高届高级高一高中化学步步高必修2课件学案第二章第二节第2课时.docx

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高届高级高一高中化学步步高必修2课件学案第二章第二节第2课时

第2课时　原电池原理的应用　发展中的化学电源

一、原电池原理的应用

1.比较金属活动性强弱

一般原电池中,较活泼金属作负极,发生氧化反应,较不活泼的金属作正极,发生还原反应。

例如：

有两种金属X和Y用导线连接后插入到稀硫酸中,观察到X极溶解,Y极上有气泡产生。

由原电池原理可知,金属活动性：

X>Y。

2.设计原电池

（1）首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。

氧化反应：

还原剂－ne－===氧化产物；

还原反应：

氧化剂＋ne－===还原产物；

正极反应式＋负极反应式＝电池的总反应式。

（2）根据原电池的电极反应特点,并结合两个半反应,找出正负极材料及电解质溶液。

①电极材料的选择：

在原电池中,一般选择活泼性较强的金属作负极,活泼性较弱的金属或碳棒作正极。

负极材料或还原性的物质在负极上失电子被氧化,氧化性物质在正极上得电子被还原。

②电解质溶液的选择：

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）。

例如：

原理

装置图

Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag

负极反应：

Cu－2e－===Cu2＋

正极反应：

2Ag＋＋2e－===2Ag

1.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下：

实验

装置

部分实验现象

a极质量减小,b极质量增大

b极有气体产生,c极无变化

d极溶解,c极有气体产生

电流从a极流向d极

由此可判断这四种金属的活动性顺序是（　　）

A.a>b>c>dB.b>c>d>a

C.d>a>b>cD.a>b>d>c

答案　C

解析　装置一是原电池,a极质量减小,说明a极金属失电子形成离子,故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池,可知b比c活泼,且c位于金属活动性顺序表中氢的后面；装置三形成原电池,可知d比c活泼；装置四中,电流从a极流向d极,则电子是从d极流向a极,知d比a活泼。

因此活动性顺序为d>a>b>c。

2.铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用于催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。

（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：

_________________________________。

（2）若将

（1）中的反应设计成原电池,请在方框内画出原电池的装置图,标出正、负极,并写出电极反应式。

正极反应：

______________________________________________；

负极反应：

_______________________________________________。

答案　

（1）2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

（2）

2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋

Cu－2e－===Cu2＋

解析　

（1）Fe3＋有强氧化性,能把铜氧化成铜离子,自身被还原成Fe2＋,反应的离子方程式为：

2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。

（2）设计原电池时,负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应,该电池反应中Fe3＋得电子发生还原反应,所以正极电极反应：

Fe3＋＋e－===Fe2＋,铜失电子发生氧化反应,所以负极上电极反应：

Cu－2e－===Cu2＋,电池反应中发生氧化反应的金属作负极,所以铜作负极,不如负极活泼的金属或导电的非金属作正极,可选石墨作正极,发生还原反应的电解质溶液作原电池的电解质溶液,所以原电池图为

。

原电池的设计方法

（1）定：

确定一个能够自发进行的氧化还原反应。

（2）拆：

将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应,分别作为负极和正极的电极反应,还原剂－ne－===氧化产物（负极电极反应）；氧化剂＋ne－===还原产物（正极电极反应）。

（3）找：

根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液,正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。

