高考化学总复习9原电池化学电源优质课件PPT

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考试说明1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见的化学电源的种类及其工作原理。3.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。
考点一　原电池的工作原理1.概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。2.原电池的构成条件(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：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.工作原理以锌铜原电池为例
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
(2)盐桥的组成和作用①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。②盐桥的作用：①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电荷，使原电池不断产生电流。(3)图I中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2＋，会有一部分Zn与Cu2＋直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。图Ⅱ中Zn和CuSO4溶液分别在两个池子中，Zn与Cu2＋不直接接触，不存在Zn与Cu2＋直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。关键点：盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。
4.原电池正、负极判断方法
说明　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”的思维定势。
例1.正误判断，正确的划“√”，错误的划“×”(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极(　　)(2)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强(　　)(3)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应(　　)(4)其他条件均相同，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长(　　)(5)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生(　　)
例2.能用金属代替盐桥吗？答案　不可以，在电路接通的情况下，这个盐桥只是整个回路的一部分，随时要保持电中性，琼胶作为盐桥因其中含有两种离子，可以与溶液中的离子交换，从而达到传导电流的目的，而且琼胶本身可以容纳离子在其中运动；若用金属代替盐桥，电子流向一极后不能直接从另一极得到补充，必然结果就是向另一极释放金属阳离子或者溶液中的金属阳离子在电子流出的那一极得电子析出金属，从而降低了整个电池的电势。所以，只有自由电子是不够的，应该有一个离子的通道即“盐桥”。
例3.下列有关原电池的说法中正确的是(　　)A.在内电路中，电子由正极流向负极B.在原电池中，相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极C.原电池工作时，正极表面一定有气泡产生D.原电池工作时，可能会伴随着热能变化解析　A项，内电路中不存在电子的移动；B项，若是由铝、镁、氢氧化钠溶液构成的原电池，则负极是铝；C项，若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池，则正极表面析出铜，没有气泡产生。
例4.控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－ 2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是(　　)A.反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B.反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原C.检流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D.检流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的 石墨电极为负极
当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，检流计指针示数为零；当检流计指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。
解析　由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；检流计读数为零时，Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态，C正确；D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－ 2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。
考点二　原电池原理的“四”个基本应用1.用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。2.设计制作化学电源(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。(2)根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。3.比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。4.加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。
例1.电工经常说的一句口头禅：“铝接铜，瞎糊弄”，所以电工操作上规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用，试说明原因：_____________________________________________________________。
铜、铝接触在潮湿的环境中形成原电池，加快了铝的腐蚀，易造成电路断路
例2.将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液。请画出产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系图像。
变式1.将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，请画出产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系图像。
变式2.将例2中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，请画出产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系图像。
改变Zn与H＋反应速率的方法(1)加入Cu或CuSO4，形成原电池，加快反应速率，加入Cu不影响Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量减少，是否影响产生H2的量，应根据Zn、H＋的相对量多少判断。(2)加入强碱弱酸盐，由于弱酸根与H＋反应，使c(H＋)减小，反应速率减小，但不影响生成H2的量。
例3.有A、B、C、D四种金属，做如下实验：①将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀；②将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；③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.A＞B＞C＞D B.C＞D＞A＞BC.D＞A＞B＞C D.A＞B＞D＞C
解析　①A与B用导线连接后浸入电解质溶液中会构成原电池，B不易腐蚀，说明B为原电池的正极，说明金属活动性：A＞B；②A、D与等物质的量浓度的盐酸反应，D比A反应剧烈，说明金属活动性：D＞A；③根据置换反应规律，Cu不能置换出B，说明金属活动性：B＞Cu；Cu能置换出C，说明金属活动性：Cu＞C。则四种金属活动性的排列顺序是D＞A＞B＞C。
例4.请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱。请写出电极反应式，负极：_________________，正极：_____________________________，并在方框内画出实验装置图，要求用烧杯和盐桥，并标出外电路电子流向。
Cu－2e－===Cu2＋
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
“装置图”常见失分点提示1.不注明电极材料名称或元素符号。2.不画出电解质溶液(或画出但不标注)。3.误把盐桥画成导线。4.不能连成闭合回路。
考点三　化学电源的工作原理1.日常生活中的三种电池(1)碱性锌锰干电池——一次电池正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；负极反应： ；总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
(2)锌银电池——一次电池负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；总反应： 。(3)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 。
Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
①放电时的反应a.负极反应： ；b.正极反应： ；c.总反应：
注：可逆电池的充、放电不能理解为可逆反应。
(4)锂离子电池充放电分析常见的锂离子电极材料正极材料：LiMO2(M：C、Ni、Mn等)LiM2O4(M：C、Ni、Mn等)LiMPO4(M：Fe等)负极材料：石墨(能吸附锂原子)负极反应：LixCn－xe－===xLi＋＋nC正极反应：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－===LiMO2总反应：Li1－xMO2＋LixCn nC＋LiMO2
2.“高效、环境友好”的燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
3.化学电源中电极反应式书写的一般步骤“加减法”书写电极反应式(1)先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。(2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH－，若电解质溶液为酸性，则H＋必须写入正极反应式中，O2生成水。
(3)正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。(4)燃料电池的电极反应中，酸性溶液中不能出现OH－，碱性溶液中不能出现H＋，水溶液中不能出现O2－，而熔融电解质中O2被还原为O2－。
例1.可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？
例2.(1)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH_______。(填“减小”、“增大”或“不变”)(2)氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH________。(填“减小”、“增大”或“不变”)
“一池多变”的燃料电池例3.以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。(1)酸性介质(如H2SO4)负极：______________________________；正极：_________________________；总反应式：______________________。
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋2O2＋8e－＋8H＋===4H2O CH4＋2O2===CO2＋2H2O
(2)碱性介质(如KOH)负极：_________________________________；正极：________________________；总反应式：_________________________________。
2O2＋8e－＋4H2O===8OH－
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)负极：_______________________________；正极：__________________；总反应式：___________________________。
CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O2O2＋8e－===4O2－ CH4＋2O2===CO2＋2H2O
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下负极：___________________________________；正极：_______________________；总反应式：_________________________。
CH4＋2O2===CO2＋2H2O