高考化學一輪總復習 第八章第1節(jié) 原電池 化學電源課件（含高考真題）新人教版.ppt

第1節(jié)原電池化學電源 高考地位 3年18考預測指數(shù) 追本溯源拓認知 1 概念和反應本質(zhì)原電池是把轉(zhuǎn)化為的裝置 其反應本質(zhì)是 2 構(gòu)成條件 1 有兩個的電極 常見的為金屬或石墨 2 將電極插入中 3 兩電極間構(gòu)成閉合回路 或在溶液中直接接觸 化學能 電能 氧化還原反應 活潑性不同 電解質(zhì)溶液 3 工作原理如圖是cu zn原電池 請?zhí)羁?1 電極 負極為 正極為 2 電極反應 負極 zn 2e zn2 正極 cu2 2e cu 3 原電池中的三個方向 電子方向 電子從流出經(jīng)外電路流入 電流方向 電流從流出經(jīng)外電路流入 離子的遷移方向 電解質(zhì)溶液中 陰離子向遷移 陽離子向遷移 鹽橋中陽離子向遷移 陰離子向遷移 zn cu 負極 正極 正極 負極 負極 正極 正極 負極 特別提醒 鹽橋的作用鹽橋中通常裝有含瓊膠的kcl飽和溶液 其作用是平衡兩個燒杯中的陰 陽離子而導電 電路接通后 k 移向正極 cl 移向負極 答案 b解析 該原電池總反應為fe 2fecl3 3fecl2 故負極反應為fe 2e fe2 b選項不正確 zn 碳棒 1 放電時的反應 負極 正極 總反應 pb s pbo2 s 2h2so4 aq 2pbso4 s 2h2o l 2 充電時的反應 陰極 pb s so42 aq 2e pbso4 s pbo2 s 4h aq so42 aq 2e pbso4 s 2h2o l pbso4 s 2e pb s so42 aq 陽極 總反應 2pbso4 s 2h2o l pb s pbo2 s 2h2so4 aq pbso4 s 2h2o l 2e pbo2 s 4h aq so42 aq 3 燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池 可分為酸性和堿性兩種 2h2 4e 4h 2h2 4oh 4e 4h2o o2 4h 4e 2h2o o2 2h2o 4e 4oh 特別提醒 1 化學電源的電極反應式一般較為復雜 正 負極反應式的加和是總反應式 總反應式減一極反應式可得另一極反應式 2 可充電電池充電時 電池的正極接外接電源的正極 電池的負極接外接電源的負極 3 可充電電池的放電反應和充電反應不互為可逆反應 4 書寫燃料電池的電極反應式時 一定要注意溶液的酸堿性 固本自測 2 下列有關電池的敘述不正確的是 a 手機上用的鋰離子電池屬于二次電池b 銅鋅原電池工作時 電子沿外電路從銅電極流向鋅電極c 甲醇燃料電池可把化學能轉(zhuǎn)化為電能d 鋅錳干電池中 鋅電極是負極答案 b解析 在外電路中電子由負極移向正極 即由鋅電極移向銅電極 b選項不正確 突破核心握動向 原電池的工作原理是歷年高考命題的熱點 多以選擇題為主 少部分以填空題及綜合題出現(xiàn) 內(nèi)容與生產(chǎn)生活 新科技及新技術等問題相聯(lián)系 主要考查內(nèi)容有 原電池的電極名稱 電極反應 電子流向 從近幾年的高考試題來看 以新型電池 如燃料電池 為背景考查原電池的工作原理 越來越受重視 2 原電池的判斷方法 1 先分析有無外接電源 有外接電源的為電解池 無外接電源的可能為原電池 2 然后依據(jù)原電池的形成條件分析判斷 主要是 四看 3 多池相連 但無外接電源時 兩極活潑性差異最大的一池為原電池 其他各池可看做電解池 3 電解質(zhì)溶液中離子的移動規(guī)律 1 規(guī)律 陽離子向正極移動 陰離子向負極移動 2 實驗 cu zn原電池中 h2so4作電解質(zhì)溶液 h 向cu電極移動 so42 向zn電極移動 知能拓展 1 在原電池裝置中 電子由負極經(jīng)導線流向正極 陽離子在正極上獲得電子 