高中化学一轮复习讲义解析版原电池 化学电源Word下载.docx
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解释或说明
锌与稀硫酸发生置换反应产生氢气,而铜则不能
结论:
原电池是将能转化为能的装置;
原电池的反应本质是反应。
理论上说,任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池(正确、不正确)
【答案】1.从左到右从上到下:
锌与稀硫酸反应,但氢气在铜片上产生,导线中有电流;
锌与稀硫酸反应产生氢气,但导线中无电流;
乙醇是非电解质,与锌、铜都不反应;
化学电氧化还原正确。
2.原电池的构造与工作原理(以锌铜原电池为例)
(1)有关的实验现象
①锌片,铜片,硫酸铜溶液颜色;
②电流计的指针,装置中的能量变化是。
(2)反应原理
电极名称
负极
正极
电极材料
锌片
铜片
电极反应
Zn-2e-===Zn2+
Cu2++2e-===Cu
反应类型
电子流向
由Zn片沿导线流向Cu片
盐桥中离子移向
盐桥含饱和KCl溶液,K+移向极,Cl-移向极
(3)盐桥的组成和作用
①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。
②盐桥的作用:
a.连接(内、外)电路,形成闭合回路;
b.,使原电池不断产生电流。
(4)原电池正负极的判断方法
①根据组成原电池的电极材料判断。
一般是活动性较强的金属为______极,活动性较弱的金属或能导电的非金属为______极。
从更本质上说,氧化反应发生在(正、负)极,还原反应发生在(正、负)极。
②根据电流方向或电子流动方向判断。
电流由___极经外电路流向___极;
电子由___极经外电路流向___极。
③根据电解质溶液离子的移动方向判断。
在原电池的电解质溶液内,阳离子移向__极,阴离子移__极。
④根据两极发生的变化来判断。
原电池的____极失电子发生氧化反应,其___极得电子发生还原反应。
⑤根据现象判断。
一般情况下,溶解的一极为______极,增重或有气体逸出的一极为______极。
【答案】
(1)①溶解,加厚变亮,变浅;
②发生偏转,化学能转化为电能。
(2)反应原理氧化反应还原反应;
正 负
(3)②内;
平衡电荷。
(4)①负 正 负 正②正 负 负 正 ③正 负 ④负 正 ⑤负 正
3.常见化学电源及工作原理
(1)一次电池:
只能使用一次,不能充电复原继续使用
①碱性锌锰干电池
电池组成:
锌、碳棒、二氧化锰、氢氧化钾
特点:
用途广泛
正极反应:
2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-;
负极反应:
;
总反应:
Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH+Zn(OH)2。
②钮扣式锌银电池
电解质是;
正极材料:
。
Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-;
Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。
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。
负极材料为________,电极反应为_______________________________________________。
正极的电极反应为____________________________________________________________。
【答案】 ①Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2;
②KOH;
Ag2O。
Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2;
③锂 8Li-8e-===8Li+3SOCl2+8e-===2S+SO
+6Cl-
(2)二次电池:
放电后能充电复原继续使用
①铅蓄电池
铅、二氧化铅、硫酸
广泛用于机动车辆
铅蓄电池是最常见的二次电池,负极材料是,正极材料是。
ⅰ放电时的反应
ⅱ充电时的反应
阴极反应:
PbSO4+2e-===Pb+SO
;
阳极反应:
PbO2+Pb+2H2SO4
2PbSO4+2H2O。
【答案】Pb,PbO2。
ⅰPb+SO
-2e-===PbSO4;
PbO2+4H++SO
+2e-===PbSO4+2H2O。
ⅱPbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++SO
(3)“高效、环境友好”的燃料电池
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。
种类
酸性
碱性
负极反应式
2H2-4e-===4H+
2H2+4OH--4e-===4H2O
正极反应式
O2+4e-+4H+===2H2O
O2+2H2O+4e-===4OH-
电池总反应式
2H2+O2===2H2O
备注
燃料电池的电极不参与反应,有很强的催化活性,起导电作用
②解答燃料电池题目的思维模型
③氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应总结
【易混易错】以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。
(1)酸性介质(如H2SO4)
负极:
______________________________;
正极:
总反应式:
________________________________________________________。
(2)碱性介质(如KOH)
_____________________________________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2-)
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3环境下)
______________________________________________________。
【答案】
(1)CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+;
2O2+8e-+8H+===4H2O;
CH4+2O2===CO2+2H2O
(2)CH4-8e-+10OH-===CO
+7H2O;
2O2+8e-+4H2O===8OH-;
CH4+2O2+2OH-===CO
+3H2O
(3)CH4-8e-+4O2-===CO2+2H2O;
2O2+8e-===4O2-;
(4)CH4-8e-+4CO
===5CO2+2H2O;
2O2+8e-+4CO2===4CO
【易混易错辨析】判断正误,正确的打“√”,错误的打“×
”
(1)铅蓄电池放电时,正极与负极质量均增加( )
(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池( )
(3)若使反应Fe+2Fe3+===3Fe2+以原电池方式进行,可用锌铁作电极材料( )
(4)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( )
(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能( )
(6)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2-4e-===4H+( )
【答案】
(1)√
(2)×
(3)×
(4)×
(5)×
(6)×
◆变式再现
1.某课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置如图所示。
下列说法错误的是( )
A.铜片表面有气泡生成
B.装置中存在“化学能→电能→光能”的转换
C.如果将硫酸换成柠檬汁,导线中不会有电子流动
D.如果将锌片换成铁片,电路中的电流方向不变
【答案】 C
【解析】 铜锌原电池中,Cu作正极,溶液中的氢离子在正极上得电子生成氢气,所以Cu片上有气泡生成,故A项正确;
原电池中化学能转化为电能,LED灯发光时,电能转化为光能,故B项正确;
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,导线中有电子流动,故C项错误;
Cu的金属活动性比Zn、Fe都弱,Cu作正极,所以电路中的电流方向不变,仍然由Cu经导线流向负极,故D项正确。
2.分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( )
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↑
【答案】 B
【解析】②中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能和NaOH溶液反应失去电子,故Al作负极;
③中Fe在浓硝酸中钝化,Cu和浓HNO3反应失去电子作负极,A、C两项均错误;
②中电池的总反应为2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,负极反应式为2Al+8OH--6e-===2AlO
+4H2O,二者相减得到正极反应式为6H2O+6e-===6OH-+3H2↑,B项正确;
④中Cu是正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,D项错误。
3.如图所示装置是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量监测与控制的功能。
下列有关说法正确的是( )
A.电流由呼气所在的铂电极流出
B.H+透过质子交换膜移向氧气所在的铂电极
C.电路中流过2mol电子时,消耗11.2LO2
D.该电池的负极反应式为CH3CH2OH+3H2O-12e-===2CO2↑+12H+
【解析】根据图示,通入氧气的铂电极为正极,呼气所在的铂电极为负极。
电流由氧气所在的铂电极流出,A项错误;
阳离子移向正极,H+透过质子交换膜移向氧气所在的铂电极,B项正确;
电路中流过2mol电子时,消耗标准状况下11.2LO2,C项错误;
根据图示,该电池的负极生成乙酸,电极反应式为CH3CH2OH+H2O-4e-===CH3COOH+4H+,D项错误。
