2017高考化学一轮复习 第7章 电化学基础 第1节 原电池 化学电源课件

第7章电化学基础第1节原电池化学电源明考纲1．掌握原电池的形成条件，了解原电池的工作原理。2．正确判断原电池的两极，正确书写电极反应及总反应。3．了解常见的化学电源，能够认识和书写几种新型电池的电极及电极反应。4．利用原电池的知识判断金属活动性的强弱。析考情纵观近几年的高考试题发现，高考主要围绕着原电池工作原理及应用进行命题。考查原电池工作原理往往以新型能源电池或燃料电池为载体，考查原电池正负极的判断、电极反应的书写、电子或电流的方向及溶液pH的变化等；原电池的应用主要考查原电池的设计、电化学腐蚀及解释某些化学现象等，主要以选择题、填空题形式出现。板块一知识层面·主干层级突破考点原电池及其工作原理1．概念和反应本质原电池是把转化为的装置，其反应本质是。2．构成条件(1)一看反应：看是否有能自发进行的反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。(2)二看两电极：一般是不同的两电极。(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：①溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入溶液中。化学能电能氧化还原反应氧化还原活泼性电解质电解质3．工作原理(以铜—锌原电池为例)装置图电极名称负极正极电极材料片片电极反应反应类型反应反应锌铜Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu氧化还原电子流向由片沿导线流向片电流方向由片沿导线流向片电解质溶液中离子流向电解质溶液中，阴离子向迁移，阳离子向迁移盐桥中离子流向盐桥中含有饱和KCl溶液，移向正极，移向负极电池反应方程式锌铜铜锌负极正极K＋Cl－Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu易错警示原电池工作原理中四个常见失分点的规避(1)只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池，将化学能转化为电能。(2)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。(3)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，溶液中的离子不能通过盐桥。(4)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)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)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥内可以是含琼脂的KCl饱和溶液。()(3)因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池，必是铁作负极、铜作正极。()(4)CaO＋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。()(5)带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。()(6)将镁片、铝片平行插入到一定浓度的NaOH溶液中，用导线连接成闭合回路，铝是电池负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀生成。()(7)用Al、Cu作电极用浓硝酸或浓硫酸作电解液时，Cu作负极，Al作正极。()(8)用Mg、Al作电极用NaOH溶液作电解液时，Al作负极，Mg作正极。()×√××√×√√题组一原电池的工作原理1.在如图所示的8个装置中，属于原电池的是()A．①④B．③④⑤C．④⑧D．②④⑥⑦解析根据原电池的构成条件可知：①中只有一个电极，③中两电极材料相同，⑤中酒精不是电解质，⑧中两电极材料相同且无闭合回路，故①③⑤⑧不能构成原电池。★总结提升原电池的判断方法(1)先分析有无外接电源，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池。(2)然后依据原电池的形成条件分析判断，主要是“四看”：电极—活泼性不同的金属或非金属电极燃料电池的电极一般为惰性电极↓溶液—两极插入电解质溶液中↓回路—形成闭合回路↓本质—有无自发进行的氧化还原反应发生(3)多池相连，但无外接电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看做电解池。题组二原电池正负极的判断2.[2015·安徽模拟]原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是()A．(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)中Fe作负极B．(2)中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑C．(3)中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋D．(4)中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑解析(1)中Mg作负极；(2)中Al作负极；(3)中铜作负极；(4)是铁的吸氧腐蚀，Fe作负极。3．综合下图判断，下列说法中正确的是()A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋4e－＋2H2O===4OH－C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大解析装置Ⅰ中Zn为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，A、C选项错误；装置ⅡCu为正极，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，可知B选项错误；由电极反应式可知装置Ⅰ正极生成OH－、装置Ⅱ消耗H＋，D选项正确。★总结提升原电池正负极的判断方法说明：(1)活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。(2)溶液中的离子不能通过盐桥。(3)负极本身不一定参加反应，如燃料电池中，作为负极的材料不参加反应，只起到了导电的作用。考点原电池原理的四大应用1．比较金属活泼性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作的金属比作的金属活泼。2．加快氧化还原反应的速率一个进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率。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。负极正极自发加快3．设计制作化学电源(1)必须是能自发进行且放热的反应。(2)正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性的金属作为负极；活泼性的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。(3)电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子，这样可减少离子极化作用，便于电子和离子的移动，如在Cu－Zn构成的原电池中，负极Zn浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极Cu浸泡在含有Cu2＋的电解质溶液中。实例：根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：氧化还原较强较弱负极4．用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池的而得到保护。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。正极1．实验室常用Zn和稀硫酸反应制备H2，使用纯锌和粗锌哪一个反应快？说说你的看法。2．氧化还原反应都能设计成原电池吗？提示使用粗锌反应快，因为粗锌中的杂质与锌可形成微小原电池，加快反应速率。提示一般来说，放热的氧化还原反应理论上都能设计成原电池，其中氧化剂在正极发生还原反应，还原剂在负极发生氧化反应，但吸热的氧化还原反应不能设计成原电池，因为原电池是把化学能转变为电能的装置。题组一判断金属的活动性强弱1.有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是()A．ABCDEB．ACDBEC．CABDED．BDCAE解析①A、B相连时，A为负极，金属活动性：AB；②C、D相连时，电流由D→导线→C，说明C为负极，金属活动性：CD；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡，说明C为正极，金属活动性：AC；④B、D相连后，D极发生氧化反应，说明D为负极，金属活动性：DB；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出，说明还原性BE。由此可知，金属活动性：ACDBE，B项正确。题组二改变化学反应速率2.[2015·福建模拟]一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成H2的总量，可采取的措施是()A．加入少量稀NaOH溶液B．加入少量CH3COONa固体C．加入少量NH4HSO4固体D．加入少量CuSO4溶液解析由于是一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应，产生H2的量由HCl决定。A项，加入NaOH溶液，消耗HCl，使c(H＋)减小，n(H＋)减小，速率减慢且H2量减少，故A错；B项，加入CH3COONa，c(H＋)减小，速率减慢，故B错；C项，加入NH4HSO4，c(H＋)增大，n(H＋)增大，速率加快，且H2量增多，故C错；D项，加入CuSO4，Zn可置换出Cu，形成原电池加快速率，n(H＋)不变，生成H2量不变，故D正确。3．选择合适的图象：(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图象是________。ABC解析(1)当加入少量CuSO4溶液，Zn可以置换Cu，构成原电池，速率加快，但由于部分Zn参与置换Cu的反应，H2的量减少，故选A。(2)Zn与CuSO4溶液反应置换Cu，Zn、Cu、H2SO4构成原电池，加快反应速率，但由于n(H＋)不变，H2的量不变，故选B。(3)加入CH3COONa，c(H＋)减少，但n(H＋)不变，故速率减慢，H2的量不变，故选C。★总结提升改变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)加入强碱弱酸盐，由于弱酸根与H＋反应，使c(H＋)减小，反应速率减小，但不影响生成H2的量。题组三设计原电池4．如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是()A．氧化剂和还原剂必须直接接触才能发生反应B．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极C．该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，K＋移向负极区解析该原电池反应中氧化反应和还原反应在两个不同的烧杯中进行，因此氧化剂和还原剂没有直接接触，A项错误；B项，Cu电极为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，错误；D项，正极发生反应：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，正电荷数减小，K＋移向正极补充正电荷，错误。5．能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。(1)完成原电池甲的装置示意图(见图)，并作相应标注。要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。(2)以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极_______________。(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是______________________________________________________________________________________________________。(4)根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在以上的材料中应选________作阳极。电极逐渐溶解甲电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发