高三化学总复习 原电池 化学电源
- 格式:doc
- 大小:2.65 MB
- 文档页数:42
考点18 原电池化学电源【基础过关】1.下列选项描述的过程能实现化学能转化为电能的是()【答案】C【解析】A项,电池充电,是将电能转化为化学能,故A错误;B项,光合作用是太阳能转变化为化学能,故B错误;C项,手机电池工作是化学能转化为电能,故C正确;D项,太阳能板充电是光能转化为电能,并向蓄电池充电,将电能转化为化学能储存起来,故D错误。
2.(2023·浙江省诸暨市高三适应性考试)可充放电锂硫电池与传统锂电池相比,在能量密度、工作温度、电压稳定方面都有一定的优势。
一种锂硫电池正极材料为被碳材料包装起来的硫单质,放电时Li与S8化合成Li2S固体,下列说法不正确的是( )A.负极失电子,发生氧化反应B.充电时,Li+向碳材料电极移动C.正极的电极反应:S8+16Li++16 e-=8Li2SD.该电池通常不选择水系电解液【答案】B【解析】可充放电锂硫电池放电时,Li为负极,Li失去电子被氧化,正极材料为被碳材料包装起来的硫单质,硫单质得到电子被还原,充电时为电解池,阴极上锂离子得电子被还原,阳极上Li2S失去电子被氧化。
A项,放电时为原电池,负极失电子,发生氧化反应,A正确;B项,充电时为电解池,Li+向阴极Li移动,放电时为原电池,Li+向碳材料电极移动,B不正确;C项,放电时正极发生还原反应,结合题干信息可知,电极反应:S8+16Li++16 e-=8Li2S,C正确;D项,Li能与水反应,则该电池通常不选择水系电解液,D正确;故选B。
3.(2023·辽宁省锦州市高三统考)我国科学家设计的“海泥电池”,既可用于深海水下仪器的电源补给,又有利于海洋环境污染治理,其中微生物代谢产物显酸性,电池工作原理如图所示。
下列说法错误的是( )A.A电极的电势高于B电极B.质子从海底沉积层通过交接面向海水层移动C.负极的电极反应式为CH2O-4e-+H2O=CO2+4H+D.海水和海泥作为电解质的一部分,富含盐分,导电性高,有利于输出电能【答案】C【解析】由图可知,A极物质由氧气转化为水,化合价降低,所以A极是正极,B极是负极。
微专题2 原电池新型化学电源命题角度1 新型化学电源1. (2022·湖南选考)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( B )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】锂—海水电池的总反应为2Li+2H2O===2LiOH+H2↑, M极上Li失去电子发生氧化反应,则M电极为负极,电极反应为Li-e-===Li+,N极为正极,电极反应为2H2O +2e-===2OH-+H2↑,同时氧气也可以在N极得电子,电极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-。
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;由上述分析可知,N为正极,电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,和反应O2+4e-+2H2O===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;故选B。
2. (2021·重庆选考)CO2电化学传感器是将环境中CO2浓度转变为电信号的装置,工作原理如图所示,其中YSZ是固体电解质。
当传感器在一定温度下工作时,在熔融Li2CO3和YSZ之间的界面X会生成固体Li2O。
下列说法错误的是( B )A.CO2-3迁移方向为界面X→电极bB.电极a上消耗的O2和电极b上产生的CO2的物质的量之比为1∶1C.电极b为负极,发生的电极反应为2CO2-3-4e-===O2↑+2CO2↑D.电池总反应为Li2CO3===Li2O+CO2↑【解析】本题考查原电池的工作原理。
原电池中,阴离子向负极移动,则CO2-3由界面X向电极b移动,A项正确;由思路分析可知,转移4 mol电子时,电极a消耗1 mol O2,电极b生成2 mol CO2,物质的量之比为1∶2,B项错误;由思路分析可知,C、D两项正确;故选B。
天津高考化学专项训练原电池化学电源基础题1.如图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。
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 上有气泡生成,故A正确;原电池中化学能转化为电能,LED灯发光时,电能转换为光能,故B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,所以导线中有电子流动,故C错误;金属性Cu比Zn、Fe弱,Cu作正极,所以电路中的电流方向不变,仍然由Cu流向负极,故D正确。
答案:C2.按如图所示装置进行实验,下列说法不正确的是( )A.装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生B.甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能C.装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计,可观察到电流计指针发生偏转D.装置乙中负极的电极反应式:Zn-2e-===Zn2+解析:装置甲中锌与稀硫酸发生氧化还原反应,生成氢气,产生气泡,装置乙中形成铜锌原电池,且锌作负极,铜作正极,正极上H+得电子生成氢气,A项正确;装置甲中没有形成原电池,不存在化学能与电能的转化,B项错误;装置乙形成了原电池,锌、铜之间用导线连接电流计,可观察到电流计指针发生偏转,C项正确;装置乙中负极的电极反应式为Zn -2e-===Zn2+,D项正确。
答案:B3.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,铁为正极B.若X为Fe,Y为Cu,电子由铜片流向铁片C.若X为Fe,Y为C,碳棒上有红色固体析出D.若X为Cu,Y为Zn,锌片发生还原反应解析:Fe比Cu活泼,Fe作负极,电子从Fe流向Cu,故A、B两项错误;若X为Fe,Y 为C,电解质溶液为硫酸铜,则正极C上析出Cu,故C正确;Zn比Cu活泼,Zn作负极发生氧化反应,故D错误。