（4）画：

连接电路形成闭合回路,画出原电池示意图。

二、发展中的化学电源

（一）干电池

构造示意图

工作原理和正负极

锌筒为负极,发生氧化反应,Zn－2e－===Zn2＋；

石墨棒为正极,发生还原反应

特点

一次电池,放电后不能充电

便于携带,价格低

若将电解质NH4Cl换成湿的KOH,并在构造上改进,可以制成碱性锌锰电池

（二）充电电池

1.特点

又称二次电池,它在放电时所进行的氧化还原反应,在充电时可以逆向进行,使电池恢复到放电前的状态。

2.实例

电池类型

负极

正极

电解质

铅蓄电池

Pb

PbO2

H2SO4

镍镉电池

Cd

NiO（OH）

KOH

锂离子电池

Li

（三）燃料电池

1.构造示意图

2.特点

燃料气体和氧气分别在两个电极上反应将化学能转化为电能。

3.实例

氢氧燃料电池

甲烷燃料电池

负极

H2失电子

CH4失电子

正极

O2得电子

电解质

氢氧化钾或硫酸

4.燃料电池与干电池或蓄电池的主要区别在于反应物不是储存在电池内部,而是由外加设备提供燃料和氧化剂等。

1.最早使用的化学电池是锌锰电池,即大家熟悉的干电池,其结构如图所示。

尽管这种电池的历史悠久,但对于它的化学过程人们尚未完全了解。

一般认为,放电时,电池中的反应如下：

E极：

2MnO2＋2e－＋2NH

===Mn2O3＋H2O＋2NH3↑

F极：

Zn－2e－===Zn2＋

总反应式：

2MnO2＋Zn＋2NH

===Mn2O3＋Zn2＋＋2NH3↑＋H2O

下列说法正确的是（　　）

A.E极是电池的正极,发生的是氧化反应

B.F极是电池的负极,发生的是氧化反应

C.从结构上分析,锌锰电池应属于可充电电池

D.锌锰电池内部发生的氧化还原反应是可逆的

答案　B

解析　E极发生还原反应,应为电池的正极,F极发生氧化反应,为电池的负极。

干电池中反应不可逆,故不属于可充电电池。

2.汽车的启动电源常用铅蓄电池,其放电时的原电池反应如下：

PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O,根据此反应判断,下列叙述中正确的是（　　）

A.Pb是正极

B.PbO2得电子,被氧化

C.负极反应是Pb＋SO

－2e－===PbSO4

D.电池放电时,溶液的酸性增强

答案　C

解析　从铅蓄电池的放电反应可以看出：

放电过程中Pb失去电子变为Pb2＋,发生氧化反应,因而Pb是负极；PbO2得到电子发生还原反应,被还原；反应过程中消耗了H2SO4,使溶液的酸性减弱。

思维启迪

二次电池的放电、充电是相反的过程,如铅蓄电池放电时,Pb电极上发生氧化反应,充电时Pb电极上发生还原反应,PbO2电极亦是如此。

3.氢氧燃料电池已用于航天飞机。

以30%KOH溶液为电解质溶液的这种电池在使用时的电极反应如下：

2H2＋4OH－－4e－===4H2O

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

据此作出判断,下列说法中错误的是（　　）

A.H2在负极发生氧化反应

B.供电时的总反应为：

2H2＋O2===2H2O

C.产物为无污染的水,属于环境友好型电池

D.燃料电池的能量转化率可达100%

答案　D

解析　燃料电池在工作过程中会有热量损耗,燃料电池的能量转化率不能达到100%,故D项错误。

　从电极反应认识化学电池类型

（1）活泼金属作负极,被腐蚀或消耗,发生氧化反应,如锌锰干电池。

（2）两电极都参加反应,如铅蓄电池。

（3）两电极均为惰性电极,电极本身不发生反应,而是由引入到两极上的物质发生反应,如燃料电池。

1.下列几种化学电池中,不属于可充电电池的是（　　）

A.碱性锌锰电池B.手机用锂电池

C.汽车用铅蓄电池D.玩具用镍氢电池

答案　A

解析　A项,碱性锌锰电池属于一次电池,不属于可充电电池,正确；B项,手机用锂电池属于可充电电池,错误；C项,汽车用铅蓄电池属于可充电电池,错误；D项,玩具用镍氢电池属于可充电电池,错误。

