專題五第二單元VIP

1、第二單元原電池化學電源1理解原電池的工作原理，能寫出常見的簡單電極反應和電池反應方程式。2了解常見的化學電源，認識化學能與電能相互轉(zhuǎn)化的實際意義及其重要應用。3了解研制新型化學電源的重要性。認識化學在解決能源危機中的重要作用。一、原電池1裝置特點：把化學能轉(zhuǎn)化成電能。2構(gòu)成條件(1)兩個活動性不同的電極(兩種金屬或一種金屬和一種可以導電的非金屬)。(2)將電極插入電解質(zhì)溶液中。(3)用導線連接電極(或直接接觸)形成閉合回路。(4)能自發(fā)進行氧化還原反應。3工作原理(以銅鋅原電池為例)電極名稱負極正極電極材料鋅片銅片電極反應Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反應類型氧化反應還原反應電子流向由鋅片沿

2、導線流向Cu片鹽橋中離子流向陰離子流向負極，陽離子流向正極電池反應方程式ZnCu2=Zn2Cu 原電池內(nèi)部陰、陽離子如何移動？為什么？提示陰離子移向負極、陽離子移向正極，這是因為負極失電子，生成大量陽離子聚集在負極附近，致使該極附近有大量正電荷，所以溶液中的陰離子要移向負極；正極得電子，該極附近的陽離子因得電子生成電中性物質(zhì)而使該極附近帶負電荷，所以溶液中陽離子要移向正極。二、化學電源1一次電池反應原理(不能充電，不能反復使用)(1)銀鋅鈕扣電池：電極材料分別為Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH溶液。負極(Zn)：Zn2OH2e=ZnOH2O正極(Ag2O)：Ag2OH2O2e=2Ag2OH電

3、池反應方程式：ZnAg2O=ZnO2Ag(2)堿性鋅錳電池：電解質(zhì)為KOH負極：Zn2e2OH=Zn(OH)2正極：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH電池反應方程式：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)22二次電池(可充電，可多次重復使用)鉛蓄電池是最常見的二次電池，它由兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆蓋有PbO2，負極板上覆蓋有Pb，電解質(zhì)是H2SO4溶液。鉛蓄電池是最常見的二次電池，總反應為：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)3燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分酸性和堿性兩種。酸性堿性負極反應式2H24e=4H

4、2H24OH4e=4H2O正極反應式O24H4e=2H2OO22H2O4e=4OH電池總反應式2H2O2=2H2O 可充電電池充電時電極與外接電源的正、負極如何連接？提示可充電電池充電時的電極接法為：,兩條規(guī)律1鹽橋的作用(1)使整個裝置構(gòu)成通路，代替兩溶液直接接觸。(2)平衡電荷。在整個裝置的電流回路中，溶液中的電流通路是靠離子定向遷移完成的。Zn失去電子Zn2進入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2增多而帶正電荷。同時，CuSO4溶液則由于Cu2變成Cu，使得SO相對較多而帶負電荷。溶液不保持電中性，會阻止電子從鋅片流向銅片，造成電流中斷。2原電池的工作原理兩種方法1原電池的設計思路構(gòu)成

5、原電池的基本條件，是進行原電池設計的基本依據(jù)。(1)根據(jù)電池反應寫出電極反應式，如FeCu2=Fe2Cu。把氧化還原反應分解為氧化反應和還原反應兩個半反應，從而確定電極反應。氧化反應(負極)Fe2e=Fe2；還原反應(正極)Cu22e=Cu。(2)電極材料的選擇：電池的電極必須導電。一般電池的負極必須能夠與電解質(zhì)溶液反應，容易失去電子，往往以負極反應為依據(jù)確定電極材料，選用Zn為負極。正極與負極之間只有產(chǎn)生電勢差，電子才能定向移動，所以正極和負極一般不用同一種材料，正極材料的活動性比Fe弱，可采用惰性電極C。(3)電解質(zhì)溶液的選擇。電解質(zhì)是為負極提供放電的物質(zhì)，因此電解質(zhì)溶液一般要能夠與負極發(fā)