4.一种新型可逆电池的工作原理如图所示。
放电时总反应为:
Al+3Cn(AlCl4)+4AlCl
4Al2Cl
+3Cn(Cn表示石墨)。
下列说法中正确的是( )
A.放电时负极反应为2Al-6e-+7Cl-===Al2Cl
B.放电时AlCl
移向正极
C.充电时阳极反应为AlCl
-e-+Cn===Cn(AlCl4)
D.电路中每转移3mol电子,最多有1molCn(AlCl4)被还原
【解析】 熔融盐中Cl-是以AlCl
形式存在,放电时负极反应式为Al-3e-+7AlCl
===4Al2Cl
,A项错误;
放电时,AlCl
向负极移动,B项错误;
充电时石墨电极与电源的正极相连,石墨电极为阳极发生氧化反应生成Cn(AlCl4):
AlCl
+Cn-e-===Cn(AlCl4),C项正确;
放电时,石墨电极为正极,发生反应Cn(AlCl4)+e-===AlCl
+Cn,则电路中通过3mol电子,最多有3molCn(AlCl4)被还原,D项错误。
5.某同学将反应2Fe3++2I-===2Fe2++I2设计成下图所示的原电池:
实验步骤及现象如下:
①闭合开关,指针发生偏转,随后电流计读数逐渐变小,当读数变为零时,打开开关;
②取少许甲烧杯中溶液,滴入3~4滴淀粉溶液,溶液显蓝色;
③取少许乙烧杯中溶液,滴入3~4滴KSCN溶液,溶液显血红色;
④向乙烧杯中加入少量FeCl2固体,再次闭合开关,指针向左偏转(最后读数变为零)。
【查阅资料】 灵敏电流计指针总是偏向电源正极;
原电池中存在内阻,会影响反应进程。
请回答:
(1)步骤①中,开始时指针向________(填“左”或“右”)偏转,甲烧杯中发生的电极反应式________________________________________________________________。
(2)经步骤①后,乙烧杯溶液中新增金属阳离子________(填离子符号)。
(3)步骤④中指针向左偏转,乙烧杯中发生的电极反应式______________________________。
(4)要证明2Fe3++2I-2Fe2++I2为可逆反应,你认为上述实验步骤不必做的是________(填序号)。
【答案】
(1)右 2I--2e-===I2
(2)Fe2+、K+
(3)Fe2+-e-===Fe3+ (4)②③
【解析】
(1)根据总反应2Fe3++2I-===2Fe2++I2,甲烧杯中石墨为负极,图中灵敏电流计的指针向右偏转,甲中石墨电极上的电极反应式为2I--2e-===I2;
(2)经步骤①后,乙烧杯中发生还原反应生成亚铁离子,同时盐桥中钾离子移向乙烧杯,乙烧杯溶液中新增金属阳离子有Fe2+、K+;
(3)步骤④中指针向左偏转,说明甲烧杯中石墨为正极,乙烧杯中发生氧化反应,电极反应式为Fe2+-e-===Fe3+;
(4)根据上述实验①,可以证明存在反应2Fe3++2I-―→2Fe2++I2,根据实验④,可以证明存在反应2Fe2++I2―→2Fe3++2I-,说明反应2Fe3++2I-2Fe2++I2为可逆反应,实验步骤②和③不必做。
6.人们应用原电池原理制作了多种电池,以满足不同的需要。
以下每小题中的电池广泛应用于日常生活、生产和科学技术等方面,请根据题中提供的信息填空。
(1)蓄电池在放电时起原电池作用,在充电时起电解池的作用。
铅蓄电池在放电时发生的电池反应式为:
Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。
负极反应式为______________,反应一段时间后负极的质量________(填“增加”“减少”或“不变”)。
(2)燃料电池是一种高效、环境友好的供电装置,如图是甲烷燃料电池原理示意图,该电池的负电极反应式是:
正极电极反应式为__________________。
(3)将铝片和铜片用导线相连,分别插入浓硝酸中(a组)和插入烧碱溶液中(b组),都形成了原电池,在a组原电池中,负极材料为________;
写出b组插入烧碱溶液中形成原电池的负极反应式:
_______________________。
【答案】
(1)Pb+SO
-2e-===PbSO4 增加
(2)CH4+10OH--8e-===CO
+7H2O 4H2O+2O2+8e-===8OH- (3)Cu Al+4OH--3e-===AlO
+2H2O
(1)因为原电池的负极发生氧化反应,分析原电池反应Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O可知,铅元素化合价由0价(Pb)升高到+2价(PbSO4),发生氧化反应,所以负极电极反应式:
Pb-2e-+SO
===PbSO4,因为PbSO4难溶于水,生成的PbSO4在负极板上析出,负极质量增加。
(2)由甲烷燃料电池原理示意图可知,CH4通入的一极产生了CO
,碳元素的化合价由-4价升高到+4价,发生氧化反应,即CH4通入的一极是负极,考虑到电解质溶液是强碱溶液,再根据电荷守恒和原子守恒可写出负极反应式为:
CH4-8e-+10OH-===CO
+7H2O。
正极是O2通入的一极,正极电极反应式为:
2O2+8e-+4H2O===8OH-。
