6.2 原电池　化学电源 课件(共35张PPT）-2024年高考化学一轮复习课件（全国通用）

(共35张PPT)
第2讲 原电池　化学电源
第六章 化学反应与能量
考点一　原电池的工作原理
考点二　化学电源
链接高考
本节目录
1.原电池及组成条件
氧化还原
考点一　原电池的工作原理
电极名称 负极 正极
电极材料 　　　　片 　　　　片
电极反应 Zn-2e- =Zn2+ Cu2++2e- =Cu
电极质量变化 　　　 　　　
反应类型 　　　　反应 　　　　反应
2.两种原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)
锌
铜
减小
增大
氧化
还原
电极名称 负极 正极
电子流向 　由　　　极沿导线流向　　　极 盐桥中离子移向 　盐桥含饱和KCl溶液,K+移向　　极,Cl-移向　　　极 装置差异 比较 　原电池Ⅰ:随反应的进行,温度升高,化学能转化为电能和热能,两极反应在相同区域,部分Zn与Cu2+直接反应,使电池效率降低; 　原电池Ⅱ:随反应的进行,温度不变,化学能只转化为　　　　,两极反应在不同区域,Zn与Cu2+隔离,电池效率提高,电流稳定
负
正
正
负
电能
[微点拨]盐桥的组成和作用
(1)盐桥中装有含饱和KCl(或KNO3)溶液的琼胶。
(2)原电池装置中盐桥连接两个“半电池装置”,其中盐桥的作用有三种:①连接内电路,通过离子的定向移动,构成闭合回路;②隔绝正、负极反应物,避免直接接触,导致电流不稳定;③维持电极区溶液的电荷平衡。
3.原电池中的三个移动方向
(1)电子方向:从　　极流出沿导线流入　 极。
(2)电流方向:从　　极沿导线流向　　极。
(3)离子迁移方向:电解质溶液中,阴离子向　　　极迁移,阳离子向　　　极迁移。
负
正
负
正
负
正
4.原电池原理的四大应用
(1)比较金属的活动性强弱
原电池中, 活动性较强的金属一般作　 　,活动性较弱的金属(或导电的非金属)一般作　　　　。
(2)加快化学反应速率
氧化还原反应形成原电池时,反应速率加快。
(3)用于金属的防护
将需要保护的金属制品作原电池的　　　而受到保护。如要保护一个铁质的输水管道不被腐蚀,可用导线将其与一块　　 　　　　　相连,　　　　作原电池的负极。
负极
正极
正极
比铁活泼的常见金属如锌块
锌块
(4)设计制作原电池装置
负极
正极
电极材料
如根据Cu+2Ag+ =Cu2++2Ag设计原电池:
AgNO3
CuSO4
[解析]铁在浓硝酸中会发生钝化,失去与硝酸反应的机会,不能作负极,而活动性弱的铜可与浓硝酸发生反应,铜作负极。
(3)在原电池中,正极本身一定不参加电极反应,负极本身一定要发生氧化反应(　 )
[解析]燃料电池中正、负极(如Pt电极)不参加反应,而是燃料参加反应。
(1)常温下CuO+H2SO4 =CuSO4+H2O能自发进行,故可以设计成原电池 ( 　)
(2)因为铁的活动性强于铜,所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池,必是铁作负极、铜作正极( 　)
×
×
×
基础知识秒杀(正确的打“√”,错误的打“×”)
[解析]原电池工作时,电解质溶液中的阴离子向负极移动。
(6)某原电池反应为Cu+2AgNO3 =2Ag+Cu(NO3)2,装置中的盐桥内可以是含琼脂的饱和KCl溶液(　 )
[解析]盐桥中的离子不能与电解质溶液中的离子发生反应。
(4)实验室制备H2时,用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与稀硫酸反应效果更佳 ( 　)
(5)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( 　)
√
×
×
2.在如图所示的4个装置中,不能形成原电池的是　　　　　(填序号),并指出原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
①④
①中酒精是非电解质;④中未形成闭合回路
[学科能力提升] 判断原电池正、负极的五种方法
(1)在原电池中,把发生氧化反 应的电极称为负极,把发生还 原反应的电极称为正极。
(2)原电池的正极和负极与电 极材料的性质有关,也与电解 质溶液有关,不要形成“活泼 电极一定作负极”的思维定式。
[易错警示]
1.原电池的
