(共38张PPT)
第四章
化学反应与电能
第一节 原电池
第1课时 原电池的工作原理
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.在氧化还原反应中:
(1)氧化剂→ 电子→元素化合价 →被 →发生 反应。?
(2)还原剂→ 电子→元素化合价 →被 →发生 反应。?
(3)氧化剂、还原剂之间转移电子数目 。?
2.原电池是将 转化为 的装置,原电池内发生的反应属于 。?
得到
降低
还原
还原
失去
升高
氧化
氧化
相等
化学能
电能
氧化还原反应
知识铺垫
必备知识
正误判断
3.在下图装置中:
(1)锌片是 极,电极反应式是 ;铜片是 极,电极反应式是 。?
(2)总反应方程式是 。?
(3)外电路中电子由 片流向 片。?
负
Zn-2e-=Zn2+
正
2H++2e-=H2↑
Zn+2H+=Zn2++H2↑
锌
铜
知识铺垫
必备知识
正误判断
一、原电池的工作原理
1.构成条件
(1)具有两个 不同的电极。?
(2)合适的 溶液。?
(3)形成 回路(两电极用导线相连或互相接触并插入电解质溶液中)。?
(4)能自发地发生 反应。?
活泼性
电解质
闭合
氧化还原
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.装置图(以Zn-Cu原电池为例)
注:这种用盐桥连接的原电池也叫双液原电池。
知识铺垫
必备知识
正误判断
3.工作原理(以上述原电池为例)
负极
正极
流出
流入
氧化
还原
Zn-2e-=Zn2+
Cu2++2e-=Cu
Zn+Cu2+=Zn2++Cu
知识铺垫
必备知识
正误判断
【微思考1】盐桥在原电池装置中的作用是什么?
【微思考2】原电池工作时,阴、阳离子在电解质溶液中的运动方向是怎样的?
答案:①连接两个“半电池”,形成闭合回路;②盐桥中,阳离子移向正极区电解质溶液中,阴离子移向负极区电解质溶液中,使氧化还原反应持续进行,不断产生电流。
答案:原电池的电解质溶液中,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动。可简记为:正正负负[解释:正(指阳离子)→正(指正极)、负(指阴离子)→负(指负极)]。
知识铺垫
必备知识
正误判断
二、原电池的设计
从理论上讲,能自发进行的氧化还原反应均可以设计成原电池,实际设计时应注意以下几点:
1.外电路
负极( 较强的物质)
正极( 较强的物质)。?
2.内电路
将两电极浸入 中,阴、阳离子作 。?
还原性
氧化性
电解质溶液
定向运动
知识铺垫
必备知识
正误判断
3.闭合回路
负极
正极
知识铺垫
必备知识
正误判断
(1)原电池是把化学能转化为电能的一种装置。
( )
(2)原电池正极发生氧化反应,负极发生还原反应。
( )
(3)不能自发进行的氧化还原反应,通过原电池装置可以实现。
( )
(4)石墨棒不能用来作原电池的电极。
( )
(5)反应Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+能以原电池的形式来实现。
( )
(6)NaOH+HCl=NaCl+H2O可自发进行,可设计成原电池。
( )
(7)Zn-Cu-稀硫酸原电池中,正极“半电池”可为Cu-稀硫酸,负极“半电池”可为Zn-ZnSO4溶液。
( )
答案:(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)√
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
原电池工作原理
问题探究
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
1.Cu、Ag与稀硫酸能否设计成原电池?
2.外电路中电流方向与电子的流动方向有何关系?
3.试分析用镁、铝作电极,氢氧化钠溶液作电解质溶液构成原电池时的正、负极及电子得失情况。
答案:不能。Cu、Ag与稀硫酸都不能自发地发生氧化还原反应。
答案:电流方向与电子的流动方向相反。
答案:镁、铝、氢氧化钠溶液构成的原电池中,发生反应:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑,铝失去电子,应该作负极,H2O得到电子,镁作正极。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.两种原电池的比较
甲装置所示原电池俗称单液原电池,锌片、铜片用导线相连后,都插入到稀硫酸中,所以,锌片上失去的电子一部分通过导线流向铜片,形成电流,还有一部分,直接传递给溶液中碰撞到锌片上的氢离子,这一部分电子不形成电流,这种原电池供电效率不高,且电流在较短时间内就会衰减。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
乙装置所示原电池俗称双液原电池,锌片、铜片用导线相连后,锌片插入ZnSO4溶液中,铜片插入稀硫酸中,这样就避免了锌片与稀硫酸直接接触发生反应而造成的电能损失,锌失去的电子全部通过导线流向铜片,这种原电池供电效率高,且能提供较稳定的电流。
2.盐桥的作用
盐桥中通常装有含KCl饱和溶液的琼胶。当盐桥存在时,使两个半电池中的溶液连成一个通路。随着反应的进行,盐桥中的Cl-向硫酸锌溶液方向移动,K+向稀硫酸方向移动,使硫酸锌溶液和稀硫酸一直保持电中性,氧化还原反应得以继续进行,从而使电子不断从锌极流向铜极,能持续、稳定地产生电流。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例1依据氧化还原反应:2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。请回答下列问题:
(1)电极X的材料是 ;电解质溶液Y是 。?
(2)银电极为电池的 极,发生的电极反应为 ;X电极上发生的电极反应为 。?
(3)外电路中的电子是从 极流向 极。?
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
答案:(1)Cu
AgNO3溶液
(2)正 2Ag++2e-=2Ag
Cu-2e-=Cu2+
(3)负(Cu) 正(Ag)
解析:原电池中负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应,盐桥起到形成闭合回路、平衡电荷的作用。由总反应方程式可知,电极X的材料是Cu,发生氧化反应,电解质溶液Y是可溶性银盐溶液,常用AgNO3溶液。电极反应式如下,负极:Cu-2e-=Cu2+,正极:2Ag++2e-=2Ag。电子由负极(Cu)流出,经外电路流向正极(Ag)。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
判断原电池正、负极的方法
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
变式训练1锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
答案:C
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
原电池原理的应用
问题探究
1.若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀硫酸反应制取H2,哪种方法产生H2的速率大?
