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1、栏目索引选考专用选考专用 化学化学第二单元原电池化学电源第二单元原电池化学电源栏目索引题组一原电池1.概念概念把 转化为 的装置。2.构成条件构成条件(1)有两个 的电极。(2)将电极插入 中并形成 。(3)能自发进行的 反应都可设计成原电池。3.工作原理工作原理下图是Cu-Zn原电池示意图。化学能化学能电能电能活泼性不同活泼性不同电解质溶液电解质溶液 闭合回路闭合回路氧化还原氧化还原栏目索引 栏目索引电极材料ZnCu电极名称负极正极电极反应类型 还原反应电极反应式Zn-2e- Zn2+ 电子移动方向 电流方向从正极(Cu电极)流出经外电路流入负极(Zn电极)阴、阳离子移动方向电解质溶液中,阳
2、离子移向 ,阴离子移向 Cu2+2e- Cu从负极流出经外电路流入正极从负极流出经外电路流入正极正极正极负极负极氧化反应氧化反应 栏目索引特别提醒特别提醒在原电池中阳离子移向正极,阴离子移向负极(包括盐桥中的阴、阳离子)。这是因为负极发生的是失电子的反应,致使该极附近有大量正电荷,所以溶液中的阴离子要移向负极;正极发生的是得电子的反应,致使该极附近有大量负电荷,所以溶液中的阳离子要移向正极。可以简记为“正正负负”,即带正电荷的离子移向正极,带负电荷的离子移向负极。栏目索引电池名电解质电极反应、电池反应电极质量变化、溶液浓度变化碱性锌锰电池KOH负极(Zn): 正极(MnO2): 电池反应:2M
3、nO2+Zn+2H2O 2MnOOH+Zn(OH)2负极增重正极几乎不变溶液变浓题组二常见的化学电源银锌纽扣电池KOH负极(Zn):Zn+2OH-2e-Zn(OH)2正极(Ag2O):Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-电池反应: 负极 正极 溶液 铅蓄电池硫酸负极(Pb): 正极(PbO2): 电池反应:Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O负极 正极 溶液 Zn+2OH-2e- Zn(OH)2 2MnO2+2H2O+2e- 2MnOOH+2OH- Zn+Ag2O+H2O 2Ag+Zn(OH)2 增重增重减轻减轻变浓变浓 增重增重增重增重变稀变稀24O Pb+S-2e-
4、PbSO4 24O PbO2+S+4H+2e- PbSO4+2H2O栏目索引氢氧燃料电池KOH负极(惰性电极,通入H2): 正极(惰性电极,通入O2): 电池反应:2H2+O2 2H2O负极 正极 溶液 2H2+4OH-4e- 4H2O O2+2H2O+4e- 4OH- 不变不变不变不变变稀变稀栏目索引题组一原电池1.原电池反应通常是放热反应,在理论上可以设计成原电池的化学反应是( )A.Ba(OH)28H2O(s)+2NH4Cl(s) BaCl2(l)+2NH3H2O(l)+8H2O(l) H0B.2N2H4(g)+2NO2(g) 3N2(g)+4H2O(l) H0D.2NaOH(aq)+H
5、2SO4(aq) Na2SO4(aq)+2H2O(l) H0答案 B根据原电池反应通常是放热反应,排除A、C项。原电池反应必须是氧化还原反应,排除D项,只有B项符合。栏目索引2.有关下图所示装置的叙述不正确的是( )A.这是一个原电池装置B.这是电解NaOH溶液的装置C.该装置中Fe为负极,电极反应式为Fe+2OH-2e- Fe(OH)2 D.该装置中Pt为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-栏目索引答案 BFe、O2、NaOH溶液构成原电池,A项正确,B项错误。活泼的Fe为负极,其电极反应在酸性环境中进行时,电极反应式是Fe-2e- Fe2+,但现在是碱性环境,所以电极反应式为
6、Fe+2OH-2e- Fe(OH)2,C项正确。D项中,若是酸性环境,其电极反应式为O2+4H+4e- 2H2O,但现在是碱性环境,所以电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,所以D项正确。栏目索引题组二常见的化学电源3.市面上出售的电池大多对环境构成污染,据报道美国人每年抛弃27亿节电池,这些废弃电池的日积月累,会严重影响地球生态环境。近来发明了一种新型环保电池,其结构简单,取材容易,一般家庭都能制造。原料:低毒性的铝合金(可用被丢弃的易拉罐)、家庭常用的漂白水(含次氯酸根离子)、食盐、氢氧化钠(一般化学药品店有卖),电池的工作原理为2Al+3ClO-+2OH- 3Cl-+2Al+H2
