人教版新高考化学一轮复习课件--原电池与化学电源

这是一份人教版新高考化学一轮复习课件--原电池与化学电源，共60页。PPT课件主要包含了课标要求，备考指导，内容索引，实验探源，1原理分析，三个移动方向，知识筛查，整合建构，高考真题剖析，典题训练等内容，欢迎下载使用。

1.能举出化学能转化为电能的实例,能辨识简单原电池的构成要素,能分析、解释原电池的工作原理,能设计简单的原电池。2.能列举常见的化学电源,并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。能利用电化学原理解释金属腐蚀现象,选择并设计防腐措施。3.能举例说明化学在解决能源危机中的重要作用,能分析能源的利用对自然环境和社会发展的影响。能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题,如新型电池的开发等。
1.本部分主要考查:(1)以新型能源电池或燃料电池为载体,考查原电池正负极的判断、电极反应式的书写、电子的移动方向或电流的方向及溶液pH的变化等。(2)原电池原理的应用主要考查原电池的设计等。题型有选择题、填空题。2.对原电池原理的复习应该针对以下几点:(1)理解原电池的基本原理;(2)正、负电极的判断;(3)电极反应类型;(4)电极反应式;(5)电子的移动方向或电流的方向;(6)陌生电极反应式的书写。
第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
第三环节　核心素养提升
知识筛查1.定义原电池是把化学能转化为电能的装置。2.构成条件
3.工作原理以锌铜原电池为例:
(2)两种装置比较。①盐桥的作用:a.连接内电路形成闭合回路。b.维持两电极电势差(中和电荷),使电池能持续提供电流。②装置Ⅰ中有部分Zn与Cu2+直接反应,使电池效率降低;装置Ⅱ中使Zn与Cu2+隔离,电池效率提高,电流稳定。
5.原电池在化工、农业生产及科学研究中的应用(1)增大氧化还原反应速率。一个自发的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率增大,例如Zn与稀硫酸反应时加入少量的CuSO4溶液能使产生氢气的速率增大。(2)比较金属活动性强弱。金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属活动性比作正极的强。(3)金属的防护。使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如,保护铁制输水管或钢铁桥梁,可用导线将其和一块锌块相连,使Zn作原电池的负极。
(4)设计制作化学电源。①必须是能自发进行且放热的氧化还原反应。②正、负极材料的选择:一般选择活泼性较强的金属作为负极;活泼性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。③电解质溶液的选择:电解质溶液一般要能够与负极发生反应,或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。如果设计含有盐桥的原电池,则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属阳离子,如在锌铜原电池中,负极Zn浸在含有Zn2+的电解质溶液中,而正极Cu浸在含有Cu2+的电解质溶液中。
实例:根据Cu+2Ag+══Cu2++2Ag设计原电池:
特别提醒(1)判断原电池的正负极需抓住闭合回路和氧化还原反应进行分析,如图。注意:原电池的正负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关,不要形成思维定式——活泼金属一定是负极。如Al、Mg和NaOH溶液构成的原电池中,Al为负极,Mg为正极。(2)活泼性强的金属不一定作负极,但负极上一定发生氧化反应。(3)电子不能通过电解质溶液,溶液中的离子不能通过盐桥。(4)负极失去电子总数一定等于正极得到电子总数。(5)原电池的反应速率一定比直接发生的氧化还原反应的速率大。
知识巩固1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)在原电池中,发生氧化反应的一极一定是负极。(　　)(2)在原电池中,负极材料一定比正极材料活泼。(　　)(3)在原电池中,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。(　　)(4)电工操作上规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用,是因为铜导线价格高,尽量节省成本。(　　)(5)原电池内部阳离子移向负极。(　　)(6)带盐桥的原电池中,可用金属代替盐桥。(　　)
2.(双选)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O2+2H2O+4e-══4OH-
3.(2020陕西咸阳高三模拟)根据下图,下列判断中正确的是(　　)。A.烧杯a中的溶液pH降低B.烧杯b中发生氧化反应C.烧杯a中发生的反应为2H++2e-══H2↑D.烧杯b中发生的反应为2Cl--2e-══Cl2↑
解析:由题给原电池装置可知,电子经过导线,由Zn电极流向Fe电极,则O2在Fe电极发生还原反应:O2+2H2O+4e-══4OH-,烧杯a中c(OH-)增大,溶液的pH升高;烧杯b中,Zn发生氧化反应:Zn-2e-══Zn2+。