通過電路中的電子和溶液中的離子的移動而形成回路 傳導電流 電子并不進入溶液也不能在溶液中遷移 2 原電池將一個完整的氧化還原反應分為兩個半反應 負極發(fā)生氧化反應 正極發(fā)生還原反應 一般將兩個電極反應中得失電子的數(shù)目寫為相同 相加便得到總反應方程式 3 陰離子要移向負極 陽離子要移向正極 這是因為負極失電子 生成大量陽離子積聚在負極附近 致使該極附近有大量正電荷 所以溶液中的陰離子要移向負極 正極得電子 該極附近的陽離子因得電子生成電中性的物質(zhì)而使該極附近帶負電荷 所以溶液中的陽離子要移向正極 4 不參與電極反應的離子從微觀上講發(fā)生移動 但從宏觀上講其在溶液中各區(qū)域的濃度基本不變 c 催化劑a附近酸性減弱 催化劑b附近酸性增強d 催化劑b表面的反應是co2 2h 2e hcooh答案 c解析 催化劑a表面發(fā)生的反應相當于原電池的負極反應 其電極反應為2h2o 4e 4h o2 而催化劑b表面的反應相當于原電池的正極反應 其電極反應為co2 2h 2e hcooh 由于a附近生成了h 而b附近消耗了h 故c不正確 互動探究 1 該裝置如何判斷正負極 提示 可依據(jù)電子流動方向判斷 電子由負極流向正極 可判斷a為負極 b為正極 可依據(jù)h 的移動方向判斷 電解質(zhì)溶液為原電池的內(nèi)電路 電流方向為負極流向正極 可判斷a為負極 b為正極 2 吸熱的氧化還原反應可以設計成原電池嗎 提示 理論上氧化還原反應可以設計成原電池 但是吸熱的氧化還原反應能持續(xù)發(fā)生 應有外界提供能量 如本題裝置中需要太陽光提供能量 a cu電極上發(fā)生還原反應b 電子沿zn a b cu路徑流動c 片刻后甲池中c so42 增大d 片刻后可觀察到濾紙b點變紅色答案 a 解析 a項中zn作原電池的負極 cu作原電池的正極 cu電極發(fā)生還原反應 b選項中電子流向是負極到正極 但a b這一環(huán)節(jié)是在溶液中導電 是離子導電 電子并沒沿此路徑流動 c選項中硫酸根離子濃度基本保持不變 d選項中濾紙a點是陰極 氫離子放電 溶液中氫氧根離子濃度大于氫離子濃度 顯堿性 試紙變紅色 電子不能在溶液中轉(zhuǎn)移 在原電池和電解池的串聯(lián)電路中 電子由負極流出到陰極 在陰極上有某種物質(zhì)得到這一部分電子發(fā)生還原反應 陽極上有某物質(zhì)發(fā)生氧化反應 失去一部分電子 這些電子再流回原電池的正極 鹽橋結(jié)構(gòu)的原電池 兩燒杯中的陰陽離子不能通過鹽橋轉(zhuǎn)移到另一個燒杯 鹽橋的本質(zhì)是向兩個燒杯中補充陰陽離子 即燒杯中正電荷增多則補充陰離子 反之補充陽離子 原電池正負極的判斷和電極反應式的書寫 是歷年高考的必考點 主要考查正負極的判斷 電極反應式的書寫及原電池總反應式的書寫 題型以選擇題和填空題為主 預測今后高考仍會以新型電池為背景 考查電極反應式及原電池總反應式的書寫 考點2原電池正負極的判斷和電極反應式的書寫 1 根據(jù)氧化還原反應的原理來判斷正極 接受電子發(fā)生還原反應的電極 負極 提供電子發(fā)生氧化反應的電極 如銅鋅原電池中 鋅失去電子 所以鋅是負極 2 由兩極的相對活潑性判斷正極 一般為相對活潑性較差的金屬或?qū)щ姷姆墙饘?負極 一般為相對活潑性較強的金屬 能夠用這種方法判斷正負極的原電池 其負極材料要和電解質(zhì)溶液發(fā)生反應 3 根據(jù)電子或離子的移動方向判斷根據(jù)外電路中自由電子的運動方向判定 電子流出的為負極 流入的為正極 根據(jù)內(nèi)電路中陰陽離子的運動方向判定 陽離子移向的為正極 陰離子移向的為負極 知能拓展 1 原電池正 負極的判斷基礎是氧化還原反應 如果給出一個化學方程式判斷正 負極 可以直接根據(jù)化合價的升降來判斷 發(fā)生氧化反應的一極為負極 發(fā)生還原反應的一極為正極 