学年高二化学苏教版选修四同步导学专题1第2单元第1课时原电池的工作原理和化学电源Word文档格式.docx
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[自学教材·
填要点]
1.实验探究
(1)现象:
①锌片逐渐溶解;
②铜片上有红色物质析出;
③电流计指针发生偏转。
(2)结论:
导线上有电流通过。
2.原电池
(1)概念:
将化学能转化为电能的装置。
(2)构成条件:
3.工作原理
(1)原理分析:
电极
锌半电池
铜半电池
电极名称
负极
正极
得失电子
失电子
得电子
电子流向
电子流出
电子流入
反应类型
氧化反应
还原反应
电极反应式
Zn-2e-===Zn2+
Cu2++2e-===Cu
总电池反应式
Zn+CuSO4===ZnSO4+Cu
(2)盐桥:
[师生互动·
解疑难]
判断原电池的正、负极
1.下列四位同学的说法正确的是( )
解析:
在原电池中,较活泼的金属作负极,失去电子发生氧化反应,电子从负极流出经导线流向正极,内电路中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,故只有A项正确。
答案:
A
化学电源
1.一次电池
(1)特点:
只能放电,不能充电,消耗到一定程度就不能再使用。
(2)常见一次电池:
①普通锌锰干电池:
②碱性锌锰干电池:
③银锌钮扣电池:
2.二次电池
既可以放电,又可以充电。
(2)常见二次电池(铅蓄电池):
3.燃料电池
连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能,能量利用率高,污染小。
(2)电极反应(碱性环境):
负极:
H2-2e-+2OH-===2H2O;
正极:
O2+2e-+H2O===2OH-;
总电池反应:
H2+O2===H2O。
1.电极反应式书写“两情况”
(1)如果题目给定的是图示装置,先分析正、负极,再根据正、负极反应规律写电极反应式。
(2)如果题目给定的是总反应式,可分析此反应中的氧化反应或还原反应(分析有关元素的化合价变化情况),可选择一个简单变化情况写电极反应式,另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式,用总反应式减去已写出的电极反应式即可(加、减法)。
加、减法书写电极反应式归纳:
电池总反应:
还原剂+氧化剂+介质===氧化产物+还原产物+其他;
还原剂+介质-ne-===氧化产物(还原剂失去电子,发生氧化反应);
氧化剂+介质+ne-===还原产物(氧化剂得到电子,发生还原反应)。
2.氢氧燃料电池电极反应式的书写“模板”
2.锌锰干电池在放电时,电池总反应方程式可以表示为Zn(s)+2MnO2+2NH===Zn2++Mn2O3(s)+2NH3+H2O。
此电池放电时,在正极(碳棒)上发生反应的物质是( )
A.Zn B.碳
C.Zn2+和NH3D.MnO2和NH
据总电池反应式可知负极失电子物质是Zn,正极得电子物质为MnO2,且介质参与该极反应。
D
[例1] (2011·
福建高考)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↑
[解析] 锂较活泼,与水发生自发的氧化还原反应:
2Li+2H2O===2LiOH+H2,故Li为负极,失电子成为Li+,钢板为正极,放电时正极产生H2,在该反应中H2O作氧化剂,同时又作溶剂,溶液中离子移动方向:
OH-向负极移动。
故A、B、D正确,C错误。
[答案] C
原电池工作原理考查“五方面”
方面1:
判断原电池的正、负极;
方面2:
判断电子(或电流)移动方向;
方面3:
判断阴、阳离子的移动方向;
方面4:
判断电极反应类型及正误;
方面5:
判断电极反应式的正误。
1.如图所示的装置中,在产生电流时,以下说法不正确的是( )
A.Fe是负极,C是正极
B.负极反应式为:
Fe-3e-===Fe3+
C.内电路中阴离子移向FeCl2溶液
D.电流由石墨电极流向Fe电极
据电极材料及电解质溶液知,铁为负极,失电子,电极反应为Fe-2e-===Fe2+,正极为碳,电极反应为Fe3++e-===Fe2+,总电池反应为Fe+2FeCl3===3FeCl2,A正确,B错误;
内电路中阴离子向负极移动,电流由正极(石墨)流向负极(铁),C、D正确。
B
化学电源及电极方程式的书写
[例2] (2012·
北京海淀模拟)查处酒后驾驶采用的“便携式乙醇测量仪”以燃料电池为工作原理,在酸性环境中,理论上乙醇可以被完全氧化为CO2,但实际上乙醇被氧化为X,其中一个电极的反应式为:
CH3CH2OH-2e-===X+2H+。
下列说法中正确的是( )
A.电池内部H+由正极向负极移动
B.另一极的电极反应式为:
O2+4e-+2H2O===4OH-
C.乙醇在正极发生反应,电子经过外电路流向负极
D.电池总反应为:
2CH3CH2OH+O2===2CH3CHO+2H2O
[解析] 原电池工作时,阳离子向正极移动,A错误;
因乙醇失电子,故该电极为负极,且据原子守恒知X为CH3CHO,则另一极(正极)为O2得电子,又因为是酸性环境,故正极反应为O2+4e-+4H+===2H2O,将正、负极反应加和得到:
