浙江鸭2018版高考化学二轮复习第三编化学反应原理专题十电化学课件.ppt
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1、专题十 电化学,第三编 化学反应原理,考点一 原电池、化学电源,三年选考 五次真题,考点二 电解池、金属的腐蚀与防护(加试),1.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)工作原理,反应原理,Zn2e=Zn2,Cu22e=Cu,氧化反应,还原反应,原理归纳,Zn2e=Zn2,Cu22e=Cu,(3)原电池的构成条件 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)。 二看两电极:一般是活泼性不同的两电极。 三看是否形成闭合回路,形成闭合回路需三个条件: a.电解质溶液; b.两电极直接或间接
2、接触; c.两电极插入电解质溶液中。,(4)盐桥原电池(加试) 构造,盐桥的组成和作用 a.盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。 b.盐桥的作用:连接内电路,形成闭合回路;平衡电荷,使原电池不断产生电流。 c.盐桥含饱和KCl溶液,K移向正极,Cl移向负极。,单池原电池和盐桥原电池的对比,图1和图2两装置的相同点:正负极、电极反应、总反应、反应现象。 负极:_ 正极:_ 总反应:_,Zn2e=Zn2,Cu22e=Cu,ZnCu2=CuZn2,不同点:图1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转化成了电能,又有一部分化学能转
3、化成了热能,装置的温度会升高。 图2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。,2.常见化学电源 (1)碱性锌锰电池一次电池 电池组成:锌、碳棒、二氧化锰、氯化锌、氯化铵 特点:用途广泛 正极反应:2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH; 负极反应:Zn2OH2e=Zn(OH)2; 总反应:Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。,(2)银锌钮扣电池一次电池 电池组成:锌、氧化银、氢氧化钾溶液 特点:放电平稳,电流
4、大 负极反应:Zn2OH2e=Zn(OH)2; 正极反应:Ag2OH2O2e=2Ag2OH; 总反应:ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。,(3)铅蓄电池二次电池 电池组成:铅、二氧化铅、硫酸 特点:广泛用于机动车辆 铅蓄电池是最常见的二次电池,负极材料是Pb,正极材料是PbO2。 放电时的反应 a.负极反应:Pb 2e=PbSO4; b.正极反应:PbO24H 2e=PbSO42H2O。 充电时的反应 a.阴极反应:PbSO42e=Pb ; b.阳极反应:PbSO42H2O2e=PbO24H ; 总反应:PbO2Pb2H2SO4 2PbSO42H2O。,(4)镍氢电池二次电池 电池组成
5、:贮氢合金、泡沫氧化镍、氢氧化钾溶液 特点:寿命长、性能好、比能量高 放电时的反应 负极反应:MHeOH=MH2O; 正极反应:NiO(OH)eH2O=Ni(OH)2OH。 充电时的反应 阴极反应:MH2Oe=MHOH; 阳极反应:Ni(OH)2OHe=NiO(OH)H2O; 总反应:NiO(OH)MH Ni(OH)2M。 说明 可逆电池的充、放电不能理解为可逆反应。,(5)氢氧燃料电池 电池组成:铂碳/氢气、铂碳/氧气、氢氧化钾溶液(或H2SO4溶液) 特点:用于航天飞机、牵引车等。 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。,2H24e=4H,2H24OH4e=4H2O,O2
6、4e4H=2H2O,O22H2O4e=4OH,2H2O2=2H2O,1.下面装置中,能构成原电池的是_ (填序号)。,题组一 原电池的构成及工作原理,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,2.某小组为研究电化学原理,设计如图装置。下列叙述不正确的是,A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出 B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应:Cu22e =Cu C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均由蓝色逐 渐变成浅绿色 D.a和b分别连接直流电源正、负极,电压足够大时, Cu2向铜电极移动,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 A项,a、b不连接,铁与硫酸铜反应生
7、成硫酸亚铁和铜,铁上析出铜,正确; B项,a、b用导电连接,形成原电池,铁作负极,铜作正极,铜上铜离子得到电子生成铜,正确; C项,a、b是否连接,铁都溶解,溶液由硫酸铜变成硫酸亚铁,正确; D项,a连接电源的正极,作阳极,铜离子向铁电极移动,错误。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,3.下图为一种原电池,下列有关说法中正确的是,答案,解析,题组二 “盐桥”原电池(加试),A.甲中盛ZnSO4溶液,乙中盛CuSO4溶液,锌为阴极 B.乙中盛CuSO4溶液,Cu2在铜电极上被氧化 C.电池工作时,盐桥中的阳离子移向甲,阴离子移向乙,溶液仍保持电中性 D.在Zn极上发生的电极反应为Zn2e
8、=Zn2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 锌为负极,不是阴极,A项错误; Cu2在乙中得电子,被还原成Cu,B项错误; 甲中阳离子增多,故盐桥中阴离子进入甲,同理,盐桥中阳离子进入乙,C项错误; 金属Zn比Cu活泼,作负极,其电极反应式为Zn2e=Zn2,D项正确。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,4.某学生利用下面实验装置探究盐桥式原电池的工作原理。按照实验步骤依次回答下列问题:,答案,解析,(1)导线中电子流向为_(用a、b表示)。,由a流向b,解析 锌铜原电池中,锌比铜活泼,故锌为负极,铜为正极。原电池中,电子由负极流向正极,故电子的流向为ab。,1,2,3,4
9、,5,6,7,8,9,10,答案,解析,(2)写出装置中锌电极上的电极反应式:_。,Zn2e=Zn2,解析 Zn为负极,锌电极上的电极反应式为Zn2e=Zn2。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,答案,解析,(3)若装置中铜电极的质量增加0.64 g,则导线中转移的电子数目为_(用NA表示)。,0.02NA,解析 0.64 g铜的物质的量为0.01 mol,由电极反应式Cu22e=Cu可知,生成1 mol铜,转移2 mol电子,故生成0.01 mol铜,导线中转移0.02 mol电子,电子数目为0.02NA。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,答案,解析,(4)装置的盐桥中除添
