高三原电池化学电源34368.pdf

原电池 化学电源 考点一 原电池 1概念 把_能转化为_能的装置。2工作原理 以锌铜原电池为例 电极名称 负极 正极 电极材料 电极反应 反应类型 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 3原电池构成条件(1)两个_的电极。(2)将电极插入_中。(3)用导线连接电极构成_。(4)能自发进行的_。4正、负极判断 1有关电化学知识的描述正确的是 ()ACaOH2O=Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能 B某原电池反应为 Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl 饱和溶液 C原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成 D理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池 2分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是 ()A中 Mg 作负极，中 Fe 作负极 B中 Mg 作正极，电极反应式为 6H2O6e=6OH3H2 C中 Fe 作负极，电极反应式为 Fe2e=Fe2 D中 Cu 作正极，电极反应式为 2H2e=H2 (1)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。(2)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。(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。(4)原电池电极的“正”极与“负”极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。考点二 化学电源 1碱性锌锰干电池一次电池 总反应式：Zn2MnO22H2O=2MnO(OH)Zn(OH)2。正极反应：2MnO22H2O2e=2MnO(OH)2OH；负极反应：_。2锌银电池一次电池 负极反应：Zn2OH2e=ZnOH2O；正极反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH；总反应式：_。3二次电池(可充电电池)铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是_，正极材料是_。(1)放电时的反应 负极反应：_ 正极反应：_ 总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O(2)充电时的反应 阴极反应：_ 阳极反应：_ 总反应：2PbSO42H2O=PbPbO22H2SO4(3)可充电电池原理示意图 4燃料电池 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。酸性 碱性 负极反应式 2H24e=4H 2H24OH4e=4H2O 正极反应式 O22H2O4e=4OH 电池总 反应式 2H2O2=2H2O 3铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正负极极板是惰性材料，请 回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：(1)电解液中 H2SO4 的浓度将变_；当外电路通过 1 mol 电子时，理论上负极板的质量增加_g。(2)在完全放电耗尽 PbO2和 Pb 时，若按右图连接，电解一段时间 后，则在 A 电极上生成_，B 电极上生成_，此时铅蓄电池的正负极 的极性将_。4(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“变小”、“增大”或“不变”)(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_。(填“变小”、“增大”或“不变”)考点三 原电池原理的应用 1加快氧化还原反应的速率 一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在 Zn 与稀 H2SO4反应时加入少量 CuSO4溶液能使产生 H2的反应速率加快。2比较金属活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。3用于金属的防护 使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。5有 A、B、C、D 四块金属片，进行如下实验：A、B 用导线相连后，同时浸入稀 H2SO4溶液中，A 极为负极；C、D 用导线相连后，同时浸入稀 H2SO4溶液中，电流由 D导线C；A、C 相连后，同时浸入稀 H2SO4溶液中，C 极产生大量气泡；B、D 相连后，同时浸入稀 H2SO4溶液中，D 极发生氧化反应。据此，判断四种金属的活动性顺序是()AABCD BACDB CCABD DBDCA 6将等质量的两份锌粉 a、b 分别加入过量的稀硫酸，同时向 a 中加少量 CuSO4溶液，下图中产生 H2的体积V(L)与时间t(min)的关系，其中正确的是 ()*原电池电极反应式的书写程序*1负极为金属材料：【例 1】有人设计以 Pt 和 Zn 为电极材料，埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源。它依靠跟人体内体液中含有的一定浓度的溶解氧、H和 Zn2进行工作，试写出该电池的两极反应式。【例 2】LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为 4Li2SOCl2=4LiClSSO2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_，发生的电极反应为_。(2)电池正极发生的电极反应为_。【例 3】铝空气海水电池：以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为 4Al3O26H2O=4Al(OH)3 负极：_ 正极：_ 2燃料电池电极反应式的书写 电极：惰性电极。