工作原理
2.原电池中电
极反应式的书写
1. 一次电池(放电后不可再充电)
碱性锌锰干电池 负极反应:　 ;
正极反应:　 ;
总反应:Zn+2MnO2+2H2O =2MnOOH+Zn(OH)2
银锌纽扣电池 负极反应:　 。
正极反应:　 ;
总反应:Zn+Ag2O+H2O =Zn(OH)2+2Ag
Zn+2OH--2e- =Zn(OH)2
2MnO2+2H2O+2e- =2MnOOH+2OH-
Zn+2OH--2e- =Zn(OH)2
Ag2O+H2O+2e- =2Ag+2OH-
考点二　化学电源
2.二次电池(放电后可再充电使活性物质获得再生,重复使用)
铅酸蓄电池是最常见的二次电池,其正极材料为PbO2,负极材料为Pb,电解质溶液为30%的稀H2SO4溶液。总反应为：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2H2O(l)+2PbSO4(s)
二次电池,放电时电池的负极,在充电时,连接外接电源的负极;放电时电池的正极,在充电时,连接外接电源的正极。
Pb(s)-2e-+S
(aq) =PbSO4(s)
PbSO4(s)+2e- =Pb(s)+S(aq)
PbO2(s)+4H+(aq)+S
(aq)+2e- =PbSO4(s)+2H2O(l)
PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=
PbO2(s)+4H+(aq)+S(aq)
酸性 碱性
负极反应式
正极反应式
电池总反应式 特点 　燃料电池的电极作催化剂,燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应
3.燃料电池
(1)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。
2H2-4e- =4H+
2H2+4OH--4e- =4H2O
O2+4H++4e- =2H2O
O2+2H2O+4e- =4OH-
2H2+O2 =2H2O
电解质 电极反应式或总反应式 ①酸性介质 正极
负极
总反应
②碱性介质 正极
负极
总反应
(2)以CO为燃料气,请分别写出电解质符合下列条件的正、负极的电极反应式和总反应式(填入表格中)。
O2+4e-+4H+ =2H2O
2CO-4e-+2H2O =2CO2+4H+
2CO+O2 =2CO2
O2+4e-+2H2O =4OH-
2CO-4e-+8OH- =2C+4H2O
2CO+O2+4OH- =2C+2H2O
电解质 电极反应式或总反应式 ③固体氧化物 (其中O2-可以在固体介质中自由移动) 正极
负极
总反应
④熔融碳酸盐 (C) 正极
负极
总反应
(2)以CO为燃料气,请分别写出电解质符合下列条件的正、负极的电极反应式和总反应式(填入表格中)。
O2+4e- =2O2-
2CO-4e-+2O2- =2CO2
2CO+O2 =2CO2
O2+4e-+2CO2 =2C
2CO-4e-+2C =4CO2
2CO+O2 =2CO2
(2)若使反应Fe+2Fe3+ =3Fe2+以原电池方式进行,可用锌、铁作电极材料(　 )
[解析]反应Fe+2Fe3+ =3Fe2+以原电池方式进行,若锌、铁作电极材料,则发生的反应不再是原反应,而是反应Zn+2Fe3+ =2Fe2++Zn2+。
[解析]燃料电池工作时,并不是燃料在电池中燃烧,而是化学能直接转化为电能。
(1)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能(　 )
×
×
基础知识秒杀(正确的打“√”,错误的打“×”)
[解析]碱性条件下负极反应为2H2-4e-+4OH- =4H2O。
(4)以钴酸锂为正极材料,嵌锂石墨为负极材料的锂离子电池中,电解质溶液为LiPF6的碳酸酯溶液,可以换成Li2SO4水溶液 (　 )
(5)固体电解质(高温下能传导O2-)甲醇燃料电池负极反应式:2CH3OH-12e-+6O2- =2CO2↑+4H2O (　 )
(6)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下,甲烷燃料电池正极电极反应式:O2+4e-+2CO2 =2C(　 )
(3)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2-4e- =4H+( 　)
