云南省德宏州梁河县一中届高三化学一轮复习 原电池化学电源学案.docx
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云南省德宏州梁河县一中届高三化学一轮复习原电池化学电源学案
云南省德宏州梁河县一中2014届高三化学一轮复习原电池化学电源学案
课题：
原电池化学电源
【考纲要求】1.知道原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。
2.知道常见化学电源的种类及其工作原理。
一、课前准备区
知识点一 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）
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
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________________。
总之原电池的工作原理和电子流向可用下列图示表示：
【问题思考】在原电池中是否较活泼金属一定作负极？
原电池内部阴、阳离子如何移动？
怎样判断原电池的正负极？
知识点二 化学电源
1．一次电池
（1）碱性锌锰干电池
负极反应：
_____________________________________________________；
正极反应：
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；
总反应式：
Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2。
（2）锌银电池
负极反应：
______________________________________________________；
正极反应：
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应式：
Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag。
2．二次电池（可充电，可多次重复使用）
如铅蓄电池：
H2SO4作电解质溶液
负极反应：
_____________________________________________________；
正极反应：
PbO2＋2e－＋4H＋＋SO
===PbSO4＋2H2O；
总反应式：
Pb＋PbO2＋2H2SO4
2PbSO4＋2H2O。
【问题思考】可充电电池充电时，电极与外接电源的正负极如何连接？
发生什么变化？
3．燃料电池
（1）氢氧燃料电池
①用酸性电解质时：
负极：
_________________________________________________________；
正极：
_________________________________________________________；
总反应：
H2＋
O2===H2O。
②用NaOH等碱性溶液时：
负极：
_________________________________________________________；
正极：
_________________________________________________________；
总反应：
H2＋
O2===H2O。
（2）CH4燃料电池：
电解质为KOH
负极：
_________________________________________________________；
正极：
_________________________________________________________；
总反应：
CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O。
【问题思考】氢氧燃料电池在碱性介质中如何反应？
反应后溶液的碱性有何变化？
二、课堂活动区
（一）、原电池电极反应式的书写
2．复杂电极反应式的书写
如CH4酸性燃料电池中，负极反应式为
CH4＋2O2―→CO2＋2H2O……总反应式①
____________________________……正极反应式②
______________________……负极反应式（①－②）
【典例1】 科学工作者为心脏病人设计的心脏起搏器的电池是以Pt和Zn为电极材料，依靠人体内液体中含有一定浓度的溶解氧、H＋和Zn2＋进行工作。
回答下列问题：
（1）正极材料是________，电极反应是_______________________________。
（2）负极材料是________，电极反应是_______________________________。
【典例2】（2008·广东，16改编）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
C．充电过程中，电池正极材料的质量增加
D．放电时电池正极反应为FePO4＋Li＋＋e－===
LiFePO4
（二）、原电池原理的应用
1．加快氧化还原反应速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率________。
例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率________。
【典例3】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（ ）
2．比较金属活动性强弱
两种金属作原电池的两极时，其活泼性与正极、负极有什么关系？
【典例4】有A、B、C、D四种金属。
将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀。
将A、D分别投入等浓度盐酸中，D比A反应剧烈。
将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化。
如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。
据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是（ ）
A．D、C、A、BB．D、A、B、CC．D、B、A、CD．B、A、D、C
3．设计化学电源
（1）设计原电池的一般思维方法是什么？
（2）设计原电池时，对电解质溶液有何要求？
若有盐桥时两个半电池中的电解质溶液是否相同？
（3）在电极材料的选择使用方面有何要求？
电极材料必须参与化学反应吗？
【典例5】根据下列氧化还原反应设计一个原电池：
2FeCl3＋Fe===3FeCl2。
要求：
（1）画出此原电池的装置图，装置可采用烧杯。
（2）注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。
（3）写出两个电极上发生的电极反应。
【课后作业】
【高考集训】
题组一 原电池正、负极的判断与电极反应式的书写
1．（2011·福建理综，11）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2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
2．（2011·安徽理综，12）研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl
下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是（ ）
A．正极反应式：
Ag＋Cl－－e－===AgCl
B．每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子
C．Na＋不断向“水”电池的负极移动
D．AgCl是还原产物
3．（2011·广东理综，12）某小组为研究电化学
原理，设计如图装置。
下列叙述不正确的是（ ）
A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出
B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为
Cu2＋＋2e－===Cu
C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D．a和b分别连接直流电流正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动
4．（2010·福建理综，11）铅蓄电池的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，研读下图，下列判断不正确的是（ ）
A．K闭合时，d电极反应式：
PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO
B．当电路中转移0.2mol电子时
，Ⅰ中消耗的H2SO4为0.2mol
C．K闭合时，Ⅱ中SO
向c电极迁移
D．K闭合一段时间后，Ⅱ可单独作为原电池，d电极为正极
5．（2010·广东，23改编）铜锌原电池（如图）工作时，下列叙述正确的是（ ）
A．正极反应为Zn－2e－===Zn2＋
B．电池反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
C．在外电路中，电子从正极流向负极
D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液
题组二 原电池原理的应用
6．（2011·江苏，18）Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，可通过下列方法制备：
在KOH溶液中加入适量AgNO3溶液，生成Ag2O沉淀，保持反应温度为80℃，边搅拌边将一定量K2S2O8溶液缓慢加到上述混合物中，反应完全后，过滤、洗涤、真空干燥得固体样品。
反应方程式为2AgNO3＋4KOH＋K2S2O8
Ag2O2↓＋2KNO3＋2K2SO4＋2H2O
回答下列问题：
（1）上述制备过程中，检验洗涤是否完全的方法是
________________________________________________________________。
（2）银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液，电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn（OH）4，写出该电池反应方程式：
________________________________________________________________。
（3）准确称取上述制备的样品（设仅含Ag2O2和Ag2O）2.588g，在一定条件下完全分解为Ag和O2，得到224.0mLO2（标准状况下）。
计算样品中Ag2O2的质量分数（计算结果精确到小数点后两位）。
7．（2009·天津理综，10）氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。
如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。
请回答：
（1）氢氧燃料电池的能量转化的主要形式
是____________________，在导线中电子
流动方向为________（用a、b表示）。
（2）负极反应式为
________________________________________________________________。
（3）电极表面镀铂粉的原因是
____________________________________________
___________________。
（4）该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。
因此，大量安全储氢是关键技术之一。
金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：
Ⅰ.2Li＋H2
2LiH
Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑
①反应Ⅰ中的还原剂是____________，反应Ⅱ中的氧化剂是___________。
②已知LiH固体密度为0.82g·cm－3，用锂吸收224L（标准状况）H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为________。
③由②生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为________mol。
【考点集训】
题组一 原电池原理及其应用
1．理论上不能用于设计成原电池的反应是（ ）
A．HCl＋NaOH===NaCl＋H2O ΔH＜0
B．2CH3OH（l）＋3O2（g）
2CO2（g）＋4H2O（l） ΔH＜0
C．4Fe（OH）2（s）＋2H2O（l）＋O2（g）===4Fe（OH）3（s） ΔH＜0
D．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l） ΔH＜0
2．X、Y、Z都是金属，把X投入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成原电池时，Y为电池的负极，X、Y、Z三种金属的活泼性顺序为（ ）
A．X>Y>ZB．X>Z>YC．Y>X>ZD．Y>Z>X
3．（2011·吉林模拟）依据氧化还原反应：
2Ag＋（aq）＋Cu（s）===Cu2＋（aq）＋2Ag（s）设计的原电池如下图所示。
请回答下列问题：
（1）电极X的材料是______；电解质溶液Y
是_________________________；
（2）银电极为电池的________极，发生的电
极反应为__________________________________________________；
X电极上发生的电极反应为______________________________________；
（3）外电路中的电子是从________电极流向________电极。
题组二 原电池正、负极的判断和电极反应式的书写
4．将两个铂电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH4和O2，构成甲烷燃料电池。
已知，通入CH4的一极，其电极反应式是CH4＋10OH－－8e－===CO
＋7H2O；通入O2的另一极，其电极反应式是2O2＋4H2O＋8e－===8OH－。
下列叙述不正确的是（ ）
A．通入CH4的电极为负极B．正极发生氧化反应
C．燃料电池工作时，溶液中的OH－向负极移动
D．该电池使用一段时间后应补充KOH
5．科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它以丙烷气体为燃料。
电池中的一极通入空气，另一极通入丙烷气体，电解质是固态氧化物，在熔融状态下能传导O2－。
下列对该燃料电池的说法不正确的是（ ）
A．在熔融电解质中，O2－由负极移向正极
B．该电池的总反应是C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O
C．电路中每通过5mol电子，约有5.6L标准状况下的丙 烷被完全氧化
D．通入丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应为
C3H8－20e－＋10O2－===3CO2＋4H2O
6．（2011·宁波质检）一种燃料电池中发生的化学反应为：
在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。
该电池负极发生的反应是（ ）
A．CH3OH（g）＋O2（g）－2e－===H2O（l）＋CO2（g）＋2H＋（aq）
B．O2（g）＋4H＋（aq）＋4e－===2H2O（l）
C．CH3OH（g）＋H2O（l）－6e－===CO2（g）＋6H＋（aq）
D．O2（g）＋2H2O（l）＋4e－===4OH－
7.
（1）将Al片和Cu片用导线相连，插入稀H2SO4中组成原电池，写出电极名称及电极反应式：
Al片（ ）_____________________________________________________，
Cu片（ ）____________________________________________________。
（2）若将Al片和Cu片用导线相连，插入浓HNO3中能否组成原电池？
________（填“能”或“不能”），若能组成原电池，写出电极名称及电极反应式：
Al片（ ）_____________________________________________________，
Cu片（ ）_____________________________________________________。
题组三 综合探究
8．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
_________________________________________________________________
________________________________________________________________。
反思
学案38 原电池 化学电源
【课前准备区】
知识点一
1．化学 电
2.