燃料包含：H2、CO、烃(如 CH4、C2H6)、醇(如 C2H5OH)等。电解质包含：酸性电解质溶液，如 H2SO4溶液；碱性电解质溶液，如 NaOH 溶液；熔融氧化物，如 Y2O3；熔融碳酸盐，如 K2CO3等。第一步：写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。第二步：写出电池的正极反应式 一般在正极上发生还原反应的物质都是 O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O24H4e=2H2O(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O22H2O4e=4OH(3)固体电解质(高温下能传导 O2)环境下电极反应式：O24e=2O2(4)熔融碳酸盐(如：熔融 K2CO3)环境下电极反应式：O22CO24e=2CO23。第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式 电池的总反应式电池正极反应式电池负极反应式 故根据第一、二步写出的反应，有：电池的总反应式电池正极反应式电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物 O2。【例 4】以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：(1)酸性条件 燃料电池总反应式：CH42O2=CO22H2O 燃料电池正极反应式：O24H4e=2H2O 2，得燃料电池负极反应式：_。(2)碱性条件 燃料电池总反应式：CH42O22NaOH=Na2CO33H2O 燃料电池正极反应式：O22H2O4e=4OH 2，得燃料电池负极反应式：_。(3)固体电解质(高温下能传导 O2)燃料电池总反应式：CH42O2=CO22H2O 燃料电池正极反应式：O24e=2O2 2，得燃料电池负极反应式：_。(4)熔融碳酸盐(如：熔融 K2CO3)环境下 电池总反应式：CH42O2=CO22H2O。正极电极反应式：O22CO24e=2CO23。电池总反应式正极电极反应式得负极电极反应式：_。*盐桥原电池的专题突破*1盐桥的组成和作用(1)盐桥中装有饱和的 KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。(2)盐桥的作用：连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使原电池不断产生电流。2单池原电池和盐桥原电池的对比 图 1 和图 2 两装置的相同点：正负极、电极反应、总反应、反应现象。负极：Zn2e=Zn2 正极：Cu22e=Cu 总反应：ZnCu2=CuZn2 不同点：图 1 中 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。图 2 中 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。关键点：盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。【例 5】某原电池装置如图所示。下列有关叙述中，正确的是 ()AFe 作正极，发生氧化反应 B负极反应：2H2e=H2 C工作一段时间后，两烧杯中溶液 pH 均不变 D工作一段时间后，NaCl 溶液中c(Cl)增大【例 6】已知反应 AsO342I2HAsO33I2H2O 是可逆反应。设计如图装置(C1、C2均为石墨电极)，分别进行下述操作：.向 B 烧杯中逐滴加入浓盐酸.向 B 烧杯中逐滴加入 40%NaOH 溶液 结果发现电流表指针均发生偏转。试回答下列问题：(1)两次操作中指针为什么发生偏转？(2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？试用化学平衡移动原理解释之。(3)()操作过程中 C1 棒上发生的反应为_；(4)()操作过程中 C2 棒上发生的反应为_。(5)操作过程中，盐桥中的 K+移向 烧杯溶液(填“A”或“B”)。【例 7】根据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如图所示，其中盐桥内装琼脂饱和 KNO3溶液。请回答下列问题：(1)电极 X 的材料是_；电解质溶液 Y 是_。(2)银电极为电池的_极，写出两电极的电极反应式：银电极：_；X 电极：_。(3)外电路中的电子是从_电极流向_电极。(4)盐桥中向 CuSO4溶液中迁移的离子是_(填序号)。AK BNO3 CAg DSO24(5)其中 CuSO4溶液能否被 H2SO4(稀)溶液代替_。Ag 电极能否被石墨代替_。【真题练习】高考题组一 原电池正负极的判断、电极反应式的书写 1(北京理综，8)结合下图判断，下列叙述正确的是 ()A和中正极均被保护 B和中负极反应均是 Fe2e=Fe2 C和中正极反应均是 O22H2O4e=4OH D和中分别加入少量 K3Fe(CN)6溶液，均有蓝色沉淀 2根据下图，下列判断中正确的是 ()A烧杯 a 中的溶液 pH 降低 B烧杯 b 中发生氧化反应 C烧杯 a 中发生的反应为 2H2e=H2 D烧杯 b 中发生的反应为 2Cl2e=Cl2 3铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是 ()A正极反应为 Zn2e=Zn2 B电池反应为 ZnCu2=Zn2Cu C在外电路中，电子从正极流向负极 D盐桥中的 K移向 ZnSO4溶液 4(广东理综，12)某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是()Aa 和 b 不连接时，铁片上会有金属铜析出 Ba 和 b 用导线连接时，铜片上发生的反应为 Cu22e=Cu C无论 a 和 b 是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色 Da 和 b 分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2向铜电极移动 