答案:粗锌。粗锌中的铁、碳可以与锌构成原电池,从而增大反应速率。
答案:不能;因为这个反应不是氧化还原反应,反应过程中没有电子的转移,不符合原电池的构成条件。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
3.X、Y、Z、W四块金属板分别用导线两两相连浸入稀硫酸中构成原电池。X、Y相连时,X为负极;Z、W相连时,电流方向是W→Z;X、Z相连时,Z极上产生大量气泡;W、Y相连时,W极发生氧化反应。根据所学内容判断四种金属的活动性顺序。
答案:四种金属的活动性顺序由强到弱是X>Z>W>Y。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
深化拓展
原电池原理的应用
(1)增大氧化还原反应速率
如实验室用Zn和稀硫酸反应制H2,常用粗锌,它产生H2的速率大。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸形成原电池,增大了锌与稀硫酸的反应速率,使产生H2的速率增大。
(2)比较金属的活动性强弱
原电池中,负极一般为活动性较强的金属,正极一般为活动性较弱的金属。
(3)设计原电池
原电池的设计一定要满足构成原电池的几个条件。设计思路:以自发的氧化还原反应为基础,把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应,从而确定电极反应,以两极反应为依据,确定电极材料及电解质溶液,最后画出装置图。
(4)寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例2某原电池总反应的离子方程式为2Fe3++Fe=3Fe2+,能实现该反应的原电池是( )
A.正极为Cu,负极为C,电解质为FeCl3溶液
B.正极为C,负极为Fe,电解质为Fe(NO3)3溶液
C.正极为Fe,负极为Zn,电解质为Fe2(SO4)3溶液
D.正极为Ag,负极为Fe,电解质为CuSO4溶液
答案:B
解析:将总反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应,即为负极Fe-2e-=Fe2+,正极2Fe3++2e-=2Fe2+,然后根据原电池的构成条件确定正、负极材料和电解质溶液。因此,本题负极必是Fe,正极可为比Fe活动性弱的金属或非金属导体,电解质溶液为含Fe3+的盐溶液,所以B项正确。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
(1)设计原电池原理:
原电池是一种将化学能转化为电能的装置,因此只有放热的氧化还原反应才可以设计成原电池。在电池中,通过电极和导线将电子转移变成了电子的定向移动,将氧化反应和还原反应分到两个电极上进行,使其成为两个“半反应”。
(2)设计原电池思路:
①电极材料的选择。负极一般是活动性强的金属材料,正极一般选用活动性比负极弱的金属材料或石墨等惰性电极。
②电解质溶液的选择。电解质溶液一般要能够与负极发生反应。
③保证设计出的原电池装置中,还原剂在负极上发生反应,氧化剂在正极上发生反应。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
变式训练2利用反应Zn+2FeCl3=ZnCl2+2FeCl2设计一个双液原电池。在下图方格内画出实验装置图,并注明电极材料,写出电极反应式。
正极材料为 ,电极反应式为 ;?
负极材料为 ,电极反应式为 。?
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
答案:
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
1.下列关于原电池的叙述中正确的是( )
A.原电池能将化学能转变为电能
B.原电池负极发生的电极反应是还原反应
C.原电池在工作时其正极不断产生电子,并经外电路流向负极
D.原电池的电极只能由两种不同的金属构成
答案:A
解析:原电池是将化学能转变为电能的装置,A正确;原电池负极失电子,发生的电极反应是氧化反应,B错误;原电池在工作时其负极不断产生电子,并经外电路流向正极,C错误;原电池的电极一般为活动性不同的两种金属或金属与非金属导体,D错误。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
2.用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有含KCl饱和溶液的琼胶)构成一个原电池(如图)。以下有关该原电池的叙述正确的是( )
①在外电路中,电子由铜电极流向银电极
②正极反应为Ag++e-=Ag
③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作
④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A.只有①②
B.①②④
C.只有②③
D.①③④
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
答案:B
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
3.(双选)(2020山东临沂高二检测)某原电池的离子方程式是Zn+Cu2+=Zn2++Cu,该原电池正确的组成是
( )
答案:AC
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
4.由锌片、铜片和200
mL稀硫酸组成的原电池如右图所示。
(1)原电池的负极反应式为?
,?
正极反应式为?
。?
(2)电流的方向是 。?
(3)一段时间后,当在铜片上放出1.68
L(标准状况)气体时,右侧烧杯中的H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时,共消耗 g锌,有 个电子通过了导线,原稀硫酸中c(H2SO4)= (设溶液体积不变)。?
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
5.选择适宜的材料和试剂设计一个原电池,以便完成下列反应:2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2。画出原电池的示意图并写出电极反应和电池总反应。
答案:原电池设计如下图:
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
解析:构成原电池的基本条件,也是进行原电池设计的基本依据。
(1)根据电池反应写出电极反应式。
(2)找出两电极材料。
(3)找出电解质溶液。
(4)形成闭合回路。第四章化学反应与电能
第一节 原电池
第1课时 原电池的工作原理
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
1.下列装置不可以组成原电池的是( )
解析C中的装置不能形成闭合回路。
答案C
2.如图所示装置,下列说法正确的是
( )
A.Cu为正极,Cu片上发生还原反应
B.Cu为正极,Cu片上发生氧化反应
C.Cu为负极,Cu片上发生还原反应
D.Cu为负极,Cu片上发生氧化反应
解析原电池中,活动性较弱的金属一般作正极,正极上发生还原反应。
答案A
3.下列反应不可用于设计成原电池的是( )
A.CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O
B.2CH3OH+3O22CO2+4H2O
C.Zn+2HClZnCl2+H2↑
D.4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3
解析自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。A项为非氧化还原反应,不能设计成原电池。
答案A
4.下列说法正确的是( )
A.原电池中,负极上发生的反应是还原反应
