第6章 第20讲 能量转化 电池.docx

1、第6章 第20讲 能量转化 电池考纲要求1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。考点一原电池的工作原理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原电池的构成条件(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：电解质溶液；两电极直接或间接接触；两电极插入电解质溶液中。3工作原理以锌铜原电池为例(

2、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Zn2e=Zn2Cu22e=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)盐桥的组成和作用盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。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。深度思考正误判断，正确的打“”，错误的打“”(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极()(2)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强()(3)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应()(4)在锌铜原电池中

3、，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)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()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)题组一原电池的形成条件及正负极的判断1有关电化学知识的描述正确的是()ACaOH2O=Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能B原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成C从理论上讲，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池D原电池工作时，正极表面一定有气泡产生答案C2在如图所示的8个装置中，属于原电池的是_。

4、答案3(2017福州质检)分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()A中Mg作负极，中Fe作负极B中Mg作正极，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2C中Fe作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2D中Cu作正极，电极反应式为2H2e=H2答案B解析中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；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；中电池总反应为2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，负极反应式为2Al8OH6e=2AlO4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O6e=6OH3H2，B正确；中Cu是正极，电极反应式为O2

5、2H2O4e=4OH，D错。1规避原电池工作原理的3个失分点(1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。(3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。2判断原电池正、负极的5种方法说明原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。题组二应用原电池原理比较金属活动性强弱4有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：(1)A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极，活动性_；(2)C、

6、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D导线C，活动性_；(3)A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡，活动性_；(4)B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应，活动性_；(5)用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出，活动性_。综上所述，这五种金属的活动性从强到弱的顺序为_。答案(1)AB(2)CD(3)AC(4)DB(5)BEACDBE5(2016襄阳一模)有A、B、C、D四种金属，做如下实验：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分别投入等物质的量浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化

7、，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()AABCD BCDABCDABC DABDC答案C解析A与B用导线连接后浸入电解质溶液中会构成原电池，B不易腐蚀，说明B为原电池的正极，说明金属活动性：AB；A、D与等物质的量浓度的盐酸反应，D比A反应剧烈，说明金属活动性：DA；根据置换反应规律，Cu不能置换出B，说明金属活动性：BCu，Cu能置换出C，说明金属活动性：CuC。则四种金属活动性的排列顺序是DABC。题组三聚焦“盐桥”原电池6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2H2e=H2D烧杯b中

8、发生的反应为2Cl2e=Cl2答案B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：O22H2O4e=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：Zn2e=Zn2。7控制适合的条件，将反应2Fe32I 2Fe2I2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检流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D检流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极答案D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

9、去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；检流计读数为零时，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；D项，在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe32I 2Fe2I2向左移动，I2被还原为I，乙中石墨为正极，D不正确。8下图、分别是甲、乙两组同学将反应“AsO2I2H AsOI2H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图B烧杯中逐滴加入适量40% NaOH溶液。下列叙述中正确的是()A甲组操作时，检流计(G)指针发生偏转B甲组操作时，溶液颜色变浅C乙组操作时，C2作正极D乙组操作时，C1上发生的电极反应为I22e=2I答案D解

10、析装置中的反应，AsO2I2H AsOI2H2O，当加入适量浓盐酸时，平衡向右移动，有电子转移，但电子不会沿导线通过，所以甲组操作时，检流计(G)指针不会发生偏转，但由于I2浓度增大，所以溶液颜色变深；向装置B烧杯中加入NaOH溶液中，C2上发生：AsO2e2OH=AsOH2O，电子沿导线到C1棒，I22e=2I，所以C2为负极，C1为正极。当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。考点二化学电源1日常生活中的三种电池(1)碱性锌锰干电池一次电池正极反应：2MnO22H

11、2O2e=2MnOOH2OH；负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2；总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。(2)锌银电池一次电池负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH；总反应：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。(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。放电时的反应a负极反应：PbSO2e=PbSO4；b正极反应：PbO24HSO2e=PbSO42H2O；c总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。充电时的反应a阴极反应：PbSO42e=PbSO；b阳极

12、反应：PbSO42H2O2e=PbO24HSO；c总反应：2PbSO42H2O=PbPbO22H2SO4。注可逆电池的充、放电不能理解为可逆反应。2“高效、环境友好”的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2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O24e4H=2H2OO22H2O4e=4OH电池总反应式2H2O2=2H2O备注燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用深度思考1可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？答案2(1)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将_(填“减小

13、”、“增大”或“不变”，下同)，溶液的pH_。(2)氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将_(填“减小”、“增大”或“不变”，下同)，溶液的pH_。答案(1)减小减小(2)减小增大1镍镉(NiCd)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：Cd2NiOOH2H2OCd(OH)22Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是()A充电时阳极反应：Ni(OH)2OHe=NiOOHH2OB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向正极移动答案A解析放电时Cd的化合

14、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)2OHe=NiOOHH2O，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Cd2OH2e=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。2有一种MCFC型燃料电池，该电池所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3。电池的总反应为2H2O2=2H2O，负极反应：H2CO2e=H2OCO2。下列说法正确的是()A电路中的电子经正极、熔融的K2CO3、负极后再到正极，形成闭合回路B电池放电时，电池中CO

15、的物质的量将逐渐减少C正极反应为：2H2OO24e=4OHD放电时CO向负极移动答案D解析电子不能通过熔融的K2CO3，故A项错误；该电池的正极反应为O24e2CO2=2CO，根据电子守恒，放电时负极消耗CO与正极生成CO的物质的量相等，电池中CO的物质的量不变，故B、C错误；放电时阴离子向负极移动，D项正确。3铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正、负极板是惰性材料，电池总反应式为PbPbO24H2SO2PbSO42H2O请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：(1)放电时：正极的电极反应式是_；电解液中H2SO4的浓度将变_；当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加_g。(2)在

