（江苏选考）2021版新高考化学一轮复习 专题6 化学反应与能量变化 2 第二单元 原电池 化学电源

第二单元原电池化学电源学习任务1原电池及其工作原理1．概念把化学能转化为电能的装置。2．构成条件(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生。(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。(3)三看是否形成闭合回路形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液。3．工作原理(以铜­锌原电池为例)电极名称负极正极电极材料ZnCu电极反应Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向(外电路)由负极沿导线流向正极离子流向(内电路)阴离子向负极移动，阳离子向正极移动；盐桥(含饱和KCl溶液)中离子流向：K＋移向正极，Cl－移向负极电池反应(离子方程式)Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu两类装置的不同点装置Ⅰ：还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，化学能既转化为电能，又转化为热能，造成能量损耗装置Ⅱ：还原剂Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，化学能仅转化为电能，避免能量损耗，故电流稳定，持续时间长（1）盐桥原电池中半电池的构成条件：电极金属和其对应的盐溶液。一般不要任意替换成其他阳离子盐溶液，否则可能影响效果。盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。（2）盐桥的作用,①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电荷，使原电池不断产生电流。4．原电池原理的应用(1)比较金属的活动性强弱原电池中，一般活动性强的金属做负极，而活动性弱的金属(或非金属)做正极。(2)加快化学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增大，如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu­Zn原电池，加快反应的进行。(3)用于金属的防护使需要保护的金属制品做原电池正极而受到保护，如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌做原电池的负极。(4)设计制作化学电源①首先将氧化还原反应分成两个半反应。②根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)理论上说，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池。()(2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极。()(3)用Mg、Al分别做电极，用NaOH溶液做电解质溶液，构成原电池，Mg为正极。()(4)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生。()(5)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动。()(6)一般来说，带有盐桥的原电池比不带盐桥的原电池能量转换效率高。()(7)在原电池中，正极材料本身一定不参与电极反应，负极材料本身一定要发生氧化反应。()(8)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳。()答案：(1)√(2)√(3)√(4)×(5)×(6)√(7)×(8)√2．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是________。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未形成闭合回路，故①③⑤⑧均不属于原电池。答案：②④⑥⑦3．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是()A．铜电极上发生氧化反应B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO2－4)减小C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡解析：选C。A.Cu做正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO2－4不参加电极反应，故甲池的c(SO2－4)基本不变，错误；C.电池工作时，甲池反应为Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64gCu析出，则进入乙池的Zn2＋为65g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。提升一原电池的工作原理及正、负极的判断1．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．①②中Mg做负极，③④中Fe做负极B．②中Mg做正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑C．③中Fe做负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋D．④中Cu做正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑解析：选B。①中Mg做负极；②中Al做负极；③中铜做负极；④是铁的吸氧腐蚀，Cu做正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。2．(2020·淮安模拟)如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是()A．电极Ⅰ上发生还原反应，做原电池的负极B．电极Ⅱ的电极反应式为Cu2＋＋2e－===CuC．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，其作用是传递电子解析：选C。该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。电极Ⅰ上发生还原反应，做原电池的正极，反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，电极Ⅱ为原电池负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递离子。(1)原电池中两极材料活泼性要求：①当电极材料参加反应时，要求两极材料活泼性不同；②当电极材料只起到导电作用时，两极材料可以相同也可以不同，如燃料电池两极材料都是多孔石墨等。(2)在原电池反应中较活泼金属不一定做负极。原电池反应中的氧化反应与还原反应的发生与电解质溶液的组成有关。例如：铝、镁与NaOH溶液构成的原电池中铝是负极；Al和Cu、浓硝酸构成的原电池中铜是负极，因为铝在浓硝酸中易钝化。(3)在原电池放电过程中，在正极表面得电子的是氧化性物质(不一定是阳离子)。提升二原电池原理的应用3．①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是()A．①③②④B．①③④②C．③④②①D．③①②④解析：选B。电流方向与电子流向相反，①②相连时，电流由②流向①，则金属活动性①②；①③相连时，③为正极，则金属活动性①③；②④相连时，②上有气泡逸出，则金属活动性④②；③④相连时，③的质量减少，则金属活动性③④。综上分析，可得金属活动性顺序为①③④②。4．某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为________________________________________________________________________。方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu做电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。正极：______________________________；负极：______________________________。方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)：________________________________________________________________________________________________________________________________________________，用离子方程式表示其反应原理：_________________________________________________________________________________________________________________。解析：方案Ⅰ：铁可以和稀硫酸(或稀盐酸)反应生成H2，而Cu在金属活动性顺序表中位于H的后面，不能置换出酸中的H。方案Ⅱ：利用原电池原理证明金属活动性FeCu，可以把铁片作为原电池的负极，铜片作为原电池的正极，稀硫酸作为电解质溶液，按要求组成闭合回路，画出装置图，并写出相应的电极反应式。也可以设计盐桥组成原电池。方案Ⅲ：可以利用金属与盐溶液的置换反应验证金属的活动性。把铁片插入CuSO4溶液中，观察现象。答案：方案Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑方案Ⅱ：2H＋＋2e－===H2↑(或Cu2＋＋2e－===Cu)Fe－2e－===Fe2＋方案Ⅲ：把一个光洁的铁片插入CuSO4溶液中，观察现象Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu5．把符合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示)。(1)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，则图像是________。解析：(1)加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，a中Zn减少，H2体积减小；(2)由于锌粉过量，H2SO4定量，产生H2的体积一样多；(3)当把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液时，由于CH3COO－＋H＋CH3COOH，a中c(H＋)减小，反应速率减小，但产生H2的体积不变。答案：(1)A(2)B(3)C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＋的相对量多少进行判断。(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，但不影响产生H2的总量。学习任务2化学电源1．碱性锌锰干电池——一次电池负极反应为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极反应为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；总反应式为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。2．银锌钮扣电池——一次电池银锌钮扣电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质溶液为KOH溶液，结构示意图如下：负极反应为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极反应为Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；总反应式为Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。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Pb，正极材料是PbO2。铅蓄电池放电时的反应：负极(Pb)：Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)，氧化反应；正极(PbO2)：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)，还原反应；总反应式：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。铅蓄电池充电时的反应：阴极(Pb)：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)，还原反应；阳极(PbO2)：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)，氧化反应；总反应式：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。铅蓄电池充电和放电的电池反应方程式：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)放电充电2PbSO4(s)＋2H2O(l)。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：种类酸性碱性负极反应式2H2－