高三化學(xué)總復(fù)習(xí)實用 必考82 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能—電池課件 新人教版.ppt

第二講化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 電池 一 原電池原理原電池是借助反應(yīng)將能轉(zhuǎn)化為能的裝置 如下圖所示 化學(xué) 化學(xué) 電 實驗現(xiàn)象 1 有鹽橋時 2 鋅片 實驗結(jié)論 導(dǎo)線中有電流通過 即該裝置為一個原電池 電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) 銅片表面有金屬析出 逐漸溶解 1 銅一鋅原電池原理分析在znso4溶液中 鋅片失去電子而逐漸溶解 形成zn2 進入溶液 電子經(jīng)導(dǎo)線流向銅片 溶液中的cu2 得電子被還原成cu 這一變化可以表示如下 鋅片 氧化反應(yīng) 銅片 還原反應(yīng) 總反應(yīng) 或 zn 2e zn2 cu2 2e cu zn cu2 zn2 cu zn cuso4 znso4 cu 2 原電池形成的條件 1 兩個活潑性不同的電極 其中一個相對活潑 另一個相對較不活潑 二者直接或間接地連在一起 插入電解質(zhì)溶液中 2 電解質(zhì)溶液 3 形成閉合回路 4 能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng) 二 化學(xué)電源1 一次電池 堿性鋅錳干電池負極材料是鋅筒 正極是碳棒 電極反應(yīng)為 負極 正極 總反應(yīng) zn 2e 2oh zn oh 2 2mno2 h2o 2e mn2o3 2oh zn 2mno2 h2o zn oh 2 mn2o3 2 二次電池 鉛蓄電池放電反應(yīng)為 負極 正極 總反應(yīng) 充電反應(yīng)為 陰極 陽極 總反應(yīng) 三 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護1 金屬的腐蝕金屬與周圍的氣體或液體物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象 1 化學(xué)腐蝕 金屬與接觸的物質(zhì)直接發(fā)生而引起的腐蝕 2 電化學(xué)腐蝕 不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸發(fā)生反應(yīng) 較活潑的金屬被氧化的腐蝕 氧化還原 化學(xué)反應(yīng) 原電池 2 電化學(xué)腐蝕分類以鐵的腐蝕為例 酸性 弱堿性 中性 3 金屬的防護方法 1 犧牲陽極的陰極保護法 原電池原理在被保護的鋼鐵設(shè)備上裝上若干較活潑金屬如等 讓被保護的金屬作原電池的 2 外加電源的陰極保護法 電解池原理用被保護的鋼鐵設(shè)備作 惰性電極作 外接直流電源 3 其他方法 改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu) 如 加涂防護層如 等方法 鋅塊 正極 陰極 陽極 不銹鋼 噴油漆 涂油脂 電鍍 考點一原電池的構(gòu)成及工作原理 例1 2008 廣東 5 用銅片 銀片 cu no3 2溶液 agno3溶液 導(dǎo)線和鹽橋 裝有瓊脂 kno3的u形管 構(gòu)成一個原電池 以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是 在外電路中 電流由銅電極流向銀電極 正極反應(yīng)為 ag e ag 實驗過程中取出鹽橋 原電池仍繼續(xù)工作 將銅片浸入agno3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同a b c d 解析 在形成的原電池中 銅片作負極 失電子 cu 2e cu2 電子沿導(dǎo)線移向銀片 銀片作正極 ag 得電子 發(fā)生還原反應(yīng) ag e ag 電流流向與電子流向相反 取出鹽橋 不能形成閉合回路 原電池不能繼續(xù)工作 原電池反應(yīng)為cu 2ag cu2 2ag 答案 c 1 正負極判斷 2 電極反應(yīng)式的書寫書寫電極反應(yīng)式時 要根據(jù)電極材料 