新版本-高三-化學(xué)-新學(xué)期教案-8第八講 原電池.doc

第四講 原電池【教學(xué)目標(biāo)】1.通過化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化，認(rèn)識(shí)常見的能量轉(zhuǎn)化形式及其重要應(yīng)用。2.理解原電池的工作原理并正確書寫電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式。3.了解原電池在實(shí)際中的應(yīng)用。【知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)一 原電池工作原理及應(yīng)用1原電池原理：（1）從能量轉(zhuǎn)化來看：化學(xué)能電能的裝置（2）從化學(xué)反應(yīng)來看：還原劑失的電子經(jīng)導(dǎo)線傳給氧化劑，使氧化、還原反應(yīng)分別在兩個(gè)電極上進(jìn)行2原電池的構(gòu)成條件：（1）兩個(gè)電極：由兩種活動(dòng)性不同的金屬或其他能導(dǎo)電的非金屬材料組成【注】很活潑的金屬不可作負(fù)極，如K、Na、Ca等（2）兩電極必須浸在電解質(zhì)溶液中【注】電解質(zhì)溶液中的正、負(fù)離子的定向移動(dòng)形成內(nèi)電路（3）兩電極間要用導(dǎo)線連接形成閉合回路3原電池正、負(fù)極的判斷（1）由電極材料判斷： 一般較活潑金屬作負(fù)極，失電子。還原性較弱的金屬作正極，得電子。特例：Mg、Al作電極，NaOH電解液，此時(shí)Al做負(fù)極（本質(zhì)：Al與置換H2O中的氫，生成H2，與Mg無關(guān)。）；（2）根據(jù)兩極發(fā)生的變化判斷：負(fù)極：失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；正極：得電子，發(fā)生還原反應(yīng)；（3）根據(jù)三個(gè)方向判斷：電流流動(dòng)方向：正極經(jīng)外電路流向負(fù)極；電子流動(dòng)方向：負(fù)極經(jīng)外電路流向正極。（與電流方向相反）；離子移動(dòng)方向：電解液中的陰離子移向負(fù)極；陽離子移向正極；*【注】只有金屬中有自由移動(dòng)的電子，所以電子在導(dǎo)線和金屬及石墨（一個(gè)C有一個(gè)自由移動(dòng)的電子）電極中有自由移動(dòng)的電子，溶液中沒有電子，只有自由移動(dòng)的離子，整個(gè)電路是由電子和離子導(dǎo)電共同組成的通路）。4. 原電池的應(yīng)用（1）判斷金屬活動(dòng)性順序（2）提高化學(xué)反應(yīng)速率典型例題1.銅-鋅原電池（1）總反應(yīng)方程式：Zn+Cu2+=Zn2+ + Cu負(fù)極：鋅極，失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，Zn-2e-=Zn2+正極：銅極，得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，Cu2+2e-= Cu（2）三個(gè)方向電子：由鋅經(jīng)過外電路到銅；電流：由銅經(jīng)過外電路到鋅；電解質(zhì)溶液中：陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極2.(2015朝陽一模10)右圖為鋅銅原電池裝置圖，下列說法不正確的是CA. 電子由Zn極流向Cu極B. 該裝置的總反應(yīng)為：Zn + Cu2+ = Zn2+ + CuC. 一段時(shí)間后，A池帶正電荷，B池帶負(fù)電荷D. 取出鹽橋，電流計(jì)指針不再偏轉(zhuǎn)3（2014石景山一模9）A根據(jù)右圖，下列判斷正確的是GNaCl溶液abO2N2FeZn鹽橋eA電子從Zn極流出，流入Fe極，經(jīng)鹽橋回到Zn極 B燒杯b中發(fā)生的電極反應(yīng)為Zn2eZn2+C燒杯a中發(fā)生反應(yīng)O2+4H+ +4e2H2O，溶液pH降低D向燒杯a中加入少量K3Fe(CN)6溶液，有藍(lán)色沉淀生成 4.