2020版高考一轮复习化学通用版学案：第六章第3课时　化学能与电能（1）——原电池、化学电源（过基础）

2020版高考一轮复习化学通用版学案：第六章第3课时　化学能与电能（1）——原电池、化学电源（过基础）

第3课时　化学能与电能(1)——原电池、化学电源(过基础)‎ 知识点一　原电池工作原理及应用 ‎1．概念 原电池是把化学能转化为能的装置。‎ ‎2．构成条件 反应 能自发进行的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)‎ 电极 一般是活泼性不同的两电极(金属或石墨)‎ 闭合 回路 ‎①电解质溶液 ‎②两电极直接或间接接触 ‎③两电极插入电解质溶液中 ‎3．工作原理(如锌铜原电池可用简图表示)‎ 总反应离子方程式为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑‎ ‎(1)电极 ‎①负极：失去电子，发生氧化反应；‎ ‎②正极：得到电子，发生还原反应。‎ ‎(2)电子定向移动方向和电流方向 ‎①电子从负极流出经外电路流入正极；‎ ‎②电流从正极流出经外电路流入负极； ‎ 故电子定向移动方向与电流方向正好相反。‎ ‎(3)离子移动方向 阴离子向负极移动(如SO)，阳离子向正极移动(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)。‎ ‎[提醒]　①电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。‎ ‎②无论在原电池中还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。‎ ‎4．原电池正、负极的判断 ‎ [提醒]　原电池的正极和负极既与电极材料的性质有关，又与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。‎ ‎5．单液原电池(无盐桥)和双液原电池(有盐桥)对比 名称 单液原电池 双液原电池 装置 相同点 正、负极电极反应，总反应式，电极现象 不同点 还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗 Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长 ‎[提醒]　盐桥的作用：使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触；平衡电荷；提高电池效率。‎ ‎6．原电池原理的应用 ‎(1)加快氧化还原反应的速率 一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液置换出的Cu能与Zn形成原电池使产生H2的反应速率加快。‎ ‎(2)比较金属活动性强弱 如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A溶解，而B上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，即可以断定金属活动性：AB。‎ ‎(3)设计制作化学电源 实例：根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：‎ ‎[对点训练]‎ ‎1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)理论上说，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池(√)‎ ‎(2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极(√)‎ ‎(3)用Mg、Al分别作电极，用NaOH溶液作电解液构成的原电池，Mg为正极(√)‎ ‎(4)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动(×)‎ ‎(5)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高(√)‎ ‎(6)原电池放电时，电流方向由电源的负极流向正极(×)‎ ‎(7)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳(√)‎ ‎(8)由于CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以自发进行，且放出大量的热，故可以设计成原电池(×)‎ ‎2．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极质量增加 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>d　　　　　　　 B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c 解析：选C　把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a>b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b>c；由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：d>c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d>a。综合所述可知活动性：d>a>b>c。‎ ‎3.利用反应Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋设计了如图所示的原电池。回答下列问题：‎ ‎(1)该原电池的负极材料是________，发生________(填“氧化”或“还原”)反应。‎ ‎(2)X是____________，图中“→”表示________的方向。‎ ‎(3)盐桥中的SO移向________溶液。‎ 答案：(1)Cu　氧化 ‎(2)Fe2(SO4)3(或FeCl3)溶液　电子移动 ‎(3)CuSO4‎ 知识点二　化学电源 ‎1．一次电池 ‎(1)碱性锌锰干电池 正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；‎ 负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；‎ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。‎ ‎(2)锌银电池 负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；‎ 正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；‎ 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。‎ ‎2．二次电池(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PbO2。‎ ‎(1)放电时的反应 ‎①负极：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反应)。‎ ‎②正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)(还原反应)。‎ ‎③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。‎ ‎(2)充电时的反应 ‎①阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)(还原反应)。‎ ‎②阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)(氧化反应)。‎ ‎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，可分成酸性和碱性两种。‎ 酸性 碱性 负极反应式 ‎2H2－4e－===4H＋‎ ‎2H2＋4OH－－4e－‎ ‎===4H2O 正极反应式 O2＋4H＋＋4e－‎ ‎===2H2O O2＋2H2O＋4e－‎ ‎===4OH－‎ 电池总反应式 ‎2H2＋O2===2H2O ‎[提醒]　①燃料电池中通入O2的一极为正极，通入可燃物的一极为负极。‎ ‎②书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸碱性，介质的酸碱性对电极反应和总反应都会产生影响。‎ ‎[对点训练]‎ ‎1．镉镍可充电电池的充、放电反应按下式进行：Cd＋2NiO(OH)＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，由此判断错误的是(　　)‎ A．放电时，Cd作负极 B．放电时，NiO(OH)作负极 C．电解质溶液为碱性溶液 D．放电时，负极反应为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2‎ 解析：选B　镉镍电池放电时，Cd作负极，电板反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2；NiO(OH)作正极，电解质溶液为KOH等碱性溶液，B项错误。‎ ‎2‎ ‎．由我国科学家研发成功的铝锰电池是一种比能量很高的新型干电池，以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质，铝和二氧化锰石墨为两极，其电池反应为Al＋3MnO2＋3H2O===3MnO(OH)＋Al(OH)3。下列有关该电池放电时的说法不正确的是(　　)‎ A．二氧化锰石墨为电池正极 B．负极反应式为Al－3e－＋3NH3·H2O===Al(OH)3＋3NH C．OH－不断由负极向正极移动 D．每生成1 mol MnO(OH)转移1 mol电子 解析：选C　由电池反应方程式知，铝为电池负极，铝失去电子转化为Al(OH)3，A、B正确；阴离子移向负极，OH－应不断由正极向负极移动，C错误；由反应中锰元素价态变化知D正确。‎ ‎3.银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A．Zn电极是负极 B．Ag2O电极发生还原反应 C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2‎ D．放电前后电解质溶液的pH保持不变 解析：选D　由电池的总反应Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag知，Zn从0价变为＋2价，化合价升高，失去电子，故Zn电极为负极，A正确；Ag2O中Ag从＋1价变为0价，化合价降低，得到电子，发生还原反应，B正确；在碱性条件下，Zn2＋与OH－结合生成Zn(OH)2，故Zn电极的电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，C正确；根据总反应可知，反应中H2O被不断地消耗，电解质溶液中OH－浓度增大，所以放电后电解质溶液的pH增大，D错误。‎