

③两电极间构成__________(两电极接触或用导线连接); ④能自发发生氧化还原反应。 2.工作原理(以铜-锌原电池为例)

原电池

带盐桥的原电池

装置图

电极材料 电极反应 反应类型 电子流向 离子移向 电池反应 方程式
不同点

负极:________ 正极________ 负极:______________ 正极:______________
负极:________ 正极:________ 外电路中,电子由________沿导线方向流向 _________________________________________________________, 电解质溶液中阳离子移向________,阴离子移向________

____________________________________

Zn 在 CuSO4 溶液中直接接触 Cu2 +,会有一部分 Zn 与 Cu2+直接反 应,该装置中既有化学能和电能 的转化,又有一部分化学能转化
成了热能,装置的温度会升高

Zn 和 CuSO4 溶液在两个池子中, Zn 与 Cu2+不直接接触,不存在 Zn 与 Cu2+直接反应的过程,所 以仅是化学能转化成了电能,电
流稳定,且持续时间长

3.原电池原理的四大应用 (1)比较金属的活动性强弱 原电池中,________一般是活动性较强的金属,________一般是活动性较弱的金属(或 非金属)。 (2)加快化学反应速率

氧化还原反应形成原电池时,反应速率加快。 (3)用于金属的防护 将需要保护的金属制品作原电池的________而受到保护。如要保护一个铁质的输水管道 不被腐蚀,可用导线将其与一块________相连,__________作原电池的负极。 (4)设计原电池 ①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。 a.电极材料的选择:选择活泼性较强的金属作为原电池的________;活泼性较弱的金 属或非金属作为________。 b.电解质溶液的选择:电解质溶液能与________发生反应。如果两个半反应在两个容 器中进行(中间连接盐桥),则每个容器中的电解质溶液的阳离子与电极材料相同。 ③按要求画出原电池装置示意图,如根据 Cu+2Ag+,FCu2++2Ag 设计电池:
图 6-23-1 【判断思考】 1.判断正误(正确的划“√”,错误的划“×”) (1)在原电池中,发生氧化反应的一极是负极( ) (2)在原电池中,负极材料的活泼性一定比正极材料强( ) (3)在原电池中,正极本身一定不参与电极反应,负极本身一定要发生氧化反应( ) (4)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)任何氧化还原反应均可设计成原电池( ) (6)放热反应通过一定的装置可以将化学能变为电能,构成原电池( ) (7)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动,盐桥中的阳离子向正极移动( ) (8)原电池放电时,电流方向为电池的负极→正极( ) 2.两个半电池构成的原电池中,盐桥的作用是什么?
典型例题 1 2015·全国卷Ⅰ] 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 6-23-2 所示。下列有关微生物电池的说法错误的是( )

图 6-23-2 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
图 6-23-3 2 如图 6-23-3 是某同学设计的原电池装置,下列叙述中正确的是( ) 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-===Cu C.该原电池的总反应为 2Fe3++Cu===Cu2++2Fe2+ D.盐桥中装有含氯化钾的琼脂,其作用是传递电子
原电池电极反应式的书写步骤和方法
■ 变式训练 1.图 6-23-4 为某原电池的结构示意图,下列说法中不正确的是( )

图 6-23-4 A.原电池工作时的总反应为 Zn+Cu2+===Zn2++Cu,该反应一定为放热反应 B.原电池工作时,Zn 电极失去电子,发生氧化反应 C.原电池工作时,铜电极上发生氧化反应,CuSO4 溶液蓝色变深 D.如果将 Cu 电极改为 Fe 电极,Zn 电极依然作负极 2.2014·新课标全国卷Ⅱ] 2013 年 3 月我国科学家报道了如图 6-23-5 所示的水溶液锂离 子电池体系。下列叙述错误的是( )
图 6-23-5 A.a 为电池的正极 B.电池充电反应为 LiMn2O4===Li1-xMn2O4+xLi C.放电时,a 极锂的化合价发生变化 D.放电时,溶液中 Li+从 b 向 a 迁移
原电池正、负极的判断方法

1.一次电池

考点二 化学电源的种类及工作原理 知识归纳

负极材料:________ 电极反应:

__________________________

碱性 锌锰 干电


____________________ 正极材料:________
电极反应:
__________________________ __________________________
总反应:

__________________________

__________________________

负极材料:________, 电极反应:

__________________________

__________________________ 正极材料:________, 电极反应:

锌银 电池

__________________________ __________________________

__________________________ 总反应:

__________________________

__________________________

__________________________

__________________________

2.二次电池 铅蓄电池是最常见的二次电池,总反应为
放电
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 充电 2PbSO4(s)+2H2O(l)

3.燃料电池
(1)总反应式的书写:燃料电池发生电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同,燃 烧反应方程式即为燃料电池的总反应方程式,但不同电解质中反应终产物不同。
(2)正极反应式的书写:正极反应的本质都是 O2 放电得电子生成 O2-,电解质溶液酸碱 性不同,电极反应式不同。
①酸性电解质溶液环境下正极反应式:

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②碱性电解质溶液环境下正极反应式:
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③ 固 体 电 解 质 ( 高 温 下 能 传 导 O2 - ) 环 境 下 正 极 反 应 式 :
_______________________________________________________________________________ _。
④ 熔 融 碳 酸 盐 ( 如 : 熔 融 K2CO3) 环 境 下 正 极 反 应 式 : ________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。 (3)负极反应式的书写:在电子守恒的基础上用总反应式减去正极反应式即得负极反应 式。 ■ 判断思考 1.判断正误(正确的划“√”,错误的划“×”) (1)铅蓄电池放电时,正极与负极质量均增加( ) (2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池( ) (3)若使反应 Fe+2Fe3+,F3Fe2+以原电池方式进行,可用锌铁作电极材料( ) (4)碱性锌锰干电池是一次电池,其中 MnO2 是催化剂,可使锌锰干电池的比能量高、可 储存时间长( ) (5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能( ) (6)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为 2H2-4e-===4H +,O2+4e-+ 2H2O===4OH-( ) 2.氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分酸性和碱性两种,完成下列电极反应 式。

酸性

碱性

负极反应式

__________

__________

正极反应式

__________

__________

电池总反应式

2H2+O2

F2H2O

(1)氢氧燃料电池以 KOH 溶液作电解质溶液时,工作一段时间后,电解质溶液的浓度将

______,溶液的 pH_____________________。(填“减小”“增大”或“不变”,下同)

(2)氢氧燃料电池以 H2SO4 溶液作电解质溶液时,工作一段时间后,电解质溶液的浓度 将________,溶液的 pH________。

典型例题
3 2015·江苏卷] 一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图 6-23-6。下列有关该电池的 说法正确的是( )

图 6-23-6
A.反应 CH4+H2O=催=△化==剂=3H2+CO,每消耗 1 mol CH4 转移 12 mol 电子
B.电极 A 上 H2 参与的电极反应:H2+2OH--2e-===2H2O C.电池工作时,CO23-向电极 B 移动 D.电极 B 上发生的电极反应:O2+2CO2+4e-===2CO23-
4 (1)2015·全国卷Ⅱ] 酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳 棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2 和 NH4Cl 等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生 MnOOH。
① 该 电 池 的 正 极 反 应 式 为 ________________________ , 电 池 反 应 的 离 子 方 程 式 为 ________________________。
②维持电流强度为 0.5 A,电池工作 5 分钟,理论上消耗锌________g。(已知 F=96 500 C·mol-1)
(2)2015·安徽卷] 常温下,将除去表面氧化膜的 Al、Cu 片插入浓 HNO3 中组成原电池(图 1),测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图 2 所示,反应过程中有红棕色气体产生。

图1

图2

图 6-23-7

0 ~ t1 时 , 原 电 池 的 负 极 是 Al 片 , 此 时 , 正 极 的 电 极 反 应 式 是 __________________________________________,溶液中的 H+向________极移动。t1 时, 原电池中电子流动方向发生改变,其原因是

______________________________________________________________________。

不同的介质电极反应式的书写方法 ①中性溶液反应物中若是 H+得电子或 OH-失电子,H+和 OH-均来自于水的电离, 但生成物中可能有 H+和 OH-;水溶液中不能出现 O2-; ②酸性溶液反应物、生成物中均无 OH-; ③碱性溶液反应物、生成物中均无 H+。

■ 变式训练 1.2014·北京卷] 下列电池工作时,O2 在正极放电的是( )

A.锌锰电池

B.氢燃料电池

C.铅蓄电池

D.镍镉电池

放电

2.某充电宝锂离子电池的总反应为 xLi+Li1-xMn2O4

LiMn2O4,某手机镍氢电池

充电

放电

总反应为 NiOOH+MH

M+Ni(OH)2(M 为储氢金属或合金),有关上述两种电池的

充电

说法不正确的是( )

图 6-23-8 A.锂离子电池放电时 Li+向正极迁移 B.镍氢电池放电时,正极的电极反应式为 NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH- C.图 6-23-8 表示用锂离子电池给镍氢电池充电 D.锂离子电池充电时,阴极的电极反应式为 LiMn2O4-xe-===Li1-xMn2O4+xLi+

图 6-23-9 1.依据氧化还原反应:2Ag+(aq)+Cu(s)===Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图 6-23-9 所示。下列有关说法中错误的是( ) A.电解质溶液 Y 是 CuSO4 溶液 B.电极 X 的材料是 Cu

C.银电极为电池的正极,其电极反应为 Ag++e-===Ag D.外电路中的电子是从 X 电极流向 Ag 电极 2.如图 6-23-10 为锌铜原电池装置图,下列说法不正确的是( )

图 6-23-10 A.电子由 Zn 极流向 Cu 极 B.该装置的总反应为 Zn+Cu2+===Cu+Zn2+ C.一段时间后,A 池带正电荷,B 池带负电荷 D.取出盐桥,电流计指针不再偏转 3.2014·福建卷] 某原电池装置如图 6-23-11 所示,电池总反应为 2Ag+Cl2===2AgCl。 下列说法正确的是( )

图 6-23-11 A.正极反应为 AgCl+e-===Ag+Cl- B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C.若用 NaCl 溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变 D.当电路中转移 0.01 mol e-时,交换膜左侧溶液中约减少 0.02 mol 离子 4.2014·海南卷] 锂锰电池的体积小、性能优良,是常用的一次电池。该电池反应原理 如图 6-23-12 所示,其中电解质 LiClO4 溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入 MnO2 晶格中,生成 LiMnO2, 回答下列问题:

图 6-23-12

(1)外电路的电流方向是由________极流向________极。(填字母)

(2)

















________________________________________________________________________。

(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂?________(填“是”或“否”),原因是

________________________________________________________________________。



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