B.原电池中,电流的方向是负极—导线—正极
C.双液原电池中的盐桥也可以用金属导线代替
D.在原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极
解析A项,原电池负极上发生氧化反应;B项,电流的方向应是正极—导线—负极;C项,盐桥不能用导线代替。
答案D
5.某原电池反应的离子方程式为Fe+2H+Fe2++H2↑,则下列说法中正确的是( )
A.用稀硝酸作电解质溶液
B.用锌作原电池正极
C.用铁作负极,铁的质量不变
D.用铜作原电池正极
解析根据原电池反应可以确定原电池负极为Fe,电解质溶液可以为稀盐酸或稀硫酸等,但不能为稀硝酸,若为稀硝酸,则原电池反应为3Fe+8H++2N2NO↑+3Fe2++4H2O。
答案D
6.关于锌、铜和稀硫酸构成的原电池的下列说法中正确的是( )
A.锌是正极,铜是负极
B.电子从铜片经导线流向锌片
C.负极的反应式为2H++2e-H2↑
D.反应一段时间后,溶液的pH升高
解析锌比铜活泼,应为原电池的负极,铜为正极,则A项错误;电子从负极流向正极,即电子从锌片经导线流向铜片,故B项错误;锌为负极,发生氧化反应,负极的反应式为Zn-2e-Zn2+,故C项错误;正极上氢离子得电子发生还原反应,则氢离子浓度减小,所以反应一段时间后,溶液的pH升高,D项正确。
答案D
7.右图是某同学设计的原电池装置,下列叙述中正确的是
( )
A.电极Ⅰ上发生还原反应,作原电池的负极
B.电极Ⅱ的电极反应为Cu2++2e-Cu
C.该原电池的总反应为2Fe3++CuCu2++2Fe2+
D.盐桥中装有含氯化钾饱和溶液的琼胶,其作用是传递电子
解析A项,该原电池中,电极Ⅱ为负极,负极发生氧化反应,电极反应为Cu-2e-Cu2+,A、B两项均错误;C项,正极反应为2Fe3++2e-2Fe2+,电池总反应为2Fe3++CuCu2++2Fe2+,C项正确;D项,盐桥的作用是形成闭合回路,通过阴、阳离子的移动平衡两溶液中的电荷,故传递的是阴、阳离子,而不是电子,D项错误。
答案C
8.下列关于实验现象的描述不正确的是( )
A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中,铜片表面出现气泡
B.把镁条和铝条紧靠在一起浸入氢氧化钠溶液中,镁条表面出现气泡
C.把铜片插入三氯化铁溶液中,在铜片表面出现一层铁
D.把锌粒放入盛有稀盐酸的试管中,加入几滴氯化铜溶液,气泡放出速率增大
解析选项A形成原电池,铜片作正极,表面出现氢气泡;选项B也形成原电池,但在强碱性溶液中,铝可以反应,镁不能,铝失去电子作负极,镁作正极,表面出现氢气泡;C选项铜片把三价铁离子还原为亚铁离子,不能置换出金属铁;D选项锌能置换出铜,锌、铜形成无数微小原电池,增大气泡放出速率。
答案C
9.用A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。
装置
甲
乙
丙
现象
A不断溶解形成二价金属离子
C的质量增大
A上有气泡产生
根据实验现象回答下列问题:
(1)装置甲中负极的电极反应式是 。?
(2)装置乙中正极的电极反应式是 。?
(3)装置丙中溶液的pH (填“变大”“变小”或“不变”)。?
(4)四种金属的活动性由强到弱的顺序是 。?
解析装置甲、乙、丙均为原电池。甲中A不断溶解,则A为负极、B为正极,活动性A>B;乙中C的质量增大,即C电极上析出Cu,则B为负极,活动性B>C;丙中A上有气泡产生,则A为正极,活动性D>A,随着溶液中H+的消耗,溶液的pH变大。
答案(1)A-2e-A2+ (2)Cu2++2e-Cu
(3)变大 (4)D>A>B>C
提升能力跨越等级
1.(双选)(2020山东青岛高二检测)将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是( )
A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极
C.两烧杯中溶液的pH均增大
D.产生气泡的速率甲比乙大
解析图甲是一个原电池装置,负极(Zn):Zn-2e-Zn2+,正极(Cu):2H++2e-H2↑,形成原电池能增大产生氢气的速率;图乙中,Zn直接与稀硫酸反应生成H2:Zn+2H+Zn2++H2↑,甲、乙两烧杯中H2SO4均被消耗,溶液的pH均增大。
答案CD
2.有A、B、C、D四种金属。将A与B用导线连接起来浸入电解质溶液中,B不易腐蚀。将A、D分别投入等浓度盐酸中,D比A反应剧烈。将铜浸入B的盐溶液里,无明显变化;如果把铜浸入C的盐溶液里,有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是( )
A.D>C>A>B
B.D>A>B>C
C.D>B>A>C
D.B>A>D>C
解析A、B连接放入电解质溶液中,B不易腐蚀,说明活动性:A>B。A、D与等浓度盐酸反应,D比A反应剧烈,说明活动性:D>A。将铜浸入B的盐溶液里,无明显变化,说明活动性:B>铜。铜浸入C的盐溶液里,C析出,说明活动性:铜>C。综合比较,活动性由强到弱的顺序是:D>A>B>C。
答案B
3.(双选)获得“863计划和中科院一百人计划”支持的环境友好型铝碘电池已研制成功,电解质为AlI3溶液,已知电池总反应为:2Al+3I22AlI3。下列说法不正确的是( )
A.该电池负极的电极反应为:Al-3e-Al3+
B.电池工作时,溶液中的铝离子向负极移动
C.消耗相同质量的金属,用锂作负极时,产生电子的物质的量比铝多
D.正极的电极材料是单质碘
解析该电池中Al作负极,失电子,生成的Al3+向正极移动,故A正确,B不正确;碘单质能溶于水,是正极发生反应的物质,而不能作为电极材料,所以D不正确。
答案BD
4.如图所示的原电池装置,X、Y为两电极,电解质溶液为稀硫酸,外电路中的电子流向如图所示,对此装置的下列说法正确的是
( )
A.外电路的电流方向为:X→外电路→Y
B.若两电极分别为Zn和石墨棒,则X为石墨棒,Y为Zn
C.若两电极都是金属,则它们的活动性为X>Y
D.X极上发生的是还原反应,Y极上发生的是氧化反应
解析由图可知,电子的流动方向是X→外电路→Y,则电流的方向就为Y→外电路→X;X为原电池的负极,Y为正极;X极应发生氧化反应,Y极应发生还原反应。
答案C
5.图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是( )
A.甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)+Co2+(aq)Co(s)+Cd2+(aq)
B.反应2Ag(s)+Cd2+(aq)Cd(s)+2Ag+(aq)能够发生
C.盐桥的作用是形成闭合回路,并使两边溶液保持电中性
D.乙中有1
mol电子通过外电路时,正极有108
g
Ag析出
解析由甲可知,Cd的活动性强于Co,由乙可知,Co的活动性强于Ag,即Cd的活动性强于Ag,故Ag不能置换出Cd,B项错误。
答案B
6.如图所示,杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球,调节杠杆并使其在水中保持平衡,然后小心地向水槽中央滴入浓硫酸铜溶液,一段时间后,下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中,不考虑铁丝反应及两球的浮力变化)( )
A.杠杆为导体和绝缘体时,均为A端高B端低
B.杠杆为导体和绝缘体时,均为A端低B端高
C.当杠杆为绝缘体时,A端低,B端高;为导体时,A端高,B端低
D.当杠杆为绝缘体时,A端高,B端低;为导体时,A端低,B端高
解析若杠杆为导体则构成原电池,铁作负极失电子而溶解:Fe-2e-Fe2+,溶液中Cu2+在正极(铜极)得电子生成铜,铜球质量增大而下降,A端低,B端高;若杠杆为绝缘体,则铁球和CuSO4溶液发生置换反应生成Cu覆于铁球表面,质量增加,A端高,B端低。
答案D
7.(1)利用反应Cu+2FeCl3CuCl2+2FeCl2设计成如下图所示的原电池,回答下列问题:
写出电极反应式:
正极:
;?
