2024届高考化学一轮复习原电池化学电源课件

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考点一　原电池的工作原理考点二　化学电源链接高考
考点一　原电池的工作原理
2.两种原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)
[微点拨]盐桥的组成和作用(1)盐桥中装有含饱和KCl(或KNO3)溶液的琼胶。(2)原电池装置中盐桥连接两个“半电池装置”,其中盐桥的作用有三种:①连接内电路,通过离子的定向移动,构成闭合回路;②隔绝正、负极反应物,避免直接接触,导致电流不稳定;③维持电极区溶液的电荷平衡。3.原电池中的三个移动方向(1)电子方向:从　　极流出沿导线流入　 极。 (2)电流方向:从　　极沿导线流向　　极。 (3)离子迁移方向:电解质溶液中,阴离子向　　　极迁移,阳离子向　　　极迁移。 
4.原电池原理的四大应用(1)比较金属的活动性强弱原电池中, 活动性较强的金属一般作　 　,活动性较弱的金属(或导电的非金属)一般作　　　　。  (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。如要保护一个铁质的输水管道不被腐蚀,可用导线将其与一块　　 　　　　　相连,　　　　作原电池的负极。
比铁活泼的常见金属如锌块
(4)设计制作原电池装置
如根据Cu+2Ag+ =Cu2++2Ag设计原电池:
[解析]铁在浓硝酸中会发生钝化,失去与硝酸反应的机会,不能作负极,而活动性弱的铜可与浓硝酸发生反应,铜作负极。
(3)在原电池中,正极本身一定不参加电极反应,负极本身一定要发生氧化反应(　 )
[解析]燃料电池中正、负极(如Pt电极)不参加反应,而是燃料参加反应。
(1)常温下CuO+H2SO4 =CuSO4+H2O能自发进行,故可以设计成原电池 ( 　)(2)因为铁的活动性强于铜,所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池,必是铁作负极、铜作正极( 　)
基础知识秒杀(正确的打“√”,错误的打“×”)
[解析]原电池工作时,电解质溶液中的阴离子向负极移动。
(6)某原电池反应为Cu+2AgNO3 =2Ag+Cu(NO3)2,装置中的盐桥内可以是含琼脂的饱和KCl溶液(　 )
[解析]盐桥中的离子不能与电解质溶液中的离子发生反应。
(4)实验室制备H2时,用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与稀硫酸反应效果更佳 ( 　)(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( 　)
2.在如图所示的4个装置中,不能形成原电池的是　　　　　(填序号),并指出原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
①中酒精是非电解质;④中未形成闭合回路
[学科能力提升] 判断原电池正、负极的五种方法(1)在原电池中,把发生氧化反应的电极称为负极,把发生还原反应的电极称为正极。(2)原电池的正极和负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关,不要形成“活泼 电极一定作负极”的思维定式。
[易错警示] 1.原电池的工作原理2.原电池中电极反应式的书写
1. 一次电池(放电后不可再充电)
Zn+2OH--2e- =Zn(OH)2
2MnO2+2H2O+2e- =2MnOOH+2OH-
Ag2O+H2O+2e- =2Ag+2OH-
2.二次电池(放电后可再充电使活性物质获得再生,重复使用)铅酸蓄电池是最常见的二次电池,其正极材料为PbO2,负极材料为Pb,电解质溶液为30%的稀H2SO4溶液。总反应为：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2H2O(l)+2PbSO4(s)
二次电池,放电时电池的负极,在充电时,连接外接电源的负极;放电时电池的正极,在充电时,连接外接电源的正极。
3.燃料电池(1)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。
2H2-4e- =4H+
2H2+4OH--4e- =4H2O
O2+4H++4e- =2H2O
O2+2H2O+4e- =4OH-
2H2+O2 =2H2O
(2)以CO为燃料气,请分别写出电解质符合下列条件的正、负极的电极反应式和总反应式(填入表格中)。
O2+4e-+4H+ =2H2O
2CO-4e-+2H2O =2CO2+4H+
2CO+O2 =2CO2
O2+4e-+2H2O =4OH-
O2+4e- =2O2-
2CO-4e-+2O2- =2CO2
(2)若使反应Fe+2Fe3+ =3Fe2+以原电池方式进行,可用锌、铁作电极材料(　 )
[解析]反应Fe+2Fe3+ =3Fe2+以原电池方式进行,若锌、铁作电极材料,则发生的反应不再是原反应,而是反应Zn+2Fe3+ =2Fe2++Zn2+。
[解析]燃料电池工作时,并不是燃料在电池中燃烧,而是化学能直接转化为电能。
(1)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]碱性条件下负极反应为2H2-4e-+4OH- =4H2O。
