專(zhuān)題六 原電池的工作原理 化學(xué)電源

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1、專(zhuān)題六 原電池的工作原理 化學(xué)電源 考點(diǎn)一原電池及其工作原理 知識(shí)梳理 1 .概念：把 能轉(zhuǎn)化為 能的裝置。 2 .工作原理 以鋅銅原電池為例 電極名稱(chēng) 電極材料 電極反應(yīng) 反應(yīng)類(lèi)型 電子流向 鹽橋中置十移向 3.原電池的構(gòu)成條件 二良=1三三三 書(shū)二 A組練習(xí) 題組一原電池工作原理的考查 1 .下列裝置中能構(gòu)成原電池產(chǎn)生電流的是 ( ) 2 .有關(guān)電化學(xué)知識(shí)的描述正確的是 ( ) A. CaO+H2O===Ca(OH)2,可以放出大量的熱，故可把該反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，把其中的化學(xué) 能轉(zhuǎn)

2、化為電能 B.某原電池反應(yīng)為 Cu+2AgNO 3===Cu(NO3)2+2Ag ,裝置中的鹽橋中可以是裝有含瓊膠的 KCl飽和溶液 C.原電池的兩極一定是由活動(dòng)性不同的兩種金屬組成 D.理論上說(shuō)，任何能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計(jì)成原電池 題組二原電池正、負(fù)極的判斷 3 .下列有關(guān)原電池的說(shuō)法中正確的是 A.在內(nèi)電路中，電子由正極流向負(fù)極 B.在原電池中，相對(duì)較活潑的金屬作負(fù)極，不活潑的金屬作正極 C.原電池工作時(shí)，正極表面一定有氣泡產(chǎn)生 D.原電池工作時(shí)，可能會(huì)伴隨著熱能變化 4 .分析下圖所示的四個(gè)原電池裝置，其中結(jié)論正確的是 （ ） ① ② ③ ④

3、 A.①②中Mg作負(fù)極，③④中Fe作負(fù)極 B.②中Mg作正極，電極反應(yīng)式為 6H2O + 6e-===6OH-+ 3H2T C.③中Fe作負(fù)極，電極反應(yīng)式為 Fe— 2e ===Fe2 D.④中Cu作正極，電極反應(yīng)式為 2H +2e ===H2T 考點(diǎn)二原電池原理的應(yīng)用 ［知識(shí)梳理］ 1 .用于金屬的防護(hù) 使被保護(hù)的金屬制品作原電池 而得到保護(hù)。舉例說(shuō)明。 2 .設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源 3 .比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱 兩種金屬分別作原電池的兩極時(shí)，一般作 的金屬比作 的金屬活潑。 4 .加快氧化還原反應(yīng)的速率 。舉例說(shuō)明。 例題：原電池原理的應(yīng)用 1.電工經(jīng)常說(shuō)的一句口頭禪：“銅

4、接鋁，瞎糊弄”，所以電工操作上規(guī)定不能把銅導(dǎo)線(xiàn)與鋁導(dǎo) 線(xiàn)連接在一起使用，說(shuō)明原因： 2,請(qǐng)運(yùn)用原電池原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證 Cu”、Fe"氧化性的強(qiáng)弱。請(qǐng)寫(xiě)出電極反應(yīng)式，負(fù)極 ,正極, 并在方框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)裝置圖，要求用燒杯和鹽橋，并標(biāo)出外電路電子流向。 3 .有A、B、C、D、E五塊金屬片，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：① A、B用導(dǎo)線(xiàn)相連后，同時(shí)浸入稀 H2SO4 溶液中，A極為負(fù)極；②C、D用導(dǎo)線(xiàn)相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，電流由D一導(dǎo)線(xiàn)一 C; ③A、C相連后，同時(shí)浸入稀 H2SO4溶液中，C極產(chǎn)生大量氣泡；④B、D相連后，同時(shí)浸入 稀H2SO4溶液中，D極發(fā)生氧化反應(yīng)；⑤用惰性電極電解

5、含 B離子和E離子的溶液，E先析 出。據(jù)此，判斷五種金屬的活動(dòng)性順序是 （ ） A. A>B>C>D>E B. A>C>D>B>E C. C>A>B>D>E D. B>D>C>A>E 4 .把適合題意的圖像填在橫線(xiàn)上 （用A、B、C、D表示） A B C D (1)將等質(zhì)量的兩份鋅粉 a、b分別加入過(guò)量的稀硫酸，同時(shí)向 a中加入少量的 CuSO4溶液， 產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系是。 (2)將過(guò)量的兩份鋅粉 a、b分別加入定量的稀硫酸，同時(shí)向 a中加入少量的 CuSO4溶液，產(chǎn) 生出的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系是 (3)

