2027届高三化学（鲁科版）一轮复习课件第32讲 化学能转化为电能——电池

这是一份2027届高三化学（鲁科版）一轮复习课件第32讲 化学能转化为电能——电池，共53页。PPT课件主要包含了考点二化学电源，目录索引，学科素养•发展，必备知识•梳理，化学能转化为电能，氧化还原反应，①③④⑤，形成闭合回路，平衡电荷，石墨棒等内容，欢迎下载使用。
考点一　原电池的工作原理及应用
1.原电池及构成条件(1)原电池工作时能量转化形式为____________________,其反应本质是_____________________。 下列反应理论上可以设计成原电池的是_______ (填字母)。 A.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应;B.KOH和HCl的反应;C.Cu和AgNO3的反应;D.H2和O2的反应
(2)构成条件:下列装置不能构成原电池的是________________(填序号)。 
2.原电池的工作原理(1)两种原电池装置以锌铜原电池为例,图Ⅰ是单液原电池装置,图Ⅱ是双液原电池装置。
(2)原电池的工作原理(以锌铜原电池为例分析)
(3)电极:正极电势高,电子流入正极,正极发生还原反应;负极电势低,电子从负极流出,负极发生氧化反应。(4)盐桥的作用①连接内电路,________________; ②__________,使原电池不断产生电流。 
3.原电池原理的应用(1)加快氧化还原反应速率:一个自发进行的氧化还原反应,形成原电池时会使反应速率增大。(2)比较金属的活动性强弱:原电池中,一般情况下负极是活动性较强的金属,正极是活动性较弱的金属(或非金属)。(3)用于金属的防护:被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。(4)设计原电池装置——以反应2FeCl3+Cu══2FeCl2+CuCl2为例
判断正误:对的打“√”,错的打“×”。
(1)(2025·陕晋青宁卷)根据图1的现象可得出结论:金属活动性顺序为Zn>Fe>Cu。(　　)(2)图2能验证锌与硫酸铜反应过程中有电子转移。(　　)(3)图3能实现Cu+H2SO4══CuSO4+H2↑。(　　)
(4)原电池内部电解质溶液中的阴离子移向负极,阳离子移向正极。(　　)(5)构成原电池两极的电极材料一定是活泼性不同的金属。(　　)(6)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。(　　)
命题角度1　原电池的构成及工作原理1.将Zn与Cu置于CuSO4溶液中可以构成原电池,如图M所示,实验发现电流表指针发生偏转,但是Zn表面仍有红色铜吸附,某同学进行改进,如图N所示。下列说法正确的是(　　)
A.图N中X溶液为CuSO4溶液B.图N盐桥中Cl-向右池移动C.图M与图N中,导线中转移电子数目相同时,Zn极质量减少量相同D.图M中,Cu极质量增加1.92 g,Zn极减少1.97 g,实际消耗Zn应为3.25 g
2.(2023·海南卷)利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池,如图所示。下列说法正确的是(　　)A.b电极为电池正极B.电池工作时,海水中的Na+向a电极移动C.电池工作时,紧邻a电极区域的海水呈强碱性D.每消耗1 kg Al,电池最多向外提供37 ml电子的电量
命题角度2　原电池中电极反应式的书写3.分析如图所示的四个原电池装置,结论正确的是(　　)
A.①②中Mg作负极,③④中Fe作负极B.②中Mg作正极,电极反应为6H2O+6e-══6OH-+3H2↑C.③中Fe作负极,电极反应为Fe-2e-══Fe2+D.④中Cu作正极,电极反应为2H++2e-══H2↑
解析:②中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能与NaOH溶液反应,故Al是负极;③中Fe在浓硝酸中钝化,Cu与浓硝酸反应时失去电子作负极,A、C均错误。②中Mg作正极,正极反应为6H2O+6e-══6OH-+3H2↑,B正确。④中Cu是正极,电极反应为O2+2H2O+4e-══4OH-,D错误。
命题角度3　原电池原理的应用4.有a、b、c、d四种金属,有关的实验装置及部分实验现象如下:
由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　)A.a>b>c>dB.b>c>d>aC.d>a>b>cD.a>b>d>c
解析:把四个实验从左到右分别编号为①②③④,由实验①可知,a极质量减少,b极质量增加,则a作原电池负极,b作原电池正极,金属活动性:a>b;由实验②可知,b极有气体产生,c极无变化,则金属活动性:b>c;由实验③可知,d极溶解,c极有气体产生,则d作原电池负极,c作正极,金属活动性:d>c;由实验④可知,电流从a极流向d极,则d极为原电池负极,a极为原电池正极,金属活动性:d>a。综上所述,可知金属活动性:d>a>b>c。
