原电池讲义.docx

原电池讲义.docx

《原电池讲义.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《原电池讲义.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

原电池讲义

原电池基础原理--讲义

【考纲要求】

1、掌握原电池的构成、原理和应用

2、了解常见的化学电源的种类和工作原理

3、能正确的书写电极反应

【真题体验】

1.

（2015·全国高考真题）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。

下列有关微生物电池的说法错误的是

A．正极反应中有CO2生成

B．微生物促进了反应中电子的转移

C．质子通过交换膜从负极区移向正极区

D．电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O

2．（2010·湖南高考真题）根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是

A．2Ag（s）＋Cd2＋（aq）=2Ag＋（aq）＋Cd（s）

B．

C．2Ag＋（aq）＋Cd（s）=2Ag（s）＋Cd2＋（aq）

D．

3．（2020·全国高考真题）一种高性能的碱性硼化钒（VB2）—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：

该电池工作时，下列说法错误的是

A．负载通过0.04mol电子时，有0.224L（标准状况）O2参与反应

B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高

C．电池总反应为

D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极

【基础知识点】

1、形成原电池的条件

①不同电极：

+（两侧不同即可）

②闭合回路：

外电路金属间或连接，电解质溶液提供

例：

判断能否形成原电池

3、基本功特训：

快速判断e-、i、离子移动方向/氧化还原反应

Fe-Cu-H2SO4Fe-Zn-HClZn-Ag-NaClFe-Cu-FeCl3

特殊：

活泼金属一定作负极（）

Mg-Al-NaOH

Fe-Cu-HNO3（浓）

二、含盐桥双液电池（盐桥：

、、琼脂）

1、盐桥作用：

2、常考类型

【双金属电极型】【气体参与型】

【可逆反应型】例：

已知：

2Fe3++2I-⇌2Fe2++I2，起始状态如图

电流表的方向：

电流表示数为零时：

电流表示数为零后，向左侧烧杯加入少量FeCl2固体，则指针

3、补：

浓差电池

（-）

（+）

氧化剂多（φ）作极

还原剂多（φ）作极

例：

（2019模考）利用下图装置进行实验，甲、乙两池中均为1mol/L的AgNO3溶液，A、B均为Ag电极．实验开始时只闭合K1，断开K2．一段时间后，断开K1，闭合K2，形成浓差电池，电流表指针偏转（Ag+浓度越大氧化性越强）．下列说法不正确的是（）

A.

闭合K1，断开K2后，A极质量增大

B.闭合K1，断开K2后，乙池溶液浓度上升

C.闭合K1，断开K2后，NO3﹣向B电极移动

D.闭合K1，断开K2后，A极发生氧化反应

三、化学电源

1、一次电源

普通的锌-锰干电池

正极-石墨棒，负极-锌筒,电解质-淀粉湖-NH4Cl与碳粉、MnO2的混合物。

电池反应：

Zn+NH4Cl+MnO2=ZnCl2+2NH3+Mn2O3+H2O

碱性锌锰干电池

电池反应：

Zn+2H2O+2MnO2=Zn（OH）2+2MnOOH

负极：

；

正极：

银锌电池：

用做负极，做正极，电解质溶液为，

电池反应为：

Zn+Ag2O+H2O=Zn（OH）2+2Ag

负极：

；

正极：

2、二次电池（可充电池）

①铅蓄电池

电解质溶液为（电解液：

H2SO4溶液）：

Pb+PbO2+4H++2SO42-===2PbSO4↓+2H2O

放电时，负极-Pb：

；

正极-Pb（PbO2）：

充电时，阴极：

：

阳极：

②镍镉（Ni—Cd）可充电电池

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。

负极：

；

正极：

3、燃料电池：

（1）燃料电池在放电时发生的总反应和燃料燃烧时的总反应实质相同，但反应方程式不一定相同。

如：

甲烷碱性燃料电池总反应和燃烧反应方程式：

CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O（碱性）；CH4+2O2

CO2+2H2O（酸性）

（2）一般是由O2作氧化剂，可燃物为还原剂。

所以可燃物为极反应物，发生反应，O2为极反应物，发生反应。

（3）燃料电池铂电极的作用：

吸附燃料气和催化燃料气的反应（加快反应速率）

（4）O2在正极放电的电极方程式写法：

①酸性介质：

②碱性或中性介质：

③固体氧化物熔融传导O2—：

④熔融碳酸盐：

练习1：

熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混和物作电解质,CO为负极燃气，空气与CO2的混和气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。

完成有关电极及电池方程式

负极：

2CO+2CO32-—4e—==4CO2

正极：

总反应式

2.燃料电池以还原剂（如氢气、烃类、甲醇等）为负极反应物，以氧化剂（如氧气、空气等）为正极反应物。

（1）以碱性溶液为电解质溶液构成的乙醇燃料电池反应方程式为：

。

负极反应：

。

正极反应：

。

（2）以酸性溶液为电解质溶液构成的氢氧燃料电池反应方程式为：

负极反应：

。

正极反应：

。

4、新型的电池

（1）（2011·福建高考真题）研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。

该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。

关于该电池的下列说法不正确的是

A．水既是氧化剂又是溶剂B．放电时正极上有氢气生成

C．放电时OH-向正极移动D．总反应为：

（2）：

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

LiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li＋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.