第2讲原电池化学电源复习目标知识建构1.理解原电池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应式和总反应方程式。
2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。
一、原电池1.概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置,其反应本质是氧化还原反应。
2.形成条件(1)能自发进行的氧化还原反应,一般是活泼性强的金属与电解质反应。
(2)电极,一般是活泼性不同的两电极。
(3)电解质溶液或熔融电解质。
(4)形成闭合回路。
3.工作原理(以铜锌原电池为例)。
(1)两种装置①装置Ⅰ中Zn与Cu2+直接接触,会有部分Zn与Cu2+直接反应,部分化学能转化为热能;②装置Ⅱ中不存在Zn与Cu2+的直接反应而造成能量损耗,电流稳定,且持续时间长。
(2)反应原理电极名称负极正极电极材料锌片铜片Cu2++2e-电极反应Zn-2e-===Zn2+===Cu 反应类型氧化反应还原反应盐桥中离盐桥含饱和KCl溶液,K+移向正极,Cl-移向负极子移向(3)带电粒子移动方向及闭合回路的形成(4)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.连接内电路,形成闭合回路;b.平衡电荷,使原电池不断产生电流。
③盐桥中离子移向与电解液中离子流向保持一致。
4.原电池原理的应用(1)比较金属的活动性强弱:原电池中,负极一般是活动性较强的金属,正极一般是活动性较弱的金属(或非金属导体)。
(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正极而受到保护。
(4)设计制作化学电源。
【判一判】判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)NaOH溶液与稀硫酸的反应是自发进行的放热反应,此反应可以设计成原电池()(2)在原电池中,发生氧化反应的是正极()(3)Mg—Al形成的原电池,Mg一定作负极()(4)原电池工作时,电子从负极流出经导线流入正极,再通过电解质溶液流回负极()(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()(6)带有“盐桥”的原电池一般比不带“盐桥”的原电池效率高()答案(1)×(2)×(3)×(4) ×(5)×(6)√二、化学电源1.一次电池碱性锌锰电负极材料:Zn。
电极反应:Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2。
正极材料:碳棒。
电极反应:2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-。
池总反应:Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH+Zn(OH)2。
纽扣式锌银电池电解质是KOH。
负极材料:Zn。
电极反应:Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2。
正极材料:Ag2O。
电极反应:Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-。
总反应:Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag2.二次电池—典型的铅蓄电池Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)放电充电2PbSO4(s)+2H2O(l)①充电时电极的连接:蓄电池的负极与外接电源的负极相连,蓄电池的正极与外接电源的正极相连。
②工作时的电极反应式:同一电极上的电极反应式,在充电与放电时,形式上恰好是相反的。
3.燃料电池(1)氢氧燃料电池(2)甲烷燃料电池①酸性介质(如H2SO4)总反应式:CH4+2O2===CO2+2H2O。
负极反应式:CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+。
正极反应式:2O2+8e-+8H+===4H2O。
②碱性介质(如KOH)总反应式:CH4+2O2+2OH-===CO-3+3H2O。
负极反应式:CH4-8e-+10OH-===CO-3+7H2O。
正极反应式:2O2+8e-+4H2O===8OH-。
【判一判】判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(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()(2)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2-4e-===4H+()(3)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应()(4)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应()(5)在化学电源中,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()(6)二次电池充电时,充电器的正极接二次电源的正极()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)√考点一原电池的工作原理及应用题组一原电池装置和电极的判断1.在如图所示的8个装置中,属于原电池的是________________。
答案②④⑥⑦⑧2.中科院科学家设计出一套利用SO2和太阳能综合制氢方案,其基本工作原理如图所示。
