
[自主測評]1.易錯易混辨析(正確的畫“√”,錯誤的畫“×”)。
(1)放熱的反應都可設(shè)計成原電池。(
(2)在原電池中,發(fā)生氧化反應的一極是負極。(
(3)用 Mg、Al 分別作電極,用 NaOH 溶液作電解液構(gòu)成的
原電池,Mg 為正極。(
(4)在鋅銅原電池中,因為有電子通過電解質(zhì)溶液形成閉合
回路,所以有電流產(chǎn)生。(
(5)以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池,放電過程中,H+從
正極區(qū)向負極區(qū)遷移。(
錯因:放電過程中,H +從負極區(qū)向正極區(qū)遷移。
(6)鉛蓄電池工作時,當電路中轉(zhuǎn)移 0.1 ml 電子時,負極
增重 4.8 g。(答案:(1)×
錯因:自發(fā)進行的氧化還原反應才能設(shè)計成
原電池,與反應的熱效應無關(guān)。
(3)√錯因:電子在導體(電極和導線)中定向移動,離子
2.(教材選擇性必修1 P100 第6 題改編題)電子計算機所用紐扣電池的兩極材料為鋅和氧化銀,電解質(zhì)溶液為 KOH 溶液,其電極反應式:Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O;Ag2O+H2O+
2e-===2Ag+2OH-。下列判斷正確的是(
A.鋅為正極,Ag2O 為負極B.鋅為負極,Ag2O 為正極C.原電池工作時,將電能轉(zhuǎn)化成化學能D.原電池工作時,負極區(qū)溶液的 pH 增大答案:B
1.概念和反應本質(zhì)(1)原電池是把_________轉(zhuǎn)化為_______的裝置。(2) 反應本質(zhì)是能發(fā)生__________________________( 一般是活潑性強的金屬與電解質(zhì)溶液反應)。
自發(fā)進行的氧化還原反應
(1)一看反應:看是否有能自發(fā)進行的___________反應發(fā)生(一般是活潑性強的金屬與電解質(zhì)溶液反應)。(2)二看兩電極:一般是__________不同的兩電極。(3)三看是否形成閉合回路,形成閉合回路需三個條件:①__________溶液;
②兩電極直接或間接接觸;
③兩電極插入________溶液中。
3.工作原理(以銅鋅原電池為例)(1)Ⅰ、Ⅱ兩種裝置的比較
裝置Ⅰ中 Zn 與 Cu2+直接接觸,會有部分 Zn 與 Cu2+直接反應,化學能轉(zhuǎn)化為熱能,造成能量損耗;裝置Ⅱ中,Zn 在負極區(qū),Cu2+在正極區(qū),不存在 Zn 與 Cu2+的直接反應而造成能量損耗,電流穩(wěn)定,且持續(xù)時間長。
(3)帶電粒子移動方向及閉合回路的形成
(4)鹽橋的組成和作用①鹽橋中裝有飽和的 KCl、KNO3 等溶液和瓊膠制成的膠
②鹽橋的作用:a.連接內(nèi)電路,__________________;b.______________,使原電池不斷產(chǎn)生電流。③鹽橋中離子移向與電解液中離子移向保持一致。
(1)比較金屬的活動性強弱:原電池中,負極一般是活動性較_____的金屬,正極一般是活動性較_____的金屬(或非金屬)。(2)加快化學反應速率:將氧化還原反應構(gòu)成原電池時,反
(3)用于金屬的防護:將需要保護的金屬制品作原電池的________而受到保護。(4)設(shè)計制作化學電源①首先將氧化還原反應分成兩個半反應。②根據(jù)原電池的工作原理,結(jié)合兩個半反應,選擇正、負電極材料以及電解質(zhì)溶液。
原電池中的三個移動方向
電池,其工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是(
【練1】(2021年惠州模擬)鎂—空氣電池是一種新型燃料
A.金屬 Mg 電極為負極,其電勢低于空氣電極的電勢B. 電子流向:Mg 電極→導線→空氣電極→電解質(zhì)溶液
