江苏省扬州市宝应县城镇中学高三化学一轮复习 原电池和化学电源学案
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原电池和化学电源
【复习目标】
1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。
2.了解常见的化学电源的种类及其工作原理。
【知识建构】
一、原电池的工作原理
1．概念：把化学能转化为电能的装置。
2．构成条件
(1)有两上活动性不同的电极(常见为金属或石墨)。
(2)具有电解质溶液。
(3)两电极间形成闭合回路。
3．工作原理
如图是两种CuZn原电池示意图，请填空：
(1)电极：负极为Zn，正极为Cu。
(2)电极反应；负极：Zn－2e－===Zn2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu。
(3)电子移动方向和电流方向：电子从负极流出经外电路流入正极；电流从正极流出经外电路流入负极。
(4)离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。
(5)两种装置的比较：装置Ⅰ中还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，易造成能量损耗；装置Ⅱ能避免能量损耗；装置Ⅱ中盐桥的作用是提供阴阳离子定向移动的通路，导电。
二、化学电源
1．一次电池——碱性锌锰干电池
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－
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
2．二次电池(以铅蓄电池为例) 2
(1)放电时的反应：
①负极：Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)
②正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)
③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
(2)充电时的反应：
①阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)
②阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)。
③总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。
3．燃料电池
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。
酸性 碱性
负极反应式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式 O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式 2H2＋O2===2H2O
【典型例析】
1．银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理：在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是( )
A．处理过程中银器一直保持恒重
B．银器为正极，Ag2S被还原生成单质银
C．该过程中总反应为2Al＋3Ag2S===6Ag＋Al2S3
D．黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl
2． Mg－H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如下。该电池工作时，下列说法正确的是( )
A．Mg电极是该电池的正极
B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C．石墨电极附近溶液的pH增大
D．溶液中Cl－向正极移动
3．高考组合题 书写以下电极反应式或电池反应方程式。
(1)二甲醚(CH3OCH3)直接燃料电池具有启动快、效率高的特点，若电解质为酸性，其负极反应式为___________________________________________。
(2)高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4，其反应的离子方程式为________________________________；与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为________________________，该电池总反应的离子方程式为____________________________________________________
_______________________________________________________________________。
(3)普通锌锰电池放电时发生的主要反应为：
Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnOOH
该电池中，负极材料主要是______________，电解质的主要成分是________，正极发生的主要反应是_______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH表示)，NiO(OH)作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：
NiO(OH)＋MH放电充电Ni(OH)2＋M
电池放电时，负极的电极反应式为__________________________________________。
4．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是( )
A．A＞B＞C＞D＞E B．A＞C＞D＞B＞E
C．C＞A＞B＞D＞E D．B＞D＞C＞A＞E
5．某原电池总反应为：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是( )
A B C D
电极材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag
电解液 FeCl3 Fe(NO3)2 CuSO4 Fe2(SO4)3
6．选择合适的图像：
(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。
(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。
(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是________。
7．原电池原理广泛应用于科技、生产和生活中，请回答以下问题：
(1)肼(N2H4)又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。肼—空气燃料电池是一种碱性燃料电池，产物无污染，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。肼—空气燃料电池 4 放电时：正极的电极反应式是______________________________________；
负极的电极反应式是____________________________。
(2)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以N2、H2为电极反应物，以HCl—NH4Cl为电解质溶液制造新型燃料电池。试写出该电池的正极反应式：__________________。
(3)请运用原电池原理设计实验，验证I2、Fe3＋氧化性的强弱，请画出实验装置图并写出电极反应式。
【仿真练习】
1．下列设备工作时，将化学能转化为热能的是( )
A B C D
硅太阳能电池 锂离子电池 太阳能集热器 燃气灶
2．某一同学根据离子反应方程式2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋来设计原电池。下列设计方案中可行的是( )
A．电极材料为铁和锌，电解质溶液为FeCl3溶液
B．电极材料为铁和铜，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液
C．电极材料为铁和石墨，电解质溶液为FeCl2溶液
D．电极材料为石墨，电解质溶液为FeCl3溶液
3．有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是( )
图Ⅰ 碱性锌锰电池 图Ⅱ 铅－硫酸蓄电池 图Ⅲ 电解精炼铜 图Ⅳ 银锌纽扣电池
A．图Ⅰ所示电池中，MnO2的作用是催化剂
B．图Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大
C．图Ⅲ所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2＋浓度始终不变
D．图Ⅳ所示电池中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中还原为Ag
4．电子表所用的纽扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应式是：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。总反应式为：Ag2O＋Zn===2Ag＋ZnO，下列说法正确的是( )
A．Zn为正极，Ag2O为负极
B．Zn为负极，Ag2O为正极
C．原电池工作时，正极区溶液pH值减小
D．原电池工作时，负极区溶液pH值增大
5．控制适合的条件，将反应Fe3＋＋2＋＋Ag＋设计成如图所示的原电池(盐桥装有琼脂－硝酸钾溶液；灵敏电流计的0刻度居中，左右均有刻度)。已知，接通后，观察到电流计指针向右偏转。下列判断正确的是(
)
A．在外电路中，电子从石墨电极流向银电极
B．盐桥中的K＋移向乙烧杯
C．一段时间后，电流计指针反向偏转，越过0刻度，向左边偏转
D．电流计指针居中后，往甲烧杯中加入一定量的铁粉，电流计指针将向左偏转
6．把a、b、c、d四块金属浸入稀硫酸中，用导线两两连接组成多个原电池，若a、b相连， a为负极；c、d相连，d上有气泡逸出；a、c相连，a极减轻；b、d相连，b为正极。则四种金属的活泼性顺序为( )
A．a＞b＞c＞d B．a＞c＞b＞d
C．a＞c＞d＞b D．b＞d＞c＞a
7．将氢气、甲烷、乙醇等物质在氧气中燃烧时的化学能直接转化为电能的装置叫燃料电池。燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。此种电池能量利用率可高达80%(一般柴油发电机只有40%左右)，产物污染也少。下列有关燃料电池的说法错误的是( )
A．上述燃料电池的负极反应材料是氢气、甲烷、乙醇等物质
B．氢氧燃料电池常用于航天飞行器，原因之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用
C．乙醇燃料电池的电解质常用KOH，该电池的负极反应为：C2H5OH－12e－===2CO2↑＋3H2O
D．甲烷燃料电池的正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
8．LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为：FePO4＋Li放电充电LiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含U导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法正确的是( )
A．可加入硫酸以提高电解质的导电性
B．放电时电池内部Li向负极移动
C．充电过程中，电池正极材料的质量增多
D．放电时电池正极反应为：FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4