6、將(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他條件不變，則圖像是 。 考點(diǎn)三化學(xué)電源 ［知識(shí)梳理］ 1 .堿性鋅鎰干電池 ——一次電池 總反應(yīng)式：Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH +Zn(OH)2。 正極反應(yīng)： ;負(fù)極反應(yīng)： 2 .鋅銀電池——一次電池 總反應(yīng)式：Zn + Ag2O + H 2O===Zn(OH) 2+ 2Ag。 正極反應(yīng)： ;負(fù)極反應(yīng)： 3 .二次電池(可充電電池) 鉛蓄電池是最常見(jiàn)的二次電池，負(fù)極材料是 ,正極材料是 。 (1)放電時(shí)的反應(yīng) 總反應(yīng)：Pb+ PbO2+ 2H2SO4===2PbSO4+ 2H2。。 正極反應(yīng)

7、： ;負(fù)極反應(yīng)： (2)充電時(shí)的反應(yīng) 總反應(yīng)：2PbSO4 + 2HzO===Pb+ PbO2+2H2SO4。 正極反應(yīng)： ;負(fù)極反應(yīng)： 4 .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?xún)煞N。 種類(lèi) 酸性 堿性 負(fù)極反應(yīng)式 正極反應(yīng)式 電池總反應(yīng)式 ［思考］ 1 .可充電電池充電時(shí)電極與外接電源的正、負(fù)極如何連接? (不考慮氫、氧 2 .鉛蓄電池是典型的可充電電池，它的正負(fù)極極板是惰性材料，請(qǐng)回答下列問(wèn)題 外電源 0- — — 1 的氧化還原): ⑴放電時(shí)電解液中 H2SO4的濃度將變 ; 當(dāng)外電路通過(guò)1

8、 mol電子時(shí)，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加 go (2)在完全放電耗盡 PbO2和Pb時(shí)，若按右圖連接，電解一段時(shí)間后， 則在A(yíng)電極上生成 , B電極上生成,此時(shí)鉛 蓄電池的正負(fù)極的極性將 3. (1)氫氧燃料電池以 KOH溶液作電解質(zhì)溶液時(shí)，工作一段時(shí)間后，電解質(zhì)溶液的濃度將 ,溶液的pH (填“減小”、“增大”或“不變”) (2)氫氧燃料電池以 H2SO4溶液作電解質(zhì)溶液時(shí)，工作一段時(shí)間后，電解質(zhì)溶液的濃度將 ,溶液的pH (填“減小”、“增大”或“不變”) A組練習(xí) 題組一 化學(xué)電源中電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě) 1 . Li-SOCl2電池可用于心臟起搏器。 該電池的電極材料分

9、別為鋰和碳， 電解液是LiAlCl 4-SOCI2。 電池的總反應(yīng)可表示為 4Li + 2SOCl2===4LiCl + S+ SO2 T。 請(qǐng)回答下列問(wèn)題： (1)電池的負(fù)極材料為 ,發(fā)生的電極反應(yīng)為 。 (2)電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)為 。 2 .鋁-空氣海水電池：以鋁板為負(fù)極，鉗網(wǎng)為正極，海水為電解質(zhì)溶液，空氣中的氧氣與鋁反應(yīng) 產(chǎn)生電流。電池總反應(yīng)為 4Al+3O2+6H2O===4Al(OH) 3 負(fù)極：；正極：。 題組二 不同介質(zhì)對(duì)燃料電池電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)的影響 3 .以甲烷燃料電池為例來(lái)分析在不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法： (1)酸性條件 燃料電池總反應(yīng)式：

10、CH4+2O2===CO2+2H2O ① 燃料電池正極反應(yīng)式：O2+4H+ + 4e-===2H2O ② ①一②X 2,得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式： 。 (2)堿性條件 燃料電池總反應(yīng)式： CH4+2O2+2NaOH===Na2co3 + 3H2O ① 燃料電池正極反應(yīng)式： Oz+2H2O+4e ===4OH ② ①一②X 2,得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式: 、. 2一 ⑶固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O ) 燃料電池總反應(yīng)式： CH4+2O2===CO2+2H2O ① 燃料電池正極反應(yīng)式： Oz+4e— ===2O2 ② ①一②X 2,得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式： 。 (4)熔融碳酸鹽(如：