C.電池總反應為 2Mg+O2+2H2O===2Mg(OH)2
D.回收后的氫氧化鎂經(jīng)一系列轉(zhuǎn)化,可重新制成金屬鎂循
解析:金屬 Mg失電子,Mg為負極,空氣電極是正極,正極電勢高于負極,A 正確;金屬 Mg 失電子,Mg為負極,空氣電極是正極,電子流向:Mg電極→導線→空氣電極,電解質(zhì)溶液中沒有電子移動,B 錯誤;金屬 Mg 失電子生成鎂離子,氧氣在正極得電子生成氫氧根離子,電池總反應為 2Mg+O2 +2H2O===2Mg(OH)2,C 正確;氫氧化鎂和鹽酸反應生成氯化鎂,在氯化氫氣流中蒸發(fā)氯化鎂溶液,得無水氯化鎂,電解熔融氯化鎂制取金屬鎂,D 正確。
將水解離為H+和OH- ,用雙極膜電解槽電解糠醛
【練2】(2021年梅州模擬)雙極膜(CM/AM)在電場作用下能
MnO2/MnO(OH)在電極與糠醛之間傳遞電子,電解過程如圖所
示。下列說法正確的是(
D.生成糠酸鹽的反應為
+MnO2+H2O―→
解析:X 電極上糠醛被還原為糠醇,所以 X 電極為陰極,向移動,A 錯誤;糠醛在陰極表面得到電子被還原為糠醇,B錯誤;Y 電極為陽極,據(jù)圖可知 Y 電極上 MnO(OH)失電子被氧化生成 MnO2,結(jié)合電子守恒和元素守恒可知電極反應為
Y電極為陽極。電解池中陽離子流向陰極,即H+向X電極方
2MnO2+OH-―→
方程式元素和電荷均不守恒,正確離子方程式應為
+2MnO(OH),D 錯誤。
MnO(OH)-e-+OH-===MnO2+H2O,C正確;選項所給離子
利用原電池比較金屬活動性強弱的方法
如有兩種金屬A 和B,用導線將A 和B 連接后,插入稀硫酸中,一段時間后,若觀察到A 溶解,而B 上有氣體放出,則說明 A 作負極,B作正極,即可以判斷金屬活動性:A>B。
含鹽橋的原電池與電極反應書寫
A.鹽橋中的 K+移向 FeCl3 溶液
B.反應開始時,乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應C.電流計讀數(shù)為零時,反應達到化學平衡狀態(tài)
D.電流計讀數(shù)為零后,在甲中溶入FeCl2 固體,乙中石墨電
應達到平衡,C正確;當加入Fe2+,導致平衡逆向移動,則
解析:甲中石墨為正極,乙中石墨為負極,鹽橋中陽離子
向正極移動,所以 K+移向 FeCl3 溶液,A 正確;反應開始時,因乙中 I-失去電子放電,元素的化合價升高,則發(fā)生氧化反應,B 正確;當電流計讀數(shù)為零時,說明沒有電子發(fā)生轉(zhuǎn)移,則反
Fe2+失去電子生成 Fe3+,作為負極,而乙中石墨成為正極,D
【練4】(2021 年韶關(guān)模擬)普通水泥在固化過程中自由水分子減少并產(chǎn)生 Ca(OH)2,溶液呈堿性。根據(jù)這一物理化學特點,科學家發(fā)明了電動勢法測水泥初凝時間。此法的原理如圖所示,反應的總方程式:2Cu+Ag2O===Cu2O+2Ag,下列有關(guān)
極的電極反應式:2Cu+2OH--2e-===Cu2O+H2O,C正確;
電池工作時,OH-向負極移動,D錯誤。
A.裝置中電流方向由 Cu 經(jīng)導線到 Ag2OB.測量原理示意圖中,Ag2O 為負極
C.負極的電極反應式:2Cu+2OH--2e-===Cu2O+H2OD.電池工作時,OH-向正極移動
解析:裝置中 Cu 作負極,電流方向由 Ag2O 經(jīng)導線到 Cu,A 錯誤;測量原理示意圖中,Ag2O 被還原為正極,B 錯誤;負
原電池正、負極的判斷方法
【練5】(2021 年菏澤期末)設(shè)計原電池裝置證明 Fe3+的氧化性比 Cu2+強。(1)寫出能說明氧化性 Fe3+強于Cu2+的離子方程式:_______________________________________________________。(2)若要將上述反應設(shè)計成原電池,電極反應式分別是①負極:___________________________________。②正極:____________________________________。
