專題六 原電池的工作原理 化學電源

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1、專題六 原電池的工作原理 化學電源 考點一原電池及其工作原理 知識梳理 1 .概念：把 能轉化為 能的裝置。 2 .工作原理 以鋅銅原電池為例 電極名稱 電極材料 電極反應 反應類型 電子流向 鹽橋中置十移向 3.原電池的構成條件 二良=1三三三 書二 A組練習 題組一原電池工作原理的考查 1 .下列裝置中能構成原電池產生電流的是 ( ) 2 .有關電化學知識的描述正確的是 ( ) A. CaO+H2O===Ca(OH)2,可以放出大量的熱，故可把該反應設計成原電池，把其中的化學 能轉

2、化為電能 B.某原電池反應為 Cu+2AgNO 3===Cu(NO3)2+2Ag ,裝置中的鹽橋中可以是裝有含瓊膠的 KCl飽和溶液 C.原電池的兩極一定是由活動性不同的兩種金屬組成 D.理論上說，任何能自發(fā)進行的氧化還原反應都可設計成原電池 題組二原電池正、負極的判斷 3 .下列有關原電池的說法中正確的是 A.在內電路中，電子由正極流向負極 B.在原電池中，相對較活潑的金屬作負極，不活潑的金屬作正極 C.原電池工作時，正極表面一定有氣泡產生 D.原電池工作時，可能會伴隨著熱能變化 4 .分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結論正確的是 （ ） ① ② ③ ④

3、 A.①②中Mg作負極，③④中Fe作負極 B.②中Mg作正極，電極反應式為 6H2O + 6e-===6OH-+ 3H2T C.③中Fe作負極，電極反應式為 Fe— 2e ===Fe2 D.④中Cu作正極，電極反應式為 2H +2e ===H2T 考點二原電池原理的應用 ［知識梳理］ 1 .用于金屬的防護 使被保護的金屬制品作原電池 而得到保護。舉例說明。 2 .設計制作化學電源 3 .比較金屬活動性強弱 兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作 的金屬比作 的金屬活潑。 4 .加快氧化還原反應的速率 。舉例說明。 例題：原電池原理的應用 1.電工經常說的一句口頭禪：“銅

4、接鋁，瞎糊弄”，所以電工操作上規(guī)定不能把銅導線與鋁導 線連接在一起使用，說明原因： 2,請運用原電池原理設計實驗，驗證 Cu”、Fe"氧化性的強弱。請寫出電極反應式，負極 ,正極, 并在方框內畫出實驗裝置圖，要求用燒杯和鹽橋，并標出外電路電子流向。 3 .有A、B、C、D、E五塊金屬片，進行如下實驗：① A、B用導線相連后，同時浸入稀 H2SO4 溶液中，A極為負極；②C、D用導線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，電流由D一導線一 C; ③A、C相連后，同時浸入稀 H2SO4溶液中，C極產生大量氣泡；④B、D相連后，同時浸入 稀H2SO4溶液中，D極發(fā)生氧化反應；⑤用惰性電極電解

5、含 B離子和E離子的溶液，E先析 出。據此，判斷五種金屬的活動性順序是 （ ） A. A>B>C>D>E B. A>C>D>B>E C. C>A>B>D>E D. B>D>C>A>E 4 .把適合題意的圖像填在橫線上 （用A、B、C、D表示） A B C D (1)將等質量的兩份鋅粉 a、b分別加入過量的稀硫酸，同時向 a中加入少量的 CuSO4溶液， 產生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系是。 (2)將過量的兩份鋅粉 a、b分別加入定量的稀硫酸，同時向 a中加入少量的 CuSO4溶液，產 生出的體積V(L)與時間t(min)的關系是 (3)

6、將(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他條件不變，則圖像是 。 考點三化學電源 ［知識梳理］ 1 .堿性鋅鎰干電池 ——一次電池 總反應式：Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH +Zn(OH)2。 正極反應： ;負極反應： 2 .鋅銀電池——一次電池 總反應式：Zn + Ag2O + H 2O===Zn(OH) 2+ 2Ag。 正極反應： ;負極反應： 3 .二次電池(可充電電池) 鉛蓄電池是最常見的二次電池，負極材料是 ,正極材料是 。 (1)放電時的反應 總反應：Pb+ PbO2+ 2H2SO4===2PbSO4+ 2H2。。 正極反應

7、： ;負極反應： (2)充電時的反應 總反應：2PbSO4 + 2HzO===Pb+ PbO2+2H2SO4。 正極反應： ;負極反應： 4 .燃料電池 氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分酸性和堿性兩種。 種類 酸性 堿性 負極反應式 正極反應式 電池總反應式 ［思考］ 1 .可充電電池充電時電極與外接電源的正、負極如何連接? (不考慮氫、氧 2 .鉛蓄電池是典型的可充電電池，它的正負極極板是惰性材料，請回答下列問題 外電源 0- — — 1 的氧化還原): ⑴放電時電解液中 H2SO4的濃度將變 ; 當外電路通過1