6、生反應。電解質(zhì)溶液要含有Cu2，可以為CuCl2溶液或CuSO4溶液。(4)形成閉合回路。2原電池的正、負極的判斷(1)由兩極的活潑性強弱確定：活潑性較強的金屬為負極，活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬為正極。(2)根據(jù)在兩電極發(fā)生的反應來判斷：負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應。(3)由電極變化情況確定：某一電極若不斷溶解或其質(zhì)量不斷減少，該電極發(fā)生氧化反應，則此電極為原電池的負極；若某一電極上有氣體產(chǎn)生，電極的質(zhì)量不斷增加或不變，該電極發(fā)生還原反應，為電池的正極(燃料電池除外)。(4)根據(jù)外電路中自由電子的移動方向確定：在外電路中電子流出的極為負極，電子流入的極為電池的正極。(5)根據(jù)內(nèi)電路

7、中自由離子的移動方向確定：在內(nèi)電路中陽離子移向的電極為正極，陰離子移向的電極為負極。我的體會原電池學習的關(guān)鍵是理解原電池的原理，大家可以畫一畫原電池的原理圖，弄清電子的流向，兩極的反應(負氧正還原)。對于燃料電池要注意燃料在負極反應，O2在正極反應，要注意電解質(zhì)溶液或傳導介質(zhì)的影響，如堿性條件下，CO2以CO形式存在。 (2011·蘇北四市二調(diào)，9)據(jù)報道，以硼氫化合物NaBH4(B元素的化合價為3價)和H2O2作原料的燃料電池，負極材料采用Pt/C，正極材料采用MnO2，可用作空軍通信衛(wèi)星電源，其工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是()。A電池放電時Na從a極區(qū)移向b極區(qū)B電極b采用

8、MnO2，MnO2既作電極材料又有催化作用C該電池的負極反應為：BH8OH8e=BO6H2OD每消耗3 mol H2O2，轉(zhuǎn)移的電子為3 mol審題視角根據(jù)物質(zhì)化合價變化，判斷正、負極(負氧正還原)，結(jié)合電解質(zhì)溶液書寫電極反應式。解析1.能力定向原電池原理的應用能力、電極方程式的書寫能力及讀圖能力。2解題思路BH中H顯1價，被氧化，電極a為負極，由圖電解質(zhì)溶液為OH，負極反應為：BH8OH8e=BO6H2O，C正確。正極反應為H2O2生成OH，電極方程式為：H2O22e=2OH，生成OH，Na移向正極，A正確。燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用，B正確。由正極方程式可知消耗

9、3 mol H2O2，轉(zhuǎn)移的電子為6 mol。答案D原電池電極方程式的書寫思路復雜電極反應式的書寫： (2011·鹽城二調(diào)，13)一種光化學電池的結(jié)構(gòu)如右圖，當光照在表面涂有氯化銀的銀片上時，AgCl(s)Ag(s)Cl(AgCl)，Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化銀表面，接著Cl(AgCl)e=Cl(aq)，若將光源移除，電池會立即恢復至初始狀態(tài)。下列說法不正確的是()。A光照時，電流由X流向YB光照時，Pt電極發(fā)生的反應為：2Cl 2e=Cl2C光照時，Cl向Ag電極移動D光照時，電池總反應為：AgCl(s) Cu(aq)Ag(s) Cu2(aq)Cl解析銀片上發(fā)生的反

10、應AgCle=AgCl，還原反應，X為正極，Pt電極上Cu失電子，發(fā)生反應：Cue=Cu2，電流從X移向Y。答案BC燃料電池是原電池原理在新型電池中的重要應用，是高考的熱點，注意以下三個問題：1燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用。2燃料電池在負極上發(fā)生氧化反應是燃料(如H2、CH4、CH3OH等)，在正極上參與反應的是空氣或氧氣。3書寫電極反應方程式時：酸性條件下用H和H2O配平；堿性條件下可用OH和H2O來配平。傳導介質(zhì)往往在一極生成一極消耗。 (2012·如東期中)甲醇燃料電池(DMFC)可用于筆記本電腦、汽車等，該燃料電池是以甲醇為燃料，氧氣為氧化劑，電解質(zhì)