11、熔融K2CO3)環(huán)境下 電池總反應(yīng)式：CH 4+2O2===COz+2H2O ① 正極電極反應(yīng)式： 。2+ 2CO2+ 4e ===2Co3 ② ①一②X 2,得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式： 。 考點(diǎn)四 鹽橋原電池的專(zhuān)題突破 ［知識(shí)梳理］ 1 .鹽橋的組成和作用 (1)鹽橋中裝有飽和的 KCl、KNO 3等溶液和瓊膠制成的膠凍。 (2)鹽橋的彳^用： 2 .單池原電池和鹽橋原電池的對(duì)比 e 絆片 硫酸銅溶液 圖1 銅片 圖1和圖2兩裝置的相同點(diǎn)：正負(fù)極、電極反應(yīng)、總反應(yīng)、反應(yīng)現(xiàn)象。 不同點(diǎn)：圖1中Zn在CuSO4溶液中直接接觸 Cu2+,會(huì)有一部分Zn與C

12、u”直接反應(yīng)，該裝 置中既有化學(xué)能和電能的轉(zhuǎn)化，又有一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了熱能，裝置的溫度會(huì)升高。 圖2中Zn和CuSO4溶液在兩個(gè)池子中， Zn與Cu2+不直接接觸，不存在 Zn與Cu2+直接反應(yīng) 的過(guò)程，所以?xún)H是化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了電能，電流穩(wěn)定，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。 關(guān)鍵點(diǎn)：鹽橋原電池中，還原劑在負(fù)極區(qū)，而氧化劑在正極區(qū)。 ［思考］ 1 .能用金屬代替鹽橋嗎？ 2 .在有鹽橋的銅鋅原電池中， 電解質(zhì)溶液的選擇為什么要與電極材料的陽(yáng)離子相同？如 Zn極對(duì) 應(yīng)的是硫酸鋅，能不能是氯化銅或者氯化鈉？ A組練習(xí) 題組一有關(guān)原電池原理的考查 電流計(jì) Cu(NOt)2 AgNG 海液 溶液

13、 1.某原電池構(gòu)造如下圖所示。下列有關(guān)敘述正確的是 ( ) A.在外電路中，電子由銀電極流向銅電極 B.取出鹽橋后，電流計(jì)的指針仍發(fā)生偏轉(zhuǎn) C.外電路中每通過(guò) 0.1 mol電子，銅的質(zhì)量理論上減小 6.4 g D.原電池的總反應(yīng)式為 Cu+2AgNO3===2Ag + Cu(NO3)2 2.如圖所示，杠桿 AB兩端分別掛有體積相同、質(zhì)量相等的空心銅球和空心鐵球，調(diào)節(jié)杠桿并 使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入濃 CUSO4溶液，一段時(shí)間后，下列有關(guān)杠桿 的偏向判斷正確的是(實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不考慮兩球的浮力變 CuSO4 濃溶液 彳t)() A.杠桿為導(dǎo)體或絕緣體時(shí)，

14、均為 A端高B端低 B.杠桿為導(dǎo)體或絕緣體時(shí)，均為 A端低B端高 C.當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時(shí)，A端低B端高 D.當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時(shí)， A端高B端低 題組二 可逆反應(yīng)與原電池的工作原理 3 .控制適合的條件， 將反應(yīng)2Fe3+ + 21=^2Fe2++l2設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。 下列判斷不 正確的是 ( ) A.反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng) B.反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，甲中石墨電極上 Fe”被還原 C.電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài) D.電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入 FeCl2固體，乙中的石 墨電極為負(fù)極 4 .已知在酸性條件下發(fā)生的反應(yīng)為 AsO3 +2I +2H+===

15、AsO3 + I2+H2O,在堿性條件下發(fā)生的反應(yīng)為 AsO3 + I2 + 2OH ===AsO4 +H2O+2I 設(shè)計(jì)如圖 裝置(C「C2均為石墨電極)，分別進(jìn)行下述操作: I .向B燒杯中逐滴加入濃鹽酸 n .向B燒杯中逐滴加入 40% NaOH溶液 結(jié)果發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針均發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 試回答下列問(wèn)題： (1)兩次操作中指針為什么發(fā)生偏轉(zhuǎn)？ (2)兩次操作過(guò)程中指針偏轉(zhuǎn)方向?yàn)槭裁聪喾?？試用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋之。 (3)操作［過(guò)程中 Ci棒上發(fā)生的反應(yīng)為 (4)操作n過(guò)程中 C2棒上發(fā)生的反應(yīng)為 ⑸操作n過(guò)程中，鹽橋中的 k+移向 燒杯溶液(填"A”或" B”)。

