高三化學(xué)總復(fù)習(xí)課件第六章化學(xué)反應(yīng)與能量6-20

第20講原電池化學(xué)電源[考綱要求]1.了解原電池的工作原理，能寫(xiě)出電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。2.了解常見(jiàn)化學(xué)電源的種類(lèi)及其工作原理。高頻考點(diǎn)一原電池及其工作原理1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。(1)在原電池中，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極一定是負(fù)極(√)(2)在原電池中，負(fù)極材料的活潑性一定比正極材料強(qiáng)(×)(3)在原電池中，正極本身一定不參與電極反應(yīng)，負(fù)極本身一定要發(fā)生氧化反應(yīng)(×)(4)帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池電流持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)(√)(5)在“鋅—硫酸銅溶液—銅”原電池中，鋅為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)(×)(6)原電池工作時(shí)，溶液中的陽(yáng)離子向負(fù)極移動(dòng)，鹽橋中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)

(×)(7)原電池放電時(shí)，電流方向由電源的負(fù)極流向正極(×)(8)兩種活潑性不同的金屬組成原電池的兩極，活潑金屬一定作負(fù)極(×)2．(1)下列裝置屬于原電池的是________。(2)在選出的原電池中，________是負(fù)極，發(fā)生________反應(yīng)，________是正極，該極的現(xiàn)象是_________________。(3)此原電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)____________________________________________________________________________________________。1．原電池原電池是把________轉(zhuǎn)化為_(kāi)____的裝置，其反應(yīng)本質(zhì)是______________?；瘜W(xué)能電能氧化還原反應(yīng)2．原電池的工作原理(以銅鋅原電池為例)(2)鹽橋的組成和作用①鹽橋中裝有飽和的KCl、KNO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。②鹽橋的作用：連接內(nèi)電路，形成閉合回路；平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。(3)裝置Ⅰ和裝置Ⅱ的區(qū)別裝置Ⅰ：還原劑Zn與氧化劑Cu2＋直接接觸，易造成能量損耗，裝置效率很低。裝置Ⅱ：還原劑在負(fù)極區(qū)，而氧化劑在正極區(qū)，能避免能量損耗。3．構(gòu)成原電池的條件考點(diǎn)1原電池的工作原理1．(2016·上海高考)圖1是銅鋅原電池示意圖。圖2中，x軸表示實(shí)驗(yàn)時(shí)流入正極的電子的物質(zhì)的量，y軸表示(

)2．鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò)，下列有關(guān)敘述正確的是(

)【易錯(cuò)警示】

原電池工作原理的3個(gè)失分點(diǎn)(1)原電池閉合回路的形成有多種方式，可以是導(dǎo)線(xiàn)連接兩個(gè)電極，也可以是兩電極相接觸。(2)電解質(zhì)溶液中陰、陽(yáng)離子的定向移動(dòng)，與導(dǎo)線(xiàn)中電子的定向移動(dòng)共同組成了一個(gè)完整的閉合回路。(3)無(wú)論在原電池還是在電解池中，電子均不能通過(guò)電解質(zhì)溶液?？键c(diǎn)2原電池正負(fù)極的判斷3．(2018·江蘇泗洪模擬)如圖是某同學(xué)設(shè)計(jì)的原電池裝置，下列敘述中正確的是(

)【解析】

【答案】

C【解析】

(1)中Mg作負(fù)極；(2)中Al作負(fù)極；(3)中銅作負(fù)極；(4)是鐵的吸氧腐蝕，F(xiàn)e作負(fù)極?！敬鸢浮緽【方法總結(jié)】

判斷原電池正、負(fù)極的5種方法(注：Na3AsO3和Na3AsO4的溶液均為無(wú)色)下列敘述中正確的是(

)A．甲組操作時(shí)，電流表(A)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．甲組操作時(shí)，溶液顏色變淺C．乙組操作時(shí)，C2作正極D．乙組操作時(shí)，C1上發(fā)生的電極反應(yīng)為I2＋2e－2I－6．(2018·廈門(mén)模擬)控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I(xiàn)2設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是(

