(新高考)高考化学大一轮复习课件第6章第35讲原电池化学电源(含解析)

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1.理解原电池的构成、工作原理及应用。2.正确判断原电池的两极，能书写电极反应式和总反应方程式。3.了解常见化学电源的种类及其工作原理；了解燃料电池的应用。
原电池的工作原理及应用
1.原电池的概念及构成条件(1)定义：将 转化为 的装置。(2)原电池的形成条件①能自发进行的 。②两个活泼性不同的电极(燃料电池的两个电极可以相同)。③形成 ，需满足三个条件：a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入电解质溶液或熔融电解质中。
(1)装置变迁(2)电极反应负极： ， 反应。正极： ， 反应。总反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋。(3)盐桥的组成和作用①盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶。②盐桥的作用：a.连接内电路， ；b. ，使原电池不断产生电流。③盐桥中离子移向：阴离子移向 ，阳离子移向 。
2.工作原理(以锌铜原电池为例)
Zn－2e－===Zn2＋ 氧化
Cu2＋＋2e－===Cu 还原
形成闭合回路 平衡电荷
负极 正极
3.原电池的应用(1)设计制作化学电源
(2)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性 的金属，正极一般是活动性 的金属(或能导电的非金属)。(3)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。(4)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的 而受到保护。
1.理论上，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池(　　)2.放热反应都可设计成原电池(　　)3.在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生(　　)4.两种活动性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极(　　)5.一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高(　　)6.实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳(　　)
1.银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，其工作示意图如图。下列说法不正确的是A.Zn电极发生氧化反应B.Ag2O电极是电源的正极C.电池工作时，电子从Zn电极经导线流向Ag2O电极，再由 Ag2O电极经电解质溶液流向Zn电极D.Zn电极上发生的反应：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
一、原电池原理及电极的判断
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↑
(1)通过反应类型判断①失去电子的电极为负极，发生氧化反应；②得到电子的电极为正极，发生还原反应。(2)通过电子定向移动方向和电流方向判断①电子流出的电极为负极，电子经外电路流入正极；②电流流出的电极为正极，电流经外电路流入负极。
(3)根据离子移动方向判断阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。(4)根据电极现象判断一般不断溶解、质量减轻的电极为负极；有固体析出、质量增加或不变或有气体产生的电极为正极。
由此可判断这四种金属的活动性顺序是A.a＞b＞c＞d B.b＞c＞d＞aC.d＞a＞b＞c D.a＞b＞d＞c
3.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：
4.设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。(1)写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式：_________________________。(2)若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：①负极：_________________。②正极：____________________。(3)在方框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
Cu－2e－===Cu2＋
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
常见化学电源及工作原理
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－
2H2－4e－===4H＋
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
3.二次电池的充放电(1)可充电电池原理示意图充电时，原电池负极与外接电源负极相连，原电池正极与外接电源正极相连，记作：“正接正，负接负”。(2)可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。充电、放电不是可逆反应。(3)放电时的负极反应和充电时的阴极反应相反，放电时的正极反应和充电时的阳极反应相反。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。例：Fe＋Ni2O3＋3H2O Fe(OH)2＋2Ni(OH)2，放电时负极的电极反应式为____ 。则充电时阴极的电极反应式为________________________。
2e－＋2OH－===Fe(OH)2
Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－
1.太阳能电池不属于原电池(　　)2.可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应(　　)3.铅酸蓄电池工作时，当电路中转移0.1 ml电子时，负极增重4.8 g(　　)4.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(　　)
1.科学家用氮化镓材料与铜组装如图1所示的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4。该电池负极是_____，负极产物是_____，正极是_____，正极产物是______。2.钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池工作时的反应为2RuⅡ*＋ ===2RuⅢ＋3I－，装置如图2。该电池负极材料为_____________，负极对应的产物为______；正极材料为_____________，正极对应的产物为____，正极反应式：______________。
一、化学电源中电极及电极产物的判断
3.“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如图3。该电池负极是____，负极产物是__________，正极产物是______。
二、不同介质燃料电池电极反应式的书写
4.写出不同介质中甲烷燃料电池的电极反应式。(1)酸性介质(如H2SO4)总反应式：_________________________。负极：_____________________________。正极：________________________。(2)碱性介质(如KOH)总反应式：________________________________。负极：_________________________________。正极：_________________________。
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
2O2＋8e－＋8H＋===4H2O
2O2＋8e－＋4H2O===8OH－
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)总反应式：________________________。负极：______________________________。正极：__________________。(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)总反应式：________________________。负极：________________________________。正极：_________________________。
CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
2O2＋8e－===4O2－
5.十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是A.该电池放电时质子从Pt2电极经过内电路移向Pt1电极B.Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===H2SO4 ＋2H＋C.Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－D.相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1