√
×
×
√
2. [2022·湖南常德模拟] 最近,我国科研人员发明了一种新型的锌离子热充电电池,可以利用人体产生的低热量充电。该电池以Zn和VO2-PC为电极材料,实现了低热量发电。放电时,VO2结合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,原理如图所示。下列说法正确的是 (　 )
A.分离器可以为阴离子交换膜
B.充电时,阳极电极反应式为ZnxVO2·yH2O+2xe-
=VO2+xZn2++yH2O
C.放电时,电流从Zn极流向VO2-PC极
D.充电时,锌离子从较高温一侧移至低温一侧
D
[解析] 放电时,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e- =Zn2+,VO2结合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,说明Zn2+从负极移向正极,则分离器可以是阳离子交换膜,但不能是阴离子交换膜,A错误;
充电时,阳极发生氧化反应,电极反应式为ZnxVO2·yH2O-2xe- =VO2+xZn2++yH2O,B错误;
放电时,电流由正极流向负极,即电流从VO2-PC极
流向Zn极,C错误;
充电时,Zn2+由较高温区向左侧低温区迁移,并在
Zn电极得电子被还原为Zn,D正确。
[核心素养提升]化学电源中电极反应式的书写方法
(1)拆分法
①写出原电池的总反应,如2Fe3++Cu =2Fe2++Cu2+。
②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应,注明正、负极,并依据质量守恒、电荷守恒及得失电子守恒配平两个半反应:正极:2Fe3++2e- =2Fe2+;负极:Cu-2e- =Cu2+。
(2)加减法
①写出总反应,如xLi+Li1-xMn2O4 =LiMn2O4。
②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。如xLi-xe- =xLi+(负极)。
③利用总反应与上述的一极反应式相减,得到另一个电极的反应式,即
Li1-xMn2O4+xLi++xe- =LiMn2O4(正极)。
[核心素养提升]燃料电池电极反应式书写技巧
(1)首先写出正极反应式(一般参加反应的是O2)
①酸性电解质溶液环境下电极反应式:O2+4H++4e- =2H2O。
②碱性电解质溶液环境下电极反应式:O2+2H2O+4e- =4OH-。
③固体氧化物电解质(高温下能传导O2-)环境下电极反应式:O2+4e- =2O2-。
④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式:O2+2CO2+4e- =2C。
(2)根据总反应式减去正极反应式确定负极反应式。注意消去总反应和正极反应中的O2。
1. [2022·湖南卷] 海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是 (　 )
A.海水起电解质溶液作用
B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e- =2OH-+H2↑
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂-海水电池属于一次电池
B
链接高考
[解析] M极上Li失去电子发生氧化反应,则M极为负极,电极反应式为Li-e- =Li+,N极为正极,发生还原反应,据此分析解答。海水中含有丰富的电解质,如氯化钠、氯化镁等,可作电解质溶液,A正确;
海水呈弱碱性,有溶解氧,发生的电极反应可能为O2+2H2O+4e- =4OH-,B错误;
Li是活泼金属,易与水反应,玻璃陶瓷可防止水和
Li接触,且玻璃陶瓷也可传导Li+,使M极产生的Li+
向正极移动,形成闭合回路,C正确;
该电池不可充电,属于一次电池,D正确。
2. [2022·广东卷] 科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池,可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e- =Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是 ( 　)
