江苏专版版高考化学一轮复习专题四第十六讲原电池化学电源学案.docx

1、江苏专版版高考化学一轮复习专题四第十六讲原电池化学电源学案原电池化学电源江苏考纲要求1理解原电池的工作原理，能写出简单电极反应和电池反应方程式。2了解常见化学电源，认识化学能与电能相互转化的重要应用。3了解研制新型化学电源的重要性。认识化学在解决能源危机中的重要作用。原电池的工作原理教材基础自热身1原电池 (1)概念：原电池是把化学能转化为能的装置。(2)构成条件能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活动性强的金属与电解质溶液反应)。活动性不同的两电极(金属或石墨)。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。2原电池的工作原理图甲和图乙是铜锌

2、原电池装置示意图。说明(1)图乙盐桥中通常装有含琼脂的KCl饱和溶液。(2)盐桥的作用：使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触；平衡电荷；提高电池效率。电极名称负极正极电极材料Zn片Cu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3原电池工作时导电粒子流向(如图)电子流向(外电路)：负极导线正极(电流方向与电子流向相反)。离子迁移方向(内电路)：阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。注意无论在原电池中还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。知能深化扫盲点提能点(一)原电池正、负极的判断方法1一般情况下，常采用以下方法判断原电池的正极和负极判

3、断方法负极正极电极材料较活泼金属较不活泼金属或石墨通入物通入还原剂的电极通入氧化剂的电极两极反应类型发生氧化反应的电极发生还原反应的电极电子流向(或电流方向)电子流出的电极(或电流流入的电极)电子流入的电极(或电流流出的电极)离子移向阴离子移向的电极阳离子移向的电极电极变化质量减小的电极质量增加或有气泡产生的电极2.特殊情况(1)金属的活动性受所处环境的影响。如Mg、Al的活动性：在中性或酸性溶液中活动性：MgAl；而在碱性溶液中，Al可以与OH反应，而Mg不反应，所以Mg与Al用导线连接后放入NaOH溶液中，Al是负极，Mg是正极。(2)Fe、Cu相连，浸入稀HNO3中，Fe作负极；浸在浓H

4、NO3中，Cu作负极(Fe发生钝化)。对点练1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解析：选B中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子作负极；中Fe在浓HNO3中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，则Fe作正极，A、C错误；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

5、；中Cu是正极，电极反应式为O22H2O4e=4OH，D错误。提能点(二)原电池电极反应式的书写1一般电极反应式的书写(1)书写步骤(2)常见介质常见介质注意事项中性溶液反应物若是H得电子或OH失电子，则H或OH均来自于水的电离酸性溶液反应物或生成物中均没有OH碱性溶液反应物或生成物中均没有H水溶液不能出现O22.用总反应式书写电极反应式(1)书写三步骤步骤一：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出时，可

6、先写出较易的电极反应式，然后根据得失电子守恒，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。对点练2(1)有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂作电极，在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧的反应，则负极、正极的电极反应式为_。(2)CH3OCH3(二甲醚)酸性燃料电池中：总反应式：CH3OCH33O2=2CO23H2O，则正极、负极的电极反应式为_。解析：(1)CH4在铂电极上发生类似于CH4在O2中燃烧的反应，即CH4CO2，生成的CO2与KOH反应生成K2CO3，碳元素的化合价升高，失去电子，即CH4在负极上发生氧化反应，电极反应式为CH410OH8

7、e=CO7H2O；O2在正极上发生还原反应，得到电子，电极反应式为O22H2O4e=4OH。(2)得到电子的O2为正极，还原产物为H2O，正极反应式为3O212H12e=6H2O，失去电子的CH3OCH3为负极，氧化产物为CO2，CH3OCH32CO2，需要H2O提供O原子，负极反应式为CH3OCH33H2O12e=2CO212H，负极反应式也可以由总反应式减去正极反应式。答案：(1)负极：CH410OH8e=CO7H2O正极：O22H2O4e=4OH(2)正极：3O212H12e=6H2O负极：CH3OCH33H2O12e=2CO212H题点全练过高考题点一原电池的工作原理1有关下图所示原电

8、池的叙述不正确的是()A电子沿导线由Cu片流向Ag片B正极的电极反应式是Age=AgCCu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应D反应时盐桥中的阳离子移向Cu(NO3)2溶液解析：选DA项，该装置是原电池，铜作负极，银作正极，电子从铜片沿导线流向银片，正确； B项，正极电极反应式为Age=Ag，正确； C项，铜片上失电子发生氧化反应，银片上得电子发生还原反应，正确； D项，原电池工作时，电解质溶液以及盐桥中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以反应时盐桥中的阳离子移向AgNO3溶液，错误。2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

