《一轮复习导航》：第9讲《化学能转化为电能》

第9课时1.电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发展是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是A.锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细B.氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能C.氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化D.太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅【解析】以新型电池为载体考查原电池原理的相关知识。选项A中Zn—Mn干电池作负极的是Zn，石墨作电池的正极，只起导电的作用，被腐蚀的是Zn；选项B中氢氧燃料电池是把化学能直接转化为电能，而不是把热能直接转化为电能；选项C太阳能电池的主要材料是高纯度的单晶硅，它的能量转化高。2.据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车在奥运会期间为运动员提供服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液。下列有关电池的叙述不正确的是A.正极反应式为：O2+2H2O+4e-＝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为：2H2+O2＝2H2OD.用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24LCl2(标准状况)时，有0.1mol电子转移【解析】以新型电池为载体考查原电池的工作原理。电池反应式为：2H2+O2＝2H2O，当电解质溶液为KOH时，正极反应为：O2+2H2O+4e-＝4OH-，负极反应为：2H2+4OH--4e-＝4H2O；生成和消耗的OH-相等，KOH的物质的量不变。根据电子守恒：产生0.1molCl2转移0.2mol电子。3.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。Cu或铜AgNO3或硝酸银正Ag++e-＝AgCu–2e-＝Cu2+CuAg【解析】考查原电池的工作原理。根据电池反应2Ag+(aq)+Cu(s)＝Cu2+(aq)+2Ag(s)，负极反应为：Cu--2e-＝Cu2+，正极反应为：2Ag++2e-＝2Ag，所以负极材料为Cu，正极溶液为含Ag+的电解质溶液,如AgNO3；电池工作时外电路中的电子从负极(Cu)流向正极(Ag)。4.镍镉(Ni—Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。有一种镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。(1)若此蓄电池放电时，该电池某一电极发生还原反应的物质是A.NiOOHB.CdC.Cd(OH)2D.Ni(OH)2(2)有关该蓄电池的说法正确的是A.充电时阳极反应：Ni(OH)2–e-+OH-＝NiOOH+H2OB.充电过程是化学能转化为电能的过程C.放电时负极附近溶液的pH减小D.放电时电解质溶液中的OH-向正极移动放电充电4.镍镉(Ni—Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。有一种镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。放电充电(3)假如用此蓄电池做电源，电解M(NO3)x溶液(惰性电极)，当该蓄电池消耗0.36g水时，电解M(NO3)x溶液的某一极析出了ag金属M，则金属M的相对原子质量的计算式为(用含a、x表示)。50ax【解析】以蓄电池的有关应用，考查电化学的基本原理。蓄电池放电时做原电池正极发生还原反应的物质是NiOOH；充电时,阳极反应为：Ni(OH)2--e-+OH-＝NiOOH+H2O；阴极反应为：Cd(OH)2+2e-＝Cd+2OH-；充电的过程是将电能转化为化学能；放电时，Cd作负极，Cd--2e-+2OH-＝Cd(OH)2，Cd周围的c(OH-)下降，OH-向负极移动。根据电子守恒原理：当蓄电池消耗0.02molH2O时，转移0.02mol电子，电解池阴极反应：Mx++xe-＝M，n(M)=0.02/x(mol),则M的相对原子质量为50ax。【例1】一种大型蓄电系统的电池总反应为2Na2S2+NaBr3放电充电Na2S4+3NaBr，电池中的左右两侧为电极，中间为离子选择性膜(在电池放电和充电时该膜允许钠离子通过)；放电前，被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3，放电后，分别变为Na2S4和NaBr。下列说法正确的是（）A.充电过程中，Na+的流向为从右到左B.充电过程中，阳极的电极反应为：3NaBr--2e-＝NaBr3+2Na+C.放电前，左侧电解质为Na2S2，右侧电解质为NaBr3D.放电过程中，电子由负极通过外电路流向正极典例精析典例精析BD典例精析【评注】电化学的核心是氧化还原反应，阳极发生氧化，阴极发生还原，分析反应前后化合价的变化，抓住电子得失与化合价升降关系，就能轻松解决此类问题。【解析】以新型化学电源为载体，考查电化学基本原理。放电时起原电池作用，图中可知右侧是负极发生氧化反应，左侧是正极发生还原反应，所以左：NaBr3/NaBr右：Na2S2/Na2S4(只写一种也可)；充电时起电解池作用，阳极：3NaBr--2e-＝NaBr3+2Na+(或3Br---2e-＝Br3-)；阴极：Na2S4+2Na++2e-＝2Na2S2(或S2-4+2e-＝2S2-2)；阳离子向阴极移动，Na+的流向为从左到右。【例2】用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(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（）①在外电路中，电流由铜电极流向银电极②正极反应为：Ag++e-＝Ag③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作④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A.①②B.②③C.②④D.③④典例精析典例精析C典例精析【评注】考查原电池工作原理。原电池反应的实质是氧化还原反应，还原剂在负极发生氧化反应，氧化剂在正极发生还原反应，电子由负极流向正极，电流则由正极流向负极。