（2013北京）通過NOx傳感器可監(jiān)測NOx的含量，其工作原理示意圖如下:寫出NiO電極的電極反應(yīng)式NO - 2 e- + O2- =NO2 知識(shí)點(diǎn)二 二次電源1.堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池的負(fù)極是Zn，正極是MnO2，電解質(zhì)是KOH負(fù)極：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2正極：2MnO22H2O2e=2MnOOH（氫氧化氧錳）2OH總反應(yīng)：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2堿性鋅錳電池比普通鋅錳電池性能好，它的能量比和可儲(chǔ)存時(shí)間具有提高，適用于大電流和連續(xù)放電，是民用電池的升級(jí)換代產(chǎn)品之一。2.鋅銀電池 鋅銀電池的負(fù)極是Zn，正極是Ag2O，電解質(zhì)是KOH負(fù)極：Zn2OH2e=Zn(OH)2正極：Ag2OH2O2e=2Ag2OH總反應(yīng)：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag這種電池比能量大、電壓穩(wěn)定，儲(chǔ)存時(shí)間長，適宜小電流連續(xù)放電，常制成紐扣式微型電池，廣泛用于電子手表、照相機(jī)、計(jì)算器和其他微型電子儀器。典型例題1（2014東城期末）如圖是一種應(yīng)用廣泛的鋰電池，LiPF6是電解質(zhì)，SO(CH3)2作溶劑，反應(yīng)原理4Li+FeS2=Fe+2Li2S。下列說法不正確的是 C A該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B電子移動(dòng)方向是由a極到b極C可以用水代替SO(CH3)2做溶劑Db極反應(yīng)式是FeS2+4Li+4e-=Fe+2Li2S2.（2014 豐臺(tái)期末）鎂錳干電池的電化學(xué)反應(yīng)式為：Mg+2MnO2+H2O = Mg(OH)2+Mn2O3。下列說法不正確的是CA鎂為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng) B可以選擇堿性溶液作為電解質(zhì)C反應(yīng)后正極和負(fù)極附近溶液的pH均升高D正極的電極反應(yīng)為：2MnO2H2O2e=Mn2O32OH3.熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，其中作為電解質(zhì)的無水LiClKCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應(yīng)為：PbSO42LiClCa = CaCl2Li2SO4Pb。下列有關(guān)說法正確的是DA正極反應(yīng)式：Ca2Cl2e=CaCl2B放電過程中，Li向負(fù)極移動(dòng)C放電過程中，PbSO4被氧化D負(fù)極反應(yīng)式：PbSO4-2e= Pb + SO42-4有關(guān)下列四個(gè)常用電化學(xué)裝置的敘述中，正確的是D圖堿性鋅錳電池圖鉛-硫酸蓄電池圖電解精煉銅圖銀鋅紐扣電池A圖所示電池中，MnO2的作用是催化劑B圖II所示電池放電過程中，硫酸濃度不斷增大C圖III所示裝置工作過程中，電解質(zhì)溶液中Cu2+濃度始終不變D圖IV所示電池中，Ag2O是氧化劑，電池工作過程中還原為Ag知識(shí)點(diǎn)三 燃料電池1燃料電池的定義：燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池。這是一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置。