8、 mol電子時，理論上負極板的質量增加 go (2)在完全放電耗盡 PbO2和Pb時，若按右圖連接，電解一段時間后， 則在A電極上生成 , B電極上生成,此時鉛 蓄電池的正負極的極性將 3. (1)氫氧燃料電池以 KOH溶液作電解質溶液時，工作一段時間后，電解質溶液的濃度將 ,溶液的pH (填“減小”、“增大”或“不變”) (2)氫氧燃料電池以 H2SO4溶液作電解質溶液時，工作一段時間后，電解質溶液的濃度將 ,溶液的pH (填“減小”、“增大”或“不變”) A組練習 題組一 化學電源中電極反應式的書寫 1 . Li-SOCl2電池可用于心臟起搏器。 該電池的電極材料分

9、別為鋰和碳， 電解液是LiAlCl 4-SOCI2。 電池的總反應可表示為 4Li + 2SOCl2===4LiCl + S+ SO2 T。 請回答下列問題： (1)電池的負極材料為 ,發(fā)生的電極反應為 。 (2)電池正極發(fā)生的電極反應為 。 2 .鋁-空氣海水電池：以鋁板為負極，鉗網為正極，海水為電解質溶液，空氣中的氧氣與鋁反應 產生電流。電池總反應為 4Al+3O2+6H2O===4Al(OH) 3 負極：；正極：。 題組二 不同介質對燃料電池電極反應式書寫的影響 3 .以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環(huán)境下電極反應式的書寫方法： (1)酸性條件 燃料電池總反應式：

10、CH4+2O2===CO2+2H2O ① 燃料電池正極反應式：O2+4H+ + 4e-===2H2O ② ①一②X 2,得燃料電池負極反應式： 。 (2)堿性條件 燃料電池總反應式： CH4+2O2+2NaOH===Na2co3 + 3H2O ① 燃料電池正極反應式： Oz+2H2O+4e ===4OH ② ①一②X 2,得燃料電池負極反應式: 、. 2一 ⑶固體電解質(高溫下能傳導O ) 燃料電池總反應式： CH4+2O2===CO2+2H2O ① 燃料電池正極反應式： Oz+4e— ===2O2 ② ①一②X 2,得燃料電池負極反應式： 。 (4)熔融碳酸鹽(如：

11、熔融K2CO3)環(huán)境下 電池總反應式：CH 4+2O2===COz+2H2O ① 正極電極反應式： 。2+ 2CO2+ 4e ===2Co3 ② ①一②X 2,得燃料電池負極反應式： 。 考點四 鹽橋原電池的專題突破 ［知識梳理］ 1 .鹽橋的組成和作用 (1)鹽橋中裝有飽和的 KCl、KNO 3等溶液和瓊膠制成的膠凍。 (2)鹽橋的彳^用： 2 .單池原電池和鹽橋原電池的對比 e 絆片 硫酸銅溶液 圖1 銅片 圖1和圖2兩裝置的相同點：正負極、電極反應、總反應、反應現(xiàn)象。 不同點：圖1中Zn在CuSO4溶液中直接接觸 Cu2+,會有一部分Zn與C

12、u”直接反應，該裝 置中既有化學能和電能的轉化，又有一部分化學能轉化成了熱能，裝置的溫度會升高。 圖2中Zn和CuSO4溶液在兩個池子中， Zn與Cu2+不直接接觸，不存在 Zn與Cu2+直接反應 的過程，所以僅是化學能轉化成了電能，電流穩(wěn)定，且持續(xù)時間長。 關鍵點：鹽橋原電池中，還原劑在負極區(qū)，而氧化劑在正極區(qū)。 ［思考］ 1 .能用金屬代替鹽橋嗎？ 2 .在有鹽橋的銅鋅原電池中， 電解質溶液的選擇為什么要與電極材料的陽離子相同？如 Zn極對 應的是硫酸鋅，能不能是氯化銅或者氯化鈉？ A組練習 題組一有關原電池原理的考查 電流計 Cu(NOt)2 AgNG 海液 溶液

13、 1.某原電池構造如下圖所示。下列有關敘述正確的是 ( ) A.在外電路中，電子由銀電極流向銅電極 B.取出鹽橋后，電流計的指針仍發(fā)生偏轉 C.外電路中每通過 0.1 mol電子，銅的質量理論上減小 6.4 g D.原電池的總反應式為 Cu+2AgNO3===2Ag + Cu(NO3)2 2.如圖所示，杠桿 AB兩端分別掛有體積相同、質量相等的空心銅球和空心鐵球，調節(jié)杠桿并 使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入濃 CUSO4溶液，一段時間后，下列有關杠桿 的偏向判斷正確的是(實驗過程中，不考慮兩球的浮力變 CuSO4 濃溶液 彳t)() A.杠桿為導體或絕緣體時，