(3)在框中畫出裝置圖,指出電極材料和電解質(zhì)溶液:
解析:Fe3+的氧化性比Cu2+強,說明Fe3+可將Cu氧化為Cu2+,離子方程式為2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,可據(jù)此反應設(shè)計原電池裝置?! 〈鸢福?1)2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+ (2)①Cu-2e-===Cu2+?、?Fe3++2e-===2Fe2+ (3)略
1.一次電池只能使用一次,不能充電復原繼續(xù)使用的電池。
總反應:Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2。
總反應:Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。
鉛蓄電池是一種常見的二次電池,總反應為 Pb+PbO2 +2H2SO4===2PbSO4+2H2O。
(2)圖解二次電池的充放電
(3)二次電池的充放電規(guī)律
①充電時電極的連接:充電的目的是使電池恢復其供電能力,因此負極應與電源的負極相連以獲得電子,可簡記為負接負后作陰極,正接正后作陽極。
②工作時的電極反應式:同一電極上的電極反應式,在充電與放電時,形式上恰好是相反的;同一電極周圍的電解質(zhì)溶液,充電與放電時 pH 的變化趨勢也恰好相反。
氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池,可分為酸性和堿
2H2-4e-===4H+
2H2+4OH--4e-===4H2O
O2+4e-+4H+ === 2H2O
O2+2H2O+4e-===4OH-
2H2+O2===2H2O
①酸性介質(zhì)(如 H2SO4)總反應式:____________________________________。負極反應式:______________________________________。正極反應式:_____________________________________。②堿性介質(zhì)(如 KOH)總反應式:_____________________________________。負極反應式:_____________________________________。正極反應式:_____________________________________。
CH4+2O2===CO2+2H2O
CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+
2O2+8e-+8H+===4H2O
2O2+8e-+4H2O===8OH-
【練1】(2021年湛江一模)鋅-空氣燃料電池廣泛用于鐵路、航海燈標以及助聽器中,其裝置示意圖如圖所示。下列說
A.放電時,負極的電極反應式為 Zn+2OH--2e-===ZnO
B.放電時,K+向活性炭電極方向移動
C.充電時,Zn/ZnO 電極上的電勢比活性炭電極上的高D.充電時陰極質(zhì)量減小 16 g,理論上陽極生成 16 g 氣體
解析:放電時Zn/ZnO電極為負極,Zn失電子結(jié)合OH-轉(zhuǎn)化為ZnO,電極反應式為Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O,A正確;原電池中陽離子流向正極,所以K+向活性炭電極方向移動,B正確;充電時,Zn/ZnO電極接負極,活性炭電極接正極,負極電勢要低于正極,即Zn/ZnO電極上的電勢比活性炭電極上的低,C錯誤;充電時陰極上ZnO轉(zhuǎn)化為Zn,電極反應式為ZnO+2e-+H2O===Zn+2OH-,所以減少的質(zhì)量為O原子的質(zhì)量,質(zhì)量減少16 g,即減少1 ml氧原子,轉(zhuǎn)移2 ml電子,陽極生成的氣體為氧氣,生成一分子氧氣轉(zhuǎn)移4個電子,所以轉(zhuǎn)移2 ml電子時生成0.5 ml氧氣,質(zhì)量為16 g,D正確。