)【方法總結(jié)】

電流方向的判斷方法(1)當(dāng)氧化劑得電子速率與還原劑失電子速率相等時(shí)，可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，電流表指針示數(shù)為零；當(dāng)電流表指針往相反方向偏轉(zhuǎn)，暗示電路中電子流向相反，說(shuō)明化學(xué)平衡移動(dòng)方向相反。(2)電子流向的分析方法改變條件，平衡移動(dòng)；平衡移動(dòng)，電子轉(zhuǎn)移；電子轉(zhuǎn)移，判斷區(qū)域；根據(jù)區(qū)域，判斷流向；根據(jù)流向，判斷電極。高頻考點(diǎn)二原電池工作原理的應(yīng)用1．(1)用鋅粒與稀H2SO4反應(yīng)制取H2時(shí)，加入少量CuSO4會(huì)加快反應(yīng)速率嗎？會(huì)影響產(chǎn)生H2的量嗎？(2)將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過(guò)量的稀硫酸，同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液。請(qǐng)畫(huà)出產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系圖像?！敬鸢浮?1)利用原電池原理可加快制氫氣的速率，但可能影響生成氫氣的量。需注意生成氫氣的總量是取決于金屬的量還是取決于酸的量。(2)2．電工經(jīng)常說(shuō)的一句口頭禪：“鋁接銅，瞎糊弄”，所以電工操作上規(guī)定不能把銅導(dǎo)線(xiàn)與鋁導(dǎo)線(xiàn)連接在一起使用，試說(shuō)明原因?！敬鸢浮?/p>

銅、鋁接觸在潮濕的環(huán)境中形成原電池，加快了鋁的腐蝕，易造成電路斷路。1．比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱原電池中，一般活動(dòng)性強(qiáng)的金屬作_____，而活動(dòng)性弱的金屬(或非金屬)作_____。

如有兩種金屬A和B，用導(dǎo)線(xiàn)將A和B連接后，插入稀硫酸中，一段時(shí)間后，若觀(guān)察到A極溶解，而B(niǎo)極上有氣體放出，則說(shuō)明A作負(fù)極，B作正極，則可以斷定金屬活動(dòng)性A＞B。負(fù)極正極2．加快化學(xué)反應(yīng)速率由于形成了原電池，導(dǎo)致反應(yīng)速率_____。如Zn與稀硫酸反應(yīng)制氫氣時(shí)，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu-Zn原電池，____反應(yīng)進(jìn)行。3．用于金屬的防護(hù)使需要保護(hù)的金屬制品作原電池_____而受到保護(hù)。例如，要保護(hù)一個(gè)鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁，可用導(dǎo)線(xiàn)將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負(fù)極。加快加快正極4．設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源考點(diǎn)1比較金屬的活動(dòng)性1．(2018·河南安陽(yáng)實(shí)驗(yàn)高中月考)X、Y、Z三種金屬，X、Y組成原電池，X是負(fù)極；把Y放在Z的硝酸鹽溶液中，Y表面有Z析出。其活潑順序是(

)A．X>Y>Z

B．Z>Y>XC．X>Z>Y D．Y>X>Z【答案】

A2．(2018·襄陽(yáng)一模)有A、B、C、D四種金屬，做如下實(shí)驗(yàn)：①將A與B用導(dǎo)線(xiàn)連接起來(lái)，浸入電解質(zhì)溶液中，B不易腐蝕；②將A、D分別投入等物質(zhì)的量濃度的鹽酸中，D比A反應(yīng)劇烈；③將銅浸入B的鹽溶液里，無(wú)明顯變化，如果把銅浸入C的鹽溶液里，有金屬C析出。據(jù)此判斷它們的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序是(

)A．A>B>C>D B．C>D>A>BC．D>A>B>C D．A>B>D>C【解析】

①A與B用導(dǎo)線(xiàn)連接后浸入電解質(zhì)溶液中會(huì)構(gòu)成原電池，B不易腐蝕，說(shuō)明B為原電池的正極，說(shuō)明金屬活動(dòng)性：A>B；②A(yíng)、D與等物質(zhì)的量濃度的鹽酸反應(yīng)，D比A反應(yīng)劇烈，說(shuō)明金屬活動(dòng)性：D>A；③根據(jù)置換反應(yīng)規(guī)律，Cu不能置換出B，說(shuō)明金屬活動(dòng)性：B>Cu，Cu能置換出C，說(shuō)明金屬活動(dòng)性：Cu>C。則四種金屬活動(dòng)性的排列順序是D>A>B>C?！敬鸢浮?/p>

C【易錯(cuò)警示】

(1)原電池的正極和負(fù)極與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)，活潑電極不一定作負(fù)極。(2)離子不上導(dǎo)線(xiàn)，電子不進(jìn)溶液，即電子在導(dǎo)線(xiàn)中移動(dòng)而不能在溶液中通過(guò)，自由離子在溶液中遷移而不能在導(dǎo)線(xiàn)中通過(guò)?？键c(diǎn)2加快化學(xué)反應(yīng)的速率3．(2015·海南高考改編)10mL濃度為1mol·L－1的鹽酸與過(guò)量的鋅粉反應(yīng)，若加入適量的下列溶液，能減慢反應(yīng)速率且氫氣生成量減少的是(