负极:
。?
②图中X是 ,Y是 。?
③原电池工作时,盐桥中的 (填“阳”或“阴”)离子向X溶液方向移动。?
(2)控制适合的条件,将反应2Fe3++2I-2Fe2++I2设计成如图所示的原电池。
请回答下列问题:
①反应开始时,乙中石墨电极上发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为 。甲中石墨电极上发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为 。?
②电流表读数为0时,反应达到平衡状态,此时在甲中加入FeCl2固体,则乙中的石墨作 (填“正”或“负”)极,该电极的电极反应式为 。?
(3)利用反应2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O可制备CuSO4,若将该反应设计为原电池,其正极反应式为 。?
解析(1)该原电池中Cu作负极,电极反应式为Cu-2e-Cu2+;石墨作正极,电极反应式为2Fe3++2e-2Fe2+。X溶液应为FeCl3溶液,Y溶液应为CuCl2溶液。原电池工作时,盐桥中的阳离子向正极移动。
(2)①根据反应2Fe3++2I-2Fe2++I2,原电池的电极反应:负极2I--2e-I2,发生氧化反应;正极2Fe3++2e-2Fe2+,发生还原反应。
②当电流表读数为0时反应达平衡,此时,在甲中加入FeCl2固体,2Fe3++2I-2Fe2++I2平衡向左移动。因此,右侧石墨作正极,电极反应式为I2+2e-2I-;左侧石墨作负极,电极反应式为2Fe2+-2e-2Fe3+。
(3)Cu作负极,O2在正极上得电子:O2+4e-+4H+2H2O。
答案(1)①2Fe3++2e-2Fe2+ Cu-2e-Cu2+
②FeCl3 CuCl2 ③阳
(2)①氧化 2I--2e-I2 还原 2Fe3++2e-2Fe2+ ②正 I2+2e-2I-
(3)O2+4e-+4H+2H2O
8.(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池,两电极间连接一个电流计。
锌片上发生的电极反应: ;?
银片上发生的电极反应: 。?
(2)若该电池中两电极的总质量为60
g,工作一段时间后,取出锌片和银片洗净干燥后称重,总质量为47
g,试计算:
①产生氢气的体积(标准状况);
②通过导线的电量。(已知NA=6.02×1023
mol-1,1个电子所带的电量为1.60×10-19
C)
解析(1)锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池,锌片作负极,失电子发生反应:Zn-2e-Zn2+;溶液中H+在正极上得电子生成氢气。
答案(1)Zn-2e-Zn2+ 2H++2e-H2↑
(2)解:锌片与银片减少的质量等于生成氢气所消耗的锌的质量,设产生的氢气在标准状况下的体积为x。
Zn+2H+Zn2++H2↑
65
g
22.4
L
60
g-47
g=13
g
x
x=13
g×22.4
L÷65
g=4.48
L
反应消耗的锌的物质的量为:13
g÷65
g·mol-1=0.2
mol
通过导线的电量为:0.20
mol×2×6.02×1023
mol-1×1.60×10-19
C≈3.85×10
4
C
答:①产生氢气的体积是4.48
L;②通过导线的电量为3.85×104
C。
贴近生活拓展创新
某研究性学习小组欲探究原电池的形成条件,按下图所示装置进行实验并得到下表实验结果:
实验
序号
A
B
烧杯中的液体
灵敏电流计指针有无偏转
1
Zn
Zn
乙醇
无
2
Zn
Cu
稀硫酸
有
3
Zn
Zn
稀硫酸
无
4
Zn
Cu
苯
无
5
Cu
C
氯化钠溶液
有
6
Mg
Al
氢氧化钠溶液
有
分析上述实验,回答下列问题:
(1)实验2中电流由 (填“A”或“B”,下同)极流向 极。?
(2)实验6中电子由B极流向A极,表明负极是 (填“镁”或“铝”)电极。?
(3)实验5表明 。?
A.铜在潮湿空气中不会被腐蚀
B.铜的腐蚀是自发进行的
(4)分析上表有关信息,下列说法不正确的是 。?
A.相对活泼的金属一定作负极
B.失去电子的电极是负极
C.烧杯中的液体必须是电解质溶液
D.原电池中,浸入同一电解质溶液中的两个电极,是活泼性不同的两种金属(或其中一种是导电的非金属)
解析(1)原电池中,电流由正极流向负极,实验2中,Cu为正极,Zn为负极;(2)电子由负极流向正极,实验6中电子由B极流向A极,表明负极是Al;(3)实验5说明铜的腐蚀是自发进行的;(4)判断原电池负极时,不能简单地比较金属的活动性,要看反应的具体情况,如Al在强碱溶液中比Mg更易失电子,形成原电池时,Al作负极,Mg作正极,故A错误。
答案(1)B A (2)铝 (3)B (4)A(共37张PPT)
第2课时 化学电源
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.普通锌锰干电池
(1)构造示意图
(2)特点:放电之后不能充电,故称为一次电池。
2.充电电池——二次电池
(1)特点:放电时所进行的氧化还原反应,在充电时可以
进行,使电池恢复到放电前的状态。?
(2)实例: 电池、 电池、 电池等。?
锌筒
石墨棒
NH4Cl
逆向
铅酸蓄
镍氢
锂离子
知识铺垫
必备知识
正误判断
一、化学电池
将 能转化为 能的装置。?
1.分类
化学
电
失
得
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.优点
具有 高,供能稳定可靠,使用方便,易于维护等优点。?