2燃料電池的構(gòu)成（1）常見的燃料電池的燃料：氫氣、一氧化碳、烴、甲醇、葡萄糖、肼、氨、煤氣、金屬鋁（2）常見燃料電池的氧化劑：純氧氣或空氣中的氧氣（3）常用的電解質(zhì)溶液：酸性（硫酸、磷酸）、堿性（氫氧化鉀）、熔融鹽（碳酸鋰和碳酸鈉）、固體（在高溫下能傳導(dǎo)O2-）3電極反應(yīng)方程式的書寫【重點(diǎn)】書寫步驟：觀察已知條件寫出反應(yīng)物和生成物依據(jù)化合價(jià)變化確定e個(gè)數(shù)觀察介質(zhì)補(bǔ)入相關(guān)離子配平電荷補(bǔ)入介質(zhì)中微粒（H2O、 熔 融物等）等配平原子（1）氫氧燃料電池（以氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)）H2222222H2O2O2電解質(zhì)總反應(yīng)： O22H22H2O正極：O22H2O4e4OH 負(fù)極：2H24OH- 4e-4H2O 氫氧燃料電池（以硫酸溶液為電解質(zhì)溶液）總反應(yīng)： O22H22H2O正極： O2+ 4H+ 4e- = 2H2O 負(fù)極：2H24e 4H+（2）一氧化碳燃料電池（以氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)）總反應(yīng)：2CO+O2+4OH-=2CO32- + 2H2O正極：O22H2O4e4OH 負(fù)極：2CO8OH4e4H2O +2CO32-一氧化碳燃料電池（以硫酸溶液為電解質(zhì)）總反應(yīng)：2CO+O2 = 2CO2正極：O2+ 4H+ 4e- = 2H2O 負(fù)極：2CO+ 2H2O-4e-4H+ 2CO2一氧化碳燃料電池（以熔融鹽為電解質(zhì)） 總反應(yīng)：2CO+O2= 2CO2正極：O2+2CO2 +4e- = 2CO32- 負(fù)極： 2CO+ 2CO32-= 4CO2+4e-【總結(jié)】燃料電池在酸、堿、熔融氧化物、碳酸鹽為電解質(zhì)溶液中的反應(yīng)是不同的。所以，要注意看生成的新離子能不能穩(wěn)定存在電解質(zhì)溶液中。若不能，在寫反應(yīng)式時(shí)應(yīng)寫出最穩(wěn)定的物質(zhì)要注意電解質(zhì)溶液的性質(zhì)。例：溶液為堿性時(shí)，電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)H+；溶液為酸性時(shí)，電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH。典型例題1.（2015豐臺(tái)一模11）NO2、O2和熔融KNO3可制作燃料電池，其原理如圖，該電池在使用過程中石墨I(xiàn)電極上生成氧化物Y，Y可循環(huán)使用。下列說法正確的是DAO2在石墨附近發(fā)生氧化反應(yīng)B該電池放電時(shí)NO3向石墨電極遷移C石墨附近發(fā)生的反應(yīng)：3NO2 +2e= NO+ 2NO3D相同條件下，放電過程中消耗的NO2和O2的體積比為412（2015朝陽二模10）右圖為Pt電極的氫氧燃料電池工作原理示意圖，H2SO4為電解質(zhì)溶液。有關(guān)說法不正確的是CA. a極為負(fù)極，電子由a極流向b極B. a極的電極反應(yīng)式是：H2 -2e- = 2H+C. 電池工作一段時(shí)間后，裝置中c(H2SO4)增大 D. 若將H2改為等物質(zhì)的量CH4，O2的用量增多3.（2015門頭溝二模11）某種熔融碳酸鹽燃料電池以Li2CO3、K2CO3為電解質(zhì)、以CH4為燃料時(shí)，該電池工作原理見下圖。下列說法正確的是 B A此電池在常溫時(shí)也能工作B正極電極反應(yīng)式為：O2+2CO2+4e=2CO32CCO32向正極移動(dòng)Da為CH4，b為CO24.（2015房山一模26）利用CO2與H2反應(yīng)可合成二甲醚（CH3OCH3）。以KOH為電解質(zhì)溶液，組成二甲醚-空氣燃料電池，該電池工作時(shí)其負(fù)極反應(yīng)式是 CH3OCH3 12e- + 16OH- = 2CO32- + 11H2O 5.（2015門頭溝一模26）將燃煤產(chǎn)生的二氧化碳回收利用，可達(dá)到低碳排放的目的。如圖是通過人工光合作用以CO2和H2O為原料制備HCOOH和O2的原理示意圖。催化劑b表面發(fā)生的電極反應(yīng)式為CO2+2e-+2H+=HCOOH 【鞏固練習(xí)】1（2015年石景山期末8）某同學(xué)組裝了如圖所示的原電池裝置，下列敘述中正確的是 A A電流方向：電極 電極B電極逐漸溶解 C電極上發(fā)生還原反應(yīng)D鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂，Cl向右池移動(dòng)2.