2020年高考化学一轮复习 第六章 第二节 原电池 化学电源课件 新人教版

第二节原电池化学电源考向一原电池的工作原理【通考点·融会贯通】1.原电池原理示意图2.原电池的判断方法(1)有无外接电源。有外接电源为电解池,无外接电源的可能为原电池,再依据原电池的形成条件分析判断,主要是“四看”:①看电极——两极为导体且存在活泼性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极);②看溶液——两极插入溶液中;③看回路——形成闭合回路或两极直接接触;④看本质——有无氧化还原反应发生。(2)多池相连。无外接电源时,两极活泼性差异最大的一池为原电池,其他各池可看作电解池。【通考题·触类旁通】1.(2019·武汉模拟)某原电池结构如图所示,下列有关该原电池的说法正确的是()A.碳棒是负极,铁片是正极B.放电时,铁片上有铜析出,碳棒逐渐溶解C.正极反应式为:Cu2++2e-====CuD.放电时,电子流向:C→电流表→Fe【解析】选C。Fe易失电子作负极、C作正极,故A错误;放电时,负极反应为:Fe-2e-====Fe2+,则铁逐渐溶解,正极反应式为:Cu2++2e-====Cu,则碳棒上有铜析出,故B错误;放电时,正极反应式为:Cu2++2e-====Cu,故C正确;放电时,电子从负极沿导线流向正极,则电子流向为:Fe→电流表→C,故D错误。2.(2019·长沙模拟)分析如图所示的四个原电池装置,下列结论正确的是()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D.④中Cu作正极,电极反应式为:2H++2e-====H2↑【解析】选B。电解质溶液不同会导致两极反应发生改变。当稀硫酸作电解质溶液时,Mg作负极(活动性MgAl);当NaOH溶液作电解质溶液时,Al作负极(Mg不与NaOH溶液反应);③中Cu作负极,反应式为:Cu-2e-====Cu2+,Fe作正极,因为常温下,Fe遇浓硝酸发生钝化;④中Cu作正极,电极反应式为:2H2O+O2+4e-====4OH-。3.在如图所示的装置中,a的金属活动性比氢要强,b为碳棒,下列关于此装置的叙述不正确的是()A.碳棒上有气体放出,溶液pH变大B.a是正极,b是负极C.导线中有电子流动,电子从a极经导线流向b极D.a极上发生了氧化反应【解析】选B。电极a、b与电解质溶液稀H2SO4组成原电池。因活动性ab(碳棒)且aH,所以a为电池的负极,b为正极。电极反应式:a(负)极:a-ne-====an+(氧化反应)b(正)极:nH++ne-====H2↑(还原反应)n2由于正极消耗H+,溶液中c(H+)减小,pH增大。在外电路中,电子由a极流出经电流表流向b极。4.如图所示,烧杯内盛有浓HNO3,在烧杯中放入用铜线相连的铁、铅两个电极,已知原电池停止工作时,Fe、Pb都有剩余。下列有关说法正确的是()A.Fe比Pb活泼,始终作负极B.Fe在浓HNO3中钝化,始终不会溶解C.电池停止工作时,烧杯中生成了Fe(NO3)3D.利用浓HNO3作电解质溶液不符合“绿色化学”思想【解析】选D。开始时,电解质溶液是浓HNO3,Fe在浓HNO3中钝化,所以开始时Pb是负极:Pb-2e-====Pb2+;随着反应的进行,浓HNO3变成稀HNO3,Fe变为原电池的负极:Fe-2e-====Fe2+。由于最终Fe有剩余,所以不会生成Fe(NO3)3。根据Pb与浓HNO3反应:Pb+4HNO3(浓)====Pb(NO3)2+2NO2↑+2H2O,过量的Fe与稀HNO3发生反应:3Fe+8HNO3(稀)====3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O,可知反应产生了有害气体NO2、NO,会污染环境,不符合“绿色化学”思想。故选D。【加固训练】水泥在固化过程中自由水分子减少并形成碱性溶液。根据这一物理化学特点,科学家发明了电动势法测水泥的初凝时间。此法的原理如图所示,反应的总方程式为2Cu+Ag2O====Cu2O+2Ag。下列有关说法正确的是()A.负极材料是银B.负极的电极反应式为:2Cu+2OH--2e-====Cu2O+H2OC.