7、O。下列说法中不正确的是 ( )A.该电池的优点是电极材料及电解质用完后可以更换B.电池的负极材料是铝合金C.电池的正极反应式为3ClO-+3H2O+6e- 3Cl-+6OH-D.当0.1 mol Al 完全溶解时,流经电解质溶液的电子个数为0.3NA2O栏目索引答案 D从原料上分析该电池的优点有:能废物利用、用完后所剩溶液对环境污染小、电极材料及电解质用完后可以更换等,选项A正确。原电池负极发生氧化反应,从总反应式可知金属铝被氧化成Al,铝合金材料作负极,选项B正确。对于选项C,若直接写原电池的正极反应式有困难,可先写出负极反应式,然后用总反应式减去负极反应式即得正极反应式,负极反应式为2A
8、l+8OH-6e- 2Al+4H2O,因此易得正极反应式为3ClO-+3H2O+6e- 3Cl-+6OH-,选项C正确。对于选项D,不用计算即可判断是错误的,因为电池工作时,电子由负极流出经导线流到正极,电解质溶液中无电子通过,电解质溶液是通过离子的定向移动导电的。2O2O栏目索引4.LED产品由于具有超低耗电量、寿命长的特点,越来越受欢迎。下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的装置。下列有关叙述正确的是( )A.a处通入氧气,b处通入氢气B.该装置中只涉及两种形式的能量转化C.电池正极的电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-D.P-型半导体连接的是电源负极栏目索引答案 C由LED发光二极管
9、中电子移动方向可知N-型半导体与电源负极相连,P-型半导体与电源正极相连,则a是负极,应通入H2,b是正极,应通入O2。该装置中主要涉及化学能、电能、光能三种形式的能量转化。故选C。栏目索引1.一般电极反应式的书写一般电极反应式的书写重难一电极反应式的书写重难一电极反应式的书写栏目索引2.复杂电极反应式的书写复杂电极反应式的书写如CH4酸性燃料电池中,负极反应式书写步骤为:CH4+2O2 CO2+2H2O总反应式2O2+8H+8e- 4H2O正极反应式由“负极反应式=总反应式-正极反应式”得:CH4+2H2O-8e- CO2+8H+负极反应式栏目索引典例典例1 (2014浙江理综浙江理综,11
10、)镍氢电池镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的中的M表示储氢金属或合表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是金。该电池在充电过程中的总反应方程式是:Ni(OH)2+M NiOOH+MH已知:6NiOOH+NH3+H2O+OH- 6Ni(OH)2+N下列说法正确的是( )A.NiMH电池放电过程中,正极的电极反应式为:NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH-B.充电过程中OH-离子从阳极向阴极迁移2O栏目索引C.充电过程中阴极的电极反应式:H2O+M+e- MH+OH-,H2O中的H被M还原
11、D.NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液解题关键解题关键 (1)首先确定正、负极,并列出正、负极上的反应物和电子得失情况。(2)要特别注意电极产物与电解质溶液中的离子是否共存,若不共存,要将不能共存的离子合并写入电极反应式。(3)碱性燃料电池电极反应式的书写:关键是判断负极反应物(如有机物)消耗O2的多少,确定失去电子的数目,利用得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒配平负极的电极反应式。栏目索引解析 镍氢电池放电时负极电极反应式为MH-e-+OH- M+H2O,正极电极反应式为NiOOH+e-+H2O Ni(OH)2+OH-,故A项正确;充电时,阴离子移向阳极,故B项错误;H2O分
12、子中有一个转变为MH中,M并没有参与反应,故C项错误;从题干所给的反应方程式中可以看出,KOH溶液、氨水会将NiOOH转化为Ni(OH)2,使电池失去放电能力,故D项错误。1H0H答案 A栏目索引1.把一小块镁铝合金放入6 molL-1的NaOH溶液中,可形成微型原电池。则该电池负极上发生的电极反应为 ( )A.Mg-2e- Mg2+B.Al+4OH-3e- Al +2H2OC.4OH-4e- 2H2O+O2D.2H2O+2e- 2OH-+H22O变式训练变式训练答案 B解析虽然Mg比Al活泼,但是原电池正、负极还与电解质溶液有关,在NaOH溶液中Al能与碱反应,而Mg不反应,所以Al作负极。
