高三复习专题原电池.docx

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高三复习专题原电池

高三复习专题——原电池

原电池化学电源

一、原电池

1.概念：

把化学能转化为的装置。

2.工作原理：

（以锌—铜电池为例）

盐桥作用：

平衡电荷，使两边溶液呈电中性，使氧化还原反应得以持续进行，产生持续稳定的电流。

电极名称

负极

正极

电极材料

锌片

铜片

电极反应

反应类型

反应

反应

电子流向

由极沿导线方向流向极

电池反应方程式

3.原电池构成条件

（1）两个活泼性不同的电极（常见为金属或石墨）。

（2）将电极插入溶液中。

（3）两电极间构成闭合回路

（4）能自发进行的反应。

二.化学电源的种类及其工作原理

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：

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：

2正极反应：

PbO2（s）+4H+（aq）+SO42-（aq）+2e-=PbSO4（s）+2H2O（l）

3总反应：

Pb（s）+PbO2（s）+2H2SO4（aq）=2PbSO4（s）+2H2O（l）

（2）充电时的反应

1阴极反应：

2阳极反应：

3总反应：

2PbSO4（s）+2H2O（l）=Pb（s）+PbO2（s）+2H2SO4（aq）

3.燃料电池：

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性的碱性两种。

酸性

碱性

负极反应式

正极反应式

电池总反应

2H2+O2=2H2O

三.原电池原理

1.原理图示：

练习：

1.下图是在航空用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池（MH-Ni电池）。

下列有关说法不正确的是（）

A.放电时正极反应为NiOOH+H2O+e-=Ni（OH）2+OH-

B.电池的电解液可为KOH溶液

C.充电时阴极反应为：

MH+OH-=H2O+M+e-

D.MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高

（图1）

（图2）

2.生物燃料电池（BFC）是以有机物为燃料，直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池，其能量转化效率高，是一种真正意义上的绿色电池，其工作原理如图所示：

已知C1极的电极反应式为：

C2H5OH+3H2O-12e-=2CO2+12H+。

下列有关说法不正确的是（）

A.C1极为电池负极，C2极为电池正极

B.电子由C2极经外电路导线流向C1极

C.C2极的电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O

D.该生物燃料电池的总反应式为：

C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O

五.原电池电极反应方程式的书写

特别注意：

练习：

3.Li-SOCl2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LiAlCl4-SOCl2。

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

（3）电池正极发生的电极反应为

4.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＋2H2O①

正极电极反应式：

O2＋2CO2＋4e－===2CO32-②

1-②×2得负极电极反应式：

________________________。

六.原电池原理的应用

1.比较不同金属的活动性强弱

根据原电池原理可知，在原电池反应过程中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属（或碳棒）作正极。

若有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入稀硫酸中，一段时间后，若观察到A极溶解，而B极上有气体放出，则说明在原电池工作过程中，A被氧化成阳离子而失去电子作负极，B作正极，则可以断定金属A金属活动性比B的强。

2.加快化学反应速率

由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反应且有电流产生，因而反应速率加快

如Zn与稀H2SO4反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu-Zn原电池，加快反应进行。

3.设计制作化学电源

设计原电池时要紧扣原电池的四个条件。

具体方法是：

（1）首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应

（2）根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料（负极就是失电子的物质，正极用比负极活泼性差的金属即可，也可以用石墨）及电解质溶液。

1电解质溶液的选择

电解质是使负极放电的物质。

因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如空气中的氧气）。

但如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子

2电极材料的选择

在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极，并且，原电池的电极必须导电。

电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料（也可以是还原性较强的非金属材料如H2、CH4等）。

七.新型化学电源分析探究

3.新型电池“充电”时阴、阳极的判断

首先明确原电池放电时的正、负极，再根据电池充电时，阳极接正极、阴极接负极的原理进行分析

4.新型电池充、放电时，电解质溶液中离子移动方向的判断

首先分清电池是放电还是充电；再判断正、负极或阴、阳极，进而可以确定离子的移动方向。

练习：

1.我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。

下列叙述错误的是（）

A.a为电池的正极

B.电池充电反应为LiMn2O4=Li1-xMn2O4+xLi

C.放电时，a极锂的化合价发生变化

D.放电时，溶液中的Li+从b向a迁移

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

3.微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。

下列有关微生物电池的说法错误的是（）

A．正极反应中有CO2生成

B．微生物促进了反应中电子的转移

C．质子通过交换膜从负极区移向正极区

D．电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O

4.选用下列试剂和电极：

稀H2SO4·Fe2（SO4）3溶液、Fe、Cu、C（石墨），组成如图所示的原电池装置，观察到电流计指针均明显偏转，则其可能组合共有（）

A.3种B、4种C、5种D、6种

5.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+，其基本结构如图所示，电池总分应可以表示为：

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到b极

6.

（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）观察如下图所示的两个装置，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，而铬电极上产生大量的有色气体。

根据上述现象试推测金属铬具有的两种重要化学性质为___________________、________________。