2 當兩電極都與電解質(zhì)溶液反應時 活潑的電極作負極 不活潑的電極作正極 當只有一極與電解質(zhì)溶液反應時 與電解質(zhì)溶液反應的電極作負極 另一極作正極 3 mg al hcl構(gòu)成的原電池中 負極為mg 但mg al naoh構(gòu)成的原電池中 負極為al 4 al fe在濃hno3中鈍化后 比cu等不活潑金屬更難失去電子 cu等不活潑金屬做負極 al fe做正極 答案 d解析 正極上氧化劑得e 發(fā)生還原反應 a選項正確 總反應為2h2 o2 2h2o koh的物質(zhì)的量未發(fā)生變化 b c正確 放電時k 向正極移動 d錯誤 互動探究 1 若以h2so4為電解質(zhì)溶液 則正極反應式如何書寫 你有哪些思考 提示 若以h2so4為電解質(zhì)溶液 則a選項中電極反應產(chǎn)生的oh 不能存在 與溶液中的h 結(jié)合為h2o 電極反應式為o2 4e 4h 2h2o 書寫電極反應式時一定要注意電解質(zhì)溶液的酸堿性 電解質(zhì)溶液發(fā)生變化 電極方程式可能也要發(fā)生變化 2 原電池中離子移動方向如何判斷 提示 依據(jù)電流方向 電解質(zhì)溶液為原電池的內(nèi)電路 電流方向為負極 正極 故陽離子移向正極 陰離子移向負極 c 燒杯a中發(fā)生的反應為2h 2e h2d 燒杯b中發(fā)生的反應為2cl 2e cl2答案 ab解析 該裝置是一個原電池裝置 其中fe作正極 zn作負極 fe電極發(fā)生的反應是o2 2h2o 4e 4oh zn電極發(fā)生的反應是zn 2e zn2 故a b兩項正確 原電池原理的應用 是高考的?？键c 主要以原電池的設計 金屬活動性的強弱 金屬的腐蝕原理等為載體考查原電池原理的應用 最常見的題型是選擇題 預計今后的高考仍會以原電池的設計 金屬的腐蝕和防護為主要考查方向 根據(jù)原電池原理可知 在原電池反應過程中 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 用導線將a和b連接后 插入到稀硫酸中 一段時間后 若觀察到a極溶解 而b極上有氣體放出 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 則金屬a的金屬活動性比b強 2 加快氧化還原反應的速率因為形成原電池后 氧化反應和還原反應分別在兩個電極進行 使溶液中的離子運動時相互間的干擾減小 使反應速率增大 如zn與稀h2so4反應制氫氣時 可向溶液中滴加少量cuso4溶液 形成cu zn原電池 加快反應進行 3 用于金屬的防護要保護一個鐵制閘門 可用導線將其與一鋅塊相連 使鋅作原電池的負極 鐵制閘門作正極 4 設計制作化學電源設計原電池時要緊扣構(gòu)成原電池的條件 1 首先要將已知氧化還原反應拆分為兩個半反應 2 根據(jù)原電池的電極反應特點 結(jié)合兩個半反應找出正負極材料 負極就是失電子的物質(zhì) 正極用比負極活潑性差的金屬或?qū)щ姷姆墙饘偃缡?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 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 如空氣中的氧氣 但如果兩個半反應分別在兩個容器中進行 中間連接鹽橋 左右兩個容器中的電解質(zhì)溶液應選擇與電極材料相同的陽離子 如在銅 鋅 硫酸銅構(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電 電池中的負極必須能夠與電解質(zhì)溶液反應 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 舉例根據(jù)以下反應設計原電池 知能拓展 1 并不是所有的氧化還原反應都能設計成原電池 