特别提醒可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极连接方式:概括为“正接正,负接负”。
知识巩固1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应。(　　)(2)铅蓄电池工作时,当电路中转移0.2 ml电子时,消耗的H2SO4为0.1 ml。(　　)(3)铅蓄电池工作时,当电路中转移0.1 ml电子时,负极增重4.8 g。(　　)
2.浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示,该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列有关该电池的说法错误的是(　　)。A.电池工作时,Li+通过离子导体移向b区B.电流由X极通过外电路流向Y极C.正极发生的反应为2H++2e-══H2↑D.Y极每生成1 ml Cl2,a区得到2 ml LiCl
解析:加入稀盐酸,在X极(正极)上生成氢气,发生还原反应,电极反应式为2H++2e-══H2↑;Y极(负极)上生成Cl2,电极反应式为2Cl--2e-══Cl2↑,原电池中电流从正极流向负极,阳离子向正极移动,则电池工作时,Li+向正极a区移动,A项错误,C项正确。电流由正极X极通过外电路流向负极Y极,B项正确。Y极上每生成1 ml Cl2,则转移2 ml电子,有2 ml Li+向正极移动,则a区得到2 ml LiCl,D项正确。
3.一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是(　　)。A.放电时,多孔碳材料电极为负极B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移
4.(2020山东临沂十八中高三月考)如图为利用电化学方法处理有机废水的原理示意图。下列说法正确的是(　　)。A.a、b极不能使用同种电极材料B.工作时,a极的电势低于b极的电势C.工作一段时间之后,a极区溶液的pH增大
5.(双选)科学家设计出质子膜H2S燃料电池,实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)。A.电极a为电池的负极B.电极b上发生的电极反应:O2+4H++4e-══2H2OC.电路中每通过4 ml电子,在正极消耗44.8 L H2SD.每17 g H2S参与反应,有2 ml H+经质子膜进入正极区
解析:根据题目可知,该电池为燃料电池,根据燃料电池的特点,通氧气的一极为正极,故电极b为正极,电极a为负极,A项正确;电极b为正极,正极上氧气得电子,B项正确;从装置图可以看出,电池总反应为2H2S+O2══ S2+2H2O,电路中每通过4 ml电子,正极上应该消耗1 ml O2,负极上应该有2 ml H2S反应,但是题目中没有给定标准状况下,所以不一定是44.8 L,C项错误;17 g H2S即0.5 ml H2S,0.5 ml H2S参与反应会消耗0.25 ml O2,根据正极反应式O2+4H++4e-══2H2O,可知有1 ml H+经质子膜进入正极区,D项错误。
整合建构1.原电池电极反应式的书写书写电极反应式时,首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极,然后结合电解质溶液的环境确定电极产物,最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。电极反应式书写的一般方法有:(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、电荷守恒及电子得失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Li+LiMn2O4══Li2Mn2O4。②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极),如Li-e-══Li+(负极)。③利用总反应式与上述的一极反应式相减,即得另一个电极的反应式,即LiMn2O4+Li++e-══Li2Mn2O4(正极)。
2.燃料电池电极反应式的书写第一步:写出燃料电池反应的总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致,若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应式为CH4+2O2══CO2+2H2O①CO2+2NaOH══Na2CO3+H2O②①式+②式得燃料电池总反应式为CH4+2O2+2NaOH══Na2CO3+3H2O。第二步:写出电池的正极反应式。根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质是O2,随着电解质溶液的不同,其电极反应式有所不同,大致有以下四种情况:
问题引领如何从氧化还原反应的视角理解化学电源的结构及其工作原理?点拨化学电源就是一个实现氧化还原反应自发进行,让电子定向移动起来,形成电流对外做功的装置。其作用是让还原剂失电子发生氧化反应和氧化剂得电子发生还原反应在不同的地方(负极和正极)发生。电子通过导线定向移动进而形成电流,失去电子的一极叫负极,还原剂在此发生氧化反应;得到电子的一极叫正极,氧化剂在此发生还原反应;内电路中带电粒子在正负极间电势差的作用下定向移动,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,从而保证形成闭合回路,同时又保证正负极间存在电势差,使化学电源能较长时间地对外供电。