11、可以是質(zhì)子交換膜(可傳導氫離子)，也可以是固體氧化物(可傳導氧離子)，甲醇和氧氣分別在多孔金屬電極上發(fā)生反應，從而將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能。下列敘述中錯誤的是()。A電池放電時，甲醇在負極發(fā)生氧化反應B以固體氧化物為電解質(zhì)的電池放電時，氧離子由負極移向正極C以質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)的電池放電時，正極的反應為：O24H4e=2H2OD電池的總反應是：2CH3OH3O2=2CO24H2O審題視角燃料為負極反應物，O2為正極反應物。電解質(zhì)的不同，反應產(chǎn)物不同。解析1.能力定向原電池原理在燃料電池中的應用能力。2解題思路由題甲醇燃料電池，甲醇在負極發(fā)生氧化反應，O2在正極發(fā)生還原反應，總反應方程式為2CH3

12、OH3O2=2CO24H2O。若以固體氧化物為電解質(zhì)，則傳導介質(zhì)為O2，正極反應為O24e=2O2，負極反應為CH3OH3O26e=CO22H2O，O2由正極向負極移動。若以質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)，則傳導介質(zhì)為H，則正極反應為O24H4e=2H2O。答案B若將電解質(zhì)溶液改為KOH，負極反應方程式為_，正極反應方程式為_，總反應方程式為_。答案CH3OH 6e8OH=CO6H2OO24e2H2O=4OH2CH3OH3O24OH=2CO6H2O 某固體酸燃料電池以CsHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H，其基本結(jié)構(gòu)見下圖，電池總反應可表示為：2H2O2=2H2O，下列有關(guān)說法正確的是()。A電子通過外電路從b極

13、流向a極Bb極上的電極反應式為：O22H2O4e=4OHC每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，消耗1.12 L的H2 DH由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極解析此為燃料電池，充入還原劑H2的極為負極，電子從負極(a極)流向正極(b極)，A項錯。電解質(zhì)為酸性，不可能有大量OH存在，負極反應為：H22e=2H，正極(b極)反應為：O24e4H=2H2O，B項錯。C項，氣體的體積沒有指明標準狀況，錯。由反應式知，負極(a極)產(chǎn)生H，由酸電解質(zhì)傳到正極(b極)，D項正確。答案D對于充電電池特別注意放電時原電池的負極發(fā)生氧化反應，則充電過程中生成物生成反應物，發(fā)生還原反應，此時是充電電池的陰極，即電池充電時，原電池

14、的負極與直流電源的負極相連(叫陰極)。同理正極是充電電池的陽極。電極反應可以相互轉(zhuǎn)化，原電池負極反應反過來就是電解池陰極反應，同理原電池正極反應反過來就是電解池陽極反應。即充電電池上的“”表示放電時的負極，充電時接電源負極，作陰極，反之“”表示放電時的正極，充電時接電源正極，作陽極。 (2011·南京二模，10)全釩液流電池是一種新型的綠色環(huán)保儲能電池。其電池總反應為：V3VO2H2OVO2HV2。下列說法正確的是()。A放電時正極反應為：VO2He=VO2H2OB充電時陰極反應為：V2e=V3C放電過程中電子由負極經(jīng)外電路移向正極，再由正極經(jīng)電解質(zhì)溶液移向負極D充電過程中，H由陰極