3.判断电池优劣的主要标准
(1)比能量:即单位质量或单位体积所能输出电能的多少,单位“(W·h)/kg”或“(W·h)/L”。
(2)比功率:即单位质量或单位体积所能输出功率的大小,单位“W/kg”或“W/L”。
(3)电池可储存时间的长短。
能量转化率
知识铺垫
必备知识
正误判断
二、几种常见的化学电池
1.一次电池(以碱性锌锰电池为例)
(1)构造:
(2)组成:
正极: ;负极: ;电解质: 。?
(3)工作原理:
负极反应: ;?
正极反应:
;?
总反应:Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2。
MnO2
Zn
KOH
Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2
2MnO2+2e-+2H2O==2MnO(OH)+2OH-
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.二次电池(以铅酸蓄电池为例)
(1)构造:
(2)组成:正极: ;负极: ;电解质: 。?
PbO2
Pb
H2SO4
知识铺垫
必备知识
正误判断
(3)工作原理:
铅酸蓄电池是最常见的二次电池,其电极反应分为放电和充电两个过程。
①放电过程的电极反应、总反应:
负极:
;?
正极:
;?
总反应:Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。
②充电过程的电极反应、总反应:
阴极: (还原反应);?
阳极: (氧化反应);?
总反应:2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4。
③铅酸蓄电池的充、放电过程:
知识铺垫
必备知识
正误判断
【微思考1】铅酸蓄电池在放电一段时间后,正极、负极的质量将如何变化?
答案:铅酸蓄电池放电时,正极部分PbO2变为PbSO4,质量变大;负极部分Pb变为PbSO4,质量也变大。
知识铺垫
必备知识
正误判断
3.燃料电池(以酸性氢氧燃料电池为例)
(1)构造:
(2)工作原理:
负极反应:
;?
正极反应:
;?
电池反应:
。?
H2-2e-==2H+
知识铺垫
必备知识
正误判断
【微思考2】原电池的电极材料都必须是金属吗?正极、负极材料可以是同一种导电物质吗?
答案:原电池的电极材料可以是两种活动性不同的金属,也可以是一种金属与一种可导电的惰性材料(如石墨)。在燃料电池中,电极本身均不发生反应,故两极均可用惰性材料,如Pt电极。
知识铺垫
必备知识
正误判断
三、废旧电池的危害与处理
1.危害:废旧电池中常含有重金属、酸和碱等物质,如随意丢弃,会对生态环境和人体健康造成危害。
2.处理方法:回收处理。
知识铺垫
必备知识
正误判断
(1)碱性锌锰电池、铅酸蓄电池、锂离子电池都属于二次电池。
( )
(2)二次电池充电时,化学能转化为电能。
( )
(3)二次电池充电时发生的反应不能自发进行。
( )
(4)某些导电非金属单质、某些导电金属氧化物都可作原电池的电极。
( )
(5)燃料电池工作时需要点燃条件才可发生。
( )
(6)燃料电池的燃料可以是氢气、烃、甲醇、氨等物质。
( )
答案:(1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)√
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
化学电源电极反应式的书写
问题探究
1.溶液的酸碱性对书写电极反应式有何影响?
2.根据铅酸蓄电池正、负极和阴、阳极的电极反应式找出二次电池的放电、充电过程中电极反应的对应关系。
答案:在书写电极反应式时一定要注意电解质溶液的酸碱性。碱性电解质溶液中,电极反应式中不能出现H+;酸性电解质溶液中,电极反应式中不能出现OH-。
答案:二次电池放电时的负极反应与充电过程中阴极反应是互逆过程;放电时的正极反应与充电过程中的阳极反应是互逆过程。所以根据放电时的电极反应式很容易确定充电时的电极反应式。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
深化拓展
化学电源电极反应式的书写
(1)根据装置书写电极反应式
先分析题目给定的图示装置,确定原电池正、负极上的反应物质。
①负极:活泼金属或燃料失去电子生成阳离子;若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存,则该阴离子应写入负极反应式。
②正极:阳离子得到电子生成单质或O2得到电子,若反应物是O2,则有以下规律:
电解质溶液呈碱性或中性:O2+2H2O+4e-=4OH-;
电解质溶液呈酸性:O2+4H++4e-=2H2O。
③总反应式:正、负电极反应式在得失电子相等的前提下相加得到电池反应的总方程式。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
(2)给出总反应式,写电极反应式
如果给定的是总反应式,可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况),先写出反应相对较简单的一极的电极反应式,另一极的电极反应式可用总反应式减去已写出的电极反应式,即得结果。
(3)可充电电池电极反应式的书写
在书写可充电电池电极反应式时,要明确电池和电极,放电时为原电池,充电为放电的逆过程。
①放电时的负极与充电时的阳极均发生氧化反应,对应元素化合价升高。
②放电时的正极与充电时的阴极均发生还原反应,对应元素化合价降低。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
(4)电极反应式的书写过程归纳
①列物质,标得失:根据负极(阳极)发生氧化反应,正极(阴极)发生还原反应,判断出电极的产物,分析得失电子的数目,利用得失电子守恒配平。
②选离子,配电荷:根据溶液的酸碱性选择合适的离子,确保电极产物能在电解质溶液中稳定存在,然后利用电荷守恒进行配平。
③巧用水,配个数:通常介质为水溶液,根据需要选择水为反应物或生成物,利用质量守恒进行配平。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例1在碱性锌锰电池中,已知氢氧化钾为电解质,发生的电池总反应为Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列有关该电池的电极反应式的书写正确的是( )
A.负极反应式为Zn-2e-=Zn2+
B.负极反应式为Zn+2H2O-2e-=Zn(OH)2+2H+
C.正极反应式为2MnO2+2H++2e-=2MnO(OH)
D.正极反应式为2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-
答案:D
解析:在书写碱性电池的电极反应式时,方程式中不得出现H+。在碱性锌锰电池中,负极的Zn失去电子形成的Zn2+应该与OH-结合为Zn(OH)2。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
变式训练1(2019全国Ⅲ)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电池,结构如下图
ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。
下列说法错误的是( )
A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高
B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-=NiOOH(s)+H2O(l)
C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-=ZnO(s)+H2O(l)
D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
答案:D
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
常见的燃料电池
问题探究
1.燃料电池的两电极反应有何特点?
2.氢氧燃料电池在酸性电解质和碱性电解质中的总反应实质相同吗?