【解析】Cu作负极，Ag作正极。负极：Cu--2e-＝Cu2+；正极：Ag++e-＝Ag。在外电路中，电子由Cu电极流向Ag电极，而电流方向与电子流向相反，所以①错。没有盐桥，原电池不能继续工作，③错。无论是否为原电池，均为氧化还原反应Cu+2Ag+＝Cu2++2Ag，④对。典例精析变式2BA典例精析【解析】a、b均能形成原电池，a中,Fe作负极：Fe--2e-＝Fe2+，发生氧化反应，Cu作正极：O2+4e-+2H2O＝4OH-，发生还原反应，铜丝附近呈现红色；b中,Al作负极：Al--3e-＝Al3+，发生氧化反应，Fe作正极：O2+4e-+2H2O＝4OH-，发生还原反应。【备选题】下图Ⅰ、图Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO3-4+2I-+2H+＝AsO3-3+I2+H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组同学向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组同学向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40%NaOH溶液。下列叙述中正确的是（）A.甲组操作时，微安表(G)指针发生偏转B.甲组操作时，溶液颜色变深C.乙组操作时，C2做正极D.乙组操作时，C1上发生的电极反应为I2+2e-＝2I-典例精析BD【解析】根据氧化还原反应：AsO3-4+2I-+2H+＝AsO3-3+I2+H2O，当向装置Ⅰ中加入盐酸时，平衡向右移动，生成I2，溶液颜色加深，由于反应在溶液中进行，所以I中C1、C2没有电流通过，G指针不发生偏转；当向装置Ⅱ的烧杯B中加入烧碱，平衡向左移动，在C2发生氧化反应(负极)和C1还原反应(正极)，负极反应为：AsO33-+2OH-–2e-＝AsO43-+H2O，正极反应为：I2+2e-＝2I-。【备选题】C1、C2均为碳棒。甲组同学向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组同学向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40%NaOH溶液。典例精析方法指导1.原电池、电解池、电镀池的判定方法：(1)若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判定是否能构成原电池；(2)若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同则为电镀池；(3)若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池，其余装置为电解池或电镀池。方法指导2.电池电极的判断方法：(1)可充电电池：放电时相当于原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；充电时相当于电解池，放电时的正极变为电解池的阳极，与外电源正极相连；负极变为阴极，与外电源负极相连。(2)燃料电池：自发进行的氧化还原反应中，通入燃料(发生氧化反应)的一极为负极；通入氧化剂(发生还原反应)的一极为正极。方法指导3.原电池、电解池、电镀池的比较：不同方面能量转化形成特点电极判断电极反应特点电子流向离子移动方向原电池电解池电镀池能量转化化学能→电能电能→化学能方法指导3.原电池、电解池、电镀池的比较：不同方面能量转化形成特点电极判断电极反应特点电子流向离子移动方向原电池电解池电镀池形成特点①两个电极②电解质溶液③形成闭合回路①直流电源、电极②电解质溶液③形成闭合回路①阳极：镀层金属②阴极：待镀金属③电镀液含镀层金属离子方法指导3.原电池、电解池、电镀池的比较：不同方面能量转化形成特点电极判断电极反应特点电子流向离子移动方向原电池电解池电镀池电极判断①负极：较活泼金属电极(阳极)②正极：较不活泼金属电极(阴极)①阴极：与电源负极相连的极②阳极：与电源正极相连的极①阳极：镀层金属②阴极：镀件电极方法指导3.原电池、电解池、电镀池的比较：不同方面能量转化形成特点电极判断电极反应特点电子流向离子移动方向原电池电解池电镀池电极反应特点负极：活泼金属或还原剂失电子，发生氧化反应正极：溶液中阳离子或氧化剂得电子，发生还原反应阳极：金属或溶液中的阴离子失去电子，发生氧化反应阴极：溶液中阳离子得电子，发生还原反应阳极：金属电极失电子阴极：电镀液中阳离子得电子方法指导3.原电池、电解池、电镀池的比较：不同方面能量转化形成特点电极判断电极反应特点电子流向离子移动方向原电池电解池电镀池电子流向负极→沿导线→正极电源负极→沿导线→阴极阳极→沿导线→电源正极方法指导3.原电池、电解池、电镀池的比较：不同方面能量转化形成特点电极判断电极反应特点电子流向离子移动方向原电池电解池电镀池离子移动方向阳离子→正极(阴极)阴离子→负极(阳极)阳离子→阴极阴离子→阳极方法指导4.电极反应式书写技巧：①分析氧化还原反应：阳极——还原剂失去电子；阴极——氧化剂得到电子。②要注意介质影响：一般来说，一极消耗介质的离子，另一极则生成介质的离子。③合并两极电极反应式，消去得失电子数及两边的介质离子，即得到总的氧化还原方程式。反之，总的氧化还原反应方程式减去一极电极反应式，可得另一极电极反应式。方法指导5、氧气作为原电池正极反应时的电极反应式：电解质溶液为中性或碱性：O2+4e-+2H2O＝4OH-电解质溶液为酸：O2+4e-+4H+＝2H2O固体或熔融电解质：O2+4e-＝2O2-高考回放1.(2008·广东)LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为：FePO4+Li放电充电LiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含U导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法正确的是()A.可加入硫酸以提高电解质的导电性B.放电时电池内部Li+向负极移动C.充电过程中，电池正极材料的质量减少D.放电时电池正极反应为：FePO4+Li++e-＝LiFePO4CD高考回放【解析】试题以生活中化学电源为载体，考查电化学原理，解题时抓住氧化还原反应的本质，根据得失电子与氧化反应、还原反应的关系；同时还要考虑电极材料与电解质溶液的性质。放电时，负极：Li-e-＝Li+，正极：FePO4+Li++e-＝LiFePO4；充电时，阳极：LiFePO4-e-＝FePO4+Li+阴极：Li++e-＝Li，所以C、D正确若加入硫酸，与Li单质(固体发生反应，所以A