1、第3讲 原电池和化学电源【复习目标】1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。2.了解常见的化学电源的种类及其工作原理。【知识建构】一、原电池的工作原理1概念：把化学能转化为电能的装置。2构成条件(1)有两上活动性不同的电极(常见为金属或石墨)。(2)具有电解质溶液。(3)两电极间形成闭合回路。3工作原理如图是两种CuZn原电池示意图，请填空：(1)电极：负极为Zn，正极为Cu。(2)电极反应；负极：Zn2e=Zn2，正极：Cu22e=Cu。(3)电子移动方向和电流方向：电子从负极流出经外电路流入正极；电流从正极流出经外电路流入负极。(4)离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子
2、向负极迁移，阳离子向正极迁移。(5)两种装置的比较：装置中还原剂Zn与氧化剂Cu2直接接触，易造成能量损耗；装置能避免能量损耗；装置中盐桥的作用是提供阴阳离子定向移动的通路，导电。二、化学电源1一次电池碱性锌锰干电池负极材料：Zn电极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2正极材料：碳棒电极反应：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)22二次电池(以铅蓄电池为例)(1)放电时的反应：负极：Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)正极：PbO2(s)4H(aq)SO(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)总反应：Pb(s)PbO2(
3、s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)。(2)充电时的反应：阴极：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)阳极：PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO(aq)。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，可分为酸性和碱性两种。酸性碱性负极反应式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O24H4e=2H2OO22H2O4e=4OH电池总反应式2H2O2=2H2O【典型例析】 1银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理
4、可进行如下处理：在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是()A处理过程中银器一直保持恒重B银器为正极，Ag2S被还原生成单质银C该过程中总反应为2Al3Ag2S=6AgAl2S3D黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl2 MgH2O2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，示意图如下。该电池工作时，下列说法正确的是()AMg电极是该电池的正极BH2O2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3高考组合题书写以下电极反应式或电池反应方程式。(1)二甲醚(CH3OCH3)直接燃料电池
5、具有启动快、效率高的特点，若电解质为酸性，其负极反应式为_。(2)高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4，其反应的离子方程式为_；与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为_，该电池总反应的离子方程式为_。(3)普通锌锰电池放电时发生的主要反应为：Zn2NH4Cl2MnO2=Zn(NH3)2Cl22MnOOH该电池中，负极材料主要是_，电解质的主要成分是_，正极发生的主要反应是_。(4)用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH表示
6、)，NiO(OH)作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：NiO(OH)MHNi(OH)2M电池放电时，负极的电极反应式为_。4有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D导线C；A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；用惰性电极电解含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()AABCDEBACDBECCABDE
7、DBDCAE5某原电池总反应为：Cu2Fe3=Cu22Fe2，下列能实现该反应的原电池是()ABCD电极材料Cu、ZnCu、CFe、ZnCu、Ag电解液FeCl3Fe(NO3)2CuSO4Fe2(SO4)36选择合适的图像：(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中，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_。7原电池原理
8、广泛应用于科技、生产和生活中，请回答以下问题：(1)肼(N2H4)又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。肼空气燃料电池是一种碱性燃料电池，产物无污染，电解质溶液是20%30%的KOH溶液。肼空气燃料电池放电时：正极的电极反应式是_；负极的电极反应式是_。(2)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以N2、H2为电极反应物，以HClNH4Cl为电解质溶液制造新型燃料电池。试写出该电池的正极反应式：_。(3)请运用原电池原理设计实验，验证I2、Fe3氧化性的强弱，请画出实验装置图并写出电极反应式。【仿真练习】 1下列设备工作时，将化学能转化为热能的是()ABCD硅太阳能电池锂离子电池太阳能集