答案:两个电极均为惰性电极,本身不参与反应。在反应中燃料一般表现为失去电子,通入负极。常用的氧化剂是氧气,在反应中表现为得到电子,通入正极。
答案:相同,都为2H2+O2==2H2O。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
深化拓展
常见燃料电池的电极反应
在燃料电池中,电解质溶液参与电极反应,电解质酸碱性的改变,会引起电极反应的变化,但不影响燃料及O2的性质。
电极反应在遵守质量守恒定律、电荷守恒、电子得失守恒的同时,还要特别考虑电解质溶液是否参与反应。
(1)甲烷燃料电池。
电解质:KOH
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
(4)熔融盐燃料电池。
熔融盐燃料电池具有较高的发电效率,因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为负极反应物,空气与CO2的混合气为正极反应物,制得在650
℃下工作的燃料电池。有关的电池反应式为:
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例2一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是( )
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
答案:D
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
书写燃料电池的电极反应式应注意的问题
(1)电池的负极一定是可燃性气体失电子,发生氧化反应。电池的正极一定是助燃性气体(一般是O2)得电子,发生还原反应。
(2)电极材料一般不参加化学反应,只起传导电子的作用。
(3)电极反应式作为一种特殊的离子方程式,也必须遵循原子守恒、电荷守恒规律。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
变式训练2氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。右图为电池示意图,该电池电极表面镀了一层细小的铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定。请回答:
(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是 ,在导线中电子的流动方向为 (用a、b表示)。电池中的交换膜为阴离子交换膜,则溶液中OH-的移动方向为由 池移向 池(填“左”或“右”)。?
(2)负极反应式为 ,正极反应式为
。?
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
答案:(1)化学能转化为电能
A→b 右 左
(2)2H2+4OH--4e-==4H2O O2+2H2O+4e-==4OH-
解析:(1)原电池的实质是把化学能转化为电能;在原电池中,电子从负极经导线流向正极,氢氧燃料电池中通入H2的一极是负极,故电子由a流向b;溶液中OH-的移动方向为由右池移向左池。(2)H2在负极上失电子,因为电解质溶液是KOH溶液,故正极反应式为O2+2H2O+4e-==4OH-,负极反应式为2H2+4OH--4e-==4H2O。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
1.下列说法中错误的是( )
A.化学电池是将化学能转变成电能的装置
B.化学电池的种类包括一次电池、二次电池和燃料电池等
C.化学电池供能稳定可靠,使用方便,易于维护
D.废旧电池可以随意丢弃
答案:D
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
2.下列几种化学电池中,不属于可充电电池的是( )
A.碱性锌锰电池
B.手机用锂离子电池
C.汽车用铅酸蓄电池
D.玩具用镍氢电池
答案:A
解析:A项,碱性锌锰电池属于一次电池,不属于可充电电池,正确;B项,手机用锂离子电池属于可充电电池,错误;C项,汽车用铅酸蓄电池属于可充电电池,错误;D项,玩具用镍氢电池属于可充电电池,错误。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
3.(双选)(2019海南卷)微型银—锌电池可用作电子仪器的电源,其电极分别是Ag/Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液。电池总反应为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2,下列说法正确的是( )
A.电池工作过程中,KOH溶液浓度降低
B.电池工作过程中,电解质溶液中OH-向负极移动
C.负极发生反应Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2
D.正极发生反应Ag2O+2H++2e-=2Ag+H2O
答案:BC
解析:从电池总反应方程式分析,KOH未被消耗,H2O被消耗,溶液KOH的浓度增大,A项错误;负极发生反应Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2,OH-向负极移动,B、C项正确;电解质溶液为KOH溶液,正极反应中不应出现H+,正确的应为Ag2O+2H2O+2e-==2Ag+4OH-,D项错误。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
A.通氧气的电极为负极
B.参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7∶2
C.放电一段时间后,KOH的物质的量浓度不变
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
答案:B
解析:原电池中负极发生氧化反应,正极发生还原反应,通氧气的一极为正极,选项A不正确;根据电极反应式和电子守恒可知,参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7∶2,选项B正确;C项,由电极反应式可知,放电一段时间后,KOH的物质的量浓度减小,选项C不正确;C
向负极移动,选项D不正确。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
5.铅酸蓄电池的两极分别为Pb、PbO2,电解质溶液为H2SO4溶液,工作时的电池反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。下列结论正确的是( )
A.Pb为正极被氧化
B.溶液的pH不断减小
D.电解质溶液的密度不断减小
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
答案:D
解析:由题给电极反应可以看出,H2SO4不断被消耗,故溶液pH不断增大,H2SO4浓度减小,溶液密度减小,所以B错误,D正确;由Pb元素化合价的变化可以看出,Pb是负极,所以A错误;该电池工作时,外电路中,电子由Pb极流向PbO2极;内电路中,阴离子
移向负极,所以C不正确。第四章化学反应与电能
第一节 原电池
第2课时 化学电源
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
