6.2原电池　化学电源

这是一份6.2原电池　化学电源，共60页。PPT课件主要包含了考点一，考点二，真题演练·素养通关，氧化还原反应，活泼性不同，闭合回路，答案C，答案B，答案D，AgNO3等内容，欢迎下载使用。

考纲要求1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。
考点一　原电池工作原理
基础梳理·自我排查1.概念和反应本质：原电池是把化学能转化为________的装置，其反应本质是____________。2．构成条件(1)能自发地发生氧化还原反应(原电池必备条件)。(2)两个__________的电极(材料可以是金属或导电的非金属)。①负极：活泼性较强的金属。②正极：活泼性较弱的金属或能导电的非金属。(3)电极均插入电解质溶液中。(4)构成________(两电极接触或用导线连接)。
3．工作原理(以锌铜原电池为例)
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
4.原电池原理的应用(1)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较________的金属，正极一般是活动性较________的金属(或非金属)。(2)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。(3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的________而受到保护。
[思考]下图是根据原电池原理设计的LED灯发光的装置：(1)该装置中，存在怎样的能量转化过程？(2)如果将硫酸换成柠檬汁，导线中会不会有电子流动？如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向是否改变？
答案：（1）装置中存在“化学能→电能→光能”的转换。（2）柠檬汁显酸性也能作电解质溶液，所以将硫酸换成柠檬汁，仍然构成原电池，所以导线中有电子流动；金属性Cu比Zn、Fe弱，Cu作正极，所以电路中的电流方向不变。
[判断]　(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强(　　)(2)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应(　　)(3)带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长(　　)(4)在“锌－硫酸铜溶液－铜”原电池中，锌为负极，发生还原反应(　　)(5)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动(　　)(6)原电池放电时，电流方向由电源的负极流向正极(　　)
考点专练·层级突破练点一　原电池基础判断1．如图所示是一位同学在测试水果电池，下列有关说法错误的是(　　)A.若金属片A是正极，则该金属片上会产生H2B．水果电池的化学能转化为电能C．此水果发电的原理是电磁感应D．金属片A、B可以一个是铜片，另一个是铁片
2．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是(　　)A. (1)(2)中Mg作负极，(3)(4)中Fe作负极B．(2)中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑C．(3)中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋D．(4)中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
解析：（1）中Mg作负极；（2）中Al作负极；（3）中铜作负极；（4）是铁的吸氧腐蚀，Fe作负极。
方法总结正、负极的判断方法
练点二　盐桥原电池3．有关下图所示原电池的叙述不正确的是(　　)A.电子沿导线由Cu片流向Ag片B．正极的电极反应是Ag＋＋e－===AgC．Cu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：该装置是原电池装置，实质上发生的是Cu与硝酸银的反应，所以Cu失去电子，发生氧化反应，则Cu是负极，Ag是正极，电子从负极流向正极，A正确；正极是Ag＋发生还原反应，得到电子生成Ag，B正确；根据以上分析，Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应，C正确；原电池中，阳离子向正极移动，所以盐桥中的阳离子移向AgNO3溶液，D错误。
4．根据下图，下列判断中正确的是(　　)A．烧杯a中的溶液pH降低B．烧杯b中发生氧化反应C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
解析：由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，烧杯a中c（OH－）增大，溶液的pH升高。烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋。
练后归纳两种原电池装置的比较
Ag＋＋e－===Ag
方法总结原电池的设计和制作方法①首先将氧化还原反应分成两个半反应。②根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。如：根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计的原电池为：
考点二　常见化学电源的类型
基础梳理·自我排查1.一次电池(1)碱性锌锰干电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。负极材料：________。电极反应：___________________________。正极材料：碳棒。电极反应：___________________________________。
Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
