新教材宁陕2024届高考化学一轮复习学案第6章化学反应与能量转化第36讲化学能转化为电能__电池鲁科版

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考点一 原电池工作原理及应用
1．概念
原电池是把________能转化为____能的装置。
2．构成条件
3.工作原理(以锌铜原电池为例)
(1)装置变迁
(2)电极反应
负极：Zn－2e－===Zn2＋，______反应。
正极：Cu2＋＋2e－===Cu，______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饱和溶液的琼脂凝胶。
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________。
4．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．盐桥是所有原电池构成的必要条件( )
2．原电池内部电解质中的阴离子一定移向负极，阳离子一定移向正极( )
3．构成原电池两极的电极材料一定是活泼性不同的金属( )
4．原电池中负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数( )
5．使用盐桥可以提高电池的效率( )
一、原电池的工作原理
1．(2022·杭州模拟)实验a：将铜片、锌片和稀硫酸组成单液原电池，铜片、锌片表面均产生气泡。实验b：将锌片在稀HgCl2溶液中浸泡几分钟，锌片表面形成锌汞合金，再与铜片、稀硫酸组成单液原电池，只有铜片表面产生气泡。下列有关说法不正确的是( )
A．实验a中锌片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能
B．实验b中铜片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能
C．实验a、b中原电池总反应的离子方程式均为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
D．锌片经HgCl2溶液处理后，有利于更多的化学能转化为电能
2．(2023·盐城模拟)某学习小组设计如图所示原电池装置。该电池总反应为Cl－＋Ag＋===AgCl↓。下列说法正确的是( )
A．放电时，X电极发生还原反应
B．放电时，Y电极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．放电时，盐桥中K＋向盛有NaCl溶液的烧杯中移动
D．外电路中每通过0.1 ml e－，X电极质量增加14.35 g
二、电极的判断及电极方程式的书写
3．有下图所示的四个装置，回答相关问题：
(1)图①中，Mg作________极。
(2)图②中，Mg作__________极，写出负极反应式： _____________________________，正极反应式：______________，总反应的离子方程式：_______________________________。
(3)图③中，Fe作__________极，写出负极反应式：________________________，正极反应式：________________________________________________________________________，总反应的化学方程式：_______________________________________________________________。
(4)图④装置能否构成原电池？________(填“能”或“否”)，若能构成原电池，正极为________，电极反应式为______________________________________________________(若不能构成原电池，后两问不用回答)。
(1)原电池的正、负极不仅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，但发生氧化反应的一定是负极。
(2)电极方程式书写的一般方法
考点二 常见化学电源
1．一次电池
放电后不可再充电的电池。
(1)碱性锌锰干电池
总反应：Zn＋2MnO2＋H2O===2MnOOH＋ZnO。
负极反应物：_________；电极反应：_________；
正极反应物：________；电极反应：_________。
(2)纽扣式锌银电池
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
电解质：________；
负极反应物：______；
电极反应：________；
正极反应物：________；
电极反应：_________。
2．二次电池
放电后可以再充电而反复使用的电池，又称为可充电电池或蓄电池。
应用举例
铅蓄电池是常见的二次电池，负极反应物是____，正极反应物是________。总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))2PbSO4＋2H2O。
(1)放电时：
负极：________________________________________________________________________；
正极：________________________________________________________________________。
(2)充电时：
阴极：________________________________________________________________________；
阳极：________________________________________________________________________。
提醒 充电时电极的连接，负接负作阴极，正接正作阳极。
3．燃料电池
(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，常见的燃料除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。如无特别提示，燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧。
(2)燃料电池的电解质常有四种类型，酸性溶液、碱性溶液、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应式、电极反应式有影响。
(3)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)
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(正极： ，,负极： 。))
②碱性溶液
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(正极： ，,负极： 。))
③固体氧化物(其中O2－可以在固体介质中自由移动)
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(正极： ，,负极： 。))
④熔融碳酸盐(COeq \\al(2－,3))
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(正极通入CO2： ，,负极： 。))
1．铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加( )
2．二次电池充电时，二次电池的阴极连接电源的负极，发生还原反应( )
3．铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应( )
4．燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能( )
5．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( )
1．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，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。
下列说法错误的是( )
A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，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．直接煤-空气燃料电池原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．随着反应的进行，氧化物电解质的量不断减少
B．负极上发生的反应有C＋2COeq \\al(2－,3)－4e－===3CO2、CO2＋O2－===COeq \\al(2－,3)
C．电极X为负极，O2－向X极迁移
D．直接煤-空气燃料电池的能量效率比煤燃烧发电的能量效率高
3．(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*＋Ieq \\al(－,3)===2RuⅢ＋3I－，装置如图2。该电池负极材料为_______________________________________________，负极产物为________；正极材料为__________，正极产物为__________，正极反应式：__________。
(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________。
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
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。
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
3．(2022·湖南，8)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下。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
4．(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反应
能发生____________的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)
电极
一般是活泼性不同的两电极(金属或石墨)
闭合回路
①电解质溶液
②两电极直接或间接接触
③两电极插入电解质溶液中