安徽省蚌埠铁中2014届高考化学一轮复习(夯实基础+配配套规范训练卷)《专题6第2讲 原电池的工作原理 化学电源》 新人教版.doc
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1、第2讲原电池的工作原理化学电源考纲要求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
2、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=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
3、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=2MnOOHZn(OH)2。正极反应:2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH;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
4、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=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O22H2O4e=4OH电池总反应式2H2O2=2H2O3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
5、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
6、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 BACDBCCABD DBDCA6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,
7、其中正确的是()原电池电极反应式的书写程序1“加减法”书写电极反应式(1)先确定原电池的正负极,列出正负极上的反应物质,并标出相同数目电子的得失。(2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存,则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式;若正极上的反应物质是O2,且电解质溶液为中性或碱性,则水必须写入正极反应式中,且O2生成OH,若电解质溶液为酸性,则H必须写入正极反应式中,O2生成水。(3)正负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式,可先写出较易书写的一极的电极反应式,然后在电子守恒的基础上,总反应式减去较易写出的一极的电极反应式,即得到较难写出的
8、另一极的电极反应式。【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=4A
9、l(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。如氢氧燃料电池的总反应式为2H2O2=2H2O;甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应式为CH42O2=CO22H2OCO22NaOH=Na2CO3H2O式式得燃料电池总反应式为CH42O22NaOH=Na2CO3
10、3H2O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,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=2CO。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和正、负极反应之间有如下关系: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
11、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=2H2O2,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=4OH2,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=2O22,得燃料电池负极反应
12、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=2CO。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C
13、u2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:Fe2e=Fe2C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AsO2I2HAsOI2H2O是可逆反应。设计如图装置(C1、C2均为石墨电极),分别
14、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溶液结果发现电流计指针均发生偏转。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_
15、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 BNO CAg DSO(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_。高考题组一原电池正负极的判断、电极反应式的书写1(2013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=Fe2C和中正极反应均是O22H2O4e=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升高B烧杯b中发生氧化反应C
16、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=Zn2CuC在外电路中,电子从负极流向正极D盐桥中的K移向ZnSO4溶液4(2013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=CuC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(2013课标全国卷,12)根据下图,
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