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第四章第一节原电池学案
第四章电化学
第一节 原电池学案
一、原电池工作原理(对比图一图二回顾原电池工作原理,通过实验找出Zn/CuSO4/Cu缺陷,寻找解决缺陷的方法——引出带盐桥的原电池)
装置
图1
图2
共同点
区别
1、说出构成原电池的条件及各部分的作用,材料选择原则
(1)两极
(2)电解质溶液
(3)闭合回路
(4)自发的氧化还原反应(前提)
2、如何产生持续稳定的电流?
(1)装置构成特点及工作原理
(2)盐桥作用及填充物
(3)装置的优点
【知识点一】
1、根据原电池构成条件,判断下列几组装置中哪些能形成原电池。
2.下列各组成金属和溶液,能组成原电池的是
ACu、Cu、稀硫酸BZn、Cu、稀硫酸
CCu、Zn、酒精DZn、Cu、CuSO4溶液
3.有关电化学知识的描述正确的是( )
A.CaO+H2O===Ca(OH)2,可以放出大量的热,故可把该反应设计成原电池,把其中的化学能转化为电能
B.某原电池反应为Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2Ag,装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液
C.原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成
D.理论上说,任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池
4.(2011·广东理综,12)某小组为研究电化学原理,设计如图装置。
下列叙述不正确的是( )
A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2++2e-===Cu
C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D.a和b分别连接直流电源正、负极,电压足够大时,Cu2+向铜电极移动
【知识点2】
正负极判断方法:
1.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↑
2.有a、b、c、d四种金属。
将a与b用导线联接起来,浸入电解质溶液中,b不易腐蚀。
将a、b分别投入等浓度盐酸中,d比a反应剧烈。
将铜浸入b的盐溶液里,无明显变化。
如果把铜浸入c的盐溶液里,有金属c析出。
据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是
()
AdcabB.dabcC.dbacD.badc
3、把a、b、c、d四块金属浸泡在稀硫酸中,用导线两两相连可以组成各种原电池.若a、b相连时,a为负极;c、d相连时,c为负极;a、c相连时,c为正极;b、d相连时,b为正极.则这四种金属的活动性顺序由大到小为
A.A>b>c>d B.A>c>d>b
C.C>a>b>d D.B>d>c>a
【知识点3】正负极反应式
1.铜锌原电池(如图)工作时,下列叙述正确的是( )
A.正极反应为:
Zn-2e-===Zn2+
B.电池反应为:
Zn+Cu2+===Zn2++Cu
C.在外电路中,电子从正极流向负极
D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液
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
3、有人设计以Pt和Zn为电极材料,埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源。
它依靠跟人体内体液中含有的一定浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作,试写出该电池的两极反应式。
4、 LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。
该电池的电极材料分别为锂和碳,电解液是LiAlCl4SOCl2。
电池的总反应可表示为4Li+2SOCl2===4LiCl+S+SO2。
请回答下列问题:
(1)电池的负极材料为__________,发生的电极反应为
________________________________________________________________________
________________。
(2)电池正极发生的电极反应为
________________________________________________________________________
5、 铝空气海水电池:
以铝板为负极,铂网为正极,海水为电解质溶液,空气中的氧气与铝反应产生电流。
电池总反应为4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3
负极:
________________________________________________________________________
正极:
________________________________________________________________________
【知识点4】设计原电池
【练习1】用Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag设计原电池,画出装置图,并写出电极反应式。
2.某原电池的电池反应为:
Fe+2Fe3+===3Fe2+,与此电池反应不符的原电池是( )
A.铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池
B.石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池
