2024届高考化学一轮复习课件 第六章 化学反应与能量 第2讲 原电池

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第2讲　原电池
必备知识·整合
一、原电池的工作原理及应用1.原电池的概念及构成条件
化学能
电能
自发进行
电子
离子
2.工作原理(以锌铜原电池为例)
氧化
还原
3.原电池原理的应用(1)设计制作化学电源。①明确电极:判断出氧化剂、还原剂,明确电极,拆分为两个半反应;②选择材料:分析两极状态,确定电极材料。若为固态可作电极材料,若为溶液则作电解液,然后补充缺少的电极材料及电解液。单液:添加活泼性比负极弱的金属或石墨电极;双液:一般添加电极材料(电解质溶液中阳离子)与电解质溶液中阳离子(电极材料)相同。③构成回路:将材料依次组装连接,双液原电池中间连接盐桥。④画出装置:画出装置图,按要求标出相应信息。
(2)加快化学反应速率。一个自发进行的氧化还原反应,形成原电池时反应速率 。如在Zn与稀硫酸反应时用粗锌或加入少量CuSO4溶液构成原电池,反应速率 。(3)比较金属的活动性强弱。原电池中,电解质溶液为酸性或中性时,一般活动性强的金属作 ,而活动性弱的金属(或非金属导体)作 。(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。
增大
增大
负极
正极
正极
[理解·辨析] 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)任何氧化还原反应均可设计成原电池。(　　)解析:(1)理论上,任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池。(2)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极,活泼金属一定为负极。(　　)解析:(2)不一定,如Mg-NaOH-Al电池中,Al为负极。(3)在锌铜原电池中,因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路,所以有电流产生。(　　)解析:(3)电解质溶液中阴、阳离子定向移动形成电流,电子“不下水”。(4)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。(　　)解析:(4)溶液和盐桥中的阳离子均向正极移动。
×
解析:(5)一般情况下,原电池中铁作负极只能失两个电子形成亚铁离子。
×
×
×
×
二、化学电源1.电池优劣的标准一是看电池单位质量或体积所能输出 (比能量)或输出 (比功率),二是看电池可储存时间的长短。
电能的多少
功率的大小
2.常见化学电源
[理解·辨析] 1.判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)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。(　　)解析:(1)MnO2是氧化剂,作正极。(2)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应。(　　)解析:(2)充电、放电条件不同且不同时发生,不是可逆反应。(3)铅酸蓄电池在放电过程中,负极质量减小,正极质量增加。(　　)解析:(3)铅酸蓄电池在放电过程中,两极质量均增加。(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。(　　)解析:(4)燃料电池工作时不发生燃烧,直接将化学能转化为电能。
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2.写出不同介质中甲烷燃料电池的电极反应式。(1)酸性介质(如H2SO4)总反应式:　 ; 负极:　 ; 正极:　 。 (2)碱性介质(如KOH)总反应式:　 ; 负极:　 ; 正极:　 。 
(3)固体电解质(高温下能传导O2-)总反应式:　 ; 负极:　 ; 正极:　 。 (4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)总反应式:　 ; 负极:　 ; 正极:　 。 
关键能力·提升
考点一　原电池原理及应用
原电池的工作原理
C
1.(2022·广东广州实验中学模拟)某小组为研究原电池原理,设计如图装置,下列叙述正确的是(　 　)A.若X为Fe,Y为Cu,则铁为正极B.若X为Fe,Y为Cu,则电子由铜片流向铁片C.若X为Fe,Y为C,则石墨棒上有红色固体析出D.若X为Cu,Y为Zn,则锌片发生还原反应
B
[规律方法] 电极的确定方法
原电池原理的应用
A
4.氯化铁和硫酸铁是两种常见的铁盐。(1)电子工业中常用氯化铁溶液蚀刻铜线路板,反应的离子方程式为　 。(2)若要将上述反应设计成原电池,电极反应式分别是①负极:　 。 ②正极:　 。 
4.氯化铁和硫酸铁是两种常见的铁盐。(3)画出该原电池的装置图(不含盐桥和含盐桥两种),指出电极材料和电解质溶液。
答案:(3)
4.氯化铁和硫酸铁是两种常见的铁盐。(4)有如图所示原电池装置,工作一段时间后,甲烧杯中溶液颜色不断变浅。
①b极是电池的　　　　极; ②电池总反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
负
考点二　常见化学电源
B
常见化学电源的工作原理
(1)锂—海水电池的总反应为　 。 (2)M极为　　　极,发生　　　　反应,电极反应为　　　　　　　。 (3)N极为　　　极,电极反应为　  　。(4)去掉隔膜和玻璃陶瓷后,该电池　 　(填“能”或“不能”)正常工作,原因是　 。 
负
氧化
正
不能　
Li为活泼金属,易与水反应
1.化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。
A
B
(2021·山东卷)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 mol 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
燃料电池
C
(1)碱性环境下,甲醇燃料电池总反应为　 　　　　　　　　　　　　;负极反应为　　　　　　　　　　　　　。 (2)N2H4-O2清洁燃料电池总反应为　 　　　 　;负极反应为　 。 (3)偏二甲肼[(CH3)2NNH2]与肼(N2H4)的结构类似,其中N的杂化方式为　　 ,其化合价为　　价,则该燃料电池的总反应为　  　。(4)以上电池的正极反应为　 。 (5)放电过程中溶液pH　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 
sp3　
-2
减小
B
解析:由图可知,b极为正极,发生还原反应,电极电势aA
[规律方法] 电极反应式的书写方法方法一　直接书写
考点三　创新型化学电源
C
创新型一次电池——有机物电池
B
创新型二次电池
C
(1)①首先应分清信息或问题关键词是放电还是充电,题干“充电时”。②再判断出正、负极或阴、阳极。题干“电极a-得电子-阴极-负极”。③分析电池工作过程中电解质溶液质量、电极变化时,要以电子守恒为线索结合电池总反应进行分析。
(2)建模。
(1)放电时负极反应为　 。 (2)已知Cl-可透过多孔炭电极,则放电时正极反应为　　　　　　　　　　。 (3)放电过程中每转移1 mol e-,溶液质量　 　　(填“增加”或“减少”)　　　　g。(4)充电时电极b连外接电源的　　　　极;发生　　　　　反应。 (5)充电时阳极反应为　　　　　　　　,充电过程中每转移1 mol e-,两电极质量变化的差值为　　　　g。 
增加
58.5
正
氧化
23
C
B
解析:充电时,阴极区[Zn(OH)4]2-得电子生成Zn和OH-,故pH增大,A正确;充电时,每通过 2 mol 电子,就会析出1 mol锌,通过的电量与锌的析出量关系确定,B错误;放电时,每转移0.2 mol电子,负极区生成0.1 mol Zn2+,0.1 mol Zn2+与0.4 mol OH-结合生成0.1 mol Na2[Zn(OH)4],有0.2 mol Na+通过阳离子交换膜到正极,故负极区电解质溶液质量增加0.1 mol×65 g/mol-0.2 mol×23 g/mol=1.9 g,C正确。
[思维建模] 二次电池的解题思路
高考真题·导向
A
C
D
3.(2021·河北卷)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电极经导线流向a电极,充电时,b电极接外接电源的正极,则b电极为阳极,B说法正确;产生 1 Ah电量时,生成KO2的质量与消耗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 mol e-,铅酸蓄电池消耗0.1 mol H2O,其质量为1.8 g,D说法错误。
B
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