14、均為 A端高B端低 B.杠桿為導體或絕緣體時，均為 A端低B端高 C.當杠桿為導體時，A端低B端高 D.當杠桿為導體時， A端高B端低 題組二 可逆反應與原電池的工作原理 3 .控制適合的條件， 將反應2Fe3+ + 21=^2Fe2++l2設計成如下圖所示的原電池。 下列判斷不 正確的是 ( ) A.反應開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應 B.反應開始時，甲中石墨電極上 Fe”被還原 C.電流計讀數為零時，反應達到化學平衡狀態(tài) D.電流計讀數為零后，在甲中溶入 FeCl2固體，乙中的石 墨電極為負極 4 .已知在酸性條件下發(fā)生的反應為 AsO3 +2I +2H+===

15、AsO3 + I2+H2O,在堿性條件下發(fā)生的反應為 AsO3 + I2 + 2OH ===AsO4 +H2O+2I 設計如圖 裝置(C「C2均為石墨電極)，分別進行下述操作: I .向B燒杯中逐滴加入濃鹽酸 n .向B燒杯中逐滴加入 40% NaOH溶液 結果發(fā)現(xiàn)電流計指針均發(fā)生偏轉。 試回答下列問題： (1)兩次操作中指針為什么發(fā)生偏轉？ (2)兩次操作過程中指針偏轉方向為什么相反？試用化學平衡移動原理解釋之。 (3)操作［過程中 Ci棒上發(fā)生的反應為 (4)操作n過程中 C2棒上發(fā)生的反應為 ⑸操作n過程中，鹽橋中的 k+移向 燒杯溶液(填"A”或" B”)。

16、 1.根據下圖，下列判斷中正確的是 A.燒杯a中的溶液pH升高 B.燒杯b中發(fā)生還原反應 B組練習 ( ) 電解質溶液 C.燒杯a中發(fā)生的反應為 2H+ + 2e「===H2 D.燒杯b中發(fā)生的反應為 2c「―2e-===C12 2.研究人員研制出一種鋰水電池，可作為魚雷和潛艇的儲備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電 極材料，以 LiOH為電解質，使用時加入水即可放電。關于該電池的下列說法不正確的是 ( ) 3.鐵饃蓄電池又稱愛迪生電池，放電時的總反應為 Fe+Ni2O3 + 3H2O===Fe(OH)2 + 2Ni(OH) 2

17、 A.電池的電解液為堿性溶液，正極為 M2O3、負極為Fe B.電池放電時，負極反應為 Fe+ 2OH -2e ===Fe(OH)2 C.電池充電過程中，陰極附近溶液的 pH降低 D,電池充電時，陽極反應為 2Ni(OH) 2+2OH —— 2e-===刈2。3+3H2O 6.與MnO2-Zn電池類似，K2FeO4-Zn也可以組成堿性電池， K2FeO4在電池中作為正極材料，其 A.水既是氧化劑又是溶劑 B.放電時正極上有氫氣生成 C,放電時OH一向正極移動 D.總反應為 2Li + 2H2O===2LiOH +H2T 卜列有關該電池的說法不正確的是 ( ) 用飽和硫酸鈾

18、、酚儆 溶整浸觸的彼默 5.腫一空氣燃料電池是一種堿性電池， 該電池放電時，負極的反應式為 則該燃料電池的理論效率為 (燃料電池的理論效率是指電池所產生的最大電能與燃料電 池反應所能釋放的全部能量之比，甲醇的標準燃燒熱 AH = - 726.5 kJ mol 1)o 9.鋁電池性能優(yōu)越， Al-AgO電池可用作水下動力電源，其原理如圖所示。 4.將下圖所示實驗裝置的 K閉合，下列判斷正確的 是() A. Cu電極上發(fā)生還原反應 B.電子沿 Zn 一a一 b一 Cu路徑流動 c.片刻后甲池中c(so4一)增大 D.片刻后可觀察到濾紙 b點變紅色 電極反應為 該電池總反應

19、的離子方程式為 7.在直接以甲醇為燃料的燃料電池中，電解質溶液為酸性，負極的反應式為 、正極的 反應式為 。理想狀態(tài)下，該燃料電池消耗1 mol甲醇所能產生的最大電能為 702.1 kJ, Al2O3制得)的兩個作用是 O與鉛蓄電池相比，當消耗相同 質量的負極活性物質時，鈉硫電池的理論放電量是鉛蓄電池的 8.如圖為鈉硫高能電池的結構示意圖。該電池的工作溫度為 320 C左右, 該電池反應的化學方程式為 電池反應為 2Na + xS===Na2Sx,正極的電極反應式為 。M(由 Na2。和 10.如圖所示，在不同的電解質溶液中可以組成不同的電池。 (1)①當電解質溶液為