Zn+2OH--2e-══Zn(OH)2　
MnO2+H2O+e-══MnO(OH)+OH-　
Zn+2OH--2e-══ZnO+H2O　
Ag2O+H2O+2e-══2Ag+2OH-
(1)放电时负极反应式: __________________________; 正极反应式: __________________________。 放电时,当外电路上有2 ml e-通过时,溶液中消耗_________ ml H2SO4。 (2)充电时阴极反应式: ________________________________; 阳极反应式: ________________________________。 充电一段时间后,电解质溶液的pH__________(填“增大”“减小”或“不变”)。
3.燃料电池(1)燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。常见的燃料除了氢气外,烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体均可作燃料电池的燃料。燃料电池将化学能转化为电能的转化率超过80%,远高于转化率仅30%多的火力发电,大大提高了能源的利用率。(2)燃料电池的电解质常有四种类型:酸性条件、碱性条件、固体电解质(可传导O2-)、熔融碳酸盐。
(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)正极: _________________________________, 负极: _________________________________。 ②碱性溶液正极: _________________________________, 负极: _________________________________。 ③固体氧化物(其中O2-可以在固体介质中自由移动)正极: _________________________________, 负极: _________________________________。 
O2+4e-+4H+══2H2O
CH3OH-6e-+H2O══CO2↑+6H+
O2+4e-+2H2O══4OH-　
O2+4e-══2O2-　
CH3OH-6e-+3O2-══CO2↑+2H2O　
(2024·浙江6月卷节选)氢能的高效利用途径之一是在燃料电池中产生电能。某研究小组的自制熔融碳酸盐燃料电池工作原理如图所示,正极的电极反应式是________________________________ 。 该电池以3.2 A恒定电流工作14 min,消耗H2的体积为0.49 L,故可测得该电池将化学能转化为电能的转化率为___________ 。[已知:该条件下H2的摩尔体积为24.5 L·ml-1;电荷量q(C)=电流I(A)×时间(s);NA=6.0×1023 ml-1; e=1.60×10-19C。] 
判断正误:对的打“√”,错的打“×”。(1)手机、电脑中使用的锂离子电池属于一次电池。(　　)(2)铅蓄电池放电时,正极与负极质量均增加。(　　)(3)二次电池充电时,阴极连接电源的负极,发生还原反应。(　　)(4)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应。(　　)(5)在原电池中,正极本身一定不参与电极反应,负极本身一定发生氧化反应。(　　)
解析:酸性锌锰干电池,锌筒为负极,石墨棒为正极,A错误;原电池工作时,阳离子向正极(石墨棒)方向移动,B错误;MnO2发生得电子的还原反应,C错误;锌筒为负极,负极发生失电子的氧化反应Zn-2e-══Zn2+,D正确。
2.(2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O══ZnO+2MnO(OH),电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是(　　)A.电池工作时,MnO2发生氧化反应B.电池工作时,OH-通过隔膜向正极移动C.环境温度过低,不利于电池放电D.反应中每生成1 ml MnO(OH),转移电子数为2×6.02×1023
解析:负极的电极反应为Zn-2e-+2OH-══ZnO+H2O,正极的电极反应为MnO2+e-+H2O══MnO(OH)+OH-。电池工作时,MnO2为正极,得到电子发生还原反应,A错误;电池工作时,OH-通过隔膜向负极移动,B错误;环境温度过低,不利于电池放电,C正确;由电极反应式MnO2+e-+H2O══MnO(OH)+OH-可知,反应中每生成1 ml MnO(OH),转移电子数为6.02×1023,D错误。