如歧化反應 屬于氧化還原反應 但不能設計成原電池 2 電池的負極材料不一定參加反應 如燃料電池的電極都是惰性電極 完成原電池甲的裝置示意圖 見下圖 并作相應標注 要求 在同一燒杯中 電極與溶液含相同的金屬元素 甲乙兩種原電池中可更有效地將化學能轉(zhuǎn)化為電能的是 其原因是 2 根據(jù)犧牲陽極的陰極保護法原理 為減緩電解質(zhì)溶液中鐵片的腐蝕 在 2 的材料中應選 作陽極 答案 1 如圖所示 合理即可 逐漸溶解 質(zhì)量減少 甲甲使用了鹽橋 避免負極金屬直接與溶液中的銅離子反應而造成能量損失 2 鋅 解析 1 根據(jù)電子的流向知 左燒杯中電極為負極 右燒杯中電極為正極 負極可以是zn或fe 可以觀察到負極逐漸溶解 甲電池能更有效地將化學能轉(zhuǎn)化為電能 2 利用犧牲陽極的陰極保護法原理 減緩鐵片的腐蝕時 選擇比fe活潑的zn作陽極 設計化學電源的一般思路理論上能自發(fā)進行的氧化還原反應都可以設計成原電池 1 將氧化還原反應拆成氧化反應和還原反應兩個半反應 分別作原電池的負極和正極 2 確定電極材料 如發(fā)生氧化反應的物質(zhì)為金屬單質(zhì) 可用該金屬直接作負極 如為氣體 如h2 或溶液中的還原性離子 可用惰性電極 如pt 碳棒 作負極 發(fā)生還原反應的電極材料必須不如負極材料活潑 3 確定電解質(zhì)溶液 一般選用反應物中的電解質(zhì)溶液即可 4 構(gòu)成閉合回路 2 2013 遵義模擬 某?；瘜W興趣小組進行探究性活動 將氧化還原反應 2fe3 2i 2fe2 i2 設計成帶鹽橋的原電池 提供的試劑 fecl3溶液 ki溶液 其他用品任選 請回答下列問題 1 請畫出設計的原電池裝置圖 并標出電極材料 電極名稱及電解質(zhì)溶液 2 發(fā)生氧化反應的電極反應式為 3 反應達到平衡時 外電路導線中 填 有 或 無 電流通過 4 平衡后向fecl3溶液中加入少量fecl2固體 當固體全部溶解后 則此時該溶液中電極變?yōu)?填 正 或 負 極 互動探究 1 外電路電流為零時反應是否停止 提示 反應達到平衡時 電流為零 該平衡是動態(tài)平衡 反應仍在進行 2 該鹽橋原電池反應達到平衡時 若向兩個半電池中加入淀粉溶液 溶液變藍的是正極區(qū) 還是負極區(qū) 提示 2i 2e i2 碘在負極區(qū)生成 負極區(qū)溶液變藍 特色培優(yōu)增素養(yǎng) 嘗試解題 解析 本題考查原電池原理 在原電池中活潑金屬作負極 a錯 h2o2具有強氧化性 在反應過程中發(fā)生還原反應 b錯 石墨電極為原電池的正極 電極反應式為h2o2 2e 2h 2h2o 電極附近溶液ph增大 c正確 原電池電解質(zhì)溶液中的陰離子向負極移動 d錯 答案 c 2 鎂鋁兩種電極組成的原電池一定是鎂做負極嗎 提示 由兩極的相對活潑性確定 活潑性相對較強的金屬為負極 一般來說 負極材料與電解質(zhì)溶液能發(fā)生反應 活潑性相對較差的金屬或?qū)щ姷姆墙饘贋檎龢O 如mg al hcl溶液構(gòu)成的原電池中 負極為mg 但要注意的是 在mg al naoh溶液構(gòu)成的原電池中 負極為al 提示 在a b這一環(huán)節(jié) 是溶液中離子導電的過程 電子不能沿此路徑流動 二 相關實驗知識歸納原電池電極反應式的書寫這是電化學知識學習的一個重點和難點 如果題目給定的是圖示裝置 先分析正 負極 再根據(jù)正 負極反應規(guī)律去寫電極反應式 如果題目給定的是總反應式 可分析此反應中的氧化反應或還原反應 即分析有關元素的化合價變化情況 再選擇一個簡單變化情況去寫電極反應式 另一極的電極反應式可直接寫或?qū)⒏鞣磻娇醋鰯?shù)學中的代數(shù)式 用總反應式減去已寫出的電極反應式 即得結(jié)果 正 負極發(fā)生反應的物質(zhì)分別是一個氧化還原反應的氧化劑和還