15、區(qū)向陽極區(qū)遷移審題視角首先分清充、放電的方向。分析放電(原電池)的正、負極反應。解析1.能力定向充電電池的反應原理的應用能力。2解題思路放電時，負氧正還原，負極反應：V2e=V3，正極反應：VO2He=VO2H2O，A正確。充電時，陰極反應為：V3e=V2，B錯誤，陽極反應：VO2H2Oe=VO2H，H在陽極區(qū)生成，D錯誤。C項中電解質(zhì)溶液中是離子的定向移動。答案A (2011·南通一調(diào))鉛酸蓄電池是目前應用普遍的化學電池，新型液流式鉛酸蓄電池以可溶的甲基磺酸鉛為電解質(zhì)，電池總反應：PbPbO24H2Pb22H2O。下列有關(guān)新型液流式鉛酸蓄電池的說法正確的是()。A充放電時，溶液中P

16、b2濃度保持不變B充放電時，溶液的導電能力變化不大C放電時的負極反應式為：Pb2e=Pb2D充電時的陽極反應式為：Pb24OH2e=PbO22H2O解析放電時負極反應Pb2e=Pb2，正極反應PbO24H2e=Pb22H2O，則充電時陰極反應Pb22e=Pb，陽極反應Pb22H2O2e=PbO24H。導電能力取決于電荷濃度，由電池總方程式可知，電荷濃度變化不大。答案BC1(2009·廣東理基，34)下列有關(guān)電池的說法不正確的是()。A手機上用的鋰離子電池屬于二次電池B銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極C甲醇燃料電池可把化學能轉(zhuǎn)化為電能D鋅錳干電池中，鋅電極是負極解析二次

17、電池，即可充電電池，所以A項對。在原電池中，活潑金屬Zn是負極，負極失電子發(fā)生氧化反應，因此電子的流向是由負極(鋅電極)流向正極(銅電極)，B項錯。答案B2(2010·廣東，23)銅鋅原電池(如圖)工作時，下列敘述正確的是()。A正極反應為：Zn2e= Zn2B電池反應為：ZnCu2=Zn2Cu C在外電路中，電子從負極流向正極 D鹽橋中的K移向ZnSO4溶液 解析活潑的Zn是負極，A項錯。在溶液中，陽離子向正極移動，D項錯。答案BC3(2010·全國新課標，12)根據(jù)下圖，可判斷出下列離子方程式中錯誤的是()。A2Ag(s)Cd2(aq)=2Ag(aq)Cd(s)BCo2

18、(aq)Cd(s)=Co(s)Cd2(aq) C2Ag(aq)Cd(s) =2Ag(s)Cd2(aq)D2Ag(aq)Co(s)=2Ag(s)Co2(aq)解析由電極可知金屬活潑性：CdCoAg，其離子氧化性：Cd2Co2Ag，利用氧化還原反應的規(guī)律可知：只有A項的離子方程式不能發(fā)生。答案A1(2011·福建，11)研究人員研制出一種鋰水電池，可作為魚雷和潛艇的儲備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料，以LiOH為電解質(zhì)，使用時加入水即可放電。關(guān)于該電池的下列說法不正確的是()。A水既是氧化劑又是溶劑B放電時正極上有氫氣生成C放電時OH向正極移動D總反應為：2Li2H2O=2LiOH

19、H2解析鋰比鐵的金屬性強，故鋰應做負極材料失電子，由題意知該原電池以LiOH為電解質(zhì)且加入水即可放電則應發(fā)生反應：2Li2H2O=2LiOHH2，依據(jù)方程式可以判斷水中氫在正極得電子，由1價被還原為0價，生成氫氣，且水做氧化劑，故答案A、B、D正確；C項中作為陰離子的OH離子應向原電池的負極移動，故C項錯誤。答案C2(2011·安徽，12)研究人員最近發(fā)現(xiàn)了一種“水”電池，這種電池能利用淡水與海水之間含鹽量差別進行發(fā)電，在海水中電池總反應可表示為：5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl。下列“水” 電池在海水中放電時的有關(guān)說法正確的是()。A正極反應式：AgCle=

