第39讲 原电池 化学电源 2024高考化学一轮复习高频考点精讲（新教材新高考） 课件

这是一份第39讲 原电池 化学电源 2024高考化学一轮复习高频考点精讲（新教材新高考） 课件，共46页。PPT课件主要包含了复习目标，原电池工作原理及应用，考点一，必备知识，易错辨析，专项突破，归纳总结，常见化学电源，考点二，真题演练等内容，欢迎下载使用。
1.理解原电池的工作原理。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.能够书写常见化学电源的电极反应式和总反应方程式。
1.概念原电池是把 能转化为 能的装置。
3.工作原理(以铜锌原电池为例)
Ⅱ.盐桥的组成和作用①盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶，离子可在其中自由移动。②盐桥的作用：a.连接内电路，________________；b.__________，使原电池不断产生电流。③盐桥中离子移向：阴离子移向_____，阳离子移向______。
4.原电池原理的应用(1)设计原电池首先将氧化还原反应分成两个半反应，其次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。
[例]根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计原电池，在方框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液，写出电极反应式：
Cu－2e－===Cu2＋
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(2)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性 的金属，正极一般是活动性 的金属(或能导电的非金属)。(3)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。(4)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。
1.盐桥是所有原电池构成的必要条件(　　)2.原电池内部电解质中的阴离子一定移向负极，阳离子一定移向正极(　　)3.构成原电池两极的电极材料一定是活泼性不同的金属(　　)4.原电池中负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数(　　)5.使用盐桥可以提高电池的效率(　　)
一、原电池的设计及工作原理1.(2022·杭州模拟)实验a：将铜片、锌片和稀硫酸组成单液原电池，铜片、锌片表面均产生气泡。实验b：将锌片在稀HgCl2溶液中浸泡几分钟，锌片表面形成锌汞合金，再与铜片、稀硫酸组成单液原电池，只有铜片表面产生气泡。下列有关说法不正确的是A.实验a中锌片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能B.实验b中铜片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能C.实验a、b中原电池总反应的离子方程式均为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑D.锌片经HgCl2溶液处理后，有利于更多的化学能转化为电能
实验a中锌片表面产生气泡是因为锌片和稀硫酸直接发生氧化还原反应生成氢气，对应的能量转化形式是化学能转化为热能，故A错误；实验b中铜片表面产生气泡是因为形成原电池，对应的能量转化形式是化学能转化为电能，故B正确；锌片上没有H＋生成H2，从而有利于更多的化学能转化为电能，故D正确。
2.(2022·苏州模拟)某学习小组设计如图所示原电池装置。该电池总反应为Cl－＋Ag＋===AgCl↓。下列说法正确的是A.放电时，X电极发生还原反应B.放电时，Y电极反应式为Ag＋＋e－===AgC.放电时，盐桥中K＋向盛有NaCl溶液的烧 杯中移动D.外电路中每通过0.1 ml e－，X电极质量 增加14.35 g
该原电池X电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，故A错误；Y电极为原电池正极，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，故B正确；放电时，盐桥中的钾离子向正极移动，X电极为负极，故C错误；
放电时，当电路中转移0.1 ml e－时，X电极会有0.1 ml Ag失去0.1 ml电子生成银离子，银离子会与氯离子反应生成氯化银沉淀，故D错误。
下列叙述正确的是A.甲组操作时，电流表(A)指针发生偏转B.甲组操作时，溶液颜色变浅C.乙组操作时，C2作正极D.乙组操作时，C1上发生的电极反应为I2＋2e－===2I－
二、电极的判断及电极方程式的书写4.有下图所示的四个装置，回答相关问题：
(1)图①中，Mg作____极。(2)图②中，Mg作____极，写出负极反应式：_______________________________，正极反应式：___________________________，总反应的离子方程式：____________________________________。
6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
(3)图③中，Fe作____极，写出负极反应式：___________________，正极反应式：____________________________________，总反应的化学方程式：___________________________________________。(4)图④装置能否构成原电池？_____(填“能”或“否”)，若能构成原电池，正极为_____，电极反应式为__________________________(若不能构成原电池，后两问不用回答)。
Cu＋4HNO3(浓)
===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
(1)原电池的正、负极不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成思维定式——活泼金属一定是负极，但发生氧化反应的一定是负极。(2)电极方程式书写的一般方法
1.一次电池放电后不可再充电的电池。(1)碱性锌锰电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。负极反应物： ；电极反应：___________________________；正极反应物：_______；电极反应：________________________________________。
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－
(2)纽扣式锌银电池总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。电解质：_______；负极反应物：_____；电极反应：__________________________；正极反应物：_______；电极反应：______________________________。2.二次电池放电后可以再充电而反复使用的电池，又称为可充电电池或蓄电池。
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
[例]铅酸蓄电池是常见的二次电池，负极反应物是 ，正极反应物是 。总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O。
(1)放电时：负极：_________________________；正极：_______________________________________。(2)充电时：阴极：_______________________；阳极：_____________________________________。