（2015廣渠門中學(xué)期中16）某原電池裝置如圖所示，下列有關(guān)敘述中，正確的是DAFe作正極，發(fā)生氧化反應(yīng)B負(fù)極反應(yīng)：2H+2e=H2C工作一段時(shí)間后，兩燒杯中溶解pH均不變D工作一段時(shí)間后，NaCl溶液中c(Cl)增大3.(2015東城11月聯(lián)考7) 結(jié)合右圖判斷，下列敘述正確的是 AA和中正極均被保護(hù) B. 和中Cl 均向Fe電極移動(dòng) C. 和中負(fù)極反應(yīng)均是Fe-2e=Fe2+D. 和中正極反應(yīng)均是O2+4e+2H2O=4OH4.（2015北京十三中期中2）右圖是一個(gè)鹽橋中充滿飽和KCl溶液鋅銅原電池裝置，下列分析正確的是 CA. Cu片上發(fā)生氧化還原反應(yīng)B. 電子由Cu片經(jīng)外電路流向Zn片 C. 鹽橋中得Cl-移向ZnSO4溶液D. 一段時(shí)間后燒杯中c(Zn2+)、c(Cu2+)均減小5.（2014順義二模8） 銅鋅原電池裝置(見右圖)，下列分析正確的是CA一段時(shí)間后兩燒杯中c(Zn2+)、c(Cu2+)均減小 B原電池工作時(shí)，Cu電極流出電子，發(fā)生氧化反應(yīng)C原電池工作時(shí)的總反應(yīng)為ZnCu2=Zn2CuD鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂，其作用是傳遞電子6.（2015廣渠門中學(xué)期中9）據(jù)報(bào)道，我國擁有完全自主產(chǎn)權(quán)的氫氧燃料電池車將在奧運(yùn)會(huì)期間為運(yùn)動(dòng)員提供服務(wù)某種氫氧燃料電池的電解液為KOH溶液下列有關(guān)電池的敘述不正確的是DA、正極反應(yīng)式為：O2+2H2O+4e-4OH-B、工作一段時(shí)間后，電解液中的KOH的物質(zhì)的量不變C、該燃料電池的總反應(yīng)方程式為：2H2+O22H2OD、用該電池電解CuCl2溶液，產(chǎn)生2.24LCl2（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)，有0.1mol電子轉(zhuǎn)移7.(2013豐臺(tái)期末)將反應(yīng)Cu (s) + 2Ag+ (aq) Cu2+ (aq) + 2Ag (s) 設(shè)計(jì)成原電池，某一時(shí)刻的電子流向及電流計(jì)（G）指針偏轉(zhuǎn)方向如圖所示，有關(guān)敘述正確的是CAKNO3鹽橋中的K+移向Cu(NO3)2溶液B當(dāng)電流計(jì)指針為0時(shí)，該反應(yīng)達(dá)平衡，平衡常數(shù)K=0C若此時(shí)向AgNO3溶液中加入NaCl固體，隨著NaCl量的增加，電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)幅度減小指針指向0向左偏轉(zhuǎn)D若此時(shí)向Cu(NO3)2溶液中加入NaOH固體，隨著NaOH量的增加電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)幅度減小指針指向0向左偏轉(zhuǎn)8.以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。關(guān)于該電池的敘述正確的是BA該電池能夠在高溫下工作B電池的負(fù)極反應(yīng)式為C6H12O66H2O24e= 6CO224HC放電過程中，H從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移D在電池反應(yīng)中，每消耗1 mol氧氣，理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣體 L 9.（2014海淀期末）微生物燃料電池是一種利用微生物將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。