2.下列电池工作时,O2在正极得电子的是（　　）

A

B

C

D

锌锰电池

铅蓄电池

氢氧燃料电池

镍镉电池

答案　C

3.茫茫黑夜中,航标灯为航海员指明了方向。

航标灯的电源必须长效、稳定。

我国科技工作者研制出以铝合金、Pt—Fe合金网为电极材料的海水电池。

在这种电池中（　　）

①铝合金是负极　②海水是电解质溶液　③铝合金电极发生还原反应

A.①②B.②③C.①③D.①②③

答案　A

4.（2019·保定期中）LED产品的使用为城市增添色彩。

下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。

下列有关叙述正确的是（　　）

A.a处通入氧气,b处通入氢气

B.通入H2的电极发生反应：

H2－2e－===2H＋

C.通入O2的电极为电池的正极

D.该装置将化学能最终转化为电能

答案　C

解析　A项,由电子流向可知a为负极,b为正极,负极上发生氧化反应,通入的是氢气,正极上发生还原反应,通入的是氧气,故错误；B项,a为负极,通入氢气,电解质溶液为碱性,因此发生的电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O,故错误；C项,氧气得电子,因此通入氧气的电极为电池的正极,故正确；D项,该装置的能量转换是化学能―→电能―→光能,故错误。

5.化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。

（1）锌锰干电池是应用最普遍的电池之一（如图所示）,锌锰干电池的负极材料是__________,负极发生的电极反应方程式为__________________________________________。

若反应消耗16.25g负极材料,则电池中转移电子的物质的量为__________mol。

（2）目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池总反应式可以表示为Cd＋2NiO（OH）＋2H2O

2Ni（OH）2＋Cd（OH）2,已知Ni（OH）2和Cd（OH）2均难溶于水,但能溶于酸,以下说法中正确的是__________（填序号）。

①Cd是负极

②Ni（OH）2是正极

③充电时化学能转变为电能

④放电时化学能转变为电能

（3）如图为氢氧燃料电池的构造示意图,根据电子运动方向,可知X极为电池的__________（填“正”或“负”）极,Y极的电极反应为____________（填“氧化”或“还原”）反应。

答案　

（1）锌　Zn－2e－===Zn2＋　0.5　

（2）①④

（3）负　还原

解析　

（1）负极发生氧化反应,锌失电子,电极反应为：

Zn－2e－===Zn2＋,16.25g锌是0.25mol,而1mol的锌失去2mol的电子,所以转移电子的物质的量为0.5mol。

（2）根据原电池负极发生氧化反应,正极发生还原反应,再根据电池放电总反应中元素化合价变化确定Cd为负极、NiO（OH）为正极,所以①正确、②错误,充电是电能转化为化学能,放电是化学能转化为电能,所以③错误、④正确。

（3）根据负极发生氧化反应,电子从负极流出,正极发生还原反应,电子从正极流入,可以判断X极为负极,Y极发生还原反应。

题组一　原电池工作原理的应用

1.X、Y、Z、W四种金属片浸在稀盐酸中,用导线连接,可以组成原电池,实验结果如图所示：

则四种金属的活动性由强到弱的顺序为（　　）

A.Z＞Y＞X＞WB.Z＞X＞Y＞W

C.Z＞Y＞W＞XD.Y＞Z＞X＞W

答案　A

2.（2018·南宁六中5月考试）下面是四个化学反应,你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应是（　　）

A.2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

B.2H2＋O2

2H2O

C.Mg3N2＋6H2O===3Mg（OH）2＋2NH3↑

D.CH4＋2O2

CO2＋2H2O

答案　C

解析　只有属于氧化还原反应,才能用于设计原电池；A、B、D属于氧化还原反应,均可以设计为原电池。

C不属于氧化还原反应,不能设计成原电池。

3.（2018·北京四中4月月考）为将反应2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑的化学能转化为电能,下列装置能达到目的的是（铝条均已除去了氧化膜）（　　）

答案　B

解析　A项为原电池,铝为负极,但总反应为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO

＋3H2↑,不符合；C项为原电池,但硝酸是氧化性酸,则总反应为Al＋4H＋＋NO

===Al3＋＋NO↑＋2H2O,不符合；D项装置中有外接电源,不属于原电池,不符合。

题组二　常见化学电源

4.随着人们生活质量的不断提高,废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程,其首要原因是（　　）

A.利用电池外壳的金属材料

B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染

C.防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品

D.回收其中的石墨电极

答案　B

解析　回收电池的主要目的是防止对环境的污染。

5.（2019·信阳一中检测）普通锌锰干电池的简图如图所示,它是用锌皮制成的锌筒作电极兼作容器,中央插一根碳棒,碳棒顶端加一铜帽。

在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物,并用离子可以通过的长纤维包裹作隔膜,隔膜外是用氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液；该电池工作时的总反应为Zn＋2NH

