高考化学原电池的工作原理 化学电源专题课件

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。基础再现·深度思考考点一原电池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化学电第2讲基础再现·深度思考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Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu还原反应锌片铜片氧化反应第2讲基础再现·深度思考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、负极判断活泼性不同电解质溶液闭合回路氧化还原反应第2讲基础再现·深度思考1．有关电化学知识的描述正确的是()A．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B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，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解析CaO＋H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应，KCl和AgNO3反应易阻止原电池反应的发生；作电极的不一定是金属，如石墨棒也可作电极。D第2讲基础再现·深度思考2．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()A．①②中Mg作负极，③④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↑第2讲基础再现·深度思考解析②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，是负极；③中Fe在浓硝酸中易钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A错，C错。②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极电极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO－2＋4H2O，二者相减得到正极电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确。④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。答案B第2讲基础再现·深度思考反思归纳(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”极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。第2讲基础再现·深度思考考点二化学电源1．碱性锌锰干电池——一次电池总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－；负极反应：2．锌银电池——一次电池负极反应：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；总反应式：。Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2。Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag第2讲基础再现·深度思考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①负极反应：②正极反应：③总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2OPbPbO2Pb－2e－＋===PbSO4PbO2＋2e－＋4H＋＋===PbSO4＋2H2O第2讲基础再现·深度思考SO2－4SO2－4(2)充电时的反应①阴极反应：②阳极反应：③总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4(3)可充电电池原理示意图PbSO4＋2e－===Pb＋PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋第2讲基础再现·深度思考SO2－4SO2－44.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2H2－4e－===4H＋2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极反应式O2＋2H2O＋4e－===4OH－电池总反应式2H2＋O2===2H2OO2＋4e－＋4H＋===2H2O第2讲基础再现·深度思考深度思考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1mol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，若按上图连接，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性将_____。第2讲基础再现·深度思考解析(1)放电时为原电池，正极为PbO2，其电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2O。从电池总反应式可知，随着电池放电，H2SO4不断被消耗，因此，其浓度逐渐变小；由Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4可知，当外电路通过1mole－时，理论上负极板由0.5molPb变为0.5molPbSO4，即质量增加96g·mol－1×0.5mol＝48g。(2)当完全放电耗尽PbO2和Pb时，两极均变为PbSO4，再按图中通电——电解时，A极板发生反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4，B极板发生反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO2－4。此时铅蓄电池的正负极的极性将对换。答案(1)小48(2)PbPbO2对换第2讲基础再现·深度思考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”)答案(1)变小变小(2)变小增大第2讲基础再现·深度思考真题重组·规范集训规律方法·解题指导基础再现·深度思考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。第2讲基础再现·深度思考深度思考5．有A、B、C、D四块金属片，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。据此，判断四种金属的活动性顺序是()A．ABCDB．ACDBC．CABDD．BDCA第2讲基础再现·深度思考解析金属与稀H2SO4溶液组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H＋在正极电极表面得到电子生成H2，电子运动方向由负极→正极，电流方向则由正极→负极。在题述原电池中，A－B原电池，A为负极；C－D原电池，C为负极；A－C原电池，A为负极；B－D原电池，D为负极。综上可知，金属活动性：ACDB。答案B解题规范原电池可用于判断金属性的强弱，通常负极的金属活动性强于正极。第2讲基础再现·深度思考6．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()第2讲基础再现·深度思考解析a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。答案A第2讲基础再现·深度思考规律方法·解题指导思维模型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。第2讲规律方法·解题指导(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，即得到较难写出的另一极的电极反应式。第2讲规律方法·解题指导【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。第2讲规律方法·解题指导解析金属铂是相对惰性的，金属锌是相对活泼的，所以锌是负极，Zn失电子成为Zn2＋，而不是ZnO或Zn(OH)2，因为题目已告诉H＋参与作用。正极上O2得电子成为负二价氧，在H＋作用下肯定不是O2－、OH－等形式，而只能是产物水，体液内的H＋得电子生成H2似乎不可能。故发生以下电极反应：负极：2Zn－4e－===2Zn2＋，正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。答案负极：2Zn－4e－===2Zn2＋，正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。第2讲规律方法·解题指导【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4Li＋2SOCl2===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____________________。第2讲规律方法·解题指导解析分析反应的化合价变化，可得Li失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被还原，为氧化剂。(1)负极材料为Li(还原剂)，Li－e－===Li＋；(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2。答案(1)锂Li－e－===Li＋(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2第2讲规律方法·解题指导【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＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3负极：_________________________________________________正极：_________________________________________________答案4Al－12e－===4Al3＋3O2＋12e－＋6H2O===12OH－第2讲规律方法·解题指导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：①酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；②碱性电解质溶液，如NaOH溶液；③熔融氧化物，如Y2O3；④熔融碳酸盐，如K2CO3等。第2讲规律方法·解题指导第一步：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2H2＋O2===2H2O；甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反