训练突破1.某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池总反应为LixC6+Li1-xCO2══LiCO2+C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是(　　)。A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移B.放电时,负极的电极反应式为LixC6-xe-══xLi++C6C.充电时,若转移1 ml e-,石墨(C6)电极质量将增加7x gD.充电时,阳极的电极反应式为LiCO2-xe-══Li1-xCO2+xLi+
问题引领分析新型电池的基本思路是什么?点拨用不变的原电池原理知识,应对万变的新型化学电源,万变不离其宗,只要抓住原电池原理不放,无论多么新的化学电源,最终就是一个氧化还原反应而已。
训练突破1.(2019全国Ⅲ改编)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电池,结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l) ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是(　　)。A.三维多孔海绵状Zn具有较大的表面积,所沉积的ZnO分散度高B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-══NiOOH(s)+H2O(l)C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-══ZnO(s)+H2O(l)D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区
2.(2019天津卷)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述不正确的是(　　)。A.放电时,a电极反应为I2Br-+2e-══2I-+Br-B.放电时,溶液中离子的数目增大C.充电时,b电极质量每增加0.65 g, 溶液中有0.02 ml I-被氧化D.充电时,a电极接外电源的负极
解析:根据离子和电子的移动方向可知,a电极是正极,b电极是负极。放电时,负极电极反应为Zn-2e-══Zn2+,正极电极反应为I2Br-+2e-══2I-+Br-,显然A、B两项正确;充电时,b电极电极反应为Zn2++2e-══Zn,质量每增加0.65 g转移0.02 ml e-,根据以上分析,可知溶液中有0.02 ml I-被氧化,C项正确;充电时,阳极接电源正极,D项错误。
3.(1)将燃煤产生的二氧化碳回收利用,可达到低碳排放的目的。下图是通过人工光合作用,以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。电极b作　　　　极,表面发生的电极反应为　　　　　　　　　　。 
(2)一种以肼(N2H4)为液体燃料的电池装置如图所示。该电池用空气中的氧气作氧化剂,KOH作电解质。负极反应式为　 ; 正极反应式为　 。 (3)Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池,电池反应方程式为2AgCl+Mg══Mg2++2Ag+2Cl-。①负极反应式为　 ; ②正极反应式为　 。 
答案:(1)正　2H++CO2+2e-══HCOOH(2)4OH-+N2H4-4e-══N2↑+4H2O　2H2O+O2+4e-══4OH-(3)①Mg-2e-══Mg2+②2AgCl+2e-══2Ag+2Cl-解析:(1)从图示可以看出,左侧H2O转变成O2,O元素被氧化,电极a为负极,电极反应式为2H2O-4e-══4H++O2↑,H+通过质子交换膜进入右侧发生反应,右侧通入的CO2转变成HCOOH,CO2被还原,电极b为正极,电极反应式为2H++CO2+2e-══HCOOH。(2)根据装置可知N2H4→N2为氧化反应,在负极上发生该反应。
【核心素养考查点剖析】本题是以新型化学电源为情境命制的,考查考生利用原电池原理分析解决有关新型化学电源的问题的能力,较好地考查了考生的“变化观念和平衡思想”。本题在解答时应注意正极的电极反应式的书写,电解质溶液呈碱性,则空气中的氧气得电子生成氢氧根离子;在判断电池中电流流向时,电流流向与电子流向相反。
解析:本题考查了原电池装置的分析与判断。根据题中所给的VB2电极上的反应式可知,该原电池中VB2电极为负极,复合碳电极为正极。正极反应式为2H2O+O2+4e-══4OH-。根据电子守恒可知,当负极通过0.04 ml电子时,正极参加反应的氧气为0.01 ml,在标准状况下的体积为0.224 L,A项正确;根据正、负极的电极反应式可知,负极消耗OH-,溶液的pH降低,而正极生成OH-,溶液的pH升高,B项错误;根据电子守恒由负极反应式:
1.(2020全国Ⅰ改编)科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如下,电极为金属锌和选择性催化材料。放电时,温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等,为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是(　　)。