13、栏目索引1.加快氧化还原反应的速率加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率增大。例如,在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。2.比较金属活动性强弱比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极,一般作负极的金属比作正极的金属活泼。重难二原电池原理的应用重难二原电池原理的应用栏目索引3.用于金属的防护用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如,要保护一个铁制的输水管道或钢铁桥梁等,可在其上安装或焊接锌块,使锌作原电池的负极。4.判断金属的纯度判断金属的纯度在Zn-Cu原电池中,H2应在Cu极上放出,若在Zn极上也有气
14、体放出,则说明Zn不纯。 栏目索引典例2依据氧化还原反应:2Ag+(aq)+Cu(s) Cu2+(aq)+2Ag(s)设计原电池如图所示,其中盐桥为琼脂-饱和KNO3溶液。请回答下列问题:(1)电极X的材料是 ;电解质溶液Y是 。(2)银电极为电池的 极,写出两电极的电极反应式:栏目索引银电极: ;X电极: 。(3)外电路中电子是从 电极流向 电极。(4)盐桥中向CuSO4溶液迁移的离子是 (填序号)。A.K+B.NC.Ag+D.S考查内容考查内容原电池工作原理。3O24O栏目索引解题关键解题关键 (1)原电池正、负极的判断基础是氧化还原反应,如果给出一个反应方程式判断正、负极,可以直接根据化
15、合价的升降来判断。发生氧化反应的一极为负极,发生还原反应的一极为正极。(2)原电池正、负极的判断,不能简单地依据金属的活泼性,要看反应的具体情况。如:Mg-Al-NaOH溶液形成的原电池,因Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子,故Al作负极,Mg作正极;Fe(或Al)-Cu-浓硝酸形成的原电池,因Fe(或Al)在浓硝酸中钝化后,比Cu更难失电子,故Cu作负极,Fe(或Al)作正极。栏目索引解析由方程式可知铜的价态升高发生氧化反应,应该是原电池的负极,所以X是铜,电极反应式为Cu-2e- Cu2+;Ag+Ag中银的价态降低,发生还原反应,电极反应式为Ag+e- Ag;外电路的电子由铜片流向银片。盐
16、桥中的K+移向正极(Ag极),N移向负极(Cu极)。3O答案 (1)CuAgNO3溶液(2)正2Ag+2e- 2AgCu-2e- Cu2+(3)CuAg (4)B栏目索引2.下图为常用笔记本电脑所用甲醇质子交换膜燃料电池的结构示意图。电池总反应为2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O。(已知甲醇的燃烧热为725.76 kJmol-1)变式训练变式训练栏目索引(1)写出能表示甲醇燃烧的热化学方程式: 。(2)该装置中 (填“a”或“b”)为电池的负极,其电极反应式为 。(3)已知任何反应都具有一定的可逆性。该甲醇质子交换膜燃料电池在实际工作中,各反应物、生成物均以气态的形式存在且反应也具有一定
17、可逆性,即其反应原理可表示为2CH3OH(g)+3O2(g) 2CO2(g)+4H2O(g),试写出该条件下反应的平衡常数(K)的表达式: ；栏目索引在笔记本电脑的使用过程中,电池的温度往往因为各种原因会升高,当温度升高时该反应的平衡常数(K) (填“增大”“减小”或“不变”),则反应的正反应速率 (填“增大”“减小”或“不变”),逆反应速率 (填“增大”“减小”或“不变”);温度升高 (填“有利”或“不利”)于电池将化学能转化为电能。(4)若常温下一定量的甲醇完全燃烧生成液态水释放出了1 451.52 kJ 的能量,则等质量的甲醇利用图示装置理论上转移 mol 电子。栏目索引答案 (1)CH3OH(l)+3/2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) H=-725.76 kJmol-1(2)aCH3OH+H2O-6e- CO2+6H+(3)K=减小增大增大不利(4)12 24222332( O )(H)( H)(O )c CcOc COHc解析 (2)燃料电池中,燃料作负极,失去电子。(3)升高温度,正、逆反应速率均增大,平衡逆向移动,平衡常数减小,不利于化学能转化为电能。(4)根据甲醇燃烧的热化学方程式,一定量的甲醇完全燃烧生成液态水,释放出1 451.52 kJ的能量,消耗2 mol甲醇,转移12 mol电子。