A.充电时电极b是阴极
B.放电时NaCl溶液的pH减小
C.放电时NaCl溶液的浓度增大
D.每生成1 mol Cl2,电极a质量理论上增加23 g
C
[解析]据题中已知信息可知,充电时,电极b的反应式为2Cl--2e- =Cl2,则充电时电极b为阳极,A错误;
由充电时的电极反应式可知,充电、放电过程溶液的pH没有发生变化,B错误;
由充电时的电极反应式可知,放电时的总反应式为Na3Ti2(PO4)3+Cl2 =2Cl-+2Na++NaTi2(PO4)3,显然NaCl溶液的浓度增大,C正确;
每生成1 mol Cl2,转移2 mol电子,电极a有1 mol
NaTi2(PO4)3转化为Na3Ti2(PO4)3,故电极a理论
上增加的质量为2 mol×23 g·mol-1=46 g,D错误。
3. [2022·辽宁卷] 某储能电池原理如图。下列说法正确的是 (　 )
A.放电时负极反应:Na3Ti2(PO4)3-2e- =NaTi2(PO4)3+2Na+
B.放电时Cl-透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移
C.放电时每转移1 mol电子,理论上CCl4吸收0.5 mol Cl2
D.充电过程中,NaCl溶液浓度增大
A
[解析]放电时,负极失电子,发生氧化反应,电极反应为Na3Ti2(PO4)3-2e- =NaTi2(PO4)3+2Na+,A正确;
放电时,阴离子移向负极,故Cl-透过多孔活性炭电极向NaCl溶液中迁移,B错误;
放电时正极反应为Cl2+2e- =2Cl-,转移1 mol电子,理论上CCl4释放出0.5 mol Cl2,C错误;
充电过程中,阳极反应为2Cl--2e- =Cl2,消耗Cl-离子,阴极消耗Na+,NaCl溶液浓度减小,D错误。
4. [2022·浙江卷] pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示,以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液,并插入Ag-AgCl电极)和另一Ag-AgCl电极插入待测溶液中组成电池,pH与电池的电动势E存在关系:pH=。下列说法正确的是(　 )
A.如果玻璃薄膜球内电极的电势低,则该电极反应式为
AgCl(s)+e- =Ag(s)+Cl-(0.1 mol·L-1)
B.玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化
C.分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的
电动势,可得出未知溶液的pH
D.pH计工作时,电能转化为化学能
C
[解析]如果玻璃薄膜球内电极电势低,则该电极为负极,电极反应式为Ag-e-+Cl- =AgCl,A项错误;
玻璃膜内外H+浓度存在差异,则会引起电极电势的变化,B项错误;
根据pH=,测量时以标准溶液标定pH计,然后测量待测液的pH,C项正确;
pH计工作原理为原电池原理,故为化学能转化为电能,D项错误。
5. [2021·辽宁卷] 如图,某液态金属储能电池放电时产生金属间化合物Li3Bi。下列说法正确的是 (　 )
A.放电时,M电极反应为Ni-2e- =Ni2+
B.放电时,Li+由M电极向N电极移动
C.充电时,M电极的质量减小
D.充电时,N电极反应为Li3Bi+3e- =3Li++Bi
B
[解析]由题干信息可知,放电时,M极由于Li比Ni更活泼,也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼,故M极作负极,电极反应式为Li-e- =Li+,N极为正极,电极反应式为3Li++3e-+Bi =Li3Bi。由分析可知,放电时,M电极反应为Li-e- =Li+,A项错误;
由分析可知,放电时,M极为负极,N极为正极,故Li+由M电极向N极移动,B项正确;
由二次电池的原理可知,充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程,M电极的电极反应为Li++e- =Li,故电极质量增大,C项错误;
充电时,N电极反应为Li3Bi-3e- =3Li++Bi,D项错误。