高三原电池化学电源.pdf

《高三原电池化学电源.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高三原电池化学电源.pdf（14页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、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( ) ACaO H2O=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KC

2、l 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=6OH3H2C中 Fe 作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2D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

3、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： Zn 2MnO22H2O=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： Zn 2OH2e=ZnO H2O；正极反应： Ag2O H2O2e=2Ag 2OH；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： Pb PbO22H2SO4=2PbSO42H2O (2) 充电时的反应阴极反应： _

4、阳极反应： _ 总反应： 2PbSO4 2H2O=Pb PbO2 2H2SO4(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=4H2H24OH4e=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

5、_，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

6、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( ) A ABCD BACDB C CABD DBDCA 6将等质量的两份锌粉a

7、、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】Li-SOCl2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LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为4Li 2SOCl2=4LiCl S SO2。请回答下列问题：(1) 电池的负极材料

8、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4Al 3O26H2O=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

9、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：O2 4H4e=2H2O (2) 碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2 2H2O4e=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：O2 2CO24e=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

10、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

11、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：CH4 2O2=CO22H2O 。正极电极反应式：O22CO2 4e=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=Cu Zn2不同点：图

12、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=H2C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

13、【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)=Cu

14、2(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 ) 。AKBNO3CAgDSO24(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

15、极均被保护B和中负极反应均是Fe2e=Fe2C和中正极反应均是O2 2H2O 4e=4OHD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=H2D烧杯 b 中发生的反应为2Cl2e=Cl23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=Zn2B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( ) A

16、a 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

17、(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 D7Ag2O2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

18、( 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Fe Ni2O33H2O=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

19、电池放电时，负极反应为Fe2OH2e=Fe(OH)2C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)2 2OH2e=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

20、=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：O22H2O 4e=4OHC每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的 H2DH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O2 2H2O 4e=4OHB以 NaOH 溶液为电解液时，负极反应为Al 3OH3e=Al(OH)3C以 NaOH 溶液为电解液时，电池在工作过程中电解

21、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 kJ mol1) ( 四) 新型电池14(

22、 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2Li 2H2O=2LiOH H215( 浙江理综， 9)Li-Al/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( ) ALi-Al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2Li FeS=Li2SFe

23、C负极的电极反应式为Al 3e=Al3D充电时，阴极发生的电极反应式为Li2S Fe2e=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

24、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 2P45 4) 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：2H2 4OH4e=4H2O O22H2O4e=4OH据此作出判断，下列说法中错误的是( ) A H2在负极发生氧

25、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 4P78 2) 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 4P78 3) 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：Cd2N

26、iO(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)2BNi(OH)2CCd 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

27、时，A端低 B端高3某学生欲完成Cu2Ag=2Ag Cu2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CH3CH2OH 2e=X 2H。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=4OHC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2CH3CH2OH O2=2CH3CHO 2H2O 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，

28、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O2 2H2O4e=4OH6一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) 2eBO2(g) 4H(aq) 4e=2H2O(l) CCH3OH(g)H2O(l)=CO2(g) 6H(aq) 6eDO2(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：O22H2O 4e=4OHB工作一

29、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3Zn2K2FeO4 8H2O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)2B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

30、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=SO24D正极的电极反应式为2O28e4H2O=8OH10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=4NO 6H2O 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=N2 3H2O 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。