高届高级步步高高中化学一轮复习全套课件学案第六章第21讲.docx
《高届高级步步高高中化学一轮复习全套课件学案第六章第21讲.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高届高级步步高高中化学一轮复习全套课件学案第六章第21讲.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
高届高级步步高高中化学一轮复习全套课件学案第六章第21讲
第21讲 原电池 化学电源
考纲要求
1.理解原电池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式。
2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。
考点一 原电池的工作原理及应用
1.概念和反应本质
原电池是把化学能转化为电能的装置,其反应本质是氧化还原反应。
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（一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应）。
（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中。
3.工作原理
以锌铜原电池为例
（1）反应原理
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片沿导线流向Cu片
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
（2）盐桥的组成和作用
①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:
a.连接内电路,形成闭合回路；b.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,负极一般是活动性较强的金属,正极一般是活动性较弱的金属（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。
（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根据原电池的工作原理,结合两个半反应,选择正、负电极材料以及电解质溶液。
（1）理论上,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）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（×）
（4）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（×）
（5）两种活泼性不同的金属组成原电池的两极,活泼金属一定作负极（×）
（6）一般来说,带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高（√）
1.在如图所示的4个装置中,不能形成原电池的是_____（填序号）,并指出原因_______。
【参考答案】：
①④ ①中酒精是非电解质；④中未形成闭合回路。
2.设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。
（1）写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式:
_____________________________。
（2）若要将上述反应设计成原电池,电极反应式分别是:
①负极:
__________________________________________________________________。
②正极:
__________________________________________________________________。
（3）在框中画出装置图,指出电极材料和电解质溶液:
①不含盐桥
②含盐桥
【参考答案】：
（1）2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
（2）①Cu－2e－===Cu2＋
②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
（3）
①不含盐桥
②含盐桥
题组一 原电池的工作原理
1.（2018·成都模拟）课堂学习中,同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流表、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。
下列结论错误的是（ ）
A.原电池是将化学能转化成电能的装置
B.原电池由电极、电解质溶液和导线等组成
C.图中a极为铝条、b极为锌片时,导线中会产生电流
D.图中a极为锌片、b极为铜片时,电子由铜片通过导线流向锌片
【参考答案】：
D
【试题解析】：
D项,a极为负极,电子由负极（锌片）流出。
2.（2015·天津理综,4）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（SO
）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
【参考答案】：
C
【试题解析】：
A项,由锌的活泼性大于铜,可知铜电极为正极,在正极上Cu2＋得电子发生还原反应生成Cu,错误；B项,由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,故甲池的c（SO
）不变,错误；C项,在乙池中Cu2＋＋2e－===Cu,同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中,由于M（Zn2＋）>M（Cu2＋）,故乙池溶液的总质量增加,正确；D项,阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,电解过程中Zn2＋通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡,阴离子是不能通过交换膜的,错误。
3.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↑
【参考答案】：
B
【试题解析】：
②中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能和NaOH溶液反应失去电子,故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化,Cu和浓HNO3反应失去电子作负极,A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑,负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO
＋4H2O,二者相减得到正极反应式为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。
原电池的工作原理简图
注意 ①电子移动方向:
从负极流出沿导线流入正极,电子不能通过电解质溶液。
②若有盐桥,盐桥中的阴离子移向负极区,阳离子移向正极区。
③若有交换膜,离子可选择性通过交换膜,如阳离子交换膜,阳离子可通过交换膜移向正极。
题组二 原电池原理的应用
4.（加快化学反应速率）等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀H2SO4中,同时向a中滴入少量的CuSO4溶液,如图表示产生H2的体积（V）与时间（t）的关系,其中正确的是（ ）
【参考答案】：
D
【试题解析】：
a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu,Zn的量减少,产生H2的量减少,但Zn、Cu和稀H2SO4形成原电池,加快反应速率,D项图示符合要求。
5.（比较金属活动性）有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:
实验装置
部分实验现象
a极质量减少；b极质量增加
b极有气体产生；c极无变化
d极溶解；c极有气体产生
电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动顺序是（ ）
A.a＞b＞c＞dB.b＞c＞d＞a C.d＞a＞b＞cD.a＞b＞d＞c
【参考答案】：
C
【试题解析】：
把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④,则由实验①可知,a作原电池负极,b作原电池正极,金属活动性:
a＞b；由实验②可知,b极有气体产生,c极无变化,则活动性:
b＞c；由实验③可知,d极溶解,则d作原电池负极,c作正极,活动性:
d＞c；由实验④可知,电流从a极流向d极,则d极为原电池负极,a极为原电池正极,活动性:
d＞a。
综上所述可知活动性:
d＞a＞b＞c。
6.（金属的防护）为保护地下钢管不受腐蚀,可采取的措施有（ ）
A.与石墨棒相连B.与铜板相连
C.埋在潮湿、疏松的土壤中D.与锌板相连
【参考答案】：
D
【试题解析】：
A项,石墨棒与铁构成原电池,铁活泼,失电子作负极,被腐蚀；B项,铜板与铁构成原电池,铁比铜活泼,失电子作负极,被腐蚀；C项,在潮湿、疏松的土壤中,铁与土壤中的碳、水、空气构成原电池,铁失电子作负极,被腐蚀；D项,锌板与铁构成原电池,锌比铁活泼,锌失电子作负极,锌被腐蚀,铁被保护。
题组三 聚焦“盐桥”原电池
7.（2018·河北高三模拟）根据下图,下列判断中正确的是（ ）
A.烧杯a中的溶液pH降低
B.烧杯b中发生氧化反应
C.烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
D.烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
【参考答案】：
B
【试题解析】：
由题给原电池装置可知,电子经过导线,由Zn电极流向Fe电极,则O2在Fe电极发生还原反应:
O2＋2H2O＋4e－===4OH－,烧杯a中c（OH－）增大,溶液的pH升高；烧杯b中,Zn发生氧化反应:
Zn－2e－===Zn2＋。
8.控制适合的条件,将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。
下列判断不正确的是（ ）
A.反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应
B.反应开始时,甲中石墨电极上Fe3＋被还原
C.电流表读数为零时,反应达到化学平衡状态
D.电流表读数为零后,在甲中加入FeCl2固体,乙中的石墨电极为负极
【参考答案】：
D
【试题解析】：
由图示结合原电池原理分析可知,Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原,I－失去电子变成I2被氧化,所以A、B正确；电流表读数为零时,Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率,反应达到平衡状态,C正确；在甲中加入FeCl2固体,平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动,I2被还原为I－,乙中石墨为正极,D不正确。
9.依据氧化还原反应:
2Ag＋（aq）＋Cu（s）===Cu2＋（aq）＋2Ag（s）设计的原电池如图所示（盐桥为盛有KNO3琼脂的U形管）。
请回答下列问题:
（1）电极X的材料是________；电解质溶液Y是________（填化学式）。
（2）银电极为电池的________极,其电极反应为_________________________________。
（3）盐桥中的NO
移向________溶液。
【参考答案】：
（1）Cu AgNO3
（2）正 Ag＋＋e－===Ag （3）Cu（NO3）2
考点二 常见化学电源及工作原理
一、一次电池:
只能使用一次,不能充电复原继续使用
1.碱性锌锰干电池
总反应:
Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2。
负极材料:
Zn。
电极反应:
Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2。
正极材料:
碳棒。
电极反应:
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。
2.纽扣式锌银电池
总反应:
Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag。
电解质是KOH。
负极材料:
Zn。
电极反应:
Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2。
正极材料:
Ag2O。
电极反应:
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
3.锂电池
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8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。
（1）负极材料为________,电极反应为_________________________________________。
