《原电池化学电源》复习学案全解.doc

第六章 第二节原电池 化学电源一原电池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_ _。总之原电池的工作原理和电子流向可用下列图示表示：问题:1在原电池中是否较活泼金属一定作负极？2怎样判断原电池的正负极？(1)根据电子流向：电子流出的一极是 ；电子流入的一极是 。(2)根据两极材料：一般较活泼金属为 ；活泼性较弱的金属或能导电的非金属为 。(3)根据电解质溶液内离子的移动方向：阳离子向 移动，阴离子向 移动。(4)根据原电池中反应类型及反应现象： 负极： 电子，发生 反应，现象通常是 正极： 电子，发生 反应，现象通常是 二化学电源1一次电池 (1)碱性锌锰干电池 总反应式：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2负极反应：_ _；正极反应： ； (2)锌银电池 总反应式：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。负极反应：_ _；正极反应： ；2二次电池(可充电，可多次重复使用)铅蓄电池：H2SO4作电解质溶液时，总反应式：PbPbO22H2SO4放电充电2PbSO42H2O。放电时的电极反应式：负极：_ _；正极： 充电式的电极反应式：阴极： 阳极： 问题:可充电电池充电时，电极与外接电源的正负极如何连接？发生什么变化？ 3燃料电池(1)氢氧燃料电池用酸性电解质时：总反应： 负极：_ _ _；正极：_ _ _ _；用NaOH等碱性溶液时：总反应： 负极：_ _ _；正极：_ _ _； (2)CH4燃料电池：电解质为KOH，总反应： 负极：_ _ _；正极：_ _；例1：一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是()ACH3OH(g)O2(g)2e=H2O(l)CO2(g)2H(aq)BO2(g)4H(aq)4e=2H2O(l)CCH3OH(g)H2O(l)6e=CO2(g)6H(aq)DO2(g)2H2O(l)4e=4OH例2科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它以丙烷气体为燃料。电池中的一极通入空气，另一极通入丙烷气体，电解质是固态氧化物，在熔融状态下能传导O2。下列对该燃料电池的说法不正确的是()A在熔融电解质中，O2由负极移向正极B该电池的总反应是C3H85O2=3CO24H2OC电路中每通过5 mol电子，约有5.6 L标准状况下的丙烷被完全氧化D通入丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应为C3H820e10O2=3CO24H2O三、原电池电极反应式的书写2复杂电极反应式的书写 例3：熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物做电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气体为正极助燃气，制得6500C下工作的燃料电池，完成下列反应时：正极： 负极：2CO+2CO32-=4CO2+4e- 总反应式： 四、原电池原理的应用1加快氧化还原反应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_ _。例4：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()2比较金属活动性强弱两种金属作原电池的两极时，其活泼性与正极、负极有什么关系？ 例5：有A、B、C、D四种金属。将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀。将A、D分别投入等浓度盐酸中，D比A反应剧烈。将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化。如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是( )AD、C、A、B BD、A、B、C CD、B、A、C DB、A、D、C3设计化学电源 例6：根据下列氧化还原反应设计两个原电池：（1）Cu2+Fe=Fe2+ Cu （2）2FeCl3Fe=3FeCl2。要求：(1)画出此原电池的装置图，装置可采用烧杯和盐桥。(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。题组一原电池正、负极的判断与电极反应式的书写1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=2LiOHH22研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是()A正极反应式：AgCle=AgClB每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子CNa不断向“水”电池的负极移动 DAgCl是还原产物3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分别连接直流电流正、负极，电压足够大时，Cu2向铜电极移动4铅蓄电池的工作原理为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，研读下图，下列判断不正确的是()AK闭合时，d电极反应式：PbSO42H2O2e=PbO24HSOB当电路中转移0.2 