2CH3CH2OH+O2===2CH3CHO+2H2O,故B、C错误、D正确。
[答案] D
电极方程式书写注意事项
(1)首先确定正、负极,并列出正、负极上的反应物和电子得失情况。
(2)要特别注意电极产物与电解质溶液中的离子是否共存,若不共存,要将不能共存的离子合并写入电极反应式。
(3)碱性燃料电池电极反应的书写:
关键是判断负极反应物(如有机物)消耗O2的多少,确定失去电子的数目,利用得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒配平负极的电极反应式。
有机物-ne-+xOH-===yCO+zH2O;
O2+2H2O+4e-===4OH-。
2.一种燃料电池中发生的化学反应为:
在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。
该电池负极发生的反应是( )
A.CH3OH+O2-2e-===H2O+CO2+2H+
B.O2+4H++4e-===2H2O
C.CH3OH+H2O-6e-===CO2+6H+
D.O2+2H2O+4e-===4OH-
甲醇燃料电池是甲醇在负极发生氧化反应,氧气在正极发生还原反应,故A、B、D错误。
C
原电池原理的应用
[例3] (2012·
邢台模拟)工业上利用氢气在氯气中燃烧,所得产物再溶于水的方法制得盐酸,流程复杂且造成能量浪费,有人设想利用原电池原理直接制备盐酸,下列说法正确的是( )
A.假设这种想法可行,则可能在制取盐酸的同时,获取电能
B.负极材料用锌,正极材料用石墨,用氢氧化钠作电解质溶液
C.通入氢气的电极为原电池的正极
D.电解质溶液中的阴离子向通氯气的电极移动
[解析] 该原电池应用惰性电极,氢气通入负极区,氯气通入正极区,稀盐酸作电解质溶液,B、C项错误;
在原电池中,阳离子向正极区移动,阴离子向负极区移动,D项错误。
[答案] A
应用原电池原理设计原电池
以Fe+Cu2+===Fe2++Cu为例:
3.一个原电池的总反应方程式为Zn+Cu2+===Zn2++Cu,该原电池可能为( )
选项
Cu
Al
Zn
Fe
电解质溶液
H2SO4
CuSO4
ZnCl2
CuCl2
由总反应式可知,Zn被氧化,失去电子,Zn应为负极;
Cu2+被还原,得电子,即电解质溶液应含Cu2+,由此排除选项A、C,而且正极金属应比Zn活动性弱,可排除B选项。
[随堂基础巩固]
1.(2012·
六安模拟)下列反应不可用于设计原电池的是( )
A.NaOH+HCl===NaCl+H2O
B.2CH3OH+3O2―→2CO2+4H2O
C.Zn+2HCl===ZnCl2+H2
D.4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3
原电池反应属于同时“异地”进行的氧化还原反应,A项不是氧化还原反应,故不可用于设计原电池。
2.用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂-KNO3的U形管)构成一个原电池。
以下有关该原电池的叙述正确的是( )
①在外电路中,电流由铜电极流向银电极 ②正极反应为:
Ag++e-===Ag ③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作 ④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A.①② B.②③
C.②④D.③④
①Cu为负极,电子由Cu电极流向Ag电极;
③取出盐桥,电池不能形成闭合回路,不能继续工作。
3.(2012·
南通高二质检)科学家们发明了一种能够给电子设备提供动力的生物燃料电池。
该电池包括两个涂覆着酶的电极,它们处于充满空气和少量氢气的玻璃槽中。
由于气体可以混合从而省去了昂贵的燃料隔离膜,其工作原理如图所示。
下列说法正确的是( )
A.左边为该电池的负极
B.该电池可在高温环境下使用
C.该电池负极反应为H2-2e-===2H+
D.该电池正极反应为O2+4e-===2O2-
该电池右边为负极,失电子生成H+,左边为正极,O2+4e-+4H+===2H2O,该电池由于两个电极上都涂有酶,因此不可在高温环境下使用,因为高温时H2与O2会直接反应且酶会失去活性。
4.下图所示装置中,观察到电流计指针偏转,M棒变粗,N棒变细,由此判断下表中所列M、N、P物质,其中可以成立的是( )
M
N
P
锌
铜
稀硫酸溶液
铁
稀盐酸
银
硝酸银溶液
硝酸铁溶液
该原电池中M棒变粗,N棒变细,说明原电池反应时N棒溶解作负极,溶液中有金属析出在M棒上。
M棒作正极。
A、B选项中,电解质溶液均为稀酸溶液,故正极均产生H2,不符合条件;
C项,总反应为Zn+2AgNO3===Zn(NO3)2+2Ag,合理;
D项,M极锌失电子溶解,不符合题意。
5.
(1)下列装置属于原电池的是__________;
(2)在选出的原电池中,______是负极,发生______反应,________是正极,该极的现象________,装置中的能量转化形式为________能转化为________能;
(3)此原电池反应的化学方程式为:
_______________
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