2024届高考一轮复习 第六章 化学反应与能量 第2讲 原电池课件PPT

这是一份2024届高考一轮复习 第六章 化学反应与能量 第2讲 原电池课件PPT，共55页。PPT课件主要包含了自发进行，原电池原理的应用，答案C，电能的多少，功率的大小，2氢氧燃料电池等内容，欢迎下载使用。
逐点清(一) 原电池的工作原理1．原电池的工作原理(1)原电池的构成
(2)示例(图甲和图乙是铜锌原电池装置示意图)
[注意] 盐桥的作用是使整个装置构成闭合回路，代替两溶液直接接触；平衡电荷；提高电池效率。
微点小练1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)任何氧化还原反应均可设计成原电池( )(2)任何原电池一定是活泼性不同的两金属电极( )(3)任何原电池的电子流向一定从负极流出，流入正极( )(4)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高( )(5)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( )
(6)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( )(7)任何原电池工作时，正极本身一定不参加反应，负极本身一定参加反应( )(8)对于Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋反应，设计原电池时两极材料可以是Cu与Fe( )
2．某原电池装置如图所示。下列有关叙述中，正确的是( )A．Fe作正极，发生氧化反应B．负极反应：2H＋＋2e－===H2↑C．工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不变D．工作一段时间后，NaCl溶液中c(Cl－)增大
解析：负极是铁发生氧化反应，A错误；正极是石墨，H＋在此发生还原反应，B错误；工作一段时间后，右池中H＋在石墨棒上被还原为H2，溶液的pH增大，Ca错误；盐桥中的Cl－移向负极，NaCl溶液中c(Cl－)增大，D正确。答案：D
[题点考法·全面练通]题点(一) 原电池的工作原理1．分析如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↑
解析：②中Mg作正极，③中的Fe作正极，A错误；③中的Cu作负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，C错误；④中的Cu作正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，D错误。答案：B
3．如图中四种电池装置是依据原电池原理设计的，下列有关叙述错误的是( ) A．①中锌电极发生氧化反应B．②中电子由a电极经导线流向b电极C．③中外电路中电流由A电极流向B电极D．④中LixC6作负极
解析：在原电池中阴离子移向负极，所以③中A电极为负极，则外 电路中电流应由B电极流向A电极。答案：C
[思维建模]正、负极的判断方法
题点(二) 原电池原理的应用4．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：
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
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。答案：C
5．将两份过量的锌粉a、b分别加入一定量的稀硫酸中，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)的关系正确的是 ( )解析：加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多。答案：B
6．依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3琼脂的U形管)。请回答下列问题：(1)电极X的材料是_________________；电解质溶液Y是_________________ (填化学式)。(2)银电极为电池的________极，其电极反应式为_________________。答案：(1)Cu AgNO3 (2)正 Ag＋＋e－===Ag (3)Cu(NO3)2
[思维建模] 根据电池反应设计原电池的模板
逐点清(二) 常见化学电源的工作原理1．电池优劣的标准一是看电池单位质量或单位体积所输出___________ (比能量)或者输出___________ (比功率)，二是电池储存时间的长短。
2．一次电池——干电池
[注意] 充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应与放电时的正极反应相反，充电时的阴极反应与放电时的负极反应相反。
4．燃料电池(1)特点：连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能。常见燃料有H2、烃、肼、烃的衍生物、NH3、煤气等。化学能转化为电能的转化率超过80%。
5．化学电源中电极反应式书写的一般方法(1)明确两极的反应物。(2)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。(3)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与反应的介质粒子，确定最终产物。(4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。
[注意] ①H＋在碱性环境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境结合H2O，生成OH－；③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。
微点小练1．判断正误(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)铅酸蓄电池中的反应是可逆反应( )(3)燃料电池中的燃料在负极上发生还原反应( )(4)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2－4e－===4H＋( )