C.铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池
D.铜片、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池
2.根据下表内各组中所提供的条件,你认为放电能力最强的是 ( )
A
B
C
D
电极材料
Zn
Zn
Zn
Fe
电极材料
Cu
Cu
Ag
Ag
电解质溶液
CuCl2溶液
H2SO4溶液
AgNO3溶液
CuCl2溶液
(以上溶液浓度相同
3.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。
(1)电极X的材料是______;电解质溶液Y是______。
(2)银电极为电池的______极,发生的电极反应为____________,X电极上发生的电极反应为______________________。
(3)外电路中的电子是从______电极流向______电极。
4.(2010·课标全国卷,12)根据下图,可判断出下列离子方程式中错误的是( )
A.2Ag(s)+Cd2+(aq)===2Ag+(aq)+Cd(s)
B.Co2+(aq)+Cd(s)===Co(s)+Cd2+(aq)
C.2Ag+(aq)+Cd(s)===2Ag(s)+Cd2+(aq)
D.2Ag+(aq)+Co(s)===2Ag(s)+Co2+(aq)
5、 根据氧化还原反应:
2Ag+(aq)+Cu(s)===Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示,其中盐桥内装琼脂饱和KNO3溶液。
请回答下列问题:
(1)电极X的材料是__________;电解质溶液Y是
________________________________________________________________________。
(2)银电极为电池的______极,写出两电极的电极反应式:
银电极:
________________________________________________________________________;
X电极:
________________________________________________________________________。
(3)外电路中的电子是从______电极流向________电极。
(4)盐桥中向CuSO4溶液中迁移的离子是__________(填序号)。
A.K+B.NO
C.Ag+D.SO
(5)其中CuSO4溶液能否被H2SO4(稀)溶液代替________。
Ag电极能否被石墨代替
【.明确原电池原理的4个应用】:
1.加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率增大。
例如,在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。
2.比较金属活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
3.用于金属的防护
使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。
例如,要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等,可用导线将其与一块锌块相连,使锌作原电池的负极。
4制作化学电源
【练习】.有A、B、C、D四块金属片,进行如下实验:
①A、B用导线相连后,同时浸入稀H2SO4溶液中,A极为负极;②C、D用导线相连后,同时浸入稀H2SO4溶液中,电流由D→导线→C;
③A、C相连后,同时浸入稀H2SO4溶液中,C极产生大量气泡;④B、D相连后,同时浸入稀H2SO4溶液中,D极发生氧化反应。
据此,判断四种金属的活动性顺序是( )
A.A>B>C>DB.A>C>D>B
C.C>A>B>DD.B>D>C>A
第2讲化学电源
【自学指导一】阅读教材74页,思考并回答下列问题。
问题:
①目前化学电池主要分为哪几个大类?
在性能等方面它们各有什么特点?
产生电能的基本原理是什么?
②化学电池与其他能源相比有哪些优点?
③判断电池的优劣标准主要是什么?
【自学指导二】阅读教材75-78页,思考并完成下列问题。
<化学电池的类型及工作原理>
化学电源是将化学能转化为电能的装置,它包括一次电池、二次电池和燃料电池等几大类。
1、一次电池(又称干电池)(关注电极产物与电解质溶液之间的反应)
如:
普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池等。
(1)普通锌锰电池,电解质是MnO2、淀粉、NH4Cl,其电极反应:
负极(Zn):
正极(MnO2):
总反应:
缺点及改进方法:
碱性锌锰电池,电解质是MnO2、淀粉、KOH,其电极反应:
负极(Zn):
正极(MnO2):
总反应:
【练习】碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用。
碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解质溶液,电池总反应式为Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)===Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s),下列说法错误的是( )
A.电池工作时,锌失去电子
B.电池正极的电极反应式为:
2MnO2(s)+H2O(l)+2e-===Mn2O3(s)+2OH-(aq)
C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路中每通过0.2mol电子,锌的质量理论上减少6.5g
(2)锌银电池的负极是Zn,正极是Ag2O,电解质是KOH,其电极总反应如下:
Zn+Ag2O=ZnO+2Ag
则:
负极():
Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O;
正极():
Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-
2、二次电池(又称充电电池或蓄电池)(关注充放电过程)
放电
如:
铅蓄电池。
反应方程式如下
充电
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
2PbSO4(s)+2H2O(l)
①其放电电极反应:
负极():
正极():
②其充电反应是上述反应的逆过程,则电极反应:
(电化学上规定:
发生氧化反应的电极为阳极,发生还原反应的电极为阴极)
阴极:
阳极:
练习1.(2011·课标全国卷,11)铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为Fe+Ni2O3+3H2O===Fe(OH)2+2Ni(OH)2
下列有关该电池的说法不正确的是( )
A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3、负极为Fe
B.电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-===Fe(OH)2
C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低
D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-===Ni2O3+3H2O
练习2.关于铅蓄电池的说法正确的是( )
A.在放电时,正极发生的反应是
Pb(s)+SO
(aq)===PbSO4(s)+2e-
B.在放电时,该电池的负极材料是铅板
C.在充电时,电池中硫酸的浓度不断变小
D.在充电时,阳极发生的反应是PbSO4(s)+2e-===Pb(s)+SO
(aq)
练习3.高铁电池是一种新型可充电电池,与普通电池相比,该电池能较长时间保持稳定的放电电压。
高铁电池的总反应为:
3Zn+2K2FeO4+8H2O
3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。
请回答下列问题:
(1)高铁电池的负极材料是________。
(2)放电时,正极发生________(填“氧化”或“还原”)
反应;已知负极反应为Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2,则正极反应为________________________________________________________________________。
(3)放电时,________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
[练习4] (2011·新课标全国卷)铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为:
Fe+Ni2O3+3H2O===Fe(OH)2+2Ni(OH)2
下列有关该电池的说法不正确的是( )
A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3、负极为Fe
B.电池放电时,负极反应为:
Fe+2OH--2e-===Fe(OH)2
C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低
D.电池充电时,阳极反应为:
2Ni(OH)2+2OH--2e-===Ni2O3+3H2O
3、燃料电池——新型电源
(1)燃料电池的特点:
(2)燃料电池的优点:
(3)通可燃物的一极为电池的------,通O2的一极为燃料电池的-------。
(4)燃料电池的正极反应式:
如:
氢氧燃料电池。
电池
负极反应
正极反应
总反应式
氢氧燃料电池酸性电解质
2H2-4e-===4H+
O2+4e-+4H+===2H2O
2H2+O2===2H2O
氢氧燃料电池碱性电解质
2H2-4e-+4OH-===4H2O
O2+4e-+2H2O===4OH-
2H2+O2===2H2O
【例1】 以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法:
(1)酸性条件
燃料电池总反应式:
CH4+2O2===CO2+2H2O①
燃料电池正极反应式:
O2+4H++4e-===2H2O②
①-②×2,得燃料电池负极反应式:
________________________________________________________________________。
(2)碱性条件
燃料电池总反应式:
CH4+2O2+2NaOH===Na2CO3+3H2O①
燃料电池正极反应式:
O2+2H2O+4e-===4OH-②
①-②×2,得燃料电池负极反应式:
________________________________________________________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2-)
燃料电池总反应式:
CH4+2O2===CO2+2H2O①
燃料电池正极反应式:
O2+4e-===2O2-②
①-②×2,得燃料电池负极反应式:
________________________________________________________________________。
(4)熔融碳酸盐(如:
熔融K2CO3)环境下
电池总反应式:
CH4+2O2===CO2+2H2O。
正极电极反应式:
O2+2CO2+4e-===2CO
。
电池总反应式-正极电极反应式得负极电极反应式:
________________________________________________________________________。
1.