(2)纽扣式锌银电池总反应：_____________________________。电解质是________。负极材料：________。电极反应：____________________________。正极材料：________。电极反应：______________________________。
Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
(3)锂电池Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。①负极材料为________，电极反应为____________________。②正极的电极反应为_______________________________。
8Li－8e－===8Li＋
2．二次电池(以铅蓄电池为例)(1)放电时的反应①负极反应：________________________；②正极反应：____________________________________；③总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。
(2)充电时的反应①阴极反应：______________________；②阳极反应：___________________________________；③总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。
微点拨可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极的连接应符合以下特点：
3．燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
[判断]　(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)可充电电池充电时，外接电源正极，内接它的负极(　　)(2)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加(　　)(3)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长(　　)(4)氢氧燃料电池以KOH作电解质溶液时，工作一段时间，pH将变大(　　)(5)氢氧燃料电池以H2SO4作电解质溶液时，工作一段时间，pH将变大(　　)(6)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能(　　)
考点专练·层级突破练点一　化学电源中基本工作原理分析1．利用如图所示原电池可测量空气中Cl2含量，其中电解质是Ag＋可以自由移动的固体物质。下列分析不正确的是(　　)A.电子经外电路流向Pt电极B．电池工作时，电解质中Ag＋数目减少C．正极反应：Cl2＋2e－＋2Ag＋===2AgClD．空气中c(Cl2)越大，Ag极消耗速率越快
解析：Ag的金属活泼性强于Pt，则Ag电极是负极，Ag失去电子，则电子经外电路流向Pt电极，A正确；正极是Cl2得到电子，与Ag＋结合生成AgCl，即电极反应式为Cl2＋2e－＋2Ag＋===2AgCl，但由于负极Ag失去电子转化为Ag＋，所以电池工作时，电解质中Ag＋数目不变，B错误，C正确；空气中c（Cl2）越大，则得到的电子数越多，因此消耗的银越多，则Ag极消耗速率越快，D正确。
2．气体的自动化检测中常常应用原电池原理的传感器。下图为电池的工作示意图：气体扩散进入传感器，在敏感电极上发生反应，传感器就会接收到电信号。下表列出了待测气体及敏感电极上部分反应产物。
则下列说法中正确的是(　　)A.上述气体检测时，敏感电极均作电池正极B．检测分别含H2S和CO体积分数相同的两份空气样本时，传感器上产生的电流大小相同C．检测H2S时，对电极充入空气，对电极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．检测Cl2时，敏感电极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－
解析：原电池中的正极发生还原反应，得到电子，元素的化合价降低，而待测气体为CO时，反应产物为二氧化碳，C元素的化合价升高，发生氧化反应，所以此时敏感电极作电池负极，同理，待测气体为H2S时，S元素的化合价也升高，敏感电极作电池负极，A错误；H2S和CO体积分数相同，则二者物质的量相同，二者失去的电子的物质的量不同，CO失去2个电子，而H2S中S则失去8个电子，所以在气体的扩散速度相同的前提下，传感器上产生的电流大小不同，B错误；检测H2S时，因为电极产物为H2SO4，所以电解质溶液为硫酸，对电极为正极，发生还原反应，充入空气，则正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C错误；检测Cl2时，Cl元素的化合价降低，所以敏感电极作正极，则敏感电极的电极反应式是Cl2＋2e－===2Cl－，D正确。
练点二　二次电池的充放电过程3．水系锂电池具有安全、环保和价格低廉等优点。以钒酸钠(NaV3O8)为正极材料的电极反应式为NaV3O8＋xLi＋＋xe－===NaLixV3O8，该电池示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　)A．放电时，负极的电极反应式：Li－e－===Li＋B．充电过程中Li＋从阳极向阴极迁移C．充电过程中阳极的电极反应式为NaLixV3O8－xe－===NaV3O8＋xLi＋，NaLixV3O8中钒的化合价发生变化D．该电池可以用硫酸钠溶液作电解质溶液
解析：放电时是原电池，电池的负极发生氧化反应，A正确；充电时是电解池，充电过程中阳离子从阳极向阴极迁移，B正确；充电过程中阳极发生氧化反应，C正确；锂能与水反应，该电池不能用硫酸钠溶液作电解质溶液，D错误。