mol电子时，中消耗的H2SO4为0.2 molCK闭合时，中SO向c电极迁移DK闭合一段时间后，可单独作为原电池，d电极为正极5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，电子从正极流向负极D盐桥中的K移向ZnSO4溶液题组二原电池原理的应用6Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，可通过下列方法制备：在KOH溶液中加入适量AgNO3溶液，生成Ag2O沉淀，保持反应温度为80 ，边搅拌边将一定量K2S2O8溶液缓慢加到上述混合物中，反应完全后，过滤、洗涤、真空干燥得固体样品。反应方程式为2AgNO34KOHK2S2O8Ag2O22KNO32K2SO42H2O回答下列问题：(1)上述制备过程中，检验洗涤是否完全的方法是_。(2)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：_。(3)准确称取上述制备的样品(设仅含Ag2O2和Ag2O)2.588 g，在一定条件下完全分解为Ag和O2，得到224.0 mL O2(标准状况下)。计算样品中Ag2O2的质量分数(计算结果精确到小数点后两位)。7氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：(1)氢氧燃料电池的能量转化的主要形式是_，在导线中电子流动方向为_(用a、b表示)。(2)负极反应式为_ (3)电极表面镀铂粉的原因是 (4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：.2LiH22LiH.LiHH2O=LiOHH2反应中的还原剂是_，反应中的氧化剂是_。已知LiH固体密度为0.82 g·cm3，用锂吸收224 L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为_。由生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为_mol。题组一原电池原理及其应用1理论上不能用于设计成原电池的反应是()AHClNaOH=NaClH2OH0B2CH3OH(l)3O2(g)2CO2(g)4H2O(l)H0C4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H0D2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H02X、Y、Z都是金属，把X投入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成原电池时，Y为电池的负极，X、Y、Z三种金属的活泼性顺序为()AX>Y>Z BX>Z>YCY>X>Z DY>Z>X3(2011·吉林模拟)依据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如下图所示。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，发生的电极反应为_X电极上发生的电极反应为_ (3)外电路中的电子是从_电极流向_电极。题组二原电池正、负极的判断和电极反应式的书写4将两个铂电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH4和O2，构成甲烷燃料电池。已知，通入CH4的一极，其电极反应式是CH410OH8e=CO7H2O；通入O2的另一极，其电极反应式是2O24H2O8e=8OH。下列叙述不正确的是()A通入CH4的电极为负极B正极发生氧化反应C燃料电池工作时，溶液中的OH向负极移动D该电池使用一段时间后应补充KOH7.(1)将Al片和Cu片用导线相连，插入稀H2SO4中组成原电池，写出电极名称及电极反应式：Al片()_，Cu片()_。(2)若将Al片和Cu片用导线相连，插入浓HNO3中能否组成原电池？_(填“能”或“不能”)，若能组成原电池，写出电极名称及电极反应式：Al片()_，Cu片()_。题组三综合探究8Li­SOCl2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=4LiCl S SO2。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_ (3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。 如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是_反应的化学方程式为_ (4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是_。学案38原电池化学电源【课前准备区】知识点一1化学电2.电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由Zn沿导线流向Cu3.