＋2MnO2===[Zn（NH3）2]2＋＋Mn2O3＋H2O,关于锌锰干电池的下列说法中正确的是（　　）

A.当该电池电压逐渐下降后,能重新充电复原

B.电池工作一段时间后,碳棒会逐渐变细

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0.1mol电子,锌的质量理论上减小3.25g

答案　D

解析　A项,干电池是一次电池,一次电池不能重复使用,因此不能重新充电复原,故错误；B项,该原电池放电时,碳作正极,不被消耗,故错误；C项,原电池工作时,负极上失电子发生氧化反应,正极上得电子发生还原反应,电子从负极沿导线流向正极,故错误；D项,外电路中每通过0.1mol电子,消耗锌的物质的量为0.05mol,锌的质量理论上减小3.25g,故正确。

6.如图是铅蓄电池构造示意图,下列说法不正确的是（　　）

A.铅蓄电池是二次电池,充电时电能转化为化学能

B.电池工作时,电子由Pb板通过导线流向PbO2板

C.电池工作时,负极反应为Pb－2e－===Pb2＋

D.电池工作时,H＋移向PbO2板

答案　C

解析　二次电池是可充电电池,典型的是铅蓄电池,充电时是把电能转化成化学能的装置,故A说法正确；依据原电池的工作原理,电子从负极经外电路流向正极,Pb作负极,PbO2作正极,电子从Pb板通过导线流向PbO2板,故B说法正确；电池的总反应式：

Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O,负极上的电极反应式：

Pb＋SO

－2e－===PbSO4,故C说法错误；依据原电池的工作原理,阳离子向正极移动,故D说法正确。

7.氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上,其反应原理示意图如下所示。

下列有关氢氧燃料电池的说法,正确的是（　　）

A.该电池工作时电能转化为化学能

B.该电池中电极a是正极

C.外电路中电子由电极b通过导线流向电极a

D.该电池的总反应：

2H2＋O2===2H2O

答案　D

解析　燃料电池是将化学能转化为电能,A项不正确；a极通入H2发生氧化反应,是电池的负极,B项不正确；外电路中电子由负极流向正极,即由电极a通过导线流向电极b,C项不正确。

8.下列关于化学电源的说法正确的是（　　）

A.干电池放电之后还能再充电

B.充电电池在放电和充电时都将化学能转化为电能

C.充电电池可以无限制地反复放电、充电

D.氢氧燃料电池是一种环境友好型电池

答案　D

解析　A项,干电池是一次性电池,放电之后不能再充电,错误；B项,充电电池在放电时化学能转化为电能,充电时将电能转化为化学能,错误；C项,充电电池不能无限制地反复放电、充电,错误；D项,氢氧燃料电池的生成物是水,是一种环境友好型电池,正确。

题组三　新型化学电源

9.锂电池是一代新型高能电池,它以质量轻、能量高而受到了普遍重视,目前已研制成功多种锂电池。

某种锂电池的总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2,下列说法正确的是（　　）

A.Li是正极,电极反应为Li－e－===Li＋

B.Li是负极,电极反应为Li－e－===Li＋

C.MnO2是负极,电极反应为MnO2＋e－===MnO

D.Li是负极,电极反应为Li－2e－===Li2＋

答案　B

解析　由总反应

i＋

nO2===

i

nO2可知,Li元素在反应后化合价升高（0→＋1）,Mn元素在反应后化合价降低（＋4→＋3）。

Li被氧化,在电池中作负极,电极反应为Li－e－===Li＋,MnO2在正极上反应,电极反应为MnO2＋e－===MnO

。

10.鱼雷采用Al—Ag2O动力电池,以溶有氢氧化钾的流动海水为电解液,电池反应为2Al＋3Ag2O＋2KOH===6Ag＋2KAlO2＋H2O,下列说法错误的是（　　）