方法一　直接书写方法二　间接书写第一步，写出电池总反应式。第二步，写出电极的正极反应式。第三步，负极反应式＝总反应式－正极反应式。
6.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A.放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===B.放电时，1 ml CO2转化为HCOOH，转移的电子为 2 mlC.充电时，电池总反应为 ===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2OD.充电时，正极溶液中OH－浓度升高
三、二次电池的放电与充电
下列说法正确的是A.放电时，MnO2/石墨毡为负极，发生还原反应B.充电时，有机电极和外接电源的正极相连C.放电时，MnO2/石墨毡电极的电极反应式为Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋D.充电时，每消耗1 ml PTO，理论上外电路中转移电子为4 ml
7.我国化学工作者提出一种利用有机电极(PTO/HQ)和无机电极(MnO2/石墨毡)在酸性环境中可充电的电池，其放电时的工作原理如图所示：
1.(2021·广东，9)火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时A.负极上发生还原反应B.CO2在正极上得电子C.阳离子由正极移向负极D.将电能转化为化学能
下列说法不正确的是A.甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加B.乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－C.丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D.丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
2.(2019·浙江4月选考，12)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。
3.(2021·山东，10)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清洁燃料电池，下列说法正确的是A.放电过程中，K＋均向负极移动B.放电过程中，KOH物质的量均减小C.消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大D.消耗1 ml O2时，理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
4.(2020·天津，11)熔融钠—硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na＋xS Na2Sx(x＝5～3，难溶于熔融硫)，下列说法错误的是A.Na2S4的电子式为B.放电时正极反应为xS＋2Na＋＋2e－===Na2SxC.Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极D.该电池是以Na-β-Al2O3为隔膜的二次电池
1.将相同的锌片和铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中，以下叙述正确的是A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生B.两烧杯中溶液的H＋浓度都减小C.产生气泡的速率甲比乙慢D.甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
2.M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是A.P＞M＞N＞E B.E＞N＞M＞PC.P＞N＞M＞E D.E＞P＞M＞N
3.锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是A.铜电极上发生氧化反应B.电池工作一段时间后，甲池中 减小C.电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持 溶液中电荷平衡
4.我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na—CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na 2Na2CO3＋C。下列说法错误的是
5.镍镉(Ni—Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电反应按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2O Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是A.充电时阳极反应式：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2OB.充电过程是化学能转化为电能的过程C.放电时负极附近溶液的碱性不变D.放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
6.Li—FeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池，其结构如图所示。已知电池放电时的反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列说法错误的是A.Li为电池的负极B.电池工作时，Li＋向正极移动C.正极的电极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－D.将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，电池性能更好
7.用于驱动潜艇的液氨—液氧燃料电池示意图如下图所示，下列有关说法正确的是A.电极2发生氧化反应B.电池工作时，Na＋向负极移动C.电流由电极1经外电路流向电极2D.电极1发生的电极反应为2NH3＋6OH－－6e－===N2 ＋6H2O
B.X 膜为选择性阳离子交换膜C.催化剂可促进反应中电子的转移，加快反应速率D.每生成1 ml H2O2，电路中转移4 ml e－
9.(2022·天津模拟)某同学设计如下原电池，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是A.该装置将化学能转化为电能B.负极的电极反应式是Ag＋I－－e－===AgIC.电池的总反应式是Ag＋＋I－===AgID.盐桥(含KNO3的琼脂)中 从左向右移动
10.(2021·辽宁1月适应性测试，13)Hg—Hg2SO4标准电极常用于测定其他电极的电势，测知Hg—Hg2SO4电极的电势高于Cu电极的电势。以下说法正确的是A.K2SO4溶液可用CCl4代替B.Hg－Hg2SO4电极反应为Hg2SO4－2e－===2Hg＋C.若把Cu－CuSO4体系换作Zn－ZnSO4体系，电压表的示数 变大D.微孔瓷片起到阻隔离子通过的作用
11.(2022·辽宁营口模拟)依据原电池原理，回答下列问题：如图是使用固体电解质的燃料电池，装置中以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导正极生成的O2－(O2＋4e－===2O2－)。(1)c电极为_____(填“正”或“负”)极。
(2)d电极上的电极反应为_____________________________。(3)如果消耗160 g甲烷，假设化学能完全转化为电能，则转移电子的数目为_______(用NA表示)，需要消耗标准状况下氧气的体积为____ L。
CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
12.(1)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示：①HS－在硫氧化菌作用下转化为 的电极反应式是______________________________。②若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是________________________________________________________________________________________。
就会循环地把有机物氧化成CO2放出电子
(2)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力，其工作原理如图所示。①a电极的电极反应式是______________________________；
2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
a电极是通入NH3的电极，失去电子，发生氧化反应，所以该电极作负极，电极反应式是2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。