20、稀硫酸時， Fe電極是 (填“正”或 盤橋(■瓊脂一一 r 飽和KCI溶液) 1 mobLTZnSd 溶液 甲 I molLTCuS。* 溶薇 乙 “負”)極，其電極反應式為 。 ②當電解質溶液為 NaOH溶液時，Al電極是(填“正”或 “負”)極，其電極反應式為 。 (2)若把鋁改為鋅，電解質溶液為濃硝酸，則 Fe電極是(填“正” 或“負”)極，其電極反應式為 。 11 .氫氧燃料電池是符合綠色化學理念的新型發(fā)電裝置。如圖所示為電池示意 圖，該電池電極表面均勻地鍍一層細小的鉗粉，鉗吸附氣體的能力強，性質穩(wěn)定。 請回答下列問題： (1)氫氧燃料電池能量轉化的主要形式是,

21、在導線中電子流動的方向為 (用a、b表不)。 (2)負極反應式為 (3)電極表面鍍鉗粉的原因為 。 (4)該電池工作時，H2和02連續(xù)由外部供給，電池可連續(xù)不斷地提供電能，因此大量安全儲 氫是關鍵技術之一。金屬鋰是一種重要的儲氫材料，吸氫和放氫原理如下： I .2Li + H2=====2LiH n .LiH + HzO===LiOH + H2 T ①反應i中的還原劑是 ，反應n中的氧化劑是 。 ②已知LiH固體的密度為0.82 g cm 3o用鋰吸收224 L(標準》犬況中2,生成的LiH體積與被 吸收的H2體積之比為。 ③由②生成的LiH與H2O反應放出的H2用作電池燃料，若

22、能量的轉化率為 80%,則導線中 通過電子的物質的量為 mol。 12 . (1)分析如圖所示的四個裝置，回答下列問題: ①裝置 a和b中鋁電極上的電極反應式分別為 ②裝置c中產生氣泡的電極為 電極(填“鐵”或“銅”)，裝置d中銅電極上的電極 反應式為。 (2)觀察如圖所示的兩個裝置， 圖1裝置中銅電極上產生大量的無色氣泡， 圖2裝置中銅電極 上無氣體產生，而銘電極上產生大量的有色氣體。 根據上述現(xiàn)象試推測金屬銘具有的兩種重要化 學性質為、。 Cr1*(叫) 稀硫幡 圖I 圖2 13 .某研究性學習小組根據反應 2KMn

23、O 4+ 10FeSO4+ 8H2SO4===2MnSO4+ 5Fe2(SO4)3+ K2SO4 + i 8H2O設計如下原電池，其中甲、乙兩燒杯中各物質的物質的量濃度均為 1 mol L-,溶披的 體積土勻為200 mL,鹽橋中裝有飽和 K2SO4溶液。 回答下列問題: (1)此原電池的正極是石墨 (填“a”或" b”)，發(fā)生 反應。 (2)電池工作時，鹽橋中的 so4一移向(填“甲”或“乙”)燒杯。 (3)兩燒杯中的電極反應式分別為 甲, 乙。 (4)若不考慮溶液的體積變化， MnSO4濃度 KMnd、MnSO 氏Sd混合溶液 石果b 三三 Fe3(SOj

24、3. 混合溶液 (V2 +、V3+、VO2+ 變?yōu)?.5 mol L \則反應中轉移的電子為 mol。 14 .全鈕液流電池是一種活性物質呈循環(huán)流動液態(tài)的電池，目前鋰電池技術已經趨近成熟。下圖 是鋰電池基本工作原理示意圖： 請回答下列問題： (1)硫酸在電池技術和實驗室中具有廣泛的應用， 在傳統(tǒng)的銅鋅 原電池中，硫酸是 ,實驗室中配制硫酸亞鐵時需 要加入少量硫酸，硫酸的作用是 。 (2)鋰電池是以溶解于一定濃度硫酸溶液中的不同價態(tài)的鋰離子 充電 VO2)為正極和負極電極反應的活性物質，電池總反應為 VO2+ + V3++H2OO放電 V2++VO 2 + 2H + 放電時的正極反應式為 , 充電時的陰極反應式為 放電過程中，電解液的 pH(填“升高”、“降低”或“不變” )。 (3)鋰電池基本工作原理示意圖中“正極電解液”可能是 a. VO2、VO2+混合液 b. V3+、V”混合液 c. VO2溶液 d. VO 2+溶液 e. v"溶液 f. V”溶液 (4)能夠通過鋰電池基本工作原理示意圖中“隔膜”的離子是