4．“天宫一号”飞行器在太空工作期间必须有源源不断的电源供应。其供电原理是：白天太阳能帆板发电，将一部分电量直接供给“天宫一号”，另一部分电量储存在镍氢电池里，供黑夜时使用。如图为镍氢电池构造示意图(氢化物电极为储氢金属，可看作H2直接参加反应)。下列说法正确的是(　　)A．充电时阴极区电解质溶液pH降低B．在使用过程中此电池要不断补充水C．放电时NiOOH在电极上发生氧化反应D．充电时阳极反应式为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O
解析：充电时，阴极的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，pH升高，A项错误；由题意可知该电池的总反应为2NiOOH＋H2===2Ni（OH）2，没有消耗水，无需补充水，B项错误；放电时，NiOOH在电极上得电子，化合价降低，发生还原反应，C项错误；充电时原电池的正极作阳极，故阳极反应式为Ni（OH）2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O，D项正确。
6．甲醇燃料电池具有容易携带、容易存储等优点，目前被认为将会替代传统的电池成为携带型设备的主要电源。如图是甲醇的质子交换膜型燃料电池模型，下列有关说法正确的是(　　)A．Y极为电池的负极B．X极的电极反应式：CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋C．若常温下用该电池电解100 mL KCl溶液至pH＝12时，电池质子交换膜迁移的A为0.01 mlD．空气以20%为氧气计算，X极每消耗1 ml甲醇，Y极必消耗168 L空气中的氧气
方法总结　燃料电池电极反应式书写的常用方法第一步，写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料燃烧的反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应如下：CH4＋2O2===CO2＋2H2O　①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O　②①＋②可得甲烷燃料电池的总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
1. [2021·河北卷，9]K－O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是(　　)A．隔膜允许K＋通过，不允许O2通过B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极C．产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水
解析：由题图可知，b极上O2转化为KO2，则b极为电池正极，a极为电池负极，K＋通过隔膜由a极向b极迁移，为避免O2氧化K电极，O2不能通过隔膜，A说法正确；放电时，电流由正极经导线流向负极，即由b极经导线流向a极，充电时，b极接外接电源的正极，b电极为阳极，B说法正确；产生1 Ah电量时，生成KO2与消耗O2的质量比为71∶32≈2.22，C说法正确；消耗3.9 g钾时，转移0.1 ml e－，铅酸蓄电池消耗0.1 ml H2O，其质量为1.8 g，D说法错误。
2．[2021·湖南卷，10]锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：
下列说法错误的是(　　)A．放电时，N极为正极B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小C．充电时，M极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===ZnD．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
解析：在该原电池中，活泼金属锌做负极，则N极为正极，A说法正确；放电时，左侧锌放电产生Zn2＋，贮液器中ZnBr2浓度不断增大，B说法错误；充电时，M极为阴极，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，C说法正确；放电时Br－通过隔膜进入溶液中与Zn2＋结合，充电时Zn2＋通过隔膜在双极性碳和塑料电极上沉积，D说法正确。
3．[2020·全国卷Ⅰ，12]科学家近年发明了一种新型Zn－CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
5．[2020·山东卷，10]微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是(　　)A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C．当电路中转移1 ml电子时，模拟海水理论上除盐58.5 gD．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
5．解析：结合图示可知放电时的电极反应如下：根据上述分析可知，A项正确；该电池工作时，Cl－向a极移动，Na＋向b极移动，即隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，B项错误；电路中转移1 ml电子时，向a极和b极分别移动1 ml Cl－和1 ml Na＋，则模拟海水理论上可除盐58.5 g，C项正确；电池工作时负极产生CO2，正极产生H2，结合正、负极的电极反应知，一段时间后，正极和负极产生气体的物质的量之比为2∶1，D项正确。
6．[2019·全国卷Ⅰ，12]利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
解析：A项，现有工业合成氨的反应条件是高温、高压、催化剂，则题述方法合成氨条件更为温和，同时可将化学能转化为电能，正确；B项，阴（正）极区，在固氮酶催化作用下发生反应N2＋6H＋＋6MV＋===2NH3＋6MV2＋，错误；C项，由B项分析可知正极区N2被还原为NH3，正确；D项，原电池工作时，质子（H＋）通过交换膜由负极区向正极区移动，正确。