電解質(zhì)溶液分析電極反應(yīng)和電極產(chǎn)物 寫出電極反應(yīng)式 還要注意電子守恒 1 負極為活潑金屬時 一般失去電子形成可溶性穩(wěn)定價態(tài)陽離子 或進入溶液 或與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng) 若為燃料電池 負極一般不參與反應(yīng) 可燃氣體失去電子 形成穩(wěn)定的氧化產(chǎn)物 或進一步與電解質(zhì)溶液反應(yīng) 2 正極上 一般是溶液中氧化性最強的微粒獲得電子被還原 生成穩(wěn)定的還原產(chǎn)物 或進一步與電解質(zhì)溶液反應(yīng) 3 正 負兩極反應(yīng)式在確保得失電子數(shù)目相等的前提下 加和可得電池反應(yīng)總方程式 1 下列裝置可以形成原電池的是 解析 構(gòu)成原電池需要具備下列三個條件 活潑性不同的兩個電極 有電解質(zhì)溶液 組成閉合回路 故a b符合條件 答案 ab 2 將純鋅片和純銅片按下圖所示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時間 以下敘述正確的是 a 兩燒杯中銅片表面均無氣泡產(chǎn)生b 甲中銅片是正極 乙中銅片是負極c 兩燒杯中溶液的ph均增大d 甲產(chǎn)生氣泡的速度比乙慢 解析 甲為由銅 鋅 稀硫酸 導(dǎo)線構(gòu)成的原電池 所以鋅電極失電子 失掉的電子沿導(dǎo)線流到銅電極 溶液中的氫離子在銅電極上得到鋅失掉的電子而被還原為氫氣 乙中銅片沒有任何作用 只是鋅與稀硫酸發(fā)生一個簡單的化學(xué)反應(yīng) 鋅失電子直接給溶液中的氫離子 氫離子直接在鋅片上被還原為氫氣 故選項a b錯誤 由于兩個燒杯中都是氫離子得電子成為氫氣脫離溶液體系 所以兩燒杯中溶液的ph均增大 選項c正確 只要鋅片與稀硫酸的接觸面積相同 稀硫酸的濃度相同 則產(chǎn)生氫氣的速度是相同的 答案 c 3 把a b c d四塊金屬浸泡在稀h2so4中 用導(dǎo)線兩兩相連可以組成各種原電池 若a b相連時 a為負極 c d相連 d上有氣體逸出 a c相連時a極減輕 b d相連時 b為正極 則四種金屬的活動性順序為 a a b c db a c b dc a c d bd b d c a 解析 原電池中金屬活潑性強的做負極 即a b 金屬與稀h2so4反應(yīng) 正極上有h2產(chǎn)生 而負極減輕 故有c d a c d b 綜上應(yīng)有a c d b 答案 c 考點二原電池原理的應(yīng)用 例2 2009 江蘇 12 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 a 該電池能夠在高溫下工作b 電池的負極反應(yīng)為 c6h12o6 6h2o 24e 6co2 24h c 放電過程中 h 從正極區(qū)向負極區(qū)遷移d 在電池反應(yīng)中 每消耗1mol氧氣理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下co2氣體 解析 本題考查原電池知識 微生物燃料電池只能在常溫下工作 a錯 放電過程為原電池反應(yīng) h 應(yīng)向正極遷移 c錯 由電池反應(yīng)c6h12o6 6o2 6co2 6h2o知 每消耗1molo2理論上生成1molco2 即標(biāo)況下22 4l d錯 答案 b 1 比較不同金屬的活動性強弱根據(jù)原電池原理可知 在原電池反應(yīng)過程中 一般活動性強的金屬作負極 而活動性弱的金屬 或碳棒 作正極 若有兩種金屬a和b 用導(dǎo)線將a和b連接后 插入稀硫酸中 一段時間后 若觀察到a極溶解 而b極上有氣體放出 則說明在原電池工作過程中 a被氧化成陽離子而失去電子作負極 b作正極 則可以斷定金屬a的金屬活動性比b的強 2 加快化學(xué)反應(yīng)速率由于原電池將氧化還原反應(yīng)拆成兩個半反應(yīng)且有電流產(chǎn)生 因而反應(yīng)速率加快 如zn與稀h2so4反應(yīng)制氫氣時 可向溶液中滴加少量cuso4溶液 形成cu zn原電池 加快反應(yīng)進行 3 設(shè)計制作化學(xué)電源設(shè)計原電池時要緊扣原電池的四個條件 具體方法是 1 首先將已知氧化還原反應(yīng)拆分為兩個半反應(yīng) 2 根據(jù)原電池的電極反應(yīng)特點 