20、AgClB每生成1 mol Na2Mn5O10轉(zhuǎn)移2 mol電子CNa不斷向“水”電池的負極移動DAgCl是還原產(chǎn)物解析A選項應該是負極反應式；C選項鈉離子應向正極移動；D選項AgCl為氧化產(chǎn)物。答案B3(2010·江蘇，11)如圖是一種航天器能量儲存系統(tǒng)原理示意圖。下列說法正確的是()。A該系統(tǒng)中只存在3種形式的能量轉(zhuǎn)化B裝置Y中負極的電極反應式為：O22H2O4e=4OHC裝置X能實現(xiàn)燃料電池的燃料和氧化劑再生D裝置X、Y形成的子系統(tǒng)能實現(xiàn)物質(zhì)的零排放，并能實現(xiàn)化學能與電能間的完全轉(zhuǎn)化解析A項，從圖像可發(fā)現(xiàn)該裝置的能量轉(zhuǎn)化為：太陽能電能化學能裝置Y(燃料電池)機械能電能有四種能量

21、轉(zhuǎn)換方式，A項錯。裝置X為電解池，裝置Y為燃料電池，負極發(fā)生氧化反應，電極反應為H22e=2H(或H22OH2e=2H2O)，B項錯。X電解池產(chǎn)生燃料電池Y的燃料H2和氧化劑O2，C對。水電解生成H2、O2，燃料電池將H2、O2轉(zhuǎn)化為水，完成循環(huán)，可以產(chǎn)生零排放，但不論是電解池還是原電池，均不可能達到能量的完全轉(zhuǎn)化，D錯。答案C1(2011·海南，6)一種充電電池放電時的電極反應為H22OH2e=2H2O；NiO(OH)H2Oe=Ni(OH)2OH。當為電池充電時，與外電源正極連接的電極上發(fā)生的反應是()。AH2O的還原 BNiO(OH)的還原CH2的氧化 DNi(OH)2的氧化解析

22、當為電池充電時，為電解池。與外電源正極連接的電極為電解池的陽極，發(fā)生反應為氧化反應，排除A、B選項；電極反應式應是將放電時的電極反應式逆回去：Ni(OH)2OHe=NiO(OH)H2O(氧化反應，陽極)，2H2O2e=H22OH(還原反應，陰極)，故答案為D。答案D2(2011·全國新課標，11)鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時的總反應為：FeNi2O33H2O=Fe(OH)22Ni(OH)2下列有關(guān)該電池的說法不正確的是()。A電池的電解液為堿性溶液，正極為Ni2O3、負極為FeB電池放電時，負極反應為Fe2OH2e=Fe(OH)2C電池充電過程中，陰極附近溶液的pH降低D電池充電

23、時，陽極反應為2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O解析電池充電時，陰極反應為放電時負極的逆反應，其電極方程式為Fe(OH)22e=Fe2OH，故該電極反應溶液pH升高，C項錯誤。答案C3(2010·福建，11)鉛蓄電池的工作原理為：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，研讀下圖，下列判斷不正確的是()。AK閉合時，d電極反應式：PbSO42H2O2e=PbO24HSOB當電路中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子時，中消耗的H2SO4為0.2 molCK閉合時，中SO向c電極遷移DK閉合一段時間后，可單獨作為原電池，d電極為正極解析從圖中分析可知，為原電池(b為負極、a為正極)

24、，為電解池(d為陽極、c為陰極)。A項，d為陽極，PbSO4失電子，正確。B項，從總反應看，轉(zhuǎn)移2 mol電子時有2 mol H2SO4反應，所以可判斷出B項正確。SO應向陽極(即d極)移動，所以C項錯。圖是鉛蓄電池充電，c極變?yōu)镻b、d極變?yōu)镻bO2，所以D項正確。答案C4(2010·浙江，9)Li­Al/FeS電池是一種正在開發(fā)的車載電池，該電池中正極的電極反應式為：2LiFeS2e=Li2SFe。有關(guān)該電池的下列說法中，正確的是()。ALi­Al在電池中作為負極材料，該材料中Li的化合價為1價B該電池的電池反應式為：2LiFeS=Li2SFeC負極的電極反應