测量原理示意图中,电流方向从Cu经过导线流向Ag2OD.电池工作时,溶液中OH-向正极移动【解析】选B。在氧化还原反应中还原剂是铜,故铜作负极,A错误;由反应的总方程式可判断Cu为负极、Ag2O为正极,负极的电极反应式为:2Cu+2OH--2e-====Cu2O+H2O,电流方向从Ag2O经过导线流向Cu,B正确、C错误;电池工作时,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,D错误。考向二原电池原理的应用【通考点·融会贯通】1.比较金属的活动性强弱原电池中,负极一般是活动性较强的金属,正极一般是活动性弱的金属(或非金属)。2.加快化学反应速率氧化还原反应形成原电池时,反应速率加快。3.用于金属的防护将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。如要防止一个铁质的输水管道不被腐蚀,可用导线将其与一块锌块相连,锌块作原电池的负极。4.设计原电池的原则(1)能设计成原电池的反应一定是放热的氧化还原反应。(2)设计原电池时,负极材料确定之后,正极材料的选择范围较广,只要合理都可以,一般选用不活泼金属Pt或石墨。【通考题·触类旁通】1.某原电池的总反应的离子方程式是:Zn+====+Cu,则该反应的原电池组成正确的是()2Cu＋2Zn＋选项ABCD正极ZnCuAgCu负极CuZnCuFe电解质溶液CuCl2CuSO4H2SO4ZnCl2【解析】选B。根据原电池中发生的化学反应,负极反应为:Zn-2e-====Zn2+,正极反应为:Cu2++2e-====Cu。故选项B符合题意。2.把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中,用导线两两相连可以组成几个原电池。若a、b相连时a负极;c、d相连时电流由d到c;a、c相连时c极上产生大量气泡;b、d相连时b上有大量气泡产生,则四种金属的活动性顺序由强到弱为()A.abcdB.acdbC.cabdD.bdca【解析】选B。本题考查原电池。原电池中,活泼金属作负极,失去电子,溶解。a、b相连时a为负极,ab;c、d相连时电流由d到c,c为负极,cd;a、c相连时,c极上产生大量气泡,c作正极,ac;b、d相连时,b上有大量气泡产生,b为正极,db,综上:acdb,故选B。【加固训练】某合作学习小组的同学利用下列氧化还原反应设计原电池:2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4====2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O。盐桥中装有饱和K2SO4溶液,下列叙述中正确的是()A.乙烧杯中发生还原反应B.甲烧杯中溶液的pH逐渐减小C.电池工作时,盐桥中的移向甲烧杯D.外电路的电流方向是从a到b24SO【解析】选D。本题考查原电池的工作原理,意在考查学生对原电池工作原理的理解能力。乙烧杯中发生氧化反应:Fe2+-e-====Fe3+,A项错误;甲烧杯中发生还原反应:+8H++5e-====Mn2++4H2O,c(H+)减小,pH增大,B项错误;电池工作时,乙烧杯中正电荷增多,移向乙烧杯,C项错误;外电路的电流方向是从正极(a)到负极(b),D项正确。4MnO24SO考向三化学电源【通考点·融会贯通】1.二次电池(1)放电时为原电池,充电时为电解池。(2)充电时电极的连接:负极应与电源的负极相连以获得电子,可简记为负接负后作阴极,正接正后作阳极。(3)工作时的电极反应式:同一电极上的电极反应式,在充电与放电时,形式上恰好是相反的;同一电极周围的溶液,充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。2.燃料电池(1)要注意介质的类别:电解质溶液或熔融盐或氧化物。(2)通入负极的物质为燃料,通入正极的物质为氧气。(3)通过介质中离子的移动方向可判断电池的正负极,同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。【通考法·一通百通】巧用氧化还原反应电子得失——书写电极反应式1.