A.Ag2O为电池的正极

B.Al在电池反应中被氧化

C.电子由Ag2O极经外电路流向Al极

D.溶液中的OH－向Al极迁移

答案　C

解析　A项,根据原电池工作原理,化合价升高,失电子的作负极,即铝单质作负极,则Ag2O作电池的正极,正确；B项,根据电池总反应,铝的化合价升高,被氧化,正确；C项,根据原电池工作原理,外电路电子从负极流向正极,由铝流向氧化银,错误；D项,根据原电池工作原理,阳离子移向正极,阴离子移向负极,即OH－移向铝极,正确。

11.将铂电极放置在KOH溶液中,然后分别向两极通入CH4和O2,即产生电流,称为甲烷燃料电池。

已知甲烷燃料电池两个电极上的反应分别为CH4－8e－＋10OH－===CO

＋7H2O,2O2＋8e－＋4H2O===8OH－。

下列有关说法中错误的是（　　）

A.CH4在负极上反应,O2在正极上反应

B.放电过程中电解质溶液的碱性减弱

C.此电池属于环境友好型电池

D.此电池中化学能100%转化为电能

答案　D

解析　A项,CH4燃料电池中,燃料失电子发生氧化反应,所以CH4在负极上反应,氧气得电子发生还原反应,所以O2在正极上反应,正确；B项,根据电池总反应CH4＋2O2＋2OH－===CO

＋3H2O知,OH－参加反应,所以溶液中OH－浓度降低,溶液的碱性减弱,正确；C项,该电池放电时不产生对环境有污染的物质,所以属于环境友好型电池,正确；D项,此电池中化学能转化为电能和少量热能,错误。

12.一种微生物燃料电池的结构示意图如下,关于该电池的叙述正确的是（　　）

A.电池工作时,电子由a流向b

B.微生物所在电极区放电时发生还原反应

C.放电过程中,H＋从正极区移向负极区

D.正极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O

答案　D

解析　因为右侧产生CO2,说明微生物所在的电极区Cm（H2O）n失电子生成CO2,电池工作时电子由b极经外电路流向a极,A错误；微生物所在电极区放电时发生氧化反应,B错误；放电时阳离子向正极移动,C错误。

13.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。

总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑。

（1）该电池的负极是________,负极反应式是_________________________________。

（2）正极现象是___________________________________________。

（3）放电时OH－向________（填“正极”或“负极”）移动。

答案　

（1）锂（或Li）　Li－e－===Li＋

（2）有无色气体产生　（3）负极

解析　金属锂比铁活泼,作原电池的负极,电极反应式为Li－e－===Li＋,LiOH溶液中的阳离子有Li＋和H＋,由于氧化性：

H＋＞Li＋,所以正极反应是2H＋＋2e－===H2↑,正极产生无色气体；在原电池的放电过程中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以OH－向负极移动。

14.（2019·榆林高一检测）理论上讲,任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。

请利用反应“Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋”设计一个化学电池（正极材料用碳棒）,回答下列问题：

（1）该电池的负极材料是________,发生________反应（填“氧化”或“还原”）,电解质溶液是____________。

（2）正极上出现的现象是_____________________________________________。

（3）若导线上转移电子1mol,则生成银______g。

答案　

（1）Cu　氧化　AgNO3溶液

（2）碳棒上出现银白色物质

（3）108

解析　

（1）根据电池的总反应,可知负极一般是失电子的物质,所以负极材料应该是铜,发生氧化反应,电解质溶液是一种可溶性的银盐溶液,所以是AgNO3溶液。

（2）正极上是溶液中的银离子得到电子变成银单质,所以正极上的现象是碳棒上出现银白色物质。

（3）当导线上转移1mol电子的时候,正极上会析出1mol银单质,所以正极上生成的银的质量是108g。

15.目前汽车上使用的铅蓄电池如图所示,根据图示回答下列问题：

（1）铅蓄电池的负极是____________,铅蓄电池的正极是__________。

（2）铅蓄电池的总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O,则负极发生________（填“氧化”或“还原”）反应,由__________生成________；正极发生______（填“氧化”或“还原”）反应,由______________生成__________________________________________。

（3）电解质溶液是H2SO4,那么在铅蓄电池中H＋向__________（填“正”或“负”）极移动,SO

向______（填“正”或“负”）极移动。

答案　

（1）Pb　PbO2

（2）氧化　Pb　PbSO4　还原　PbO2　PbSO4

（3）正　负