(1)活泼性不同(2)电解质溶液(3)闭合回路(4)氧化还原反应知识点二1(1)Zn2OH2e=Zn(OH)2 (2)Zn2OH2e=Zn(OH)22PbSO2e=PbSO43(1)H22e=2H O22H2e=H2OH22OH2e=2H2O O2H2O2e=2OH(2)CH410OH8e=CO7H2O 2O24H2O8e=8OH问题思考1不一定，例如将Mg和Al用导线连接插入NaOH溶液中，Al作负极，Mg作正极。2根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原理可知，在电解质溶液中，阴离子移向负极，阳离子移向正极。3(1)根据电子流动方向判断。在原电池中，电子流出的一极是负极；电子流入的一极是正极。(2)根据两极材料判断。一般活泼性较强金属为负极；活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。(3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。(4)根据原电池两极发生的变化来判断。负极总是失去电子，发生氧化反应，正极总是得到电子，发生还原反应。(5)根据现象判断。溶解的一极为负极，质量增加或放出气体的一极为正极。4.5负极反应：2H24OH4e=4H2O 正极反应：O22H2O4e=4OH总反应式：2H2O2=2H2O从上述反应可以看出，虽然OH反应前后的量不变，但有水生成，介质溶液的碱性减弱。【课堂活动区】一、1.氧化反应还原反应电荷质量得失电子2总反应式较简单一极的电极反应式2O28H8e=4H2OCH42H2O8e=CO28H二、1.加快加快 2一般作负极的金属比作正极的金属活泼。3(1)一般思维方法：首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料(负极就是失电子的物质，正极用比负极活泼性差的金属即可，也可以用石墨)及电解质溶液。按要求画出原电池装置图。(2)电解质溶液的要求：电解质是使负极放电的物质。因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如在锌铜原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2的溶液中。但H2KOHO2构成的电池中两个半电池中可都用KOH溶液。(3)电极材料的选择在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料(也可以是还原性较强的非金属材料如H2、CH4等)。典例导悟1(1)PtO22H2O4e=4OH (2)Zn2Zn4e=2Zn2解析Zn比Pt活泼，Zn作为原电池的负极，Zn失去电子，Pt作为原电池的正极，因人的体内液体不可能呈较强酸性，故正极上O2得到电子，发生还原反应。2D由于Li能和稀H2SO4、H2O反应，因此电解质不能用硫酸；放电过程为原电池原理，在原电池中，阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移动；充电过程是电解的过程，电解池的阳极失电子，即LiFePO4e=LiFePO4，因此阳极材料(LiFePO4)质量会减少；将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正极反应。综合上述分析可知D正确。3Aa中加入CuSO4溶液，被置换出的铜覆盖在Zn的表面，形成原电池，产生H2的速率加快，反应所需时间缩短，但置换铜时消耗了一部分锌，故与稀硫酸反应的锌的质量减少，完全反应后生成的H2的量比b少，答案为A。4BA、B形成原电池，B不易腐蚀，则A为负极，B为正极，活泼性：A>B；A、D放入HCl中，D比A反应剧烈，则活泼性：D>A；Cu不能置换B而Cu能置换C，则活泼性：B>Cu>C。总的活泼性：D>A>B>C。5(1)装置图如下：(2)电池的正、负极及外电路中电子的流向如图所示。(3)负极(Fe)：Fe2e=Fe2；正极(C)：2Fe32e=2Fe2。解析根据原电池的构成条件发生还原反应的物质作正极(或在正极上发生还原反应)，发生氧化反应的物质作负极(或在负极上发生氧化反应)。在上述反应里，固体铁中铁元素的化合价升高，发生氧化反应，应作原电池的负极；FeCl3中铁元素的化合价降低，发生还原反应，但因FeCl3易溶于水，不能直接作电极，所以要选用一种活动性比铁弱且与FeCl3溶液不反应的固体作辅助电极，这里可以采用石墨棒等。【课后练习区】高考集训1C根据题给信息知锂水电池的总反应为2Li2H2O=2LiOHH2，D正确；在反应中氢元素的化合价降低，因此H2O作氧化剂，同时又起到溶剂的作用，A正确；放电时正极反应为2H2O2e=2OHH2，B正确；正极周围聚集大量OH，因此溶液中的阳离子Li向正极移动，负极周围聚集大量Li，因此溶液中的阴离子OH向负极移动，C错误。2B由电池总反应式可知，Ag在负极失去电子，生成氧化产物AgCl，每生成2 mol AgCl，即生成1 mol Na2Mn5O10时，转移2 mol电子，故A、D错误，B正确；Na应向电池的正极移动，C错误。3D铁的活泼性强于铜，故铁能置换出铜且附着在铁棒上，A正确；B项构成原电池，铜片为正极，B正确；C项中无论a和b是否连接，都有铁被氧化生成亚铁离子，故C正确；D项中铜离子应移向铁电极，故D错误。