(1)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时,工作一段时间后,电解质溶液的浓度将________,溶液的pH____________________________________________________。
(填“变小”、“增大”或“不变”)
(2)氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时,工作一段时间后,电解质溶液的浓度将________,溶液的pH_____________________________________________________。
(填“变小”、“增大”或“不变”)
电极:
-------。
2.(2010·安徽理综,11)某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构见下图,电池总反应可表示为:
2H2+O2===2H2O,下列有关说法正确的是( )
A.电子通过外电路从b极流向a极
B.b极上的电极反应式为:
O2+2H2O+4e-===4OH-
C.每转移0.1mol电子,消耗1.12L的H2
D.H+由a极通过固体酸电解质传递到b极
3.(2009·广东,14)可用于电动汽车的铝空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液,铝合金为负极,空气电极为正极。
下列说法正确的是( )
A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时,正极反应都为O2+2H2O+4e-===4OH-
B.以NaOH溶液为电解液时,负极反应为Al+3OH--3e-===Al(OH)3↓
C.以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D.电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极
4.(2011·课标全国卷,27改编)科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。
在直接以甲醇为燃料的燃料电池中,电解质溶液为酸性,负极的反应式为______________________、正极的反应式为____________________。
理想状态下,该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1kJ,则该燃料电池的理论效率为____(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。
(已知CH3OH的燃烧热为-726.5kJ·mol-1)
【小结】
(四)其他新型电池(考查考生对充电电池正负极的判断及书写电极反应的能力、书写新型电池的电极反应式、新型电池充电时的判断、题型四 新型电池中离子的移动方向)
1.(2011·福建理综,11)研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。
该电池以金属锂和钢板为电极材料,以LiOH为电解质,使用时加入水即可放电。
关于该电池的下列说法不正确的是( )
A.水既是氧化剂又是溶剂
B.放电时正极上有氢气生成
C.放电时OH-向正极移动
D.总反应为2Li+2H2O===2LiOH+H2↑
2.(2010·浙江理综,9)LiAl/FeS电池是一种正在开发的车载电池,该电池中正极的电极反应式为:
2Li++FeS+2e-===Li2S+Fe,有关该电池的下列说法中,正确的是( )
A.LiAl在电池中作为负极材料,该材料中Li的化合价为+1价
B.该电池的电池反应式为2Li+FeS===Li2S+Fe
C.负极的电极反应式为Al-3e-===Al3+
D.充电时,阴极发生的电极反应式为Li2S+Fe-2e-===2Li++FeS
3、 (2011·新课标全国卷)科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。
(甲醇的燃烧热为726.5kJ·mol-1)
在直接以甲醇为燃料的燃料电池中,电解质溶液为酸性,负极的反应式为________________________________________________________________________,
正极的反应式为______________________________。
理想状态下,该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1kJ,则该燃料电池的理论效率为________(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。
4、 (2011·新课标全国卷)铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为:
Fe+Ni2O3+3H2O===Fe(OH)2+2Ni(OH)2。
下列有关该电池的说法不正确的是( )
A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3、负极为Fe
B.电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-===Fe(OH)2
C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低
D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-===Ni2O3+3H2O
5、 (2012·四川高考)一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,负极上的反应为:
CH3CH2OH-4e-+H2O===CH3COOH+4H+。
下列有关说法正确的是( )
A.检测时,电解质溶液中的H+向负极移动
B.若有0.4mol电子转移,则在标准状况下消耗4.48L氧气
C.电池反应的化学方程式为:
CH3CH2OH+O2===CH3COOH+H2O
D.正极上发生的反应是:
O2+4e-+2H2O===4OH-
6、 (2011·海南高考)一种充电电池放电时的电极反应为:
H2+2OH--2e-===2H2O
NiO(OH)+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-
当为电池充电时,与外电源正极连接的电极上发生的反应是( )
A.H2O的还原 B.NiO(OH)的还原
C.H2的氧化D.Ni(OH)2的氧化
7、 (2010·安徽高考)某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构见下图,电池总反应可表示为:
2H2+O2===2H2O,下列有关说法正确的是( )
A.电子通过外电路从b极流向a极
B.b极上的电极反应式为:
O2+2H2O+4e-===4OH-
C.每转移0.1mol电子,消耗1.12L的H2
D.H+由a极通过固体酸电解质传递到b极
第三节电解池学案
学习目标:
1、理解电解的基本原理,初步掌握一般电解反应产物的判断方法;
2、掌握电解、电解池及形成条件;
3、了解铜的电解精炼和电镀铜的原理,了解氯碱工业反应原理,能正确书写电极反应式和电解的总化学方程式;
4、通过对比、分析明确原电池与电解池的区别和联系。
一、
电解原理
1、试验探究
如图所示:
与电源正极相连的电极叫极,
与电源负极相连的电极叫极。
若烧杯中的液体为CuCl2溶液,合上电源开关,
能否看到小灯泡发光?
。
给CuCl2溶液通电时现象:
阴极上,
经检验该物质是。
阳极上:
,
经检验该物质是。
两支电极上发生的反应为:
阳极:
。
反应类型:
反应。
阴极:
。
反应类型:
反应。
总反应式:
。
过程分析:
CuCl2溶液能导电是因
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- 第四 第一节 原电池
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