A.電解液 a 為非水電解液
B.放電時,A處的電極反應為Li-e-===Li+ C.充電時,Li+向Li電極區(qū)域遷移 D.充電時,B處的電極反應為O2+2Li++2e-===Li2O2
解析:鋰單質(zhì)化學性質(zhì)活潑,不能使用具有活潑氫的水、醇、羧酸等作電解質(zhì)溶液,A 描述正確,不符合題意;根據(jù)題意,鋰—空氣電池放電時,還原性更強的鋰單質(zhì)是失電子一極,作負極,所以 A 極鋰單質(zhì)失電子生成鋰離子,B 描述正確,不符合題意;放電時負極電子流出,充電時,電池的負極電子流入,充當電解池陰極,根據(jù)外加電場下離子、電子移動特點,陽離子向陰極移動,C 描述正確,不符合題意;二次電池充電時,B 極電子流出,發(fā)生氧化反應,選項中電極反應式顯示是得電子,D 描述錯誤,符合題意。
【練3】(2021 年深圳一模)科學家設(shè)計如下裝置獲取氫能源和電能。其中,a 為 Pt 電極,電解質(zhì)溶液為 1 ml·L-1 KOH溶液(已知:Q=nF,F(xiàn) 為法拉第常量,F(xiàn)=96 500 C·ml-1)。下
A.當 K 和 K1 相連接時,b 處電極反應為 Ni(OH)2-e-+
OH- ===NiO(OH)+H2O
B.當 K 和 K2 相連接時,溶液中的 OH-向 c 電極遷移C.該設(shè)計實現(xiàn)了 Ni(OH)2 電極的循環(huán)使用
D. 理論上 , 每生成 1 ml H2 可有助于電池最多產(chǎn)生
1.93×104 C 的電量
96 500C·ml-1=1.93×105C,D錯誤。
解析:當 K 和 K1 相連接時,該裝置是電解池,b 處為陽極,Ni(OH)2 失電子生成 NiO(OH),根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒配平電極方程式:Ni(OH)2-e-+OH-===NiOOH+H2O,A 正確;當 K 和 K2 相連接時,該裝置是原電池,c 處 Zn 失電子生
確;由題圖可知,該設(shè)計實現(xiàn)了Ni(OH)2 電極的循環(huán)使用,C正確;每生成 1 ml H2,轉(zhuǎn)移 2 ml 電子,故 Q=nF=2 ml×
【練4】(2021年南充模擬)科學家最近設(shè)計出了質(zhì)子膜 H2S電池,實現(xiàn)了 H2S 廢氣變廢為寶,電池結(jié)構(gòu)原理如圖,下列相
A.電極 a 為正極,發(fā)生還原反應
則電極b上發(fā)生的電極反應為O2+4e-+4H+===2H2O,C正確;
解析:a 極上硫化氫失電子生成 S2 和氫離子,發(fā)生氧化反應,則 a 為負極,A 錯誤;a 為負極,b 為正極,陽離子向正極移動,則 H+經(jīng)過質(zhì)子固體電解質(zhì)膜向 b 電極移動,B 錯誤;正極 O2 得電子發(fā)生還原反應,酸性條件下,氧氣得電子生成水,
用該電池進行粗銅的精煉,陽極上粗銅失電子,粗銅中Cu、Zn等均能失電子,所以無法計算陽極減少的質(zhì)量,D 錯誤。
(1)燃料電池解題模板及審題關(guān)鍵
1.(2021 年廣東卷)火星大氣中含有大量 CO2,一種有 CO2參加反應的新型全固態(tài)電池有望為火星探測器供電。該電池以
金屬鈉為負極,碳納米管為正極,放電時(A.負極上發(fā)生還原反應B.CO2 在正極上得電子C.陽離子由正極移向負極D.將電能轉(zhuǎn)化為化學能