結(jié)合兩個半反應(yīng)找出正負極材料 負極就是失電子的物質(zhì) 正極用比負極活潑性差的金屬即可 也可以用石墨 及電解質(zhì)溶液 電解質(zhì)溶液的選擇電解質(zhì)是使負極放電的物質(zhì) 因此電解質(zhì)溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應(yīng) 或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負極發(fā)生反應(yīng) 如空氣中的氧氣 但如果兩個半反應(yīng)分別在兩個容器中進行 中間連接鹽橋 則左右兩個容器中的電解質(zhì)溶液選擇與電極材料相同的陽離子 如在銅 鋅 硫酸構(gòu)成的原電池中 負極金屬鋅浸泡在含有zn2 的電解質(zhì)溶液中 而正極銅浸泡在含有cu2 的溶液中 電極材料的選擇在原電池中 選擇還原性較強的物質(zhì)作為負極 氧化性較強的物質(zhì)作為正極 并且 原電池的電極必須導(dǎo)電 電池中的負極必須能夠與電解質(zhì)溶液反應(yīng) 容易失去電子 因此負極一般是活潑的金屬材料 也可以是還原性較強的非金屬材料如h2 ch4等 3 按要求畫出原電池裝置圖 1 2009 廣東 14 可用于電動汽車的鋁 空氣燃料電池 通常以nacl溶液或naoh溶液為電解液 鋁合金為負極 空氣電極為正極 下列說法正確的是 a 以nacl溶液或naoh溶液為電解液時 正極反應(yīng)都為 o2 2h2o 4e 4oh b 以naoh溶液為電解液時 負極反應(yīng)為 al 3oh 3e al oh 3 c 以naoh溶液為電解液時 電池在工作過程中電解液的ph保持不變d 電池工作時 電子通過外電路從正極流向負極 解析 考查燃料電池的反應(yīng)原理 無論以nacl還是以naoh溶液作電解液 在正極上都是o2得電子被還原 a對 生成的al oh 3在堿性介質(zhì)中不存在 b錯 al oh 3會與naoh反應(yīng)生成naalo2消耗電解液中的naoh 使ph減小 c錯 原電池中 電子從負極流出通過外電路流向正極 d錯 答案 a 2 2009 福建 11 控制適合的條件 將反應(yīng)2fe3 2i 2fe2 i2 設(shè)計成如下圖所示的原電池 下列判斷不正確的是 a 反應(yīng)開始時 乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)b 反應(yīng)開始時 甲中石墨電極上fe3 被還原c 電流計讀數(shù)為零時 反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)d 電流計讀數(shù)為零后 在甲中溶入fecl2固體 乙中石墨電極為負極 解析 本題利用氧化還原反應(yīng)設(shè)計成原電池 考查電池工作時兩極發(fā)生的變化 a b均正確 c項由于fe3 和i 反應(yīng)是可逆反應(yīng) 當(dāng)電流為0時 說明處于平衡狀態(tài) 故c正確 d項中加入fecl2 增大了fe2 的濃度 平衡左移 故乙中石墨電極為正極 發(fā)生還原反應(yīng) 故d錯 答案 d 3 下圖為氫氧燃料電池原理示意圖 按照此圖的提示 下列敘述不正確的是 a a電極是負極b b電極的電極反應(yīng)為 4oh 4e 2h2o o2 c 氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源d 氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置 解析 從圖中可看出a電極處進入的是h2 b電極處進入的是o2 該電池的總反應(yīng)是2h2 o2 2h2o 故a電極處h2失e 被氧化 a為負極 相對應(yīng)的b極為正極 b極的電極反應(yīng)是2h2o o2 4e 4oh 故選項中只有b選項不正確 符合題意 答案 b 考點三金屬的腐蝕與防護 例3 2009 上海 13 下圖裝置中 u型管內(nèi)為紅墨水 a b試管內(nèi)分別盛有食鹽水和氯化銨溶液 各加入生鐵塊 放置一段時間 下列有關(guān)描述錯誤的是 a 生鐵塊中的碳是原電池的正極b 紅墨水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟮陀腋遚 兩試管中相同的電極反應(yīng)式是 fe 2e fe2 d a試管中發(fā)生了吸氧腐蝕 b試管中發(fā)生了析氫腐蝕 解析 a為中性環(huán)境 發(fā)生吸氧腐蝕 氧氣被消耗 氣體壓強減小 b中酸性較強 發(fā)生析氫腐蝕 有氫氣放出 氣體壓強增大 所以紅墨水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟾哂业?