专题六 原电池的工作原理 化学电源

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1、专题六 原电池的工作原理 化学电源 考点一原电池及其工作原理 知识梳理 1 .概念：把 能转化为 能的装置。 2 .工作原理 以锌铜原电池为例 电极名称 电极材料 电极反应 反应类型 电子流向 盐桥中置十移向 3.原电池的构成条件 二良=1三三三 书二 A组练习 题组一原电池工作原理的考查 1 .下列装置中能构成原电池产生电流的是 ( ) 2 .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

2、化为电能 B.某原电池反应为 Cu+2AgNO 3===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 题组二原电池正、负极的判断 3 .下列有关原电池的说法中正确的是 A.在内电路中，电子由正极流向负极 B.在原电池中，相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极 C.原电池工作时，正极表面一定有气泡产生 D.原电池工作时，可能会伴随着热能变化 4 .分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是 （ ） ① ② ③ ④

3、 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-+ 3H2T 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 ===H2T 考点二原电池原理的应用 ［知识梳理］ 1 .用于金属的防护 使被保护的金属制品作原电池 而得到保护。举例说明。 2 .设计制作化学电源 3 .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。 4 .加快氧化还原反应的速率 。举例说明。 例题：原电池原理的应用 1.电工经常说的一句口头禅：“铜

4、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： 2,请运用原电池原理设计实验，验证 Cu”、Fe"氧化性的强弱。请写出电极反应式，负极 ,正极, 并在方框内画出实验装置图，要求用烧杯和盐桥，并标出外电路电子流向。 3 .有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：① A、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一导线一 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；⑤用惰性电极电解

5、含 B离子和E离子的溶液，E先析 出。据此，判断五种金属的活动性顺序是 （ ） 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 .把适合题意的图像填在横线上 （用A、B、C、D表示） A B C D (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 生出的体积V(L)与时间t(min)的关系是 (3)

6、将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是 。 考点三化学电源 ［知识梳理］ 1 .碱性锌镒干电池 ——一次电池 总反应式：Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH +Zn(OH)2。 正极反应： ;负极反应： 2 .锌银电池——一次电池 总反应式：Zn + Ag2O + H 2O===Zn(OH) 2+ 2Ag。 正极反应： ;负极反应： 3 .二次电池(可充电电池) 铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是 ,正极材料是 。 (1)放电时的反应 总反应：Pb+ PbO2+ 2H2SO4===2PbSO4+ 2H2。。 正极反应

7、： ;负极反应： (2)充电时的反应 总反应：2PbSO4 + 2HzO===Pb+ PbO2+2H2SO4。 正极反应： ;负极反应： 4 .燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。 种类 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? (不考虑氢、氧 2 .铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正负极极板是惰性材料，请回答下列问题 外电源 0- — — 1 的氧化还原): ⑴放电时电解液中 H2SO4的浓度将变 ; 当外电路通过1

8、 mol电子时，理论上负极板的质量增加 go (2)在完全放电耗尽 PbO2和Pb时，若按右图连接，电解一段时间后， 则在A电极上生成 , B电极上生成,此时铅 蓄电池的正负极的极性将 3. (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“减小”、“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“减小”、“增大”或“不变”) A组练习 题组一 化学电源中电极反应式的书写 1 . Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。 该电池的电极材料分

9、别为锂和碳， 电解液是LiAlCl 4-SOCI2。 电池的总反应可表示为 4Li + 2SOCl2===4LiCl + S+ SO2 T。 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 。 2 .铝-空气海水电池：以铝板为负极，钳网为正极，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：。 题组二 不同介质对燃料电池电极反应式书写的影响 3 .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：

10、CH4+2O2===CO2+2H2O ① 燃料电池正极反应式：O2+4H+ + 4e-===2H2O ② ①一②X 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 + 3H2O ① 燃料电池正极反应式： Oz+2H2O+4e ===4OH ② ①一②X 2,得燃料电池负极反应式: 、. 2一 ⑶固体电解质(高温下能传导O ) 燃料电池总反应式： CH4+2O2===CO2+2H2O ① 燃料电池正极反应式： Oz+4e— ===2O2 ② ①一②X 2,得燃料电池负极反应式： 。 (4)熔融碳酸盐(如：