2．以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式。(1)酸性溶液(或含质子交换膜)正极：_______________________；负极：_______________________。(2)碱性溶液正极：_______________________；负极：_______________________。
[题点考法·全面练通]题点(一) 一次电池1．(2022·湖南等级考)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图。下列说法错误的是( )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：海水中含有丰富的电解质，故A正确；Li是活泼金属，作负极，则N为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B错误；Li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。答案：B
2．纸电池是一种有广泛应用的“软电池”，某种碱性纸电池采用薄层纸片作为载体和传导体，纸的两面分别附着锌和二氧化锰。下列有关该纸电池的说法不合理的是( ) A．Zn为负极，发生氧化反应B．电池工作时，电子由MnO2流向ZnC．正极反应：MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－D．电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)
解析：类似于碱性锌锰电池，MnO2在正极上得电子被还原生成MnO(OH)，则正极的电极反应式为MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－，C正确；负极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，结合正、负极反应式及得失电子守恒可知，该电池的总反应式为Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)，D正确。答案：B
题点(二) 二次电池3.某科研团队发明了一种新型的锌离子热充电电池，可以利用人体产生的低热量充电。该电池以Zn和VO2­PC为电极材料，实现了低热量发电。放电时，VO2结合Zn2＋生成ZnxVO2·yH2O，原理如图。下列说法正确的是 ( )
A．分离器可以为阴离子交换膜B．充电时，阳极电极反应式为ZnxVO2·yH2O＋2xe－===VO2＋xZn2＋＋yH2OC．放电时，电流从Zn极流向VO2­PC极D．充电时，锌离子从较高温一侧移至低温一侧
解析：由分析可知，分离器为阳离子交换膜，A错误；充电时，阳极电极反应式为ZnxVO2·yH2O－2xe－===VO2＋xZn2＋＋yH2O，B错误；放电时，Zn为负极，VO2­PC极为正极，电流从VO2­PC极流向Zn极，C错误；充电时，阳离子由阳极区移向阴极区，则锌离子从较高温一侧移至低温一侧，D正确。答案：D
4．我国科研工作者研制出基于PANa(聚丙烯酸钠)电解质的Zn/NiC­LDMH可充电电池，该电池具有高容量和超长循环稳定性。电池反应为5Zn＋6COOH＋4NiOOH＋5H2O 5ZnO＋6C(OH)2＋4Ni(OH)2。PANa是一种超强吸水聚合物，吸收大量Zn(CH3COO)2和KOH溶液作为水和离子含量调节剂形成水凝胶电解质，示意图如图。下列说法错误的是( )
A．PANa是一种有机高分子聚合物，在水溶液中不会发生电离B．PANa具有超强吸水性可避免电池充放电过程中因失水使离子导电率下降C．放电时，负极附近pH减少D．充电时，阳极反应为3C(OH)2＋2Ni(OH)2－5e－＋5OH－===3COOH＋2NiOOH＋5H2O
解析：PANa在水溶液中电离出聚丙烯酸根离子和Na＋，应为离子化合物，A项错误；PANa是一种超强吸水聚合物，具有超强吸水性，可避免电池充放电过程中因失水使离子导电率下降，B项正确；分析题给电池反应，放电时，Zn的化合价升高，失去电子，作负极，电极反应为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，负极附近OH－浓度降低，pH减小，C项正确；充电时，C(OH)2和Ni(OH)2在阳极失去电子得到COOH和NiOOH，D项正确。答案：A
[思维建模] 二次电池充电时的电极连接
即正极接正极，负极接负极。
题点(三) 常见燃料电池5．如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700～900 ℃时，O2－可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是( )A．电池内的O2－由电极甲移向电极乙B．电池总反应为N2H4＋2O2===2NO＋2H2OC．当甲电极上有1 ml N2H4消耗时，标准状况下乙电极上有22.4 L O2参与反应D．电池外电路的电子由电极乙移向电极甲
解析：该燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应，为N2H4＋2O2－－4e－===N2＋2H2O，故电极甲作负极，电极乙作正极，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O。答案：C
6．研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如图所示。下列说法错误的是( )A．加入HNO3降低了正极反应的活化能B．电池工作时正极区溶液的pH增大C．1 ml CH3CH2OH被完全氧化时有6 ml O2被还原D．负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
解析：由分析知，HNO3在正极起催化作用，作催化剂，则加入HNO3降低了正极反应的活化能，故A正确；电池工作时正极区的总反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，则溶液中氢离子浓度减小，pH增大，故B正确；根据得失电子守恒可知，1 ml CH3CH2OH被完全氧化时，转移12 ml电子，则有3 ml O2被还原，故C错误、D正确。答案：C
[思维建模]燃料电池的一般思维模型及正极反应式的书写(1)燃料电池的一般思维模型
①要注意介质是什么，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。③通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。