(通用版)2019版高考化学微一轮复习 第21讲 原电池 化学电源学案.pdf
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1、第第 2121 讲讲原电池原电池化学电源化学电源1。了解原电池的工作原理,能写出电极反应和电池考纲要求反应方程式.2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。考点一原电池及其工作原理1概念原电池是把化学能转化为电能的装置.2工作原理以铜锌原电池为例(1)原理分析电极名称电极材料负极锌片正极铜片电极反应反应类型电子流向盐桥中离子移向(2)两种装置比较Zn2e =Zn氧化反应由 Zn 沿导线流向2Cu 2e =Cu还原反应2Cu盐桥含饱和 KCl 溶液,K 移向正极,Cl 移向负极盐桥作用: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。装置中有部分 Zn 与 Cu
2、 直接反应,使电池效率降低;装置中使 Zn 与 Cu 隔离,电池效率提高,电流稳定。3原电池的构成条件(1)两个活泼性不同的电极(材料可以是金属或导电的非金属)。负极:活泼性较强的金属.正极:活泼性较弱的金属或能导电的非金属。(2)电极均插入电解质溶液中。(3)构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。(4)能自发地发生氧化还原反应.【感悟测评】1下列示意图中能构成原电池的是()22答案:B2判断正误(正确的打“”,错误的打“)(1)在原电池中,发生氧化反应的一极一定是负极。()(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
3、生氧化反应。()(4)相同情况下,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)原电池电解质溶液中,阴离子一定移向负极。()答案:(1)(2)(3)(4)(5)1原电池正、负极的判断2原电池电极反应式的书写(1)一般电极反应式的书写(2)复杂电极反应式的书写错误错误! !错误错误! !错误错误! !如 CH4酸性燃料电池中CH42O2=CO22H2O总反应式2O28H 8e =4H2O正极反应式CH42H2O8e =CO28H 负极反应式考向一原电池的工作原理1如图所示装置中,观察到电流计指针偏转, M 棒变粗,N 棒变细,由此判断表中所列M、N、P 物质,其中可以成立的是
4、()MZnCuAgZnNCuFeZnFeP稀 H2SO4稀 HClAgNO3溶液Fe(NO3)3溶液ABCD解析:在装置中电流计指针发生偏转,说明该装置构成了原电池,根据正负极的判断方法,溶解的一极为负极,增重的一极为正极,所以 M 棒为正极,N 棒为负极,且电解质溶液能析出固体,则只有 C 项正确。答案:C2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 =6OH 3H2C中 Fe 作负极,电极反应式为 Fe2e =Fe2D中 Cu 作正极,电极反应式为 2H 2e =H2答案:B【速记卡片】原电池正、负极
5、判断方法说明:原电池的正极和负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关,不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。考向二盐桥原电池3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(实验过程中,不考虑两球的浮力变化)()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D当杠杆为导体时,A 端高 B 端低解析:当杠杆为导体时,构成原电池,Fe 作负极,Cu 作正极,电极反应式分
6、别为负极 Fe2e=Fe ,正极 Cu 2e =Cu,铜球增重,铁球质量减轻,杠杆 A 低 B 高。答案:C4控制适合的条件,将反应 2Fe I下列判断不正确的是 ()3222Fe I2设计成如下图所示的原电池。2A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 Fe 被还原C电流表读数为零时,反应达到化学平衡状态D电流表读数为零后,在甲中溶入 FeCl2固体,乙中的石墨电极为负极解析:由图示结合原电池原理分析可知, Fe得电子变成 Fe被还原,I 失去电子变成I2被氧化,所以 A、B 正确;电流表读数为零时,Fe 得电子速率等于 Fe 失电子速率,反应达到平衡状态,C 正
7、确;D 项在甲中溶入 FeCl2固体,平衡 2Fe 2I移动,I2被还原为 I ,乙中石墨为正极,D 不正确。答案:D【速记卡片】当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时,可逆反应达到化学平衡状态,电流表指针示数为零;当电流表指针往相反方向偏转,暗示电路中电子流向相反,说明化学平衡移动方向相反.考点二原电池原理的应用3323232Fe I2向左21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。如有两种金属 A 和 B,用导线将 A 和 B 连接后,插入到稀硫酸中,一段时间后,若观察到A 极溶解,而 B 极上有气体放出,则说明 A 作负极,B 作正极,则可
8、以推出金属活动性 AB。2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.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.4设计制作化学电源(1)首先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。如:根据反应 2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2设计的原电池为:【多维思考】1A、B 两种金属用导线连接后,插入烧碱
9、溶液中,若观察到 A 极溶解,而 B 极上有气体放出,该现象能否说明活动性 AB?请举例说明。提示:不能。如 Mg、Al、NaOH 溶液组成原电池时,Al 极溶解、Mg 极上有 H2生成,但活动性:MgAl。2镀锌铁桶破损后,铁桶仍能长时间使用,但镀锡铁桶破损后,破损处很快会出现小孔,其原因是什么呢?提示:镀锌铁桶破损后,形成原电池锌作负极,Fe 得到保护;镀锡铁桶破损后,形成原电池,铁作负极,加速了铁的腐蚀。(1)能设计成原电池的反应一定是放热的氧化还原反应,吸热反应不可能将化学能转化为电能.(2)利用原电池原理可加快制氢气的速率 ,但可能影响生成氢气的量 .需注意生成氢气的总量是取决于金属