（2）正极的电极反应为_______________________________________________________。
【参考答案】：
（1）锂 8Li－8e－===8Li＋
（2）3SOCl2＋8e－===2S＋SO
＋6Cl－
二、二次电池:
放电后能充电复原继续使用
1.铅蓄电池总反应:
Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）
2PbSO4（s）＋2H2O（l）
（1）放电时——原电池
负极反应:
Pb（s）＋SO
（aq）－2e－===PbSO4（s）；
正极反应:
PbO2（s）＋4H＋（aq）＋SO
（aq）＋2e－===PbSO4（s）＋2H2O（l）。
（2）充电时——电解池
阴极反应:
PbSO4（s）＋2e－===Pb（s）＋SO
（aq）；
阳极反应:
PbSO4（s）＋2H2O（l）－2e－===PbO2（s）＋4H＋（aq）＋SO
（aq）。
2.图解二次电池的充放电
3.二次电池的充放电规律
（1）充电时电极的连接:
充电的目的是使电池恢复其供电能力,因此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。
（2）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。
三、“高效、环境友好”的燃料电池
1.氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分为酸性和碱性两种。
种类
酸性
碱性
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式
2H2＋O2===2H2O
备注
燃料电池的电极不参与反应,有很强的催化活性,起导电作用
2.解答燃料电池题目的思维模型
3.解答燃料电池题目的几个关键点
（1）要注意介质是什么？
是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
（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。
（1）太阳能电池不属于原电池（√）
（2）手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池（×）
（3）铅蓄电池放电时,正极与负极质量均增加（√）
（4）碱性锌锰干电池是一次电池,其中MnO2是催化剂,可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长（×）
（5）燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能（×）
（6）以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池,放电过程中,H＋从正极区向负极区迁移（×）
（7）铅蓄电池工作时,当电路中转移0.1mol电子时,负极增重4.8g（√）
题组一 根据图示理解化学电源
1.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＋2NH
＋2MnO2===[Zn（NH3）2]2＋＋Mn2O3＋H2O。
下列关于锌锰干电池的说法中正确的是（ ）
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＋2NH
＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O
C.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6.5g
【参考答案】：
C
【试题解析】：
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,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。
2.Li－FeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池,其结构如图所示。
已知电池放电时的反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。
下列说法正确的是（ ）
A.Li为电池的正极
B.电池工作时,Li＋向负极移动
C.正极的电极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－
D.将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液,电池性能更好
【参考答案】：
C
【试题解析】：
A项,由
→
发生氧化反应,可知Li为电池负极；B项,电池工作时,阳离子（Li＋）移向正极；D项,由于2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑,故不能用LiCl的水溶液作为电解质溶液。
3.下图为钠高能电池的结构示意图,该电池的工作温度为320℃左右,电池的反应式为2Na＋xS===Na2Sx,正极的电极反应式为______________________________________________。
M（由Na2O和Al2O3制得）的两个作用是_______________________________________。
【参考答案】：
xS＋2e－===S
（或2Na＋＋xS＋2e－===Na2Sx） 导电和隔离钠与硫
题组二 可充电电池
4.（二次电池的理解与应用）镍镉（Ni－Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。
已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液,其充、放电按下式进行:
Cd＋2NiOOH＋2H2O
Cd（OH）2＋2Ni（OH）2,有关该电池的说法正确的是（ ）
A.充电时阳极反应:
Ni（OH）2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O
B.充电过程是化学能转化为电能的过程
C.放电时负极附近溶液的碱性不变
D.放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
【参考答案】：
A
【试题解析】：
放电时Cd的化合价升高,Cd作负极,Ni的化合价降低,NiOOH作正极,则充电时Cd（OH）2作阴极,Ni（OH）2作阳极,电极反应式为Ni（OH）2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O,A项正确；充电过程是电能转化为化学能的过程,B项错误；放电时负极电极反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd（OH）2,Cd电极周围OH－的浓度减小,C项错误；放电时OH－向负极移动,D项错误。