1.下列有关电池的叙述正确的是( )
A.手机用的锂离子电池属于一次电池
B.锌锰干电池中,锌电极是负极
C.氢氧燃料电池工作时氢气在负极被还原
D.太阳能电池的主要材料为二氧化硅
解析手机用的锂离子电池属于二次电池,A项错误;锌锰干电池中锌失去电子,发生氧化反应,作负极,B项正确;氢氧燃料电池工作时,氢气在负极失电子被氧化,C项错误;太阳能电池的主要材料为硅,光导纤维的主要材料是二氧化硅,D项错误。
答案B
2.据报道,锌电池可能取代目前广泛使用的铅酸蓄电池,因为锌电池容量更大,而且没有铅污染,其电池总反应为2Zn+O22ZnO,原料为锌粒、空气和电解质溶液。则下列叙述中正确的是( )
A.锌为正极,空气进入负极反应
B.电池中有1
mol
电子转移时消耗Zn的质量为65
g
C.正极发生氧化反应
D.电解质溶液肯定不是强酸溶液
解析因电池反应中有ZnO生成,故电解质溶液不可能为强酸溶液,否则ZnO会溶解。
答案D
3.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,故得到广泛应用。锌锰碱性电池以KOH溶液为电解液,电池总反应式为Zn(s)+2MnO2(s)+2H2O(l)Zn(OH)2(s)+2MnO(OH)(s)。
下列说法错误的是( )
A.电池工作时,锌失去电子
B.电池正极的电极反应式为2MnO2(s)+2H2O(l)+2e-2MnO(OH)(s)+2OH-(aq)
C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路中每通过0.2
mol电子,锌的质量理论上减小6.5
g
解析根据题意,该电池的负极材料是锌。电池工作时,锌本身失去电子而发生氧化反应,失去的电子由负极通过外电路移向正极;正极上,MnO2获得电子发生还原反应生成MnO(OH):2MnO2+2H2O+2e-2MnO(OH)+2OH-。反应中,外电路每通过0.2
mol电子,消耗掉0.1
mol锌,质量为6.5
g。
答案C
4.(2019浙江4月选考)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是( )
A.甲:Zn2+向Cu电极方向移动,Cu电极附近溶液中H+浓度增加
B.乙:正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-
C.丙:锌筒作负极,发生氧化反应,锌筒会变薄
D.丁:使用一段时间后,电解质溶液的酸性减弱,导电能力下降
解析Zn比Cu活泼,为负极,Zn失电子变Zn2+,电子经导线转移到铜电极,铜电极负电荷变多,吸引了溶液中的阳离子,因而Zn2+和H+迁移至铜电极,H+氧化性较强,得电子变H2,因而Cu极附近溶液中c(H+)减小,A项错误;Ag2O作正极,得到来自Zn失去的电子,被还原成Ag,结合KOH作电解质溶液,故电极反应式为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-,B项正确;Zn为较活泼电极,作负极,发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,锌溶解,因而锌筒会变薄,C项正确;铅酸蓄电池总反应式为PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O,可知放电一段时间后,H2SO4不断被消耗,因而电解质溶液的酸性减弱,导电能力下降,D项正确。
答案A
5.如图是某公司批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的构造示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子,电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应。该电池总反应式为2CH3OH+3O22CO2+4H2O。下列有关该电池的说法错误的是( )
A.右边的电极为电池的负极,b处通入的是空气
B.左边的电极为电池的负极,a处通入的是甲醇
C.电池负极的反应式为2CH3OH+2H2O-12e-2CO2+12H+
D.电池正极的反应式为3O2+12H++12e-6H2O
解析在电解质溶液中,阳离子从负极移向正极。从质子通过的方向可知,a处通入的为甲醇,为原电池的负极;b处通入的为空气,为原电池的正极。
答案A
6.高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。下列叙述不正确的是( )
A.放电时负极反应:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2
B.充电时阳极反应:Fe(OH)3+5OH--3e-Fe+4H2O
C.放电时每转移3
mol电子,正极有1
mol
K2FeO4被氧化
D.放电时正极附近溶液的碱性增强
解析该电池放电时,负极发生氧化反应:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,正极发生还原反应:Fe+4H2O+3e-Fe(OH)3+5OH-,正极附近溶液碱性增强,A、D正确,C不正确;充电时阳极发生氧化反应:Fe(OH)3+5OH--3e-Fe+4H2O,B正确。
答案C
7.下面是几种常见的化学电源示意图,有关说法不正确的是( )
A.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
B.干电池在长时间使用后,锌筒被破坏
C.铅酸蓄电池工作过程中,每通过2
mol电子,负极质量减小207
g
D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
解析在干电池中,Zn作负极,逐渐溶解,B项正确。铅酸蓄电池工作时,负极反应为Pb+S-2e-PbSO4,电极质量增大,C项错误。氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂储藏在电池内,且工作的最终产物是水,故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源,D项正确。
答案C
8.目前人们正研究开发一种高能电池——钠硫电池,它以熔融的钠、硫为两极,以Na+导电的β″-Al2O3陶瓷作固体电解质,反应为2Na+xSNa2Sx。以下说法正确的是( )
A.放电时,钠作正极,硫作负极
B.放电时,Na+向负极移动
C.充电时,钠极与外电源正极相连,硫极与外电源的负极相连
D.放电时,负极发生的反应是:2Na-2e-2Na+
解析放电时,负极失去电子发生氧化反应,正极得到电子发生还原反应,故钠作负极,硫作正极,A错误;放电时,阳离子向正极移动,B错误;充电时,钠极(负极)与外电源的负极相连,硫极(正极)与外电源的正极相连,C错误;放电时,负极发生失电子的氧化反应,D正确。
答案D
9.经过长时间的研发和多次展示后,科技工作者开发出了甲醇燃料电池,该电池反应为2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O。请回答下列问题:
(1)该燃料电池的电解质是 。
?
(2)由电池反应可知,放电时该电池的负极反应物为 ,该物质发生 反应,负极的电极反应式为 。
?
(3)电池使用过程中,当有0.5
mol电子转移时,消耗甲醇的质量是
g(结果保留两位小数)。
?
(4)放电一段时间后,通入O2的电极附近溶液的pH (填“升高”“不变”或“降低”)。?