提醒　充电时电极的连接，负接负作阴极，正接正作阳极。
3.燃料电池(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，常见的燃料除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。如无特别提示，燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧。(2)燃料电池的电解质常有四种类型，酸性溶液、碱性溶液、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应式、电极反应式有影响。
(3)以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式。①酸性溶液(或含质子交换膜)
CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋
③固体氧化物(其中O2－可以在固体介质中自由移动)
CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O
1.铅酸蓄电池放电时，正极与负极质量均增加(　　)2.二次电池充电时，二次电池的阴极连接电源的负极，发生还原反应(　　)3.铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应(　　)4.燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能(　　)5.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(　　)
1.为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D-Zn－NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l) ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的 ZnO分散度高B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－=== NiOOH(s)＋H2O(l)C.放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)D.放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区
根据题干中总反应可知该电池充电时，Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH，B正确；放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO，C正确；电池放电过程中，阴离子移向负极区，D错误。
2.直接煤-空气燃料电池原理如图所示，下列说法错误的是A.随着反应的进行，氧化物电解质的量 不断减少B.负极上发生的反应有C＋ －4e－ ===3CO2、CO2＋O2－===C.电极X为负极，O2－向X极迁移D.直接煤-空气燃料电池的能量效率比煤燃烧发电的能量效率高
总反应式为C＋O2===CO2，因此氧化物电解质的量不会减少，错误；C项，电极X为负极，原电池内部的阴离子向负极移动，正确；
D项，该燃料电池是把化学能直接转化为电能，而煤燃烧发电是把化学能转化为热能，再转化为电能，故该燃料电池的能量效率更高，正确。
3.(1)科学家用氮化镓材料与铜组装如图1所示的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4。该电池负极是______，负极产物是______，正极是_____，正极产物是______。
(2)钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池工作时的反应为2RuⅡ*＋ ===2RuⅢ＋3I－，装置如图2。该电池负极材料为______________，负极产物为______；正极材料为______________，正极产物为___，正极反应式：__________________。
(3)“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如图3。该电池负极是_______，负极产物是____________，正极产物是________。
1.(2021·广东，9)火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时A.负极上发生还原反应 B.CO2在正极上得电子C.阳离子由正极移向负极 D.将电能转化为化学能
根据题干信息可知，放电时总反应为4Na＋3CO2===2Na2CO3＋C。放电时负极上Na失去电子发生氧化反应生成Na＋，故A错误；放电时正极上CO2得到电子生成C，故B正确；放电时阳离子移向正极，故C错误；放电时该装置为原电池，将化学能转化为电能，故D错误。
2.(2019·浙江4月选考，12)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。
下列说法不正确的是A.甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近 溶液中H＋浓度增加B.乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O ===2Ag＋2OH－C.丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D.丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱， 导电能力下降
Zn较Cu活泼，作负极，Zn失电子变Zn2＋，电子经导线转移到铜电极，铜电极负电荷变多，吸引了溶液中的阳离子，因而Zn2＋和H＋迁移至铜电极，H＋氧化性较强，得电子变成H2，因而c(H＋)减小，A项错误；Ag2O作正极，得到来自Zn失去的电子，被还原成Ag，结合KOH溶液作电解液，故电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，B项正确；
Zn为较活泼电极，作负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，锌溶解，因而锌筒会变薄，C项正确；
3.(2022·湖南，8)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是A.海水起电解质溶液作用B.N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D.该锂-海水电池属于一次电池
海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；N为正极，电极反应主要为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B错误；
Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，故C正确；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确。
4.(2021·山东，10)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清洁燃料电池，下列说法正确的是A.放电过程中，K＋均向负极移动B.放电过程中，KOH物质的量均减小C.消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大D.消耗1 ml O2时，理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L