5(全国卷，12)根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是 ()A2Ag(s)Cd2(aq)=2Ag(aq)Cd(s)BCo2(aq)Cd(s)=Co(s)Cd2(aq)C2Ag(aq)Cd(s)=2Ag(s)Cd2(aq)D2Ag(aq)Co(s)=2Ag(s)Co2(aq)6(广东，5)用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂KNO3的 U 形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是 ()在外电路中，电流由铜电极流向银电极 正极反应为：Age=Ag 实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 将铜片浸入 AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同(提示：盐桥中 K、NO3可自由移动)A B C D 7Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，当银锌碱性电池的电解质溶液为 KOH 溶液，电池放电时正极的 Ag2O2转化为 Ag，负极的 Zn 转化为 K2Zn(OH)4，写出该电池反应方程式：_。高考题组二 原电池原理的应用 (一)设计原电池 8(福建理综，11)控制适合的条件，将反应 2Fe32I2Fe2I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是 ()A反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B反应开始时，甲中石墨电极上 Fe3被还原 C电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D电流计读数为零后，在甲中溶入 FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极(二)蓄电池 9(课标全国卷，11)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为 FeNi2O33H2O=Fe(OH)22Ni(OH)2 下列有关该电池的说法不正确的是 ()A电池的电解液为碱性溶液，正极为 Ni2O3、负极为 Fe B电池放电时，负极反应为 Fe2OH2e=Fe(OH)2 C电池充电过程中，阴极附近溶液的 pH 降低 D电池充电时，阳极反应为 2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O 10(海南，7)关于铅蓄电池的说法正确的是 ()A在放电时，正极发生的反应是 Pb(s)SO24(aq)2e=PbSO4(s)B在放电时，该电池的负极材料是铅板 C在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小 D在充电时，阳极发生的反应是 PbSO4(s)2e=Pb(s)SO24(aq)(三)燃料电池 11(安徽理综，11)某固体酸燃料电池以 CsHSO4固体为电解质传递 H，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：2H2O2=2H2O，下列有关说法正确的是 ()A电子通过外电路从 b 极流向 a 极 Bb 极上的电极反应式为：O22H2O4e=4OH C每转移 0.1 mol 电子，消耗 1.12 L 的 H2 DH由 a 极通过固体酸电解质传递到 b 极 12(广东，14)可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以 NaCl 溶液或 NaOH 溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是 ()A以 NaCl 溶液或 NaOH 溶液为电解液时，正极反应都为 O22H2O4e=4OH B以 NaOH 溶液为电解液时，负极反应为 Al3OH3e=Al(OH)3 C以 NaOH 溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的 pH 保持不变 D电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极 13科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。在 直 接 以 甲 醇 为 燃 料的 燃 料 电 池 中，电 解质 溶 液 为 酸 性，负 极的 反 应 式为_、正极的反应式为_。理想状态下，该燃料电池消耗 1 mol 甲醇所能产生的最大电能为 702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为_(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。(已知 CH3OH 的燃烧热为726.5 kJmol1)(四)新型电池 14(福建理综，11)研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以 LiOH 为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是 ()A水既是氧化剂又是溶剂 B放电时正极上有氢气生成 C放电时 OH向正极移动 D总反应为 2Li2H2O=2LiOHH2 15(浙江理综，9)LiAl/FeS 电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2LiFeS2e=Li2SFe，有关该电池的下列说法中，正确的是()ALiAl 在电池中作为负极材料，该材料中 Li 的化合价为1 价 B该电池的电池反应式为 2LiFeS=Li2SFe C负极的电极反应式为 Al3e=Al3 D充电时，阴极发生的电极反应式为 Li2SFe2e=2LiFeS 16(山东理综，29)科研、生产中常涉及钠、硫及其化合物。(1)实验室可用无水乙醇处理少量残留的金属钠，化学反应方程式为_。要清洗附着在试管壁上的硫，可用的试剂是_。(2)右图为钠硫高能电池的结构示意图。