)A．K2SO4 B．CH3COONaC．CuSO4 D．Na2CO34．選擇合適的圖像：(1)將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過(guò)量的稀硫酸中，同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系是________。(2)將過(guò)量的兩份鋅粉a、b分別加入定量的稀硫酸，同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系是________。(3)將(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他條件不變，則圖像是________。【解析】

(1)a中加入CuSO4，消耗一部分Zn，Cu、Zn形成原電池，反應(yīng)速率加快，所以a放出H2的量減少，但速率加快。(2)a中加入CuSO4消耗Zn，但不影響產(chǎn)生H2的量，速率也加快。(3)CH3COONa與H2SO4反應(yīng)后生成弱酸CH3COOH，從而減慢反應(yīng)速率，但產(chǎn)生H2的量沒(méi)發(fā)生變化?！敬鸢浮?/p>

(1)A

(2)B

(3)C【點(diǎn)撥】

利用原電池原理可加快制氫氣的速率，但可能影響生成氫氣的量。需注意生成氫氣的總量是取決于金屬的量還是取決于酸的量。(2)發(fā)生氧化反應(yīng)的電極反應(yīng)式為_(kāi)_______。(3)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，外電路導(dǎo)線(xiàn)中________(填“有”或“無(wú)”)電流通過(guò)。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體，當(dāng)固體全部溶解后，則此時(shí)該溶液中電極變?yōu)開(kāi)_______(填“正”或“負(fù)”)極?！窘馕觥?/p>

(1)先分析氧化還原反應(yīng)，找出正負(fù)極反應(yīng)，即可確定正負(fù)極區(qū)的電解質(zhì)溶液。(2)發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是負(fù)極，I－失電子。(3)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，無(wú)電子流動(dòng)，故無(wú)電流產(chǎn)生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體，平衡逆向移動(dòng)，此時(shí)Fe2＋失電子，電極變成負(fù)極?！局R(shí)歸納】

能設(shè)計(jì)成原電池的反應(yīng)一定是放熱的氧化還原反應(yīng)，吸熱反應(yīng)不可能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。在原電池中還原性強(qiáng)的物質(zhì)作為負(fù)極，氧化性強(qiáng)的物質(zhì)作為正極，正極材料只起導(dǎo)電作用，一般用“萬(wàn)能電極”——石墨。高頻考點(diǎn)三常見(jiàn)的傳統(tǒng)化學(xué)電源2．可充電電池充電時(shí)電極與外接電源的正、負(fù)極如何連接？【答案】

2．二次電池(可充電池)鉛蓄電池是最常見(jiàn)的二次電池，總反應(yīng)為3．燃料電池是一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置，氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池。考點(diǎn)1干電池的構(gòu)成與工作原理1．(2015·新課標(biāo)全國(guó)Ⅱ，26)酸性鋅錳干電池是一種一次性電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周?chē)怯商挤?、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過(guò)程產(chǎn)生MnOOH?；厥仗幚碓搹U電池可得到多種化工原料。有關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示：回答下列問(wèn)題：(1)該電池的正極反應(yīng)式為_(kāi)_____________，電池反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)___________________。(2)維持電流強(qiáng)度為0.5A，電池工作5分鐘，理論上消耗鋅________g。(已知F＝96500C·mol－1)(3)廢電池糊狀填充物加水處理后，過(guò)濾，濾液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通過(guò)______________分離回收；濾渣的主要成分是MnO2、________和________，欲從中得到較純的MnO2，最簡(jiǎn)便的方法為_(kāi)_______，其原理是___________________________________________________________________________。(4)用廢電池的鋅皮制備ZnSO4·7H2O的過(guò)程中，需除去鋅皮中的少量雜質(zhì)鐵，其方法是：加稀H2SO4和H2O2溶解，鐵變?yōu)開(kāi)_______，加堿調(diào)節(jié)至pH為_(kāi)_______時(shí)，鐵剛好沉淀完全(離子濃度小于1×10－5mol·L－1時(shí)，即可認(rèn)為該離子沉淀完全)；繼續(xù)加堿至pH為_(kāi)_______時(shí)，鋅開(kāi)始沉淀(假定Zn2＋濃度為0.1mol·L－1)。若上述過(guò)程不加H2O2，后果是________，原因___________________________。(4)Fe在酸性條件下被H2O2氧化為Fe3＋。根據(jù)Fe(OH)3的Ksp和剛好完全沉淀時(shí)c(Fe3＋)＝1×10－5mol·L－1，有1×10－5×c3(OH－)＝10－39，可求得c(OH－)約為1×10－11.3mol·L－1，則溶液中c(H＋)＝1×10－2.7mol·L－1，溶液的pH為2.7。同理，根據(jù)Zn(OH)2的Ksp和Zn2＋開(kāi)始沉淀時(shí)c(Zn2＋)＝0.1mol·L－1，有0.1×c2(OH－)＝10－17，可求得c(OH－)＝1×10－8mol·L－1，對(duì)應(yīng)溶液pH＝6。若除鐵時(shí)不加入H2O2，得到的溶液中同時(shí)含有Zn2＋和Fe2＋，由于Zn(OH)2和Fe(OH)2的Ksp相近，很難分離Zn2＋和Fe2＋?？键c(diǎn)2鉛蓄電池的構(gòu)成與工作原理2．鉛蓄電池的電極材料分別為Pb和PbO2，電解質(zhì)溶液為30%H2SO4，如圖所示是處于工作狀態(tài)的鉛蓄電池，若兩電極的質(zhì)量增加且a極增加得更多。下列說(shuō)法正確的是(