16、完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按如图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成_，B电极上生成_，此时铅蓄电池的正极、负极的极性将_。答案(1)PbO22e4HSO=PbSO42H2O小48(2)PbPbO2对换解析(1)原电池里正极上得电子，负极上失电子。根据电池总反应式负极反应为PbSO2e=PbSO4质量增加 2 mol 96 g 1 mol m求得m48 g。(2)电解池里与电源正极相连的电极(阳极)上失电子，与电源负极相连的电极(阴极)上得电子。则阳极反应为PbSO42H2O2e=PbO24HSO；阴极反应为PbSO42e=PbSO。根据图示，电解一段时间后，原PbO2极变成Pb，原P

17、b极变成PbO2，即铅蓄电池的正负极的极性对换。可充电电池常考查内容(1)充、放电时电极的判断。(2)充、放电时电极反应及反应类型的判断。(3)充、放电时离子(外电路中电子的移动方向的判断)。(4)充、放电时电解质溶液离子浓度的变化，特别是酸、碱性的变化。近几年高考中的新型电池种类繁多，“储氢电池”、“高铁电池”、“海洋电池”、“燃料电池”、“锂离子电池”等，这些新型电源常以选择题的形式呈现。解析这类考题，首先要理解常见的化学电源种类及原电池的工作原理，其次会判断正负电极或阴阳极，以及会书写电极反应式等。1电极反应式书写的一般步骤(类似氧化还原反应方程式的书写)2已知总方程式，书写电极反应式(

18、1)书写步骤步骤一：写出电池总反应式，标出电子转移的方向和数目(ne)。步骤二：找出正、负极，失电子的电极为负极；确定溶液的酸碱性。步骤三：写电极反应式。负极反应：还原剂ne=氧化产物正极反应：氧化剂ne=还原产物(2)书写技巧若某电极反应式较难写时，可先写出较易的电极反应式，用总反应式减去较易的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。如：CH3OCH3(二甲醚)酸性燃料电池中：总反应式：CH3OCH33O2=2CO23H2O正极：3O212H12e=6H2O负极：CH3OCH33H2O12e=2CO212H特别提醒简单电极反应中转移的电子数，必须与总方程式中转移的电子数相同。3氢氧燃料电池在

19、四种常见介质中的电极反应总结负极正极专题训练题组一判断正、负极，书写化学电源电极反应式1LiSOCl2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LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为4Li2SOCl2=4LiClSSO2。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_。答案(1)锂4Li4e=4Li(2)2SOCl24e=4ClSSO2解析分析反应的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被还原，为氧化剂。(1)负极材料为Li(还原剂)，4Li4e=4Li。(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应

20、式得到：2SOCl24e=4ClSSO2。2MgAgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgClMg=Mg22Ag2Cl试书写该电池的正、负极电极反应式。答案负极：Mg2e=Mg2正极：2AgCl2e=2Ag2Cl3铝空气海水电池：以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4Al3O26H2O=4Al(OH)3；负极：_；正极：_。答案4Al12e=4Al33O26H2O12e=12OH题组二“一池多变”的燃料电池4以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。(1)酸性介质(如H2SO4)负极：_；正极：_；总反应

21、式：_。答案CH48e2H2O=CO28H2O28e8H=4H2OCH42O2=CO22H2O(2)碱性介质(如KOH)负极：_；正极：_；总反应式：_。答案CH48e10OH=CO7H2O2O28e4H2O=8OHCH42O22OH=CO3H2O(3)固体电解质(高温下能传导O2)负极：_；正极：_；总反应式：_。答案CH48e4O2=CO22H2O2O28e=4O2CH42O2=CO22H2O(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下负极：_；正极：_；总反应式：_。答案CH48e4CO=5CO22H2O2O28e4CO2=4COCH42O2=CO22H2O题组三根据图示理解新型电源工作原

22、理5热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiClKCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO42LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb。下列有关说法正确的是()A正极反应式：Ca2Cl2e=CaCl2B放电过程中，Li向负极移动C每转移0.1 mol电子，理论上生成20.7 g PbD常温时，在正负极间接上电流表，指针不偏转答案D解析正极发生还原反应，故为PbSO42e=PbSO，A项错误；放电过程为原电池，阳离子向正极移动，B项错误；每转移0.1 mol电子，生成0.05 mol Pb，质量为10.35 g，C

23、项错误；常温下，电解质不能熔化，不能形成原电池，故指针不偏转，D项正确。6一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CH4H2O3H2CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子B电极A上H2参与的电极反应为H22OH2e=2H2OC电池工作时，CO向B电极移动D电极B上发生的电极反应为O22CO24e=2CO答案D解析A项，H4O，则该反应中每消耗1 mol CH4转移6 mol电子，错误；B项，该电池的传导介质为熔融的碳酸盐，所以A电极即负极上H2参与的电极反应为H22eCO=CO2H2O，错误；C项，原电池工作时，阴离子移向负极，而B极是正极，错误；D项，B电极即正极上O2参与的电极反应为O24e2CO2=2CO，正确。7一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池(如下图所示)的碳电极。该电池的电解质溶液为6 molL1的KOH溶液。(1)写出放电时的正、负极电极反应式。答案负极：H22e2OH=2H2O；正极：2NiO(OH)2H2O2e=2Ni(OH)22OH