5.（2016·四川理综,5）某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放电时电池总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6（x<1）。
下列关于该电池的说法不正确的是（ ）
A.放电时,Li＋在电解质中由负极向正极迁移
B.放电时,负极的电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6
C.充电时,若转移1mole－,石墨（C6）电极将增重7xg
D.充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
【参考答案】：
C
【试题解析】：
放电时,负极反应为LixC6－xe－===xLi＋＋C6,正极反应为Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2,A、B正确；充电时,阴极反应为xLi＋＋C6＋xe－===LixC6,转移1mole－时,石墨C6电极将增重7g,C项错误；充电时,阳极反应为放电时正极反应的逆反应:
LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋,D项正确。
6.（2018·哈师大附中、东北师大附中、辽宁省实验中学一模）一种突破传统电池设计理念的镁－锑液态金属储能电池工作原理如图所示,该电池所用液体密度不同,在重力作用下分为三层,工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。
该电池工作一段时间后,可由太阳能电池充电。
下列说法不正确的是（ ）
A.放电时,Mg（液）层的质量减小
B.放电时正极反应为:
Mg2＋＋2e－===Mg
C.该电池充电时,Mg－Sb（液）层发生还原反应
D.该电池充电时,Cl－向中层和下层分界面处移动
【参考答案】：
C
【试题解析】：
A项,放电时,负极Mg失电子生成镁离子,则Mg（液）层的质量减小,正确；B项,正极镁离子得电子得到Mg,则放电时正极反应为:
Mg2＋＋2e－===Mg,正确；C项,该电池充电时,Mg－Sb（液）层为阳极,阳极发生失电子的氧化反应,错误；D项,该电池充电时,阴离子向阳极移动,即Cl－向中层和下层分界面处移动,正确。
题组三 燃料电池
7.某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时,该电池工作原理如图。
下列说法正确的是（ ）
A.a为CH4,b为CO2
B.CO
向正极移动
C.此电池在常温下也能工作
D.正极的电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO
【参考答案】：
D
【试题解析】：
电极反应式如下:
负极:
CH4－8e－＋4CO
===5CO2＋2H2O
正极:
2O2＋8e－＋4CO2===4CO
根据图示中电子的移向,可以判断a处通入甲烷,b处通入空气,CO
应移向负极,由于电解质是熔融盐,因此此电池在常温下不能工作。
8.（2018·苏州联考）科学家设计出质子膜H2S燃料电池,实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。
质子膜H2S燃料电池的结构示意图如下图所示。
下列说法错误的是（ ）
A.电极a为电池的负极
B.电极b上发生的电极反应:
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C.电路中每通过4mol电子,在正极消耗44.8LH2S
D.每17gH2S参与反应,有1molH＋经质子膜进入正极区
【参考答案】：
C
【试题解析】：
根据题目可知,该电池为燃料电池,根据燃料电池的特点,通氧气的一极为正极,故电极b为正极,电极a为负极,A项正确；电极b为正极,氧气得电子生成水,B项正确；从装置图可以看出,电池总反应为2H2S＋O2===S2＋2H2O,电路中每通过4mol电子,正极应该消耗1molO2,负极应该有2molH2S反应,但是题目中没有给定标准状况下,所以不一定是44.8L,故C错误；17gH2S即0.5molH2S,每0.5molH2S参与反应会消耗0.25molO2,根据正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2O,可知有1molH＋经质子膜进入正极区,故D正确。
9.（2018·福州模拟）锌—空气燃料电池可作电动车的动力电源,电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn＋O2＋2H2O＋4OH－===2Zn（OH）
。
下列说法正确的是（ ）
A.放电时,电解质溶液中K＋移向负极
B.放电时,电解质溶液的pH不变
C.充电时,阴极的反应为Zn（OH）
＋2e－===Zn＋4OH－
D.充电时,当有4.48L氧气（标准状况下）释放出来时,则析出固体Zn为13g
【参考答案】：
C
【试题解析】：
放电时,为原电池,溶液中阳离子向正极移动,即K＋向正极移动,故A错误；放电时,消耗氢氧根离子,碱性减弱,pH减小,故B错误；充电时,阴极上发生得电子的还原反应,则阴极反应为Zn（OH）
＋2e－===Zn＋4OH－,故C正确；产生1mol氧气,转移电子为4mol,充电时,当有4.48L氧气（标准状况下）释放出来时,转移电子的物质的量为
×4＝0.8mol,根据Zn～2e－,则析出固体Zn:
×65g·mol－1＝26g,故D错误。
1.（2018·全国卷Ⅲ,11）一种可充电锂—空气电池如图所示。
当电池放电时,O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x（x＝0或1）。
下列说法正确的是（ ）
A.放电时,多孔碳材料电极为负极
B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C.充电时,电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移
D.充电时,电池总反应为Li2O2－x===2Li＋（1－
）O2
【参考答案】：
D
【试题解析】：
由题意知,放电时负极反应为Li－e－===Li＋,正极反应为（2－x）O2＋4Li＋＋4e－===2Li2O2－x（x＝0或1）,电池总反应为（1－
）O2＋2Li===Li2O2－x。
充电时的电池总反应与放电时的电池总反应互为逆反应,故充电时电池总反应为Li2O2－x===2Li＋（1－
）O2,D项正确；该电池放电时,金属锂为负极,多孔碳材料为正极,A项错误；该电池放电时,外电路
升级会员 