解析:根據(jù)題干信息可知,放電時總反應為 4Na+3CO2===2Na2CO3 +C 。放電時負極上 Na 發(fā)生氧化反應失去電子生成Na+,A 錯誤;放電時正極為 CO2 得到電子生成 C,B 正確;放電時陽離子由負極移向正極,C 錯誤;放電時裝置為原電池,能量轉(zhuǎn)化關(guān)系為化學能轉(zhuǎn)化為電能,D 錯誤。
2.(2021年新高考Ⅰ卷)以 KOH 溶液為離子導體,分別組成CH3OH—O2 、N2H4—O2 、(CH3)2NNH2—O2 清潔燃料電池,下
A.放電過程中,K+均向負極移動B.放電過程中,KOH 物質(zhì)的量均減小C.消耗等質(zhì)量燃料,(CH3)2NNH2—O2 燃料電池的理論放電量最大D.消耗 1 ml O2 時,理論上 N2H4—O2 燃料電池氣體產(chǎn)物的體積在標準狀況下為 11.2 L
析解答。放電過程為原電池工作原理,所以K+均向正極移動,
解析:堿性環(huán)境下,甲醇燃料電池總反應:2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O;N2H4—O2 清潔燃料電池總反應:N2H4+O2===N2+2H2O;偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中 C 和 N 的化合價均為-2 價,H 元素化合價為+1 價,所以根據(jù)氧化還原反應原理可推知其燃料電池的總反應 : (CH3)2NNH2 +4O2 +4KOH===2K2CO3+N2+6H2O,據(jù)此結(jié)合原電池的工作原理分
A 錯誤;根據(jù)上述分析可知,N2H4—O2 清潔燃料電池的產(chǎn)物為氮氣和水,其總反應中未消耗 KOH,所以 KOH 的物質(zhì)的量不
×16,通過比較可知(CH3)2NNH2 理論放電量最大,
變,根據(jù)其他兩種燃料電池總反應可知,KOH 的物質(zhì)的量減小,B 錯誤;理論放電量與燃料的物質(zhì)的量和轉(zhuǎn)移電子數(shù)有關(guān),設(shè)消耗燃料的質(zhì)量均為 m g,則甲醇、N2H4 和(CH3)2NNH2 放電量
(物質(zhì)的量表達式)分別是
m g32 g·ml-1
m g60 g·ml-1
正確;根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)守恒和總反應式可知,消耗 1 ml O2 生成的氮氣的物質(zhì)的量為 1 ml,在標準狀況下為 22.4 L,D 錯誤。答案:C
3.(2021 年湖南卷)鋅溴液流電池是一種先進的水溶液電解質(zhì)電池,廣泛應用于再生能源儲能和智能電網(wǎng)的備用電源等。三單體串聯(lián)鋅溴液流電池工作原理如圖所示:
A.放電時,N 極為正極B.放電時,左側(cè)貯液器中 ZnBr2 的濃度不斷減小C.充電時,M 極的電極反應式為 Zn2++2e-===ZnD.隔膜允許陽離子通過,也允許陰離子通過
解析:由題圖可知,放電時,N 電極為電池的正極,溴在正極上得到電子發(fā)生還原反應生成溴離子,電極反應式為 Br2+2e-===2Br-,M 電極為負極,鋅失去電子發(fā)生氧化反應生成鋅離子,電極反應式為 Zn—2e-===Zn2+,正極放電生成的溴離
子通過離子交換膜進入左側(cè),同時鋅離子通過交換膜進入右側(cè),維持兩側(cè)溴化鋅溶液的濃度保持不變;充電時,M 電極與直流電源的負極相連,作電解池的陰極,N 電極與直流電源的正極相連,作陽極。由分析可知,放電時,N 電極為電池的正極,
極上得到電子發(fā)生還原反應生成鋅,電極反應式為 Zn2++2e-
A 正確;由分析可知,放電或充電時,左側(cè)貯液器和右側(cè)貯液器中溴化鋅的濃度維持不變,B 錯誤;由分析可知,充電時,M 電極與直流電源的負極相連,作電解池的陰極,鋅離子在陰
===Zn,C 正確;由分析可知,放電或充電時,交換膜允許鋅離子和溴離子通過,維持兩側(cè)溴化鋅溶液的濃度保持不變,D 正確。答案:B