(3)常温下浓硝酸能使铝的表面形成致密的氧化物薄膜,阻止了浓硝酸继续氧化铝,将铝片和铜片插入浓硝酸中,铝变得稳定,而铜能被浓硝酸持续氧化,所以铜为负极;
常温下铝与烧碱溶液反应:
2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,该反应中铝被氧化,所以铝为负极,负极反应式为:
Al-3e-+4OH-===AlO
+2H2O。
◆深度理解
1.钠-氯化镍电池以βAl2O3(Al2O3·
xNa2O)作为固体电解质构成的一种新型电池(2Na+NiCl2
Ni+2NaCl),其结构如图所示。
下列关于该电池的叙述错误的是( )
A.放电时NaCl在熔融电解质中生成
B.充电时阴极反应:
Na++e-===Na
C.氯离子通过βAl2O3(s)在两电极间移动
D.如果电池过度放电,AlCl
可能被还原
【解析】 阴极发生还原反应,充电时阴极反应:
Na++e-===Na,故B正确;
如果电池过度放电,AlCl
可能被还原为Al,故D正确。
2.我国研究锂硫电池获得突破,电池的总反应是16Li+S8
8Li2S,充放电曲线如图所示,下列说法不正确的是( )
A.充电时,电能转化为化学能
B.放电时,锂离子向正极移动
C.放电时,1molLi2S6转化为Li2S4得到2mole-
D.充电时,阳极总电极反应式是8S2--16e-===S8
【解析】充电时,是电解池,电能转化为化学能,故A正确;
放电时,是原电池,在原电池中,阳离子向正极移动,因此锂离子向正极移动,故B正确;
根据图示,放电时,1molLi2S6转化为Li2S4的反应为2Li2S6+2Li===3Li2S4,反应中2molLi2S6得到2mole-,即1molLi2S6得到1mole-,故C错误;
根据16Li+S8
8Li2S,充电时,阳极总电极反应式是8S2--16e-===S8,故D正确。
3.科学家研发出一种新型水溶液锂电池,采用复合膜包裹的金属锂作负极,锰酸锂(LiMn2O4)作正极,以0.5mol·
L-1Li2SO4水溶液作电解质溶液。
电池充、放电时,LiMn2O4与Li2Mn2O4可以相互转化。
下列有关该电池的说法正确的是( )
A.该电池放电时,溶液中的SO
向电极b移动
B.该电池负极的电极反应式为:
2Li+2H2O===2LiOH+H2↑
C.电池充电时,外加直流电源的正极与电极a相连
D.电池充电时,阳极的电极反应式为:
Li2Mn2O4-e-===LiMn2O4+Li+
【答案】 D
【解析】 根据图示可知,电极a为金属Li作负极,电极b为正极,所以电池放电时,溶液中的SO
向电极a移动,故A错误;
该电池负极的电极反应式为Li-e-===Li+,故B错误;
在给电池充电时,遵循正接正、负接负的原则,所以外加直流电源的正极与该电池的电极b相连,故C错误;
根据放电、充电时电子转移的规律可知,充电时的阳极反应式为放电时正极反应的逆反应,即Li2Mn2O4-e-===LiMn2O4+Li+,故D正确。
4.中国是一个严重缺水的国家,污水治理越来越引起人们重视,可以通过膜电池除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚,其原理如图所示,下列说法不正确的是( )
A.电流方向从A极沿导线经小灯泡流向B极
B.B极为电池的阳极,电极反应式为CH3COO--8e-+4H2O===2HCO
+9H+
C.当外电路中有0.2mole-转移时,通过质子交换膜的H+的个数为0.2NA
D.A极的电极反应式为
+H++2e-===Cl-+
【解析】原电池工作时,电流从正极经导线流向负极,即电流方向从A极沿导线经小灯泡流向B极,故A正确;
B极为电池的负极,失去电子,发生氧化反应,电极反应式为CH3COO--8e-+4H2O===2HCO
+9H+,B极不是阳极,故B错误;
根据电子守恒可知,当外电路中有0.2mole-转移时,通过质子交换膜的H+的个数为0.2NA,故C正确;
A为正极,得到电子,发生还原反应,正极有氢离子参与反应,电极反应式为
+2e-+H+===
+Cl-,故D正确。
5.我国科技工作者首次提出一种新型的Li+电池,该电池正极为含有I-、Li+的水溶液,负极为固态有机聚合物,电解质溶液为LiNO3溶液,聚合物离子交换膜作为隔膜将液态正极和固态负极隔开,其工作原理如图所示。
下列有关判断正确的是( )
A.甲是原电池工作原理图,乙是电池充电原理图
B.放电时,液态电解质溶液的颜色加深
C.充电时,Li+穿过隔膜从右侧移向左侧
D.放电时,负极反应式为
【解析】“负极为固态有机聚合物”,即固态有机聚合物在负极失电子,电极反应式为
,故乙是原电池工作原理图,A错误、D正确;
放电时,正极电极反应式为I
+2e-===3I-,I
被还原为I-,液态电解质溶液颜色变浅,B错误;
充电过程为电解过程,阳离子从阳极移向阴极,即甲中Li+从左侧移向右侧,C错误。
6.
(1)SO2、CO、CO2、NOx是对环境影响较大的几种气体,对它们的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径。
利用电化学原理将CO、SO2转化为重要化工原料,装置如图所示。
①若A为CO,B为H2,C为
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