解析(1)由电池反应可知,该电池的电解质是KOH。
(2)放电时负极上CH3OH发生氧化反应,正极上O2发生还原反应。正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,负极反应式为CH3OH+8OH--6e-C+6H2O。
(3)根据关系式CH3OH~6e-可知转移0.5
mol电子时,消耗甲醇约2.67
g。
(4)根据放电时正极的电极反应式可知,放电一段时间后,通入氧气的电极附近溶液的碱性增强,pH升高。
答案(1)KOH
(2)CH3OH(或甲醇) 氧化 CH3OH+8OH--6e-C+6H2O
(3)2.67 (4)升高
提升能力跨越等级
1.(2019江苏卷)氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是( )
A.一定温度下,反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)能自发进行,该反应的ΔH<0
B.氢氧燃料电池的负极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
C.常温常压下,氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2
L
H2,转移电子的数目为6.02×1023
D.反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)的ΔH可通过下式估算:ΔH=反应中形成新共价键的键能之和-反应中断裂旧共价键的键能之和
解析氢气与氧气反应生成水是可自发进行的放热的反应,ΔH<0,A项正确;氢氧燃料电池的负极反应为氧化反应,应是氢气在负极放电,B项错误;常温常压下,Vm大于22.4
L·mol-1,若常温常压下氢氧燃料电池消耗的氢气体积为11.2
L,则n(H2)<0.5
mol,转移电子数目小于6.02×1023,C项错误;反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)的ΔH=反应中断裂旧共价键的键能之和-反应中形成新共价键的键能之和,D项错误。
答案A
2.美国海军海底战事中心与麻省理工学院共同研制成功了用于潜航器的镁—过氧化氢燃料电池系统。其工作原理如图所示。以下说法中错误的是( )
A.电池的负极反应为Mg-2e-Mg2+
B.电池工作时,H+向负极移动
C.电池工作一段时间后,溶液的pH增大
D.电池总反应式是Mg+H2O2+2H+Mg2++2H2O
解析Mg-H2O2燃料电池中Mg作负极,电极反应为Mg-2e-Mg2+,Pt作正极,电极反应为H2O2+2H++2e-2H2O,总反应式为Mg+H2O2+2H+Mg2++2H2O,消耗H+,使溶液中c(H+)减小,pH增大,原电池中阳离子移向正极,即H+移向正极。
答案B
3.我国科学家发明的一种可控锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。其工作原理如图所示。
下列有关说法不正确的是( )
A.电池工作时,电子的流向:锂电极→导线→石墨电极
B.水既是氧化剂又是溶剂,有机电解质可用水溶液代替
C.电池总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑
D.该装置不仅可提供电能,还可提供清洁燃料氢气
解析A项,锂电极为负极,碳电极为正极,电子从负极流出,经导线流向正极,正确;B项,负极材料锂能与水反应,不可用水溶液代替有机电解质,错误;C项,电池总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑,正确;D项,由电池总反应知,该装置不仅可提供电能,还可提供清洁燃料氢气,正确。
答案B
4.(2019全国Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。下列说法错误的是( )
A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能
B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H++2MV+
C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3
D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
解析该过程是在室温条件下进行的,因此比现有工业合成氨的条件温和,同时还能提供电能,A项正确;阴极区发生的是得电子的反应,而左池中发生的是失电子的反应,B项错误;右池为正极区,氮气发生还原反应生成氨气,C项正确;左池中产生的氢离子通过交换膜向右池移动,即由负极区移向正极区,D项正确。
答案B
5.(双选)乙烯催化氧化成乙醛(CH3CHO)可设计成如图所示的燃料电池,下列说法正确的是( )
A.每有0.1
mol
O2反应,则迁移H+
0.4
mol
B.正极反应式为CH2CH2-2e-+2OH-CH3CHO+H2O
C.电子移动方向:电极a→导线→电极b
D.该电池为可充电电池
解析根据O2+4H++4e-2H2O知,每有0.1
mol
O2反应,则迁移H+
0.4
mol,A项正确;正极上氧气得电子,发生还原反应,电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,B项错误;放电时电子从电极a沿导线流向电极b,C项正确;充电时,不能生成乙烯和氧气,故该电池不是可充电电池,D项错误。
答案AC
6.(2018全国Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为:3CO2+4Na2Na2CO3+C,下列说法错误的是( )
A.放电时,Cl向负极移动
B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2
C.放电时,正极反应为:3CO2+4e-2C+C
D.充电时,正极反应为:Na++e-Na
解析放电时装置为原电池,阴离子向负极移动,A项正确;根据总反应可知,放电时二氧化碳在正极得电子被吸收,充电时又被释放出来,B项正确;放电时,负极上Na失电子,正极上CO2得电子,正极电极反应式为3CO2+4e-2C+C,C项正确;充电时阴极反应式为Na++e-Na,D项错误。
答案D
7.某新型可充电电池能长时间保持稳定的放电电压,该电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。
(1)放电时负极反应为 。?
(2)充电时Fe(OH)3发生 反应。?
(3)放电时电子在外电路由 极流向 极(填“正”或“负”)。?
(4)放电时1
mol
K2FeO4发生反应,转移电子数是 。?
解析放电时锌在负极发生氧化反应,电极反应是Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2;电子由负极流出,通过外电路流向正极;每1
mol
K2FeO4发生反应,转移电子3
mol,其数目为1.806×1024;充电时Fe(OH)3失去电子发生氧化反应。
答案(1)Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2 (2)氧化 (3)负 正 (4)1.806×1024
8.Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳,电解液是LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为4Li+2SOCl24LiCl+S+SO2↑。
请回答下列问题:
(1)电池的负极材料为 ,发生的电极反应为
。?
(2)电池正极发生的电极反应为?
。?
(3)SOCl2易挥发,实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2,有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中,实验现象是 ,反应的化学方程式为 ? 。?
(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行,原因是?
。?
解析(1)分析反应中元素的化合价变化,可得Li为还原剂(作负极),失电子:Li-e-Li+。
(2)SOCl2为氧化剂,得电子,从题给电池反应可推出产物为Cl-、S、SO2(或用总反应减去负极反应)。
(3)题中已给出信息:碱液吸收时的产物是Na2SO3和NaCl,则没有碱液吸收时的产物应为SO2和HCl,进而推出现象。
答案(1)Li Li-e-Li+
(2)2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2↑
(3)出现白雾,有刺激性气味气体生成 SOCl2+H2OSO2↑+2HCl↑
(4)构成电池的主要成分Li能与氧气、水反应,SOCl2也与水反应
贴近生活拓展创新
设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率。
限选材料:ZnSO4(aq)、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)、铜片、铁片、锌片和导线。
(1)完成原电池甲的装置示意图,并作相应标注。
甲
要求:在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。
(2)铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙,工作一段时间后,可观察到负极 。?
(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是 ,其原因是 。?
解析(1)金属活动性:Zn>Fe>Cu,根据带盐桥原电池的工作原理,ZnSO4(aq)/Zn(左)—CuSO4(aq)/Cu(右)、FeSO4(aq)/Fe(左)—CuSO4(aq)/Cu(右)和ZnSO4(aq)/Zn(左)—FeSO4(aq)/Fe(右),都能构成符合要求的原电池。
(2)根据无盐桥原电池的工作原理,Zn(负极)—CuSO4(aq)—Cu(正极)、Fe(负极)—CuSO4(aq)—Cu(正极),都能构成符合题目要求的原电池。在这样的原电池中,负极金属失去电子被氧化,溶液中的Cu2+移向正极,在正极上被还原为Cu。
(3)在原电池甲中,负极不与CuSO4溶液直接接触,所发生的化学反应只有原电池反应;而在原电池乙中,负极与CuSO4溶液直接接触,所发生的化学反应除原电池反应以外,还有非原电池反应,因此,在原电池甲和乙中,甲可更有效地将化学能转化为电能。
答案(1)
(2)电极逐渐溶解
(3)甲 原电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应,导致部分化学能转化为热能;原电池甲的负极不与所接触的电解质溶液发生化学反应,化学能在转化为电能的过程中损耗较小