16、 1.根據(jù)下圖，下列判斷中正確的是 A.燒杯a中的溶液pH升高 B.燒杯b中發(fā)生還原反應(yīng) B組練習(xí) ( ) 電解質(zhì)溶液 C.燒杯a中發(fā)生的反應(yīng)為 2H+ + 2e「===H2 D.燒杯b中發(fā)生的反應(yīng)為 2c「―2e-===C12 2.研究人員研制出一種鋰水電池，可作為魚(yú)雷和潛艇的儲(chǔ)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(shí)加入水即可放電。關(guān)于該電池的下列說(shuō)法不正確的是 ( ) 3.鐵饃蓄電池又稱(chēng)愛(ài)迪生電池，放電時(shí)的總反應(yīng)為 Fe+Ni2O3 + 3H2O===Fe(OH)2 + 2Ni(OH) 2

17、 A.電池的電解液為堿性溶液，正極為 M2O3、負(fù)極為Fe B.電池放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為 Fe+ 2OH -2e ===Fe(OH)2 C.電池充電過(guò)程中，陰極附近溶液的 pH降低 D,電池充電時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)為 2Ni(OH) 2+2OH —— 2e-===刈2。3+3H2O 6.與MnO2-Zn電池類(lèi)似，K2FeO4-Zn也可以組成堿性電池， K2FeO4在電池中作為正極材料，其 A.水既是氧化劑又是溶劑 B.放電時(shí)正極上有氫氣生成 C,放電時(shí)OH一向正極移動(dòng) D.總反應(yīng)為 2Li + 2H2O===2LiOH +H2T 卜列有關(guān)該電池的說(shuō)法不正確的是 ( ) 用飽和硫酸鈾

18、、酚儆 溶整浸觸的彼默 5.腫一空氣燃料電池是一種堿性電池， 該電池放電時(shí)，負(fù)極的反應(yīng)式為 則該燃料電池的理論效率為 (燃料電池的理論效率是指電池所產(chǎn)生的最大電能與燃料電 池反應(yīng)所能釋放的全部能量之比，甲醇的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱 AH = - 726.5 kJ mol 1)o 9.鋁電池性能優(yōu)越， Al-AgO電池可用作水下動(dòng)力電源，其原理如圖所示。 4.將下圖所示實(shí)驗(yàn)裝置的 K閉合，下列判斷正確的 是() A. Cu電極上發(fā)生還原反應(yīng) B.電子沿 Zn 一a一 b一 Cu路徑流動(dòng) c.片刻后甲池中c(so4一)增大 D.片刻后可觀(guān)察到濾紙 b點(diǎn)變紅色 電極反應(yīng)為 該電池總反應(yīng)

19、的離子方程式為 7.在直接以甲醇為燃料的燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，負(fù)極的反應(yīng)式為 、正極的 反應(yīng)式為 。理想狀態(tài)下，該燃料電池消耗1 mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能為 702.1 kJ, Al2O3制得)的兩個(gè)作用是 O與鉛蓄電池相比，當(dāng)消耗相同 質(zhì)量的負(fù)極活性物質(zhì)時(shí)，鈉硫電池的理論放電量是鉛蓄電池的 8.如圖為鈉硫高能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。該電池的工作溫度為 320 C左右, 該電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為 電池反應(yīng)為 2Na + xS===Na2Sx,正極的電極反應(yīng)式為 。M(由 Na2。和 10.如圖所示，在不同的電解質(zhì)溶液中可以組成不同的電池。 (1)①當(dāng)電解質(zhì)溶液為

20、稀硫酸時(shí)， Fe電極是 (填“正”或 盤(pán)橋(■瓊脂一一 r 飽和KCI溶液) 1 mobLTZnSd 溶液 甲 I molLTCuS。* 溶薇 乙 “負(fù)”)極，其電極反應(yīng)式為 。 ②當(dāng)電解質(zhì)溶液為 NaOH溶液時(shí)，Al電極是(填“正”或 “負(fù)”)極，其電極反應(yīng)式為 。 (2)若把鋁改為鋅，電解質(zhì)溶液為濃硝酸，則 Fe電極是(填“正” 或“負(fù)”)極，其電極反應(yīng)式為 。 11 .氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。如圖所示為電池示意 圖，該電池電極表面均勻地鍍一層細(xì)小的鉗粉，鉗吸附氣體的能力強(qiáng)，性質(zhì)穩(wěn)定。 請(qǐng)回答下列問(wèn)題： (1)氫氧燃料電池能量轉(zhuǎn)化的主要形式是,