已知某種甲醇微生物燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，示意圖如下：該電池外電路電子的流動(dòng)方向?yàn)?從A到B （填寫“從A到B”或“從B到A”）。工作結(jié)束后，B電極室溶液的pH與工作前相比將 不變 （填寫“增大”、“減小”或“不變”，溶液體積變化忽略不計(jì)）。A電極附近甲醇發(fā)生的電極反應(yīng)式為 CH3OH + H2O - 6e- = 6H+ CO210.（2014東城一模27）為避免生成白煙，該學(xué)生設(shè)計(jì)了下圖裝置以完成Cl2和NH3的反應(yīng)：2NH3(g)3Cl2(g) N2(g)6HCl(g)若該裝置能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，則石墨b電極上發(fā)生的是反應(yīng) 還原 （填“氧化”或“還原”）寫出石墨a電極的電極反應(yīng)式：2NH36OH-6e-N26H2O 11.（2014海淀二模27.14分）含乙酸鈉和對氯酚（）的廢水可以利用微生物電池除去，其原理如下圖所示。質(zhì)子交換膜A極B極微生物膜CH3COOHCO3H+Cl和B是電池的負(fù)極（填“正”或“負(fù)”）；A極的電極反應(yīng)式為ClOH + 2e + H+ = OH + Cl【拓展提升】1.（2015西城二模10）電化學(xué)氣敏傳感器可用于監(jiān)測環(huán)境中NH3的含量，其工作原理示意圖如下。下列說法不正確的是 C AO2在電極b上發(fā)生還原反應(yīng)B溶液中OH向電極a移動(dòng) C反應(yīng)消耗的NH3與O2的物質(zhì)的量之比為4:5D負(fù)極的電極反應(yīng)式為：2NH36e6OH=N26H2O2.（2014豐臺(tái)二模8）下列敘述中正確的是 DA圖中正極附近溶液pH降低B圖中電子由Zn流向Cu，鹽橋中的Cl移向CuSO4溶液C圖正極反應(yīng)是O22H2O4e 4OHD圖中加入少量K3Fe(CN)6溶液，有藍(lán)色沉淀生成3.普通水泥在固化過程中自由水分子減少并產(chǎn)生Ca(OH)2使溶液呈堿性。根據(jù)這一物理化學(xué)特點(diǎn)，科學(xué)家發(fā)明了電動(dòng)勢法測水泥初凝時(shí)間。此方法的原理如圖所示，反應(yīng)的總方程式為：2CuAg2O 2CuO2Ag，下列有關(guān)說法正確的是CA電池工作時(shí)，OH向正極移動(dòng)B測量原理示意圖中，Ag2O為負(fù)極C電流方向是從Ag2O/ Ag電極到Cu電極D正極的電極反應(yīng)為：2Cu2OH2eCu2OH2O4一種太陽能電池的工作原理示意圖如下所示，電解質(zhì)為鐵氰化鉀K3Fe(CN)6和亞鐵氰化鉀 K4Fe(CN)6的混合溶液，下列說法不正確的是C AK+移向催化劑bB催化劑a表面發(fā)生反應(yīng)：Fe(CN)64-e-Fe(CN)63-CFe(CN)63-在催化劑b表面被氧化D電解質(zhì)溶液中 Fe(CN)63-和Fe(CN)64-濃度基本保持不變5. 由鎂、石墨、H2O2酸性溶液構(gòu)成的原電池總反應(yīng)是：Mg+H2O2 + 2H+=Mg2+ + 2 H2O，裝置如下圖所示,下列說法正確的是C正極附近溶液pH減小在外電路中，電子由石墨鎂負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)正極發(fā)生的電極反應(yīng)是： 2H+2e H26下圖是將SO2轉(zhuǎn)化為重要的化工原料H2SO4的原理示意圖，下列說法不正確的是BA該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B催化劑b表面O2發(fā)生還原反應(yīng)，其附近酸性增強(qiáng)C催化劑a表面的反應(yīng)是：SO22H2O2e- SO42-4H+D若得到的硫酸濃度仍為49%，則理論上參加反應(yīng)的SO2與加入的H2O的質(zhì)量比為8: 15直流電源Pt電極Ag-Pt電極H2ONO3 N2質(zhì)子交換膜AB7.（2015門頭溝一模26）氮氧化物進(jìn)入水體可轉(zhuǎn)化為NO3，電化學(xué)降解法可用于治理水中NO3的污染。原理如圖所示。電源正極為 A (填“A”