原电池原理分析.docx
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原电池原理分析
原电池结构分析及相关考点练习
考点一 原电池及其工作原理
夯实基础
1.概念
把转化为的装置。
2.形成条件
(1)一看反应:
看是否有能自发进行的发生。
(2)二看两电极:
一般是。
(3)三看是否形成闭合回路,形成闭合回路需三个条件:
①;②;③。
3.工作原理(以下图铜—锌原电池为例)
电极材料
锌
铜
电极名称
电极反应
反应类型
电子流向
电子从流出经外电路流入
离子流向
阳离子流向极,阴离子流向极
思考:
(1)原电池内部阴、阳离子如何移动?
为什么?
(2)两个半电池构成的原电池中,盐桥的作用是什么?
考点练习:
一、
1.下列示意图中能构成原电池的是( )
2.根据右图,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)
二、
3.如下图是Zn和Cu组成的原电池示意图,某小组做完该实验后,在读书卡片上作了如下记录,其中合理的是( )
卡片:
No.10 Date:
2014-3-11
实验记录:
①导线中电流方向:
锌→铜。
②铜极上有气泡产生。
③锌片变薄。
实验结论:
④Zn为正极,Cu为负极。
⑤铜比锌活泼。
⑥H+向铜片移动
A.①②③ B.④⑤⑥C.③④⑤D.②③⑥
4.
如右图所示的装置,在盛有水的烧杯中,铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝,使之平衡,小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液,片刻后可观察到的现象是( )
A.铁圈和银圈左右摇摆不定B.保持平衡
C.铁圈向下倾斜D.银圈向下倾斜
小结:
原电池中的三个方向
(1)电子方向:
电子从负极流出经外电路流入正极;
(2)电流方向:
电流从正极流出经外电路流入负极;
(3)离子的迁移方向:
电解质溶液中,阴离子向负极迁移,阳离子向正极迁移。
三、
5.如图所示装置中,观察到电流计指针偏转,M棒变粗,N棒变细,由此判断表中所列M、N、P物质,其中可以成立的是( )
M
N
P
A
Zn
Cu
稀H2SO4
B
Cu
Fe
稀HCl
C
Ag
Zn
AgNO3溶液
D
Zn
Fe
Fe(NO3)3溶液
6.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↑
小结:
原电池正、负极的判断方法
说明:
原电池的正极与负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关,不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。
考点二 原电池工作原理的四大应用
夯实基础
1.设计制作化学电源
(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。
(2)根据原电池的反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。
2.比较金属活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时,一般作的金属比作的金属活泼。
3.加快氧化还原反应的速率
一个进行的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率。
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。
4.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。
思考:
(1)X、Y两种金属用导线连接置于稀H2SO4中,发现X极溶解,Y极上有气泡产生,则X、Y的活动性谁强?
(2)为了保护海水中的钢铁闸门,需要连接某种金属,你认为该金属的活动性应比铁的活动性强还是弱?
(3)依据原电池原理将反应Fe+2FeCl3===3FeCl2设计成一个原电池。
考点练习:
1.某原电池总反应为:
Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+,下列能实现该反应的原电池是( )
A
B
C
D
电极材料
Cu、Zn
Cu、C
Fe、Zn
Cu、Ag
电解液
FeCl3
Fe(NO3)2
CuSO4
Fe2(SO4)3
2.电工经常说的一句口头禅:
“铜接铝,瞎糊弄”,所以电工操作上规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用,说明原因:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
3.把适合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示)
(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸,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)的关系是____________。
(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸,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)的关系是____________。
(3)将
(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液,其他条件不变,则图像是____________。
小结:
改变Zn与H+反应速率的方法
(1)加入Cu或CuSO4,形成原电池,加快反应速率,加入Cu不影响Zn的量,但加入CuSO4,Zn的量减少,是否影响产生H2的量,应根据Zn、H+的相对量多少判断。
(2)加入强碱弱酸盐,由于弱酸根与H+反应,使c(H+)减小,反应速率减小,但不影响产生H2的量。
考点三 化学电源
夯实基础
1.一次电池(碱性锌锰干电池)
碱性锌锰干电池的工作原理如图:
负极(Zn),电极反应式:
Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2
正极(MnO2),电极反应式:
2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-
总反应:
Zn+2MnO2+2H2O===Zn(OH)2+2MnOOH
2.二次电池(以铅蓄电池为例)
(1)放电时的反应
①负极反应:
Pb+SO
-2e-===PbSO4
②正极反应:
PbO2+4H++SO
+2e-===PbSO4+2H2O
③总反应:
Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O
(2)充电时的反应
①阴极反应:
PbSO4+2e-===Pb+SO
②阳极反应:
PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++SO
③总反应:
2PbSO4+2H2O===Pb+PbO2+2H2SO4
3.燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分为酸性和碱性两种。
酸性
碱性
负极反应式
正极反应式
电池总反应式
思考:
(1)可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接?
(2)锂离子电池的总反应为Li+LiMn2O4
Li2Mn2O4,请写出该电池的正极反应。
考点练习:
一、
1.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
2.热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。
一种热激活电池的基本结构如下图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。
该电池总反应为:
PbSO4+2LiCl+Ca===CaCl2+Li2SO4+Pb。
下列有关说法正确的是( )
A.正极反应式:
Ca+2Cl--2e-===CaCl2
B.放电过程中,Li+向负极移动
C.每转移0.1mol电子,理论上生成20.7gPb
D.常温时,在正负极间接上电流表或检流计,指针不偏转
二、
3.
(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:
②
负极反应式为
________________________________________________________________________。
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:
②
负极反应式为
________________________________________________________________________。
(2)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
负极反应式为
________________________________________________________________________。
小结:
书写原电池电极反应式的思维模型
(1)一般电极反应式书写的“三步骤”
(2)复杂电极反应式的书写
=
-
注意:
作为燃料电池,充入氧气的一极一定是正极,另外一极为负极。
真题重组:
一、
1.(2013·新课标全国卷Ⅱ·11)“ZEBRA”蓄电池的结构如下图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。
下列关于该电池的叙述错误的是( )
A.电池反应中有NaCl生成
B.电池的总反应是金属钠还原三价铝离子
C.正极反应为:
NiCl2+2e-===Ni+2Cl-
D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
2.(2013·江苏高考·9)Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。
该电池以海水为电解质溶液,示意图如图。
该电池工作时,下列说法正确的是( )
A.Mg电极是该电池的正极
B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C.石墨电极附近溶液的pH增大
D.溶液中Cl-向正极移动
二、
3.(2012·四川理综·11)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.正极上发生的反应为:
O2+4e-+2H2O===4OH-
4.(2011·课标·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
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- 原电池 原理 分析
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