)請(qǐng)回答下列問(wèn)題(不考慮氫、氧的氧化還原)：(1)放電時(shí)：正極的電極反應(yīng)式是________________________________________________；電解液中H2SO4的濃度將變________；當(dāng)外電路通過(guò)1mol電子時(shí)，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加________g。(2)在完全放電耗盡PbO2和Pb時(shí)，若按如圖連接，電解一段時(shí)間后，則在A(yíng)電極上生成________，B電極上生成________，此時(shí)鉛蓄電池的正極、負(fù)極的極性將________?！窘馕觥?/p>

(1)原電池里正極上得電子，負(fù)極上失電子。根據(jù)電池總反應(yīng)式【反思?xì)w納】

可充電電池常考查內(nèi)容(1)充、放電時(shí)電極的判斷。(2)充、放電時(shí)電極反應(yīng)及反應(yīng)類(lèi)型的判斷。(3)充、放電時(shí)離子(外電路中電子的移動(dòng)方向的判斷)。(4)充、放電時(shí)電解質(zhì)溶液離子濃度的變化，特別是酸、堿性的變化。5．一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。下列有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是(

)【解析】

高溫條件下微生物會(huì)死亡，電池不能正常工作，A項(xiàng)正確；電池的負(fù)極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，即葡萄糖失電子生成CO2氣體，B項(xiàng)正確；放電過(guò)程中，電子從負(fù)極區(qū)向正極區(qū)轉(zhuǎn)移，C項(xiàng)錯(cuò)誤；結(jié)合題給條件分析，D項(xiàng)正確?！敬鸢浮緾難點(diǎn)專(zhuān)攻(十七)發(fā)展中的新型化學(xué)電源2．(2014·海南高考)鋰錳電池的體積小、性能優(yōu)良，是常用的一次電池。該電池反應(yīng)原理如圖所示，其中電解質(zhì)LiClO4溶于混合有機(jī)溶劑中，Li＋通過(guò)電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中，生成LiMnO2?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)外電路的電流方向是由________極流向________極。(填字母)(2)電池正極反應(yīng)式為_(kāi)_____________________________。(3)是否可用水代替電池中的混合有機(jī)溶劑？________(填“是”或“否”)，原因是___________________________。(4)MnO2可與KOH和KClO3在高溫下反應(yīng)，生成K2MnO4，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)____________________________。K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2的物質(zhì)的量之比為_(kāi)_______。【解析】【知識(shí)歸納】

(1)電池放電時(shí)發(fā)生原電池反應(yīng)，充電時(shí)發(fā)生電解池反應(yīng)，在充電時(shí)電池的負(fù)極接電源的負(fù)極，即負(fù)極接負(fù)極后作陰極，正極接正極后作陽(yáng)極。(2)充電電池的充、放電時(shí)的電極反應(yīng)為陰極→負(fù)極反應(yīng)相反，陽(yáng)極→正極反應(yīng)相反。(3)陽(yáng)極和負(fù)極都發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極和正極都發(fā)生還原反應(yīng)。(4)充電電池放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，電子從負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)流向正極；電池充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子移向陰極，陰離子移向陽(yáng)極。(5)pH變化：電極附近溶液的pH變化，根據(jù)電極反應(yīng)式進(jìn)行分析。6．(2018·哈爾濱模擬)新型NaBH4/H2O2燃料電池(DBFC)的結(jié)構(gòu)如圖所示，(已知硼氫化鈉中氫為－1價(jià))，有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是(

)【方法總結(jié)】

根據(jù)電極產(chǎn)物判斷燃料電池正、負(fù)極的方法(1)在酸性燃料