4.(2025·广东卷)一种高容量水系电池示意图如图。已知:放电时,电极Ⅱ上MnO2减少;电极材料每转移1 ml电子,对应的理论容量为26.8 A·h。下列说法错误的是(　　)
A.充电时Ⅱ为阳极B.放电时Ⅱ极室中溶液的pH降低C.放电时负极反应为MnS-2e-══S+Mn2+D.充电时16 g S能提供的理论容量为26.8 A·h
解析:由题给信息“放电时,电极Ⅱ上MnO2减少”,说明电极Ⅱ为原电池正极,正极反应为MnO2+2e-+4H+══Mn2++2H2O;电极Ⅰ为原电池负极,反应式为MnS-2e-══S+Mn2+。依据上述分析,可确定充电时电极Ⅱ为阳极,A项正确;放电时Ⅱ极室消耗H+且生成水,溶液的pH升高,B项错误;原电池负极反应为MnS-2e-══S+Mn2+,C项正确;电极材料每转移1 ml电子,对应的理论容量为26.8 A·h,充电时16 g S得到1 ml电子,能提供的理论容量为26.8 A·h,D项正确。
命题角度3　燃料电池的原理及分析5.(2025·广东卷)某理论研究认为:燃料电池(图b)的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意图分别如图a和图c,其中O2获得第一个电子的过程最慢。由此可知,理论上(　　)
A.负极反应的催化剂是ⅰB.图a中,ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最低C.电池工作过程中,负极室的溶液质量保持不变D.相同时间内,电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数相同
解析:由图a、c知,电极Ⅰ通入O2,为燃料电池正极,电极Ⅱ通入H2,为燃料电池负极,ⅰ为正极反应的催化剂,A项错误;电池工作过程中,负极反应式为H2-2e-══2H+,生成的H+通过质子交换膜向正极区移动,C项正确;依据题给信息“其中O2获得第一个电子的过程最慢”,说明在图a中,ⅰ到ⅱ过程的活化能最高,B项错误;分析图a、c知,相同时间内,正极O2转移4 ml电子时完成一次循环,而负极H2转移4 ml电子需要完成两次循环,D项错误。
题组1　前沿模拟演练1.(2026·河北十六校联考)我国科学家合成了新型高性能络合剂,实现了锌溴液流电池在低温和室温条件下的高效稳定运行。下列关于锌溴液流电池的说法错误的是(　　)A.负极材料通常为锌B.该电池实现了化学能向电能的转化C.负极的电极反应式为Br2+2e-══2Br-D.络合剂可能起到降低反应活化能的作用
解析:锌溴液流电池中,负极发生氧化反应:Zn-2e-══Zn2+,Zn为负极,A正确;原电池是将化学能转化成电能的装置,B正确;负极发生氧化反应:Zn-2e-══Zn2+,正极发生还原反应:Br2+2e-══2Br-,C错误;新型高性能络合剂,实现了锌溴液流电池在低温和室温条件下的高效稳定运行,络合剂可能起到降低反应活化能的作用,D正确。
2.(双选)(2026·山东师大附中阶段检测)某沉积物-微生物电池可以回收处理含硫废渣(硫元素的主要存在形式为FeS2),其工作原理如图所示。已知:酸性增强,硫氧化菌活性降低。下列说法正确的是(　　)
题组2　高考真题集训3.(2025·黑吉辽蒙卷)一种基于Cu2O的储氯电池装置如图,放电过程中a、b极均增重。若将b极换成Ag/AgCl电极,b极仍增重。关于图中装置所示电池,下列说法错误的是(　　)
A.放电时Na+向b极迁移B.该电池可用于海水脱盐C.a极反应:Cu2O+2H2O+Cl--2e-══Cu2(OH)3Cl+H+D.若以Ag/AgCl电极代替a极,电池将失去储氯能力
解析:依据题给信息“放电过程中a、b极均增重”可知,放电时,a极变化为Cu2O→Cu2(OH)3Cl,b极变化为NaTi2(PO4)3→Na3Ti2(PO4)3,由此可知,a极为负极,b极为正极。放电时,Na+(阳离子)向b极(正极)迁移,A项正确;该电池工作时,负极吸收Cl-,正极吸收Na+,故可用于海水脱盐,B项正确;放电时,a极为负极,Cu2O失e-生成Cu2(OH)3Cl,同时储氯,电极反应式为Cu2O-2e-+2H2O+Cl-══Cu2(OH)3Cl+H+,C项正确;若以Ag/AgCl电极代替a极(负极),将发生反应:Ag-e-+Cl-══AgCl,电池仍具有储氯能力,D项错误。
4.(2025·重庆卷)AgCl-Sb二次电池的放电过程示意图如图所示。
下列叙述正确的是(　　)A.放电时,M极为正极B.放电时,N极上反应为Ag-e-+Cl-══AgClC.充电时,消耗4 ml Ag的同时将消耗1 ml Sb4O5Cl2D.充电时,M极上反应为Sb4O5Cl2+12e-+10H+══4Sb+2Cl-+5H2O