故b項錯 答案 b 1 金屬腐蝕的比較 2 金屬腐蝕的快慢規(guī)律 1 不同類型的腐蝕規(guī)律電解原理引起的腐蝕 原電池原理引起的腐蝕 化學(xué)腐蝕 有防護措施的腐蝕 2 電化學(xué)腐蝕規(guī)律 對同一種金屬來說 腐蝕的快慢 強電解質(zhì)溶液 弱電解質(zhì)溶液 非電解質(zhì)溶液 活動性不同的兩金屬 活動性差別越大 活動金屬腐蝕越快 對同一種電解質(zhì)溶液來說 電解質(zhì)溶液濃度越大 腐蝕越快 且氧化劑的濃度越高 腐蝕越快 對于不同氧化劑來說 氧化性越強 金屬腐蝕越快 1 鋼鐵在潮濕的空氣中會被腐蝕 發(fā)生的原電池反應(yīng)為2fe 2h2o o2 2fe oh 2 以下說法正確的是 a 負極發(fā)生的反應(yīng)為fe 2e fe2 b 正極發(fā)生的反應(yīng)為2h2o o2 2e 4oh c 原電池是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置d 鋼柱在水下部分比在空氣與水交界處更容易腐蝕 解析 由給出的原電池反應(yīng)可知 此腐蝕為吸氧腐蝕 負極反應(yīng)為fe 2e fe2 或表示為fe fe2 2e 正極發(fā)生的反應(yīng)為2h2o o2 4e 4oh 故a正確 b錯 原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 c錯 由于吸氧腐蝕與氧氣 水有關(guān) 所以鋼柱在空氣與水交界處比水下部分更容易腐蝕 故d錯 答案 a 2 2010 煙臺模擬 下圖水槽中盛裝的是海水 其中鐵被腐蝕最慢的是 解析 選項b中zn失電子 所以保護了鐵電極 選項c中鐵失電子 所以腐蝕較快 選項d為鐵連接外接電源正極的電解池 鐵直接發(fā)生氧化反應(yīng) 腐蝕快慢順序是d c a b 答案 b 3 鋼鐵在銹蝕過程中 下列5種變化可能發(fā)生的是 fe由 2價轉(zhuǎn)化為 3價 o2被還原 產(chǎn)生h2 fe oh 3失水形成fe2o3 xh2o 雜質(zhì)c被氧化除去 a b c d 解析 鋼鐵的銹蝕包括析氫和吸氧兩種腐蝕 fe 2e fe2 o2 2h2o 4e 4oh 2h 2e h2 fe2 2oh fe oh 24fe oh 2 o2 2h2o 4fe oh 3fe oh 3失水成鐵銹fe2o3 xh2o 答案 c 試回答下列問題 1 兩次操作過程中指針為什么會發(fā)生偏轉(zhuǎn) 并且指針偏轉(zhuǎn)方向相反 答 2 操作 過程中c1為 極 電極反應(yīng)式為 3 操作 過程中c2為 極 電極反應(yīng)式為 答案 1 因為該裝置符合形成原電池的條件 形成原電池 導(dǎo)線上有電流產(chǎn)生 故指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) 又因為該反應(yīng)是可逆反應(yīng) 操作 反應(yīng)朝正反應(yīng)方向進行 操作 反應(yīng)朝逆反應(yīng)方向進行 故指針偏轉(zhuǎn)方向不同 2 負2i 2e i2 例2 實驗是化學(xué)的最高法庭 以鎂條 鋁片為電極 以稀naoh溶液為電解質(zhì)溶液構(gòu)成的原電池 人們普遍認為鋁是負極 其研究性學(xué)習(xí)小組為探究該原電池究竟誰是負極 發(fā)生怎樣的電極反應(yīng) 進行了如下實驗 如圖 剪取約8cm的鎂條及大小相近的鋁片 用砂紙去膜 使鎂條與鋁片分別與量程為50 a的教學(xué)演示電表的 端相連接 迅速將兩電極插入盛有1mol lnaoh溶液的燒杯中 開始 電表指針向右偏移約500 a 鋁片表面有許多氣泡 很快電流逐漸減小至0 隨后 指針向左偏移 且電流逐漸增大至約400 a 此時 鋁片表面氣泡有所減少 鎂條表面只有極少量的氣泡產(chǎn)生 根據(jù)以上實驗現(xiàn)象 回答下列問題 1 開始階段 原電池的正極是 填 鎂 或 鋁 片 