9、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解析：选CA项，Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B项，电池工作过程中，SO不参加电极反应，故甲池的c(SO)基本不变，错误；C项，电池工作时，甲池反应为Zn2e=Zn2，乙池反应为Cu22e=Cu，甲池中Zn2会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64 g Cu析出，则进入乙池的Zn2为65 g，溶液总质量略有增加，正确；D项，由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜。题点二原电池电极反应式的

10、书写3乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200 左右时供电，电池总反应为C2H5OH3O2=2CO23H2O，电池示意图如右所示。下列说法中正确的是()A电池工作时，质子向电池的负极迁移B电池工作时，电子由b极沿导线流向a极Ca极上发生的电极反应是C2H5OH3H2O12e=2CO212HDb极上发生的电极反应是4HO24e=2H2O解析：选D原电池中，阳离子向正极移动，所以质子向电池的正极迁移，故A错误；电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，在该电池中由a极沿导线流向b极，故B错误；a极上是乙醇失电子发生氧化反应，乙醇被氧化生成CO2和H，电极反应式为C2H5OH3H2O12e=2CO2

11、12H，故C错误；b极氧气得到电子被还原，电极反应式为4HO24e=2H2O，故D正确。4(1)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO)已成为环境修复研究的热点之一。Fe还原水体中NO的反应原理如图所示。作负极的物质是_。正极的电极反应式是_。(2)通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如图所示：Pt电极上发生的是_反应(填“氧化”或“还原”)。写出NiO电极的电极反应式：_。答案：(1)铁NO8e10H=NH3H2O(2)还原NOO22e=NO2原电池原理的四大应用比较金属的活动性强弱原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或可导电的非金属)作正极。如有两种金属

12、A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A溶解，而B上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，即可以断定金属活动性：AB。对点练1M、N、P、E四种金属，已知：MN2=NM2；M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出；N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E22e=E，N2e=N2。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是()APMNE BENMPCPNME DEPMN解析：选A由知，金属活动性：MN；M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：PM；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活

13、动性：NE。加快化学反应速率由于形成原电池，而使氧化还原反应速率加快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成CuZn原电池，加快化学反应速率。对点练2一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成H2的总量，可采取的措施是()A加入少量稀NaOH溶液B加入少量CH3COONa固体C加入少量NH4HSO4固体D加入少量CuSO4溶液解析：选DA中加入NaOH溶液，消耗盐酸，H2的生成量会减少，错误；B中加入CH3COONa固体，在溶液中电离出CH3COO会结合H，生成醋酸，减慢反应速率，错误；C中加入NH4HSO4固体，增加了H的量，生成的H2会增多，错

14、误；D中加入少量CuSO4溶液，Zn置换出少量Cu附着在锌表面，形成原电池可以加快反应速率，并且不影响H2的生成量，正确。用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。对点练3.利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。(1)若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于_处。(2)若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_。解析：铁被保护，可以是作原电池的正极，或者电解池的阴极。故若X为碳棒，开关K应置于N处，Fe作阴极受到保护；若X为锌，开关K置于M处，铁作正极，锌作负极，称为牺牲阳极的阴极保护法

15、。答案：(1)N(2)牺牲阳极的阴极保护法设计原电池实例：根据Cu2Ag=Cu22Ag设计电池：对点练4某校化学兴趣小组进行探究性活动，将氧化还原反应：2Fe32I 2Fe2I2，设计成盐桥原电池。提供的试剂：FeCl3溶液，KI溶液；其他用品任选。请回答下列问题：(1)请画出设计的原电池装置图，并标出电极材料、电极名称及电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极反应式为_。(3)反应达到平衡时，外电路导线中_(填“有”或“无”)电流通过。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中电极变为_(填“正”或“负”)极。解析：(1)先分析氧化还原反应，找出正负极

16、反应，即可确定正负极区电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极是负极，I失电子。(3)反应达到平衡时，无电子流动，故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时FeCl2溶液失电子，正极变成负极。答案：(1)如图：(2)2I2e=I2(3)无(4)负化学电源教材基础自热身1一次电池(1)普通锌锰干电池负极反应：Zn2e=Zn2；正极反应：2NH2e=2NH3H2，2MnO2H2=Mn2O3H2O；总反应：Zn2MnO22NH4Cl=ZnCl2Mn2O32NH3H2O。(2)碱性锌锰干电池正极反应：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH；负极反应：Zn2O

17、H2e=Zn(OH)2；总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。(3)锌银电池负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH；总反应：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。2二次电池(可充电电池)铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是，正极材料是PbO2。总反应为Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)。(1)放电时的反应原电池负极：Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)(氧化反应)。正极：PbO2(s)4H(aq)SO(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)(还原反应)。(2)充电时的