B．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-=LiFePO4

（3）市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。

它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传导Li

的高分子材料。

这种锂离子电池的电池反应为：

Li+2Li0.35NiO22Li0.85NiO2

下列说法不正确的是（）

A．放电时，负极的电极反应式：

Li-e

=Li

B．充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应

C．该电池不能用水溶液作为电解质D．放电过程中Li

向负极移动

（4）（2014·全国高考真题）2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。

下列叙述错误的是

A．a为电池的正极

B．电池充电反应为LiMn2O4

Li1-xMn2O4+xLi

C．放电时，a极锂的化合价发生变化

D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移

（5）（2014·天津高考真题）已知：

锂离子电池的总反应为：

LixC+Li1-xCoO2

C+LiCoO2，锂硫电池的总反应为：

2Li+S

Li2S，有关上述两种电池说法正确的是

A．锂离子电池放电时，Li+向负极迁移

B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应

C．理论上两种电池的比能量相同

D．上图表示用锂离子电池给锂硫电池充电

（6）（2007·天津高考真题）天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。

锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴（LiCoO2），充电时LiCoO2中Li被氧化，Li＋迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳（C6）中，以LiC6表示。

电池反应为LiCoO2+C6CoO2+LiC6，下列说法正确的是

A．充电时，电池的负极反应为LiC6－e－=Li+C6

B．放电时，电池的正极反应为CoO2+Li＋+e－=LiCoO2

C．羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质

D．锂离子电池的比能量（单位质量释放的能量）低

四、金属腐蚀及防护

1、形成原因

Fe---C介质（酸性、中性、碱性）

酸性：

析氢腐蚀

（-）

（+）

中性碱性：

吸氧腐蚀

（-）

（+）

例：

下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面图。

下列说法正确的是（）

A．

该电化腐蚀为析氢腐蚀

B．图中生成铁锈最多的是C区域

C．A区域比B区域更易腐蚀

D．铁闸中的负极的电极反应：

Fe-2e－=Fe2+

练：

将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区（a）已被腐蚀而变暗，在液滴外沿棕色铁锈环（b），如图所示．导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少．下列说法正确的是（）

A．液滴中的Cl-由a区向b区迁移

B.液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：

O2+2H2O+4e-=4OH-

C.液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2+由a区向b区迁移，与b区的OH-形成Fe（OH）2，进一步氧化、脱水形成铁锈

D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，

则负极发生的电极反应为：

Cu-2e-=Cu2+

2、防护措施

合金法（掺）、油膜、刷漆、烤蓝（）

电镀：

镀锌镀层破损后，

镀锡镀层破损后，

牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极保护法

四、原电池原理的应用

①判断金属的活动性

②加快反应速率：

例如：

实验室制备氢气时，总会加少量硫酸铜

③金属的防护——牺牲阳极的阴极保护法

【巩固练习】

1．（2020·山东高考真题）微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。

现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水（以含CH3COO-的溶液为例）。

下列说法错误的是

A．负极反应为

B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜

C．当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5g

D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2:

1

2．（2015·江苏高考真题）一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。

下列有关该电池的说法正确的是（）

A．反应

，每消耗1molCH4转移12mol电子

B．电极A上H2参与的电极反应为：

H2+2OH--2e-=2H2O

C．电池工作时，CO32-向电极B移动

D．电极B上发生的电极反应为：

O2+2CO2+4e－=2CO32-

3．（2020·全国高考真题）科学家近年发明了一种新型Zn−CO2水介质电池。

电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。

下列说法错误的是

A．放电时，负极反应为

B．放电时，1molCO2转化为HCOOH，转移的电子数为2mol

C．充电时，电池总反应为

D．充电时，正极溶液中OH−浓度升高

4．（2018·浙江高考真题）最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。

下列说法不正确的是

A．右边吸附层中发生了还原反应

B．负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－=2H2O

C．电池的总反应是2H2＋O2=2H2O

D．电解质溶液中Na＋向右移动，

向左移动

5.（2019·天津高考真题）我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。

图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。

下列叙述不正确的是

A．放电时，a电极反应为

B．放电时，溶液中离子的数目增大

C．充电时，b电极每增重

，溶液中有

被氧化

D．充电时，a电极接外电源负极

6.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。

高铁电池的总反应为

3Zn+2K2FeO4+8H2O　　　3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH

下列叙述不正确的是（）

A．放电时负极反应为：

3Zn—6e—+6OH—=3Zn（OH）2

B．充电时阳极反应为：

2Fe（OH）3—6e—+10OH—=2FeO42—+8H2O

C．放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化

D．放电时正极附近溶液的碱性增强

7．（2020·江苏高考真题）CO2/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。

（2）HCOOH燃料电池。

研究HCOOH燃料电池性能的装置如图-2所示，两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。

①电池负极电极反应式为_____________；放电过程中

需补充的物质A为_________（填化学式）。

②图-2所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过

HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反

应的离子方程式为_______________。

8．（2009·海南高考真题）Li—SOCl2电池可用于心脏起搏器。

该电池的电极材料分别为锂和碳，电解质溶液是LiAlCl4—SOCl2。

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___________________________。

（3）SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。

如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是___________________，反应的化学方程式为______。

（4）组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是__________________。