25、式為Al3e=Al3 D充電時，陰極發(fā)生的電極反應式為：Li2SFe2e=2LiFeS解析利用正極反應判斷原電池的正、負極。負極中Li、Al均為0價，A項錯。電池的負極反應為Lie=Li，再由正極反應可得總反應2LiFeS=Li2SFe，B項對，C項錯。充電時，陰極反應即原電池的負極反應的逆反應，陰極發(fā)生還原反應：Lie=Li，D項錯。答案B名師偈語本單元的重點內(nèi)容為原電池工作原理及其應用，原電池工作原理的考查往往以新型能源電池或燃料電池為載體，考查原電池正負極的判斷、電極反應式的書寫、電子或電流的方向及溶液pH的變化等。江蘇高考中的考查形式一是在選擇題中考查原電池原理在新型電池中的應用，如2

26、010年第7題，二是在填空題中要求書寫原電池反應，如2011年18題(2)。預計實物圖分析、新型電池分析、電解池與原電池的聯(lián)系以及設置趣味電化學實驗是2013年高考的熱點。高考對本專題能力的考查以接受、吸收、整合化學信息的能力為主，試題難度中等偏上。從近年來的高考命題來看，對于原電池的考查往往結(jié)合實用電池進行。解答這類題目首先要抓住原電池的根本原理氧化還原反應，然后從這個角度分析題目已知條件及問題?！境Ｒ娍键c】 原電池的工作原理及應用原電池的電極判斷與材料選擇實用化學電源特別是燃料電池【?？碱}型】 選擇題非選擇題【例1】 (2011·海南卷改編)根據(jù)右圖，下列判斷中正確的是()。A燒

27、杯a中的溶液pH升高B燒杯b中發(fā)生還原反應C燒杯a中發(fā)生的反應為2H2e=H2D燒杯b中發(fā)生的反應為2Cl2e=Cl2解析題中給出的物質(zhì)表明，該電池的總反應是2ZnO22H2O=2Zn(OH)2，a燒杯中電極反應式為O22H2O4e=4OH，b中電極反應式為Zn2e=Zn2。答案A1原電池將一個完整的氧化還原反應分為兩個半反應，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，一般將兩個電極反應中得失電子的數(shù)目寫為相同，相加便得到總反應方程式。2在原電池裝置中，電子由負極經(jīng)導線流向正極，陽離子在正極上獲得電子，通過電路中的電子和溶液中的離子的移動而形成回路，傳導電流，電子并不進入溶液也不能在溶液中遷移。3陰

28、離子要移向負極，陽離子要移向正極。這是因為負極失電子，生成大量陽離子積聚在負極附近，致使該極附近有大量正電荷，所以溶液中的陰離子要移向負極；正極得電子，該極附近的陽離子因得電子生成電中性的物質(zhì)而使該極附近帶負電荷，所以溶液中的陽離子要移向正極。4不參與電極反應的離子從微觀上講發(fā)生移動，但從宏觀上講其在溶液中各區(qū)域的濃度基本不變?！纠?】 (2010·全國卷)如圖是一種染料敏化太陽能電池的示意圖。電池的一個電極由有機光敏燃料(S)涂覆在納米晶體表面制成，另一電極由導電玻璃鍍鉑構(gòu)成，電池中發(fā)生的反應為：TiO2/STiO2/S*(激發(fā)態(tài))TiO2/S*TiO2/SeI2e3I2TiO2/S3I2TiO2/SI下列關(guān)于該電池敘述錯誤的是()。A電池工作時，是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能B電池工作時，I離子在鍍鉑導電玻璃電極上放電C電池中鍍鉑導電玻璃為正極D電池的電解質(zhì)溶液中I和I的濃度不會減少解析從示意圖可看出在外電路中電子由負極流向正極，也即鍍鉑導電玻璃電極作正極，發(fā)生還原反應：I2e=3I，B錯誤，A正確。太陽能電池是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，本題中的電極材料和電解質(zhì)溶液只起到導電的作用，I和I的濃度不會減少，C、D正確。答案B原電池正