11、熔融K2CO3)环境下 电池总反应式：CH 4+2O2===COz+2H2O ① 正极电极反应式： 。2+ 2CO2+ 4e ===2Co3 ② ①一②X 2,得燃料电池负极反应式： 。 考点四 盐桥原电池的专题突破 ［知识梳理］ 1 .盐桥的组成和作用 (1)盐桥中装有饱和的 KCl、KNO 3等溶液和琼胶制成的胶冻。 (2)盐桥的彳^用： 2 .单池原电池和盐桥原电池的对比 e 绊片 硫酸铜溶液 图1 铜片 图1和图2两装置的相同点：正负极、电极反应、总反应、反应现象。 不同点：图1中Zn在CuSO4溶液中直接接触 Cu2+,会有一部分Zn与C

12、u”直接反应，该装 置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。 图2中Zn和CuSO4溶液在两个池子中， Zn与Cu2+不直接接触，不存在 Zn与Cu2+直接反应 的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。 关键点：盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。 ［思考］ 1 .能用金属代替盐桥吗？ 2 .在有盐桥的铜锌原电池中， 电解质溶液的选择为什么要与电极材料的阳离子相同？如 Zn极对 应的是硫酸锌，能不能是氯化铜或者氯化钠？ A组练习 题组一有关原电池原理的考查 电流计 Cu(NOt)2 AgNG 海液 溶液

13、 1.某原电池构造如下图所示。下列有关叙述正确的是 ( ) A.在外电路中，电子由银电极流向铜电极 B.取出盐桥后，电流计的指针仍发生偏转 C.外电路中每通过 0.1 mol电子，铜的质量理论上减小 6.4 g D.原电池的总反应式为 Cu+2AgNO3===2Ag + Cu(NO3)2 2.如图所示，杠杆 AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并 使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓 CUSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆 的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变 CuSO4 浓溶液 彳t)() A.杠杆为导体或绝缘体时，

14、均为 A端高B端低 B.杠杆为导体或绝缘体时，均为 A端低B端高 C.当杠杆为导体时，A端低B端高 D.当杠杆为导体时， A端高B端低 题组二 可逆反应与原电池的工作原理 3 .控制适合的条件， 将反应2Fe3+ + 21=^2Fe2++l2设计成如下图所示的原电池。 下列判断不 正确的是 ( ) A.反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B.反应开始时，甲中石墨电极上 Fe”被还原 C.电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D.电流计读数为零后，在甲中溶入 FeCl2固体，乙中的石 墨电极为负极 4 .已知在酸性条件下发生的反应为 AsO3 +2I +2H+===

15、AsO3 + I2+H2O,在碱性条件下发生的反应为 AsO3 + I2 + 2OH ===AsO4 +H2O+2I 设计如图 装置(C「C2均为石墨电极)，分别进行下述操作: I .向B烧杯中逐滴加入浓盐酸 n .向B烧杯中逐滴加入 40% NaOH溶液 结果发现电流计指针均发生偏转。 试回答下列问题： (1)两次操作中指针为什么发生偏转？ (2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？试用化学平衡移动原理解释之。 (3)操作［过程中 Ci棒上发生的反应为 (4)操作n过程中 C2棒上发生的反应为 ⑸操作n过程中，盐桥中的 k+移向 烧杯溶液(填"A”或" B”)。

16、 1.根据下图，下列判断中正确的是 A.烧杯a中的溶液pH升高 B.烧杯b中发生还原反应 B组练习 ( ) 电解质溶液 C.烧杯a中发生的反应为 2H+ + 2e「===H2 D.烧杯b中发生的反应为 2c「―2e-===C12 2.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 ( ) 3.铁馍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

17、 A.电池的电解液为碱性溶液，正极为 M2O3、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-===刈2。3+3H2O 6.与MnO2-Zn电池类似，K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池， K2FeO4在电池中作为正极材料，其 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一向正极移动 D.总反应为 2Li + 2H2O===2LiOH +H2T 卜列有关该电池的说法不正确的是 ( ) 用饱和硫酸铀

18、、酚儆 溶整浸触的彼默 5.肿一空气燃料电池是一种碱性电池， 该电池放电时，负极的反应式为 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，甲醇的标准燃烧热 AH = - 726.5 kJ mol 1)o 9.铝电池性能优越， Al-AgO电池可用作水下动力电源，其原理如图所示。 4.将下图所示实验装置的 K闭合，下列判断正确的 是() A. Cu电极上发生还原反应 B.电子沿 Zn 一a一 b一 Cu路径流动 c.片刻后甲池中c(so4一)增大 D.片刻后可观察到滤纸 b点变红色 电极反应为 该电池总反应