3.甲醇燃料电池被认为是21世纪电动汽车的最佳候选动力源,其工作原理如图所示。下列有关叙述正确的是(　　)。A.通入氧气的一极为负极B.H+从正极区通过交换膜移向负极区C.通甲醇的一极的电极反应式为CH3OH+H2O-6e-══CO2↑+6H+D.甲醇在正极发生反应,电子经过外电路流向负极
解析:燃料电池中通入燃料的一极为负极,通入氧气或空气的一极为正极,A项错误。原电池中阳离子向正极移动,B项错误。通甲醇的一极为负极,负极反应式为H2O+CH3OH-6e-══CO2↑+6H+,C项正确。甲醇在负极发生反应,电子经过外电路流向正极,D项错误。
(2020河北名校联盟高三联考)我国科学家发明了一种“可固氮”的镁-氮二次电池,其装置如图所示,下列说法不正确的是(　　)。A.固氮时,电池的总反应为3Mg+N2══Mg3N2B.脱氮时,钌复合电极的电极反应式为Mg3N2-6e-══3Mg2++N2↑C.固氮时,外电路中电子由钌复合电极流向镁电极D.当无水LiCl-MgCl2混合物受热熔融后电池才能工作
解析:固氮时该装置为原电池装置,镁为活泼金属,作负极,被氧化成Mg2+;钌复合电极为正极,氮气在该电极上发生还原反应生成N3-,与熔融电解质中镁离子生成Mg3N2,所以总反应为3Mg+N2══Mg3N2,A项正确。脱氮时,-3价的氮元素被氧化,钌复合电极上应发生氧化反应,Mg3N2失电子发生氧化反应生成氮气,电极反应为Mg3N2-6e-══3Mg2++N2↑,B项正确。固氮时,镁电极为负极,外电路中电子由镁电极流向钌复合电极,C项错误。无水LiCl-MgCl2混合物常温下为固体,无自由移动离子,不能导电,受热熔融后产生自由移动离子导电,电池才能工作,D项正确。
化学能转化成电能　制作简单的燃料电池实验1.化学能转化成电能【实验用品】铜片,锌片,1 ml·L-1 CuSO4溶液,1 ml·L-1 ZnSO4溶液;烧杯,导线,盐桥,电流表。
【实验方案实施】组装装置,进行实验,观察并记录现象。
实验2. 制作简单的燃料电池【实验目的】(1)理解燃料电池的工作原理。(2)设计制作一个氢氧燃料电池。【实验用品】U形管、石墨棒(石墨棒使用前应该经过烘干活化处理)、3~6 V的直流电源、鳄鱼夹、导线和开关、电流表(或发光二极管、音乐盒等)。1 ml·L-1 Na2SO4溶液、酚酞溶液。
【实验步骤】(1)电解水。在U形管中注入1 ml·L-1 Na2SO4溶液,然后向其中滴加1~2滴酚酞溶液。在U形管的两边分别插入一根石墨棒,并用鳄鱼夹、导线连接电源。闭合K1,接通直流电源开始电解,观察现象。
(2)制作一个氢氧燃料电池。当上述电解过程进行1~2 min后,打开K1,断开直流电源。将两根石墨棒用导线分别与电流表(或发光二极管、音乐盒等)相连,闭合K2,观察现象。【实验现象】
【注意事项】电解水实验时直流电源电压应控制在6 V以下。
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)某原电池反应为Cu+2AgNO3══Cu(NO3)2+2Ag,装置中的盐桥内可以是含琼胶的KCl饱和溶液。(　　)(2)因为铁比铜活泼,所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池,一定是铁作负极、铜作正极。(　　)(3)C+H2O(g) CO+H2可设计成原电池。(　　)(4)将氧化还原反应设计成原电池,可以把物质内部的能量全部转化为电能。(　　)(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,将热能转化为电能。(　　)
(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,将热能转化为电能。(　　)(6)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中的负极反应为2H2-4e-══4H+。(　　)(7)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下,甲烷燃料电池的正极电极反应式为6CO2+3O2+12e-══6 。(　　)
1.有关下图所示原电池的叙述不正确的是(　　)。A.电子沿导线由Cu片流向Ag片B.正极的电极反应式是Ag++e-══AgC.Cu片上发生氧化反应,Ag片上发生还原反应D.反应时盐桥中的阳离子移向Cu(NO3)2溶液
解析:题述装置是原电池,铜作负极,银作正极,电子从铜片沿导线流向银片,A项正确。正极电极反应式为Ag++e-══Ag,B项正确。Cu失电子,发生氧化反应,银片上Ag+得电子,发生还原反应,C项正确。原电池工作时,电解质溶液以及盐桥中的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以反应时盐桥中的阳离子移向AgNO3溶液,D项错误。
2.燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置,燃料和空气分别送进燃料电池,电就被奇妙地生产出来。常见的燃料电池有氢氧燃料电池、烷氧燃料电池、醇氧燃料电池等,如图是氢氧燃料电池示意图:(1)若电解质溶液为KOH溶液,则电池工作时负极的电极反应式为　　　　　　　;正极的电极反应式为　　　　　　　　　　。 (2)若电解质溶液为H2SO4溶液,则电池工作时正极的电极反应式为　 。 (3)若将上述燃料电池中的氢气改为CH4,以硫酸作电解质溶液,则负极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。