18、反应电解池阴极：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)(还原反应)。阳极：PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO(aq)(氧化反应)。放电时原电池的负极作充电时电解池的阴极。3燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性和碱性两种。酸性碱性负极反应式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O24H4e=2H2OO22H2O4e=4OH电池总反应式2H2O2=2H2O知能深化扫盲点提能点(一)燃料电池中电极反应式的书写第一步：写出电池总反应式燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。如甲烷燃料电池(电

19、解质为NaOH溶液)的反应式为CH42O2=CO22H2OCO22NaOH=Na2CO3H2O式式得燃料电池总反应式为CH42O22NaOH=Na2CO33H2O。第二步：写出电池的正极反应式根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O24H4e=2H2O。(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O22H2O4e=4OH。(3)固体电解质(高温下能传导O2)环境下电极反应式：O24e=2O2。(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式：O22CO24e=2CO。第三步：

20、根据电池总反应式和正极反应式写出负极反应式电池反应的总反应式电池正极反应式电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。对点练1写出不同环境下的甲烷燃料电池的正负极的电极反应式和总反应式。(1)酸性介质(如H2SO4)负极：_；正极：_；总反应式：_。(2)碱性介质(如KOH)负极：_；正极：_；总反应式：_。(3)固体电解质(高温下能传导O2)负极：_；正极：_；总反应式：_。(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下负极：_；正极：_；总反应式：_。答案：(1)负极：CH48e2H2O=CO28H正极：2O28e8H=4H2O总反应式：CH42O2=CO22H

21、2O(2)负极：CH48e10OH=CO7H2O正极：2O28e4H2O=8OH总反应式：CH42O22OH=CO3H2O(3)负极：CH48e4O2=CO22H2O正极：2O28e=4O2总反应式：CH42O2=CO22H2O(4)负极：CH48e4CO=5CO22H2O正极：2O28e4CO2=4CO总反应式：CH42O2=CO22H2O提能点(二)新型化学电源1可充电电池(1)可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。(2)放电时的负极反应和充电时的阴极反应互为逆反应，放电时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得

22、出阴(阳)极反应式。(3)充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。首先应分清电池是放电还是充电。再判断出正、负极或阴、阳极。放电：阳离子正极，阴离子负极；充电：阳离子阴极，阴离子阳极；总之：阳离子发生还原反应的电极；阴离子发生氧化反应的电极。2离子交换膜电池离子交换膜是一种含离子基团的，对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。(1)膜的功能：使阴、阳离子选择性定向移动，使电解质溶液的电荷守恒。(2)类型：阳离子交换膜：只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过。阴离子交换膜：只允许阴离子通过，阻止阳离子和气体通过。质子交换膜：只允许

23、质子(H)通过。(3)作用：隔离某些物质，防止副反应，常用于物质的制备、分离和提纯。对点练2(2018江淮十校联考)LiFePO4电池广泛用于电动车。电池反应：FePO4LiLiFePO4，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。下列说法正确的是()选项放电过程充电过程ALi向电池的正极迁移化学能转化成电能B可以加入磷酸以提高电解质的导电率阳极的电极反应式为LiFePO4e=FePO4LiC若正极增加7 g，则有NA个电子经电解质由负极流向正极阳极材料的质量不断减少D若有n mol Li迁移，则理论上负极失去 n mol 电子阴极的电极反应式为Lie=Li解析：

24、选DA项，充电过程是电能转化为化学能的过程，错误；B项，Li属于活泼金属，加入磷酸，Li会与磷酸反应，错误；C项，根据原电池的工作原理，电子从负极经外电路流向正极，电子不通过电解质，错误；D项，负极反应式为Lie=Li，迁移n mol Li，说明通过的电子物质的量为n mol，即Li失去电子n mol，充电时，电池的负极接电源的负极，即阴极反应式为Lie=Li，正确。3利用反应6NO28NH3=7N212H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示，下列说法不正确的是()A电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极B为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜C电极A极反应式为2NH36e=N26HD当有4.48 L NO2(标准状况)被处理时，转移电子为0.8 mol解析：选C电极反应式为负极：8NH324e24OH=4N224H2O，正极：6NO224e12H2O=3N224OH，因为为碱性介质，所以应选用阴离子交换膜；C项，应生成H2O，错误；D项，根据正极反应式转移电子为24 mol0.8 mol。题点全练过高考题点一燃料电池1(2019镇江模拟) 锂铜空气燃料电池是低成本高效电池。该电池通过一种复杂的铜