(3)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2-4e- =4H+( 　)
2. [2022·湖南常德模拟] 最近,我国科研人员发明了一种新型的锌离子热充电电池,可以利用人体产生的低热量充电。该电池以Zn和VO2-PC为电极材料,实现了低热量发电。放电时,VO2结合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,原理如图所示。下列说法正确的是 (　 )A.分离器可以为阴离子交换膜B.充电时,阳极电极反应式为ZnxVO2·yH2O+2xe- =VO2+xZn2++yH2OC.放电时,电流从Zn极流向VO2-PC极D.充电时,锌离子从较高温一侧移至低温一侧
[解析] 放电时,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e- =Zn2+,VO2结合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,说明Zn2+从负极移向正极,则分离器可以是阳离子交换膜,但不能是阴离子交换膜,A错误;充电时,阳极发生氧化反应,电极反应式为ZnxVO2·yH2O-2xe- =VO2+xZn2++yH2O,B错误;放电时,电流由正极流向负极,即电流从VO2-PC极流向Zn极,C错误;充电时,Zn2+由较高温区向左侧低温区迁移,并在Zn电极得电子被还原为Zn,D正确。
[核心素养提升]化学电源中电极反应式的书写方法(1)拆分法①写出原电池的总反应,如2Fe3++Cu =2Fe2++Cu2+。②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应,注明正、负极,并依据质量守恒、电荷守恒及得失电子守恒配平两个半反应:正极:2Fe3++2e- =2Fe2+;负极:Cu-2e- =Cu2+。(2)加减法①写出总反应,如xLi+Li1-xMn2O4 =LiMn2O4。②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。如xLi-xe- =xLi+(负极)。③利用总反应与上述的一极反应式相减,得到另一个电极的反应式,即Li1-xMn2O4+xLi++xe- =LiMn2O4(正极)。
1. [2022·湖南卷] 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
[解析] M极上Li失去电子发生氧化反应,则M极为负极,电极反应式为Li-e- =Li+,N极为正极,发生还原反应,据此分析解答。海水中含有丰富的电解质,如氯化钠、氯化镁等,可作电解质溶液,A正确;海水呈弱碱性,有溶解氧,发生的电极反应可能为O2+2H2O+4e- =4OH-,B错误;Li是活泼金属,易与水反应,玻璃陶瓷可防止水和Li接触,且玻璃陶瓷也可传导Li+,使M极产生的Li+向正极移动,形成闭合回路,C正确;该电池不可充电,属于一次电池,D正确。
2. [2022·广东卷] 科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池,可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e- =Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是 ( 　)A.充电时电极b是阴极B.放电时NaCl溶液的pH减小C.放电时NaCl溶液的浓度增大D.每生成1 ml Cl2,电极a质量理论上增加23 g
[解析]据题中已知信息可知,充电时,电极b的反应式为2Cl--2e- =Cl2,则充电时电极b为阳极,A错误;由充电时的电极反应式可知,充电、放电过程溶液的pH没有发生变化,B错误;由充电时的电极反应式可知,放电时的总反应式为Na3Ti2(PO4)3+Cl2 =2Cl-+2Na++NaTi2(PO4)3,显然NaCl溶液的浓度增大,C正确;每生成1 ml Cl2,转移2 ml电子,电极a有1 ml NaTi2(PO4)3转化为Na3Ti2(PO4)3,故电极a理论上增加的质量为2 ml×23 g·ml-1=46 g,D错误。
3. [2022·辽宁卷] 某储能电池原理如图。下列说法正确的是(　 )A.放电时负极反应:Na3Ti2(PO4)3-2e- =NaTi2(PO4)3+2Na+B.放电时Cl-透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移C.放电时每转移1 ml电子,理论上CCl4吸收0.5 ml Cl2D.充电过程中,NaCl溶液浓度增大
[解析]放电时,负极失电子,发生氧化反应,电极反应为Na3Ti2(PO4)3-2e- =NaTi2(PO4)3+2Na+,A正确;放电时,阴离子移向负极,故Cl-透过多孔活性炭电极向NaCl溶液中迁移,B错误; 放电时正极反应为Cl2+2e- =2Cl-,转移1 ml电子,理论上CCl4释放出0.5 ml Cl2,C错误; 充电过程中,阳极反应为2Cl--2e- =Cl2,消耗Cl-离子,阴极消耗Na+,NaCl溶液浓度减小,D错误。
5. [2021·辽宁卷] 如图,某液态金属储能电池放电时产生金属间化合物Li3Bi。下列说法正确的是 (　 )A.放电时,M电极反应为Ni-2e- =Ni2+B.放电时,Li+由M电极向N电极移动C.充电时,M电极的质量减小D.充电时,N电极反应为Li3Bi+3e- =3Li++Bi