10、的量还是取决于酸的量。(3)设计原电池时,负极材料确定之后,正极材料的选择范围较广,只要合理都可以。考向一判断金属的活泼性及反应速率1有 a、b、c、d 四种金属,将 a 与 b 用导线连接起来,浸入稀硫酸中,电极反应式之一为 a2e =a ;将 a、d 分别投入等浓度的盐酸中,d 比 a 反应激烈;又知一定条件下能发生如下离子反应:c b=b c,则四种金属的活动性由强到弱的顺序是()AdcabB。dabcCdbacD.badc222解析:a、b 两金属连接后在稀 H2SO4溶液中,a 失电子,活泼性:ab;与酸反应 d 反应剧烈,活泼性:da;根据离子反应,还原性:还原剂大于还原产物,则活
11、泼性 :bc,综合以上有金属活泼性由强到弱顺序:dabc.答案:B2(2018揭阳二模)等质量的两份锌粉 a、b,分别加入过量的稀 H2SO4中,同时向 a 中放入少量的 CuSO4溶液,如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系,其中正确的是()解析:等质量的两份锌粉 a、b,分别加入过量的稀 H2SO4中,同时向 a 中放入少量的 CuSO4溶液,发生:ZnCu =Zn Cu,形成原电池,反应速率增大,反应用时少于 b,但生成的氢气也少于 b,图象应为 D.答案:D【题后悟道】改变 Zn 与 H 反应速率的方法(1)加入 Cu 或 CuSO4,形成原电池,加快反应速率,加入Cu 不影响
12、 Zn 的量,但加入CuSO4,Zn 的量减少,是否影响产生 H2的量,应根据 Zn、H 的相对量多少判断.(2)加入 CH3COONa,由于 CH3COO 与 H 反应,使 c(H )减小,反应速率减小,但不影响生成 H2的量.考向二设计原电池223将镉(Cd)浸在氯化钴(CoCl2)溶液中,发生反应的离子方程式为:Co2(aq)Cd(s)=Co(s)Cd(aq)(aq 表示溶液),若将该反应设计为如图的原电池,则下列说法一定错误的是()ACd 作负极,Co 作正极B原电池工作时,电子从负极沿导线流向正极C根据阴阳相吸原理,盐桥中的阳离子向负极(甲池)移动D甲池中盛放的是 CdCl2溶液,乙
13、池中盛放的是 CoCl2溶液解析:在电池反应中,Co 得电子发生还原反应,则 Co 作正极、Cd 作负极;放电时,电子从负极 Cd 沿导线流向正极 Co;盐桥中阳离子向正极区域乙移动、阴离子向负极区域甲移动;甲中失电子发生氧化反应,电解质溶液为 CdCl2溶液,乙池中盛放的是 CoCl2溶液.答案:C4电子工业常用 30的 FeCl3溶液腐蚀绝缘板上的铜箔,制造印刷电路板。某工程师为了从废液中回收铜,重新获得 FeCl3溶液,设计了下列实验步骤:22写出一个能证明还原性 Fe 比 Cu 强的离子方程式:_.该反应在上图步骤_中发生。请根据上述反应设计一个原电池,在方框中画出简易装置图(标出电极
14、名称、电极材料、电解质溶液)。解析:a 是 Fe,发生的反应有 FeCu =Fe Cu 和 Fe2Fe =3Fe ,试剂 b 是盐酸。将 FeCu =Fe Cu 设计成原电池,Fe 作负极,比 Fe 不活泼的 Cu 作正极,电解质溶液是含 Cu 的溶液。答案:FeCu =Fe Cu222222232【题后悟道】“装置图”常见失分点提示(1)未用虚线画出烧杯中所盛放的电解质溶液。(2)未用导线将两电极连接起来。(3)未指明:正、负极及其材料;电解质溶液.考点三化学电源1一次电池(以碱性锌锰干电池为例)负极(Zn),电极反应式:Zn2e 2OH =Zn(OH)2正极(MnO2),电极反应式:2Mn
15、O22H2O2e =2MnOOH2OH总反应:Zn2MnO22H2O=Zn(OH)22MnOOH2二次电池(以铅蓄电池为例)(1)负极反应:Pb2e SO错误错误! !=PbSO4(逆向为充电时阴极反应)。(2)正极反应:PbO22e 4H SO错误错误! !=PbSO42H2O;(逆向为充电时阳极反应).(3)总反应:Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)(逆向为充电时总反应)。3燃料电池(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池。酸性2H24e =4H碱性2H24OH 4e =4H2O负极反应式正极反应式电池总反应O24H 4e =2H2OO22H2O
16、4e =4OH2H2O2=2H2O(2)燃料电池的电极本身不参与反应,燃料和氧化剂连续地由外部供给。【多维思考】可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接?提示:【感悟测评】判断正误(正确的打“”,错误的打“)(1)太阳能电池不属于原电池。()(2)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应。()(3)铅蓄电池工作时,当电路中转移 0.2 mol 电子时,消耗的 H2SO4为 0.1 mol。()(4)铅蓄电池工作时,当电路中转换 0.1 mol 电子时,负极增加 48 g.()答案:(1)(2)(3)(4)燃料电池电极反应式的书写第一步:写出电池总反应式:燃料电池的总反应与燃料的
17、燃烧反应一致,若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。如甲烷燃料电池(电解质为 NaOH 溶液)的反应式为:CH42O2=CO22H2OCO22NaOH=Na2CO3H2O式式得燃料电池总反应式为 CH42O22NaOH=Na2CO33H2O。第二步:写出电池的正极反应式:根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,电解质溶液不同,其电极反应有所不同,其实,我们只要熟记以下四种情况:a酸性电解质溶液环境下电极反应式:O24H 4e =2H2O。b碱性电解质溶液环境下电极反应式:O22H2O4e =4OH .c固体电解质(高温下能传导 O )环境下电极反应式:O24e =2O
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