电极名称
负极
正极
电极材料
锌片
铜片
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
由Zn沿导线流向Cu
3.
（1）活泼性不同
（2）电解质溶液 （3）闭合回路 （
4）氧化还原反应
知识点二
1．（1
）Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2
（2）Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2
2．Pb＋SO
－2e－===PbSO4
3．
（1）①H2－2e－===2H＋
O2＋2H＋＋2e－===H2O②H2＋2OH－－2e－===2H2O
O2＋H2O＋2e－===2OH－
（2）CH4＋10OH－－8e－===CO
＋7H2O
2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
问题思考
1．不一定，例如将Mg和Al用导线连接插入NaOH溶液中，Al作负极，Mg作正极。
2．根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原理可知，在电解质溶液中，阴离子移向负极，阳离子移向正极。
3．
（1）根据电子流动方向判断。
在原电池中，电子流出的一极是负极；电子流入的一极是正极。
（2）根据两极材料判断。
一般活泼性较强金属为负极；活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
（3）根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。
阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
（4）根据原电池两极发生的变化来判断。
负极总是失去电子，发
生氧化反应，正极总是得到电子，发生还原反应。
（5）根据现象判断。
溶解的一极为负极，质量增加或放出气体的一极为正极。
4.
5．负极反应：
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应式：
2H2＋O2===2H2O
从上述反应可以看出，虽然OH－反应前后的量不变，但有水生成，介质溶液的碱性减弱。
【课堂活动区】
一、1.氧化反应 还原反应 电荷 质量 得失电子
2．总反应式 较简单一极的电极反应式 2O2＋8H＋＋8e－===4H2O CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋
二、1.加快 加快
2．一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
3．
（1）一般思维方法：
①首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；②根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料（负极就是失电子的物质，正极用比负极活泼性差的金属即可，也可以用石墨）及电解质溶液。
③按要求画出原电池装置图。
（2）电解质溶液的要求：
电解质是使负极放电的物质。
因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如空气中的氧气）。
但如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。
如在锌
铜原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的溶液中。
但H2—KOH—O2构成的电池中两个半电池中可都用KOH溶液。
（3）电极材料的选择
在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。
并且，原电池的电极必须导电。
电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料（也可以是还原性较强的非金属材料如H2、CH4等）。
典例
1．
（1）Pt O2＋2H2O＋4e－===4OH－
（2）Zn 2Zn－4e－===2Zn2＋
解析 Zn比Pt活泼，Zn作为原电池的负极，Zn失去电子，Pt作为原电池的正极，因人的体内液体不可能呈较强酸性，故正极上O2得到电子，发生还原反应。
2．D [由于Li能和稀H2SO4、H2O反应，因此电解质不能用硫酸；放电过程为原电池原理，在原电池中，阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移动；充电过程是电解的过程，电解池的阳极失电子，即LiFePO4－e－===Li＋＋FePO4，因此阳极材料（LiFePO4）质量会减少；将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正极反应。
综合上述分析可知D正确。
]
3．A [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。
]
4．B [A、B形成原电池，B不易腐蚀，则A为负极，B为正极，活泼性：
A>B；A、D放入HCl中，D比A反应剧烈，则活泼性：
D>A；Cu不能置换B而Cu能置换C，则活泼性：
B>Cu>C。
总的活泼性：
D>A>B>C。
]
5．
（1）装置图如下：
（2）电池的正、负极及外电路中电子的流向如图所示。
（3）负极（Fe）：
Fe－2e－===Fe2＋；正极（C）：
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。
解析 根据原电池的构成条件——发生还原反应的物质作正极（或在正极上发生还原反应），发生氧化反应的物质作负极（或在负极上发生氧化反应）。
在上述反应里，固体铁中铁元素的化合价升高，发生氧化反应，应作原电池的负极；FeCl3中铁元素的化合价降低，发生还原反应，但因FeCl3易溶于水，不能直接作电极，所以要选用一种活动性比铁弱且与FeCl3溶液不反应的固体作辅助电极，这里可以采用石墨棒等。
【课后练习区】
高考集训
1．C [根据题给信息知锂水电池的总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，D正确；在反应中氢元素的化合价降低，因此H2O作氧化剂，同时又起到溶剂的作用，A正确；放电时正极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，B正确；正极周围聚集大量O
H－，因此溶液中的阳离子Li＋向正极移动，负极周围聚集大量Li＋，因此溶液中的阴离子OH－向负极移动，C错误。
]
2．B [由电池总反应式可知，Ag在负极失去电子，生成氧化产物AgCl，每生成2molAgCl，即生成1molNa2Mn5O10时，转移2mol电子，故A、D错误，B正确；Na＋应向电池的正极移动，C错误。
]
3．D [铁的活泼性强于铜，故铁能置换出铜且附着在铁棒上，A正确；B项构成原电池，铜片为正极，B正确；C项中无论a和b是否连接，都有铁被氧化生成亚铁离子，故C正确；D项中铜离子应移向铁电极，故D错误。
]
4．C [由图
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