根据题给电池书写反应方程式(1)给出总方程式,要求写电极反应式①先分析所给总反应方程式中反应物得失电子的数目,有时还要考虑电极反应生成的物质是否与电解质溶液中的离子发生反应。对于较为复杂的电极反应,可以利用“总反应离子方程式减去较简单一极电极反应式既得另一电极反应式”。②对于充电电池的电极反应式的书写,先判断电池放电时的正、负极,根据电池充电时阳极接正极,阴极接负极的原理,将电池放电时负极反应反着写,则为充电时阴极的反应式,而正极反应式反着写为充电时的阳极反应式。③电极反应式在书写时,结合介质环境和电荷守恒,补充适当的微粒,如酸性为H+和H2O、碱性为OH-和H2O(注意各种介质中可以出现的微粒形式)。(2)题目中有明确两个半电池的电极反应式书写①分析半电池中元素化合价的变化,找出升高和降低的元素,标出电子转移的数目②根据电子得失和守恒的原则,书写配平电极反应式2.根据题意文字叙述书写(1)首先根据题干信息,分析所规定的产物形式(2)然后找出所规定的产物是在阳极、阴极中的哪一极生成(3)根据氧化还原反应中电子得失写出电极反应式【通考题·触类旁通】角度1一次电池1.(2019·银川模拟)普通锌锰干电池的简图如图所示,它是用锌皮制成的锌筒作电极,中央插一根碳棒,碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物,并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜,隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn+2+2MnO2====[Zn(NH3)2]2++Mn2O3+H2O。下列关于锌锰干电池的说法中正确的是()4NHA.当该电池电压逐渐下降后,利用电解原理能重新充电复原B.电池负极反应式为2MnO2+2+2e-====Mn2O3+2NH3+H2OC.原电池工作时,电子从负极通过外电路流向正极D.外电路中每通过0.1mol电子,锌的质量理论上减小6.5g4NH【解析】选C。普通锌锰干电池是一次电池,不能充电复原,A项错误;根据原电池工作原理,负极失电子,电极反应式为Zn-2e-====Zn2+,B项错误;由负极的电极反应式可知,每通过0.1mol电子,消耗锌的质量是65g·mol-1×=3.25g,D项错误。0.1mol22.锂锰电池的体积小、性能优良,是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。回答下列问题:(1)外电路的电流方向是由________(填字母,下同)极流向________极。(2)电池正极反应式为________________________。(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂?________(填“是”或“否”),原因是_____________________________________________________________。【解析】(1)结合所给装置图以及原电池反应原理,可知Li作负极材料,MnO2作正极材料,所以电子流向是从a→b,那么电流方向则是b→a。(2)根据题目中的信息“电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2”,所以正极的电极反应式为MnO2+e-+Li+====LiMnO2。(3)因为负极的电极材料Li是活泼的金属,能够与水发生反应,故不能用水代替电池中的混合有机溶剂。答案:(1)ba(2)MnO2+e-+Li+====LiMnO2(3)否电极Li是活泼金属,能与水反应角度2燃料电池3.(2019·莆田模拟)一种以引火性高的联氨(N2H4)为燃料的环保电池,工作时产生稳定无污染的物质,原理如图所示。下列说法正确的是()A.N极为电源负极,联氨从c口通入B.负极上每消耗1molN2H4,转移6mol电子C.正极的电极反应式为:O2+2H2O+4e-====4OH-D.可将联氨改进为引火性低、稳定性好的N2H4·H2O【解析】选D。A.H+移向N极,则N极为电源正极,联氨应从b口通入,故A错误;B.原电池中负极发生氧化反应,正极发生