4C由图示关系可知，池为原电池，池为电解池，a极为正极，b极为负极，K闭合后，c极为阴极，d极为阳极，因电极材料为PbSO4，结合铅蓄电池的工作原理，可判断d极发生的电极反应式为PbSO42H2O2e=PbO24HSO，A项正确；由题给方程式可判断，当电路中转移0.2 mol电子时，中消耗的H2SO4为0.2 mol，B项正确；电解池工作时，阴离子移向阳极，即d电极，故C项错误；因池反应为2PbSO42H2OPbPbO22H2SO4，因此K闭合一段时间后，池可作为原电池对外供电，其中析出的铅附着在c极上作负极，析出的PbO2附着在d极上作正极，D项正确。5B铜锌原电池工作时，负极反应为Zn2e=Zn2，正极反应为Cu22e=Cu，电池总反应为ZnCu2=Zn2Cu，故A项错误，B项正确；原电池工作时，电子从负极由外电路流向正极，由于左池阳离子增多，右池阳离子减少，为平衡电荷，则盐桥中的K移向CuSO4溶液，而Cl则移向ZnSO4溶液，故C、D项错误。6(1)取少许最后一次洗涤滤液，滴入12滴Ba(NO3)2溶液，若不出现白色浑浊，表示已洗涤完全(或取少许最后一次洗涤滤液，滴入12滴酚酞溶液，若溶液不显红色，表示已洗涤完全)(2)Ag2O22Zn4KOH2H2O=2K2Zn(OH)42Ag(3)0.91或(91%)解析(1)解题出发点有二：其一从沉淀表面附着硫酸钾，可用硝酸钡溶液检验；其二沉淀表面附着(过量的)氢氧化钾，可用酚酞溶液检验。(2)根据原电池反应和氧化还原反应的对应关系，初步确定氧化剂是过氧化银，还原产物是银；还原剂是金属锌，氧化产物是四羟基合锌酸钾；同时注意所用的介质是氢氧化钾溶液。(3)n(O2)1.000×102 mol设样品中Ag2O2的物质的量为x，Ag2O的物质的量为y。x9.500×103 moly1.000×103 molw(Ag2O2)0.91。7(1)由化学能转变为电能由a到b(2)2H24OH4e=4H2O或H22OH2e=2H2O(3)增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，加快电极反应速率(4)LiH2O1/1 148或8.71×10432解析(1)氢氧燃料电池中，负极通H2，正极通O2，所以导线中电子由a到b。(2)负极H2被氧化，写反应式时要注意电解质溶液的组成。(3)本题考查读题能力，铂粉作用在题设中有说明，在学习中要注意自学能力的培养。(4)2LiH22LiH 22.4 L 16 g吸收224 L H2时，生成的LiH的质量为160 g，LiH体积与被吸收的H2体积比为224 L11 148LiHH2O=LiOHH2 8 g 1 mol160 g LiH与H2O作用生成20 mol H2，H2完全被氧化失40 mol电子，若能量转化率为80%，则导线中通过的电子的物质的量为40 mol×80%32 mol。考点集训1A本题考查原电池形成条件。只有能自发进行的氧化还原反应才可能用于设计原电池，非氧化还原反应因没有电子转移所以不能设计成原电池，题中只有A项不是氧化还原反应。2CX投入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，说明活泼性X>Z；X与Y组成原电池时，Y为电池的负极，说明Y>X，因此X、Y、Z三种金属的活泼性顺序为Y>X>Z。3(1)铜AgNO3溶液(2)正Age=Ag(或2Ag2e=2Ag)Cu2e=Cu2(3)铜银解析原电池正极发生还原反应，负极发生氧化反应，Ag作氧化剂，Age=Ag的反应为正极反应式，则Cu作负极，负极反应式为Cu2e=Cu2，则Y溶液为AgNO3溶液，外电路中的电子由负极流向正极。4B在原电池中，负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，故B项错。5A该燃料电池的化学原理是C3H85O2=3CO24H2O，B正确；放电过程中通入丙烷的电极为负极：C3H820e10O2=3CO24H2O，D正确；通入O2的电极为正极：O24e=2O2，产生的O2将向负极移动，A项错。6C甲醇燃料电池是甲醇在负极发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应，故B、D错误；A项不是电极反应式。7(1)负极2Al6e=2Al3正极6H6e=3H2(2)能正极2NO4H2e=2NO22H2O负极Cu2e=Cu2解析(1)Al片和Cu片用导线相连，插入稀H2SO4中时，Al比Cu活泼，Al为负极，失电子被氧化为Al3，Cu为正极，溶液中的H得电子被还原为H2。(2)Al片和Cu片用导线相连，插入浓HNO3中时，由于铝钝化，不能溶解，Al为正极，Cu为负极，失电子被氧化为Cu2。8(1)锂(或Li)Lie=Li (2)2SOCl24e=4ClSSO2(3)出现白雾，有刺激性气体生成SOCl2H2O=SO22HCl(4)因为该电池的电极Li能和氧气、水反应，电解液的主要成分SOCl2也与水反应解析(1)由电池总反应式可分析出Li的化合价升高，被氧化，故锂在电池反应中失去电子，作负极，发生的电极反应式为Lie=Li；(2)SOCl2在电池反应中得电子，其为正极，发生的电极反应式为2SOCl24e=4ClSSO2；(3)SOCl2遇水剧烈反应生成二氧化硫和HCl，HCl遇水形成大量的白雾，同时有具有刺激性气味的气体生成，反应的化学方程式为SOCl2H2O=2HClSO2；(4)锂是活泼的金属，能与水、氧气等反应；SOCl2也能与水反应，所以组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行。