下列说法中错误的是()A.该电化学装置中,Pt电极作正极B.Pt电极的电势高于BiVO4电极的电势C.电子流向:Pt电极→导线→BiVO4电极→电解质溶液→Pt电极D.BiVO4电极上的反应式:SO2-3-2e-+2OH-===SO2-4+H2O答案 C解析Pt电极为正极,BiVO4电极为负极,所以Pt电极电势高于BiVO4电极,A、B正确;电子从BiVO4电极(负极)经导线流向Pt电极(正极),不能进入溶液,C 错误;BiVO4电极为负极,发生氧化反应,电极反应式为SO2-3-2e-+2OH-===SO2-4+H2O,D正确。
判断原电池正、负极的6种方法题组二原电池工作原理分析3.锌铜原电池(如图)工作时,下列叙述正确的是()A.铜作负极,电极反应式:Cu-2e-===Cu2+B.电池反应式:Zn+Cu2+===Zn2++CuC.在外电路中,电子从正极流向负极D.盐桥中的Cl-移向CuSO4溶液答案 B解析锌作负极,电极反应式为Zn-2e-===Zn2+;铜作正极,电极反应式为Cu2++2e-===Cu,总反应为Zn+Cu2+===Zn2++Cu,A错误、B正确;外电路中电子从负极流向正极,C错误;电解液和盐桥中阳离子向正极迁移、阴离子向负极迁移,D错误。
4.某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性:Cr2O2-7>Fe3+,设计了盐桥式原电池,如图。
盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。
下列叙述中正确的是()A.甲烧杯的溶液中发生还原反应B.乙烧杯中发生的电极反应为:2Cr3++7H2O-6e-===Cr2O2-7+14H+C.外电路的电流方向是从b到aD.电池工作时,盐桥中的SO2-4移向乙烧杯答案 C解析A项,甲烧杯的溶液中发生氧化反应:Fe2+-e-===Fe3+;B项,乙烧杯的溶液中发生还原反应,应为Cr2O2-7得到电子生成Cr3+;C项,a极为负极,b 极为正极,外电路中电流方向由b到a;D项,SO2-4向负极移动,即移向甲烧杯。
题组三原电池原理的应用5.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:实验装置部分实验现象a极质量减少;b极质量增加b极有气体产生;c极无变化d极溶解;c极有气体产生电流从a极流向d极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答案 C解析把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④,则由实验①可知,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,则活动性:b>c;由实验③可知,d极溶解,则d作原电池负极,c作正极,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,活动性:d>a。
综上所述可知活动性:d>a>b>c。
6.(2021·江苏淮安模拟)某校化学兴趣小组进行探究性活动:将氧化还原反应2Fe3++2I-2Fe2++I2设计成带盐桥的原电池。
提供的试剂:FeCl3溶液、KI溶液;其他用品任选。
回答下列问题:(1)画出设计的原电池装置图,并标出电极材料、电极名称及电解质溶液。
(2)发生氧化反应的电极反应式为______________________________________。
(3)反应达到平衡时,外电路导线中________(填“有”或“无”)电流通过。
(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,当固体溶解,则此时该溶液中的电极变为________(填“正”或“负”)极。
答案(1)如下图(答案合理即可)(2)2I--2e-===I2(3)无(4)负解析(1)先分析氧化还原反应,找出正、负极反应,即可确定电极材料和正、负极区的电解质溶液。
(2)发生氧化反应的电极是负极,负极上I-失电子变成I2。
(3)反应达到平衡时,无电子移动,故无电流产生。
(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,平衡逆向移动,此时Fe2+失电子,该溶液中的电极变成负极。
设计原电池的思路和方法考点二化学电源的分析与应用【典例】(2021·四川六市一诊)2020年6月,清华大学发现了一种新型的钾离子电池正极材料,比过去使用的任何材料都更加稳定。
电池示意图如下,总反应为FeC2O4F+KC6放电充电C6+KFeC2O4F。
下列有关说法错误的是()A.放电时,负极反应为:KC6-e-===K++C6B.充电时,阳极反应:KFeC2O4F-e-===FeC2O4F+K+C.充电时,当电路中通过的电子为0.02 mol 时,碳电极增加的质量为0.78 gD.用该电池电解饱和食盐水,阴极产生4.48 L气体时,通过隔膜的K+为0.2 mol 答案 D解析由总反应FeC2O4F+KC6放电充电C6+KFeC2O4F知:放电时,负极KC6失去电子生成C6,负极反应为KC6-e-===K++C6,A正确;由总反应FeC2O4F+KC6放电充电C6+KFeC2O4F知:充电时,C6得电子在阴极反应,则KFeC2O4F 在阳极反应,阳极反应为KFeC2O4F-e-===FeC2O4F+K+,B正确;充电时碳电极为阴极,反应式为C6+e-+K+===KC6,碳电极增加的质量即K+的质量,当电路中通过的电子为0.02 mol 时,K+的物质的量也为0.02 mol,质量为0.02mol×39 g/mol=0.78 g,C正确;未提到标况下,无法用n=V22.4 L/mol计算,D错误。
化学电源中电极反应式书写的一般方法❶明确两极的反应物。
❷明确直接产物:根据负极氧化、正极还原,明确两极的直接产物。
❸确定最终产物:根据介质环境和共存原则,找出参与的介质粒子,确定最终产物。
❹配平:根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。
题组一一次电池分析1.由我国科学家研发成功的铝锰电池是一种比能量很高的新型干电池,以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质,铝和二氧化锰-石墨为两极,其电池反应为Al+3MnO2+3H2O===3MnOOH+Al(OH)3。