鋁片表面產(chǎn)生的氣泡是 負極發(fā)生的反應(yīng)是 2 隨后階段 鋁片發(fā)生的電極反應(yīng)式是 鎂條表面只有極少量的氣泡產(chǎn)生 其原因之一是 2h2o 2e h2 2oh 極少 試判斷此電極發(fā)生的主要反應(yīng)是 鋁片表面氣泡有所減少 但未消失 產(chǎn)生這一現(xiàn)象的可能原因是 答案 1 鋁h2mg 2oh 2e mg oh 2 2 4al 16oh 12e 8h2o3o2 6h2o 12e 12oh 鋁片中含有雜質(zhì) 構(gòu)成原電池 1 2009 北京 6 下列敘述不正確的是 a 鐵表面鍍鋅 鐵作陽極b 船底鑲嵌鋅塊 鋅作負極 以防船體被腐蝕c 鋼鐵吸氧腐蝕的正極反應(yīng) o2 2h2o 4e 4oh d 工業(yè)上電解飽和食鹽水的陽極反應(yīng) 2cl 2e cl2 解析 本題主要考查電化學(xué)知識 只要掌握原電池和電解的原理就能作答 a項中鋅作陽極 b項鋅作負極 鐵被保護 c d都是正確的 答案 a 2 2010 日照一中高三月考 將銅片和鋁片用導(dǎo)線連接后插入盛有濃硝酸的燒杯中組成原電池 此原電池的負極及其電極反應(yīng)是 a al al 3e al3 b cu cu 2e cu2 c al 2h 2e h2 d cu 2h e no2 h2o 解析 在濃硝酸中al可以發(fā)生鈍化 al表面的氧化膜隔絕了al與濃硝酸的進一步接觸 反應(yīng) 而cu與濃硝酸則可以發(fā)生氧化還原反應(yīng) cu失去電子 發(fā)生氧化反應(yīng) 作負極 al作正極 h 發(fā)生還原反應(yīng) 生成氫氣 答案 b 3 2007 山東 鉛蓄電池用途極廣 可多次充 放電 在鉛蓄電池中鉛作為負極 二氧化鉛作為正極 電解液為30 的h2so4溶液 電池充 放電時的總反應(yīng)可表示為 pb pbo2 2h2so42pbso4 2h2o下列關(guān)于此電池的說法中 不正確的是 a 放電一段時間后 電解液的ph將增大c 充電時 二氧化鉛電極上發(fā)生氧化反應(yīng)d 充電時 電解液中的陽離子向二氧化鉛電極移動 解析 a是關(guān)于原電池的反應(yīng) 其中電解液中的硫酸被消耗 故酸性減弱 ph將增大 正確 b是關(guān)于負極反應(yīng)式的判斷 判斷的要點是 抓住總方程式中 放電 是原電池 充電 是電解池的規(guī)律 再分析清楚價態(tài)的變化趨勢 從而快速準(zhǔn)確地判斷 b是正確的 c是充電時的電解池反應(yīng) 二氧化鉛作為陽極 其上必發(fā)生氧化反應(yīng) 正確 d是充電時的電解池反應(yīng) 陽離子應(yīng)向陰極移動即向鉛電極移動 錯誤 答案 d 4 如圖 燒杯內(nèi)盛水 鐵圈和銀圈直接相連接 在接頭處用一根絕緣細線吊住使之平衡 小心地向燒杯中央滴入cuso4溶液 一段時間后可觀察到的現(xiàn)象是 a 兩圈仍保持平衡b 鐵圈向下傾斜c 銀圈向下傾斜d 有氣泡產(chǎn)生 兩圈搖擺不定 解析 構(gòu)成fe ag原電池 cu2 得e 而附著在ag圈上 答案 c 5 如下圖所示 各燒杯中盛有海水 鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序為 a b c d 解析 中fe為負極 雜質(zhì)c為正極的原電池腐蝕 是鋼鐵的吸氧腐蝕 腐蝕較慢 實質(zhì)均為原電池裝置 中fe為正極 被保護 中fe為負極 均被腐蝕 但相對來說fe和cu的金屬活潑性差別較fe和sn的大 故fe cu原電池中fe被腐蝕更快 是fe作陽極 cu作陰極的電解腐蝕 加快了fe的腐蝕 是fe作陰極 cu作陽極的電解腐蝕 防止了fe的腐蝕 根據(jù)以上分析可知 鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序為 答案 c 6 某新型二次鋰離子電池結(jié)構(gòu)如下圖 電池內(nèi)部是固體電解質(zhì) 充電 放電時允許li 在其間通過 圖中電池內(nèi)部 表示放電時li 的遷移方向 充電 放電時總反應(yīng)可表示為 licoo2 6c放電充電li1 xcoo2 lixc6 下列說法不正確的是 a 外電路上的 表示放電時的電流方向b 充電時陰極電極反應(yīng) lixc6 xe 6c xli c 放電時負極電極反應(yīng) licoo2 xe li1 xcoo