9、热器燃气灶2某一同学根据离子反应方程式2Fe3Fe=3Fe2来设计原电池。下列设计方案中可行的是()A电极材料为铁和锌，电解质溶液为FeCl3溶液B电极材料为铁和铜，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液C电极材料为铁和石墨，电解质溶液为FeCl2溶液D电极材料为石墨，电解质溶液为FeCl3溶液3有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是()图 碱性锌锰电池图 铅硫酸蓄电池图 电解精炼铜图 银锌纽扣电池A图所示电池中，MnO2的作用是催化剂B图所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大C图所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2浓度始终不变D图所示电池中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中还原为Ag4电子表
10、所用的纽扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应式是：Zn2OH2e=ZnOH2O；Ag2OH2O2e=2Ag2OH。总反应式为：Ag2OZn=2AgZnO，下列说法正确的是()AZn为正极，Ag2O为负极BZn为负极，Ag2O为正极C原电池工作时，正极区溶液pH值减小D原电池工作时，负极区溶液pH值增大5控制适合的条件，将反应Fe3AgFe2Ag设计成如图所示的原电池(盐桥装有琼脂硝酸钾溶液；灵敏电流计的0刻度居中，左右均有刻度)。已知，接通后，观察到电流计指针向右偏转。下列判断正确的是()A在外电路中，电子从石墨电极流向银电极B盐桥中的K移向乙烧杯C一段时间后，电流
11、计指针反向偏转，越过0刻度，向左边偏转D电流计指针居中后，往甲烧杯中加入一定量的铁粉，电流计指针将向左偏转6把a、b、c、d四块金属浸入稀硫酸中，用导线两两连接组成多个原电池，若a、b相连， a为负极；c、d相连，d上有气泡逸出；a、c相连，a极减轻；b、d相连，b为正极。则四种金属的活泼性顺序为( )AabcdBacbdCacdb Dbdca7将氢气、甲烷、乙醇等物质在氧气中燃烧时的化学能直接转化为电能的装置叫燃料电池。燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。此种电池能量利用率可高达80%(一般柴油发电机只有40%左右)，产物污染也少。下列有关燃料电池的说法错误的是()A上述燃料电池
12、的负极反应材料是氢气、甲烷、乙醇等物质B氢氧燃料电池常用于航天飞行器，原因之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用C乙醇燃料电池的电解质常用KOH，该电池的负极反应为：C2H5OH12e=2CO23H2OD甲烷燃料电池的正极反应为O22H2O4e=4OH8LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为：FePO4LiLiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含U导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法正确的是()A可加入硫酸以提高电解质的导电性B放电时电池内部Li向负极移动C充电过程中，电池正极材料的质量增多D放电时电
13、池正极反应为：FePO4Lie=LiFePO49空气常参与设计原电池以方便人们的生活。(1)我国首创以铝空气海水电池作为能源的新型的海水标志灯，以海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流，只要把灯放入海水数分钟，就会发出耀眼的白光。则电源的负极材料是_，负极反应为_；正极材料是_，正极反应为_。(2)熔盐电池具有高的发电效率，因而受到重视， 可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650下工作的燃料电池，完成有关电池反应式。阳极反应式：2CO2CO4e=4CO2，阴极反应式：_，电池总反应式：_ 。10常见铅蓄
14、电池是二次电池，其电极材料分别为Pb和PbO2，电解液为稀H2SO4溶液，工作时的总反应式为Pb PbO2 2H2SO42PbSO42H2O。请依据上述情况判断：(1)铅蓄电池的负极材料是_。(2)请依据两极材料和总反应，写出放电时正极反应是_。(3)请依据总反应式和正极反应式，写出放电时负极反应是_。(4)放电时，电解质溶液中阴离子移向_极；电流方向从_极流向_极。(5)放电时，电解质溶液的酸性_(填“增强”、“减弱”或“不变”)。(6)充电时PbO2极发生_反应，电极反应式_；Pb极发生_反应，电极反应式_。11化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重
15、要的化工原料。.氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景。现用氢氧燃料电池进行如图所示的实验(图中所用电极均为惰性电极)：(1)对于氢氧燃料电池，下列叙述不正确的是_。Aa电极是负极，OH移向负极Bb电极的电极反应为：O22H2O4e=4OHC电池总反应式为：2H2O22H2OD电解质溶液的pH保持不变E氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置(2)上图右边装置中盛有100 mL 0.1 molL1 AgNO3溶液，当氢氧燃料电池中消耗氢气112 mL(标准状况下)时，此时AgNO3溶液的pH_(溶液体积变化忽略不计)。.已知甲醇的燃烧热H726.5 kJmo
16、l1，在直接以甲醇为燃料的电池中，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，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)。第3讲 原电池和化学电源【仿真练习】 1 D2 B 3 D4 B5 D6 C7 C8 D9 (1)铝4Al12e=4Al3石墨等惰性电极3O26H2O12e=12OH(2)O22CO24e=2CO2COO22CO210(1)铅(Pb)(2)PbO24HSO 2e=PbSO42H2O(3)Pb SO2e=PbSO4(4)负氧化铅(PbO2)铅(Pb)(5)减弱(6)氧化PbSO42H2O2e=PbO24HSO还原PbSO4 2e=Pb SO11.(1)CD(2)1.CH3OHH2O6e=CO26HO24H4e=2H2O96.6%