21、在導(dǎo)線(xiàn)中電子流動(dòng)的方向?yàn)?(用a、b表不)。 (2)負(fù)極反應(yīng)式為 (3)電極表面鍍鉗粉的原因?yàn)?。 (4)該電池工作時(shí)，H2和02連續(xù)由外部供給，電池可連續(xù)不斷地提供電能，因此大量安全儲(chǔ) 氫是關(guān)鍵技術(shù)之一。金屬鋰是一種重要的儲(chǔ)氫材料，吸氫和放氫原理如下： I .2Li + H2=====2LiH n .LiH + HzO===LiOH + H2 T ①反應(yīng)i中的還原劑是 ，反應(yīng)n中的氧化劑是 。 ②已知LiH固體的密度為0.82 g cm 3o用鋰吸收224 L(標(biāo)準(zhǔn)》犬況中2,生成的LiH體積與被 吸收的H2體積之比為。 ③由②生成的LiH與H2O反應(yīng)放出的H2用作電池燃料，若

22、能量的轉(zhuǎn)化率為 80%,則導(dǎo)線(xiàn)中 通過(guò)電子的物質(zhì)的量為 mol。 12 . (1)分析如圖所示的四個(gè)裝置，回答下列問(wèn)題: ①裝置 a和b中鋁電極上的電極反應(yīng)式分別為 ②裝置c中產(chǎn)生氣泡的電極為 電極(填“鐵”或“銅”)，裝置d中銅電極上的電極 反應(yīng)式為。 (2)觀(guān)察如圖所示的兩個(gè)裝置， 圖1裝置中銅電極上產(chǎn)生大量的無(wú)色氣泡， 圖2裝置中銅電極 上無(wú)氣體產(chǎn)生，而銘電極上產(chǎn)生大量的有色氣體。 根據(jù)上述現(xiàn)象試推測(cè)金屬銘具有的兩種重要化 學(xué)性質(zhì)為、。 Cr1*(叫) 稀硫幡 圖I 圖2 13 .某研究性學(xué)習(xí)小組根據(jù)反應(yīng) 2KMn

23、O 4+ 10FeSO4+ 8H2SO4===2MnSO4+ 5Fe2(SO4)3+ K2SO4 + i 8H2O設(shè)計(jì)如下原電池，其中甲、乙兩燒杯中各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度均為 1 mol L-,溶披的 體積土勻?yàn)?00 mL,鹽橋中裝有飽和 K2SO4溶液。 回答下列問(wèn)題: (1)此原電池的正極是石墨 (填“a”或" b”)，發(fā)生 反應(yīng)。 (2)電池工作時(shí)，鹽橋中的 so4一移向(填“甲”或“乙”)燒杯。 (3)兩燒杯中的電極反應(yīng)式分別為 甲, 乙。 (4)若不考慮溶液的體積變化， MnSO4濃度 KMnd、MnSO 氏Sd混合溶液 石果b 三三 Fe3(SOj

24、3. 混合溶液 (V2 +、V3+、VO2+ 變?yōu)?.5 mol L \則反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子為 mol。 14 .全鈕液流電池是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動(dòng)液態(tài)的電池，目前鋰電池技術(shù)已經(jīng)趨近成熟。下圖 是鋰電池基本工作原理示意圖： 請(qǐng)回答下列問(wèn)題： (1)硫酸在電池技術(shù)和實(shí)驗(yàn)室中具有廣泛的應(yīng)用， 在傳統(tǒng)的銅鋅 原電池中，硫酸是 ,實(shí)驗(yàn)室中配制硫酸亞鐵時(shí)需 要加入少量硫酸，硫酸的作用是 。 (2)鋰電池是以溶解于一定濃度硫酸溶液中的不同價(jià)態(tài)的鋰離子 充電 VO2)為正極和負(fù)極電極反應(yīng)的活性物質(zhì)，電池總反應(yīng)為 VO2+ + V3++H2OO放電 V2++VO 2 + 2H + 放電時(shí)的正極反應(yīng)式為 , 充電時(shí)的陰極反應(yīng)式為 放電過(guò)程中，電解液的 pH(填“升高”、“降低”或“不變” )。 (3)鋰電池基本工作原理示意圖中“正極電解液”可能是 a. VO2、VO2+混合液 b. V3+、V”混合液 c. VO2溶液 d. VO 2+溶液 e. v"溶液 f. V”溶液 (4)能夠通過(guò)鋰電池基本工作原理示意圖中“隔膜”的離子是