其中之一為單質(zhì)鉀片。關(guān)于該電池,下列說法錯誤的是(
4.(2021 年河北卷)K—O2 電池結(jié)構(gòu)如圖,a 和 b 為兩個電極,
A.隔膜允許 K+通過,不允許 O2 通過B.放電時,電流由 b 電極沿導線流向 a 電極;充電時,b電極為陽極
去電子發(fā)生氧化反應生成鉀離子,電極反應式為K-e-===K+,
C.產(chǎn)生 1 Ah 電量時,生成 KO2 的質(zhì)量與消耗 O2 的質(zhì)量比
D.用此電池為鉛酸蓄電池充電,消耗 3.9 g 鉀時,鉛酸蓄電
池消耗 0.9 g 水
解析:由題圖可知,a 電極為原電池的負極,單質(zhì)鉀片失
b 電極為正極,在鉀離子作用下,氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應生成超氧化鉀,據(jù)以上分析解答。金屬性強的金屬鉀易
與氧氣反應,為防止鉀與氧氣反應,電池所選擇隔膜應允許 K+通過,不允許 O2 通過,A 正確;由分析可知,放電時,a 為負
極,b 為正極,電流由 b 電極沿導線流向 a 電極,充電時,b 電極應與直流電源的正極相連,作電解池的陽極,B 正確;由分析可知,生成 1 ml 超氧化鉀時,消耗 1 ml 氧氣,兩者的質(zhì)量比值為 1 ml×71 g·ml-1∶1 ml×32 g·ml-1≈2.22∶1,C 正確;鉛酸蓄電池充電時的總反應方程式為 2PbSO4 +2H2O===PbO2+Pb+2H2SO4,反應消耗 2 ml 水,轉(zhuǎn)移 2 ml 電子,由得失電子數(shù)目守恒可知,消耗 3.9 g 鉀時,鉛酸蓄電池消耗水的
×18 g·ml-1=1.8 g,D 錯誤。
5.(2021 年浙江選考)某全固態(tài)薄膜鋰離子電池截面結(jié)構(gòu)如圖所示,電極 A 為非晶硅薄膜,充電時 Li+得電子成為 Li 嵌入該薄膜材料中;電極 B 為 LiCO2 薄膜;集流體起導電作用。
A.充電時,集流體 A 與外接電源的負極相連B.放電時,外電路通過 a ml 電子時,LiPON 薄膜電解質(zhì)損失 a ml Li+C.放電時電極 B 為正極,反應可表示為 Li1-xCO2+xLi++xe-===LiCO2
D.電池總反應可表示為 LixSi+Li1-xCO2
到正極,但是LiPON薄膜電解質(zhì)沒有損失Li+,B不正確;放
解析:由題中信息可知,該電池充電時 Li+得電子成為 Li嵌入電極 A 中,可知電極 A 在充電時作陰極,故其在放電時作電池的負極,而電極 B 是電池的正極。由題圖可知,集流體 A與電極 A 相連,充電時電極 A 作陰極,故充電時集流體 A 與外接電源的負極相連,A 正確;放電時,外電路通過 a ml 電子時,內(nèi)電路中有 a ml Li+通過 LiPON 薄膜電解質(zhì)從負極遷移
電時,電極 B 為正極,發(fā)生還原反應,反應可表示為 Li1-xCO2
這是一份2024屆高考化學一輪總復習第六章化學反應與能量第二節(jié)原電池化學電源課件,共53頁。PPT課件主要包含了答案1×,化學能,氧化還原反應,閉合回路,答案B,答案C,答案D,+2H2O-2e-,②間接書寫,答案A等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份2024年高考化學一輪復習第六章第二節(jié)原電池化學電源課件,共53頁。PPT課件主要包含了答案1×,化學能,氧化還原反應,閉合回路,答案B,答案C,答案D,+2H2O-2e-,②間接書寫,答案A等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份人教版高考化學一輪總復習課時質(zhì)量評價23原電池化學電源課件,共38頁。
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