19、的离子方程式为 7.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1 mol甲醇所能产生的最大电能为 702.1 kJ, Al2O3制得)的两个作用是 O与铅蓄电池相比，当消耗相同 质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的 8.如图为钠硫高能电池的结构示意图。该电池的工作温度为 320 C左右, 该电池反应的化学方程式为 电池反应为 2Na + xS===Na2Sx,正极的电极反应式为 。M(由 Na2。和 10.如图所示，在不同的电解质溶液中可以组成不同的电池。 (1)①当电解质溶液为

20、稀硫酸时， Fe电极是 (填“正”或 盘桥(■琼脂一一 r 饱和KCI溶液) 1 mobLTZnSd 溶液 甲 I molLTCuS。* 溶薇 乙 “负”)极，其电极反应式为 。 ②当电解质溶液为 NaOH溶液时，Al电极是(填“正”或 “负”)极，其电极反应式为 。 (2)若把铝改为锌，电解质溶液为浓硝酸，则 Fe电极是(填“正” 或“负”)极，其电极反应式为 。 11 .氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图所示为电池示意 图，该电池电极表面均匀地镀一层细小的钳粉，钳吸附气体的能力强，性质稳定。 请回答下列问题： (1)氢氧燃料电池能量转化的主要形式是,

21、在导线中电子流动的方向为 (用a、b表不)。 (2)负极反应式为 (3)电极表面镀钳粉的原因为 。 (4)该电池工作时，H2和02连续由外部供给，电池可连续不断地提供电能，因此大量安全储 氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下： I .2Li + H2=====2LiH n .LiH + HzO===LiOH + H2 T ①反应i中的还原剂是 ，反应n中的氧化剂是 。 ②已知LiH固体的密度为0.82 g cm 3o用锂吸收224 L(标准》犬况中2,生成的LiH体积与被 吸收的H2体积之比为。 ③由②生成的LiH与H2O反应放出的H2用作电池燃料，若

22、能量的转化率为 80%,则导线中 通过电子的物质的量为 mol。 12 . (1)分析如图所示的四个装置，回答下列问题: ①装置 a和b中铝电极上的电极反应式分别为 ②装置c中产生气泡的电极为 电极(填“铁”或“铜”)，装置d中铜电极上的电极 反应式为。 (2)观察如图所示的两个装置， 图1装置中铜电极上产生大量的无色气泡， 图2装置中铜电极 上无气体产生，而铭电极上产生大量的有色气体。 根据上述现象试推测金属铭具有的两种重要化 学性质为、。 Cr1*(叫) 稀硫幡 图I 图2 13 .某研究性学习小组根据反应 2KMn

23、O 4+ 10FeSO4+ 8H2SO4===2MnSO4+ 5Fe2(SO4)3+ K2SO4 + i 8H2O设计如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为 1 mol L-,溶披的 体积土匀为200 mL,盐桥中装有饱和 K2SO4溶液。 回答下列问题: (1)此原电池的正极是石墨 (填“a”或" b”)，发生 反应。 (2)电池工作时，盐桥中的 so4一移向(填“甲”或“乙”)烧杯。 (3)两烧杯中的电极反应式分别为 甲, 乙。 (4)若不考虑溶液的体积变化， MnSO4浓度 KMnd、MnSO 氏Sd混合溶液 石果b 三三 Fe3(SOj

24、3. 混合溶液 (V2 +、V3+、VO2+ 变为1.5 mol L \则反应中转移的电子为 mol。 14 .全钮液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池，目前锂电池技术已经趋近成熟。下图 是锂电池基本工作原理示意图： 请回答下列问题： (1)硫酸在电池技术和实验室中具有广泛的应用， 在传统的铜锌 原电池中，硫酸是 ,实验室中配制硫酸亚铁时需 要加入少量硫酸，硫酸的作用是 。 (2)锂电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的锂离子 充电 VO2)为正极和负极电极反应的活性物质，电池总反应为 VO2+ + V3++H2OO放电 V2++VO 2 + 2H + 放电时的正极反应式为 , 充电时的阴极反应式为 放电过程中，电解液的 pH(填“升高”、“降低”或“不变” )。 (3)锂电池基本工作原理示意图中“正极电解液”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)能够通过锂电池基本工作原理示意图中“隔膜”的离子是