该电池的工作温度为 320 左右，电池反应为2Na+xS=Na2Sx，正极的电极反应式为 。M(由 Na2O 和 Al2O3 制得)的两个作用是 。与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的 倍。(3)Na2S 溶液中离子浓度由大到小的顺序为 ，向该溶液中加入少量固体 CuSO4，溶液 pH (填“增大”、“减少”或“不变”)。Na2S 溶液长期放置有硫析 出，原因为 (用离子方程式表示)。【巩固练习】1(必修 2P454)下列各组材料中，不能组成原电池的是 ()A B C D 两极材料 Zn 片、石墨 Cu 片、Ag 片 Zn 片、Cu 片 Fe 片、Cu 片 插入溶液 H2SO4溶液 AgNO3溶液 蔗糖溶液 稀盐酸 2.(必修 2P455)氢氧燃料电池已用于航天飞机。以 30%KOH 溶液为电解质溶液的这种电池在使用时的电极反应如下：2H24OH4e=4H2O O22H2O4e=4OH 据此作出判断，下列说法中错误的是 ()AH2在负极发生氧化反应 B供电时的总反应为 2H2O2=2H2O C产物为无污染的水，属于环境友好电池 D燃料电池的能量转化率可达 100%3(选修 4P781)碱性锌锰电池获得了广泛的应用，根据电池的电极反应，下列判断正确的是 ()AZn 为负极，MnO2为正极 BZn 为正极，MnO2为负极 C工作时电子由 MnO2经外电路流向 Zn 极 DZn 电极发生还原反应，MnO2电极发生氧化反应 4(选修 4P782)铅蓄电池充电时，PbSO4 ()A在阳极生成 B在阴极生成 C在两个电极上生成 D在两个电极上除去 5(选修 4P783)镉镍可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充、放电反应按下式进行：Cd2NiO(OH)2H2O放电充电Cd(OH)22Ni(OH)2 由此可知，该电池放电时的负极是 ()ACd(OH)2 BNi(OH)2 CCd DNiO(OH)【能力提升训练】1下图中能组成原电池产生电流的是 ()2如图所示，杠杆 AB 两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓 CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是 ()A杠杆为导体或绝缘体时，均为 A 端高 B 端低 B杠杆为导体或绝缘体时，均为 A 端低 B 端高 C当杠杆为导体时，A 端低 B 端高；杠杆为绝缘体时，A 端高 B 端低 D当杠杆为导体时，A 端高 B 端低；杠杆为绝缘体时，A 端低 B 端高 3某学生欲完成 Cu2Ag=2AgCu2反应，设计了下列四个实验，可行的是()4查处酒后驾驶采用的“便携式乙醇测量仪”以燃料电池为工作原理，在酸性环境中，理论上乙醇可以被完全氧化为 CO2，但实际上乙醇被氧化为 X，其中一个电极的反应式为 CH3CH2OH2e=X2H。下列说法中正确的是 ()A电池内部 H由正极向负极移动 B另一极的电极反应式为 O24e2H2O=4OH C乙醇在正极发生反应，电子经过外电路流向负极 D电池总反应式为 2CH3CH2OHO2=2CH3CHO2H2O 5下列叙述正确的是 ()A铜、锌、稀硫酸形成的原电池放电时，溶液中阳离子向铜电极移动 B充电时，把铅蓄电池的负极接在外电源的正极 C镀锌铁镀层破损后铁更易被腐蚀 D碱性氢氧燃料电池工作时，负极反应为 O22H2O4e=4OH 6一种燃料电池中发生的化学反应为在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳。该电池正极发生的反应是 ()ACH3OH(g)O2(g)=H2O(l)CO2(g)2H(aq)2e BO2(g)4H(aq)4e=2H2O(l)CCH3OH(g)H2O(l)=CO2(g)6H(aq)6e DO2(g)2H2O(l)4e=4OH(aq)7某种氢氧燃料电池的电解液为 KOH 溶液。下列有关该电池的叙述不正确的是()A正极反应式：O22H2O4e=4OH B工作一段时间后，电解液中的 KOH 的物质的量不变 C该燃料电池的总反应方程式：2H2O2=2H2O D用该电池电解 CuCl2溶液，产生 2.24 L Cl2(标准状况)时，有 0.1 mol 电子转移 8.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为 3Zn2K2FeO48H2O放电充电3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，下列叙述不正确()A放电时负极反应为 Zn2e2OH=Zn(OH)2 B充电时阳极反应为 Fe(OH)33e5OH=FeO244H2O C放电时每转移 3 mol 电子，正极有 1 mol K2FeO4被氧化 D放电时正极附近溶液的碱性增强 9Harbermann 等设计出利用 Desulfovibrio desulfurcan 菌种生成的硫化物作为介体的微生物燃料电池，电池内部有质子通过，该系统不经任何维护可连续运行 5 年。该电池的负极反应式为 S24H2O8e=SO248H。有关该电池的下列说法中正确的是()A若有 1.12 L 氧气参与反应，则有 0.2 mol 电子发生转移 B.质子由正极移向负极 C该电池的总反应为 S22O2=SO24 D正极的电极反应式为 2O28e4H2O=8OH 10以氨作为燃料的固体氧化物(含有 O2)燃料电池，具有全固态结构、能量效率高的特点，另外氨气含氢量高，不含碳，易液化，方便运输和贮存，是很好的氢源载体。其工作原理如图所示，下列关于直接氨固体氧化物燃料电池的说法正确的是()A该电池工作时的总反应为 4NH35O2=4NO6H2O B固体氧化物作为电池工作的电解质，其作用是让电子在电池内移动 C电池工作时，在接触面上发生的电极反应为 2NH33O26e=N23H2O D外电路的电流方向为从电极 a 流向电极 b 11根据下列氧化还原反应设计一个原电池：2FeCl3Fe=3FeCl2。要求：(1)画出此原电池的装置图，装置可采用烧杯。(2)注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。(3)写出两个电极上发生的电极反应。