10、加琼脂外,还要添加KCl的饱和溶液,电池工作时,对盐桥中的K、Cl的移动方向的表述正确的是_。 A.盐桥中的K向左侧烧杯移动、Cl向右侧烧杯移动 B.盐桥中的K向右侧烧杯移动、Cl向左侧烧杯移动 C.盐桥中的K、Cl都向左侧烧杯移动 D.盐桥中的K、Cl几乎都不移动,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 左侧烧杯中锌失电子变成锌离子,使得锌电极附近带正电荷,吸引阴离子向左侧烧杯移动,右侧烧杯中铜离子得到电子变成铜,使得铜电极附近带负电荷,吸引阳离子向右侧烧杯移动,故盐桥中的K向右侧烧杯移动、Cl向左侧烧杯移动。故选B。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析,题组三 原电池工
11、作原理应用化学电源的设计 (一)“常规”化学电源 5.(2017浙江省“七彩阳光”新高考研究联盟高三上学期考试)干电池模拟实验装置如图。下列说法不正确的是,答案,A.锌片作负极,碳棒作正极 B.电子从锌片流向碳棒,电流方向则相反 C.NH4Cl是电解质,在锌片逐渐消耗过程中 MnO2不断被氧化 D.该电池是一次电池,废旧电池中锌可回收,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 锌是活泼金属,则锌片作负极,碳棒作正极,A项正确; 原电池中电子从负极沿导线流向正极,电流从正极流向负极,B项正确; 以糊状NH4Cl作电解质,其中加入的MnO2被还原,C项错误; 该电池是一次电池,废旧电池中锌可
12、回收,D项正确。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,6.(2017丽水、衢州、湖州三地市9月教学质量检测)锌空气电池适宜用作城市电动车的动力电源,该电池放电时Zn转化为ZnO,其工作原理如图。下列说法正确的是 A.氧气在石墨电极上发生氧化反应 B.负极反应为ZnH2O2e=ZnO2H C.放电前后电解质溶液的pH基本不变 D.放电时OH向石墨电极移动,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 A项,氧气在石墨电极上发生得到电子的还原反应,错误; B项,溶液显碱性,负极反应为Zn2OH2e=ZnOH2O,错误; C项,总反应式为O22Zn=2ZnO,因此放电前后电解质溶
13、液的pH基本不变,正确; D项,放电时OH向负极即向锌电极移动,错误。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,(二)新型化学电源 类型一 “燃料”电池 7.(2017温州市高三9月选考适应性测试)一种酸性“二甲醚(CH3OCH3)直接燃料电池”具有启动快、能量密度高、效率好等优点,其电池原理如图所示。下列有关该电池的说法不正确的是,答案,解析,A.a电极是该电池的负极 B.b电极上发生的反应为O24H4e=2H2O C.H由a电极向b电极迁移 D.电池工作时,电子从a电极灯泡b电极电解液 a电极,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 二甲醚(CH3OCH3)直接燃料电池通入氧气的
14、一极为正极,所以a是负极、b是正极,故A正确; b是正极,O2得电子发生还原反应:O24H4e=2H2O,故B正确; 原电池中阳离子移向正极,H由a电极向b电极迁移,故C正确; 电池工作时,电子从a电极灯泡b电极,电解液中没有电子移动,故D错误。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,8.(2017绍兴一中高三限时训练)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是,答案,知识归纳,A.CH4H2O 3H2CO,1 mol CH4参加反应转移12 mol 电子 B.电极A为正极 C.电池工作时, 向电极B移动 D.O2在B电极上被还原,1,2,3,4,5,6,7,8,9,
15、10,不同“介质”下燃料电池电极反应式的书写,大多数学生感到较难。主要集中在:一是得失电子数目的判断,二是电极产物的判断。下面以CH3OH、O2燃料电池为例,分析电极反应式的书写: (1)酸性介质,如H2SO4:CH3OH在负极上失去电子生成CO2气体,O2在正极上得到电子,在H作用下生成H2O。电极反应式为 负极:CH3OH6eH2O=CO26H 正极: O26e6H=3H2O,知识归纳,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,(2)碱性介质,如KOH溶液:CH3OH在负极上失去电子,在碱性条件下生成 ,1 mol CH3OH失去6 mol e,O2在正极上得到电子生成OH,电极反应式为
16、负极:CH3OH6e8OH= 6H2O 正极: O26e3H2O=6OH (3)熔融盐介质,如K2CO3:在电池工作时, 移向负极。CH3OH在负极上失去电子,在 的作用下生成CO2气体,O2在正极上得到电子,在CO2的作用下生成 ,其电极反应式为 负极:CH3OH6e =4CO22H2O 正极: O26e3CO2=,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,(4)掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质,在高温下能传导正极生成的O2;根据O2移向负极,在负极上CH3OH失电子生成CO2气体,而O2在正极上得电子生成O2,电极反应式为 负极:CH3OH6e3O2=CO22H2O 正极: O26e=3
17、O2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,类型二 锂电池 9.(2017全国卷,11)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为16LixS8=8Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是,答案,解析,A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S62Li2e=3Li2S4 B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 g C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 A项,原电池电解质中阳离子移向正极,根据全固态锂硫电池
18、工作原理图示中Li移动方向可知,电极a为正极,正极发生还原反应,由总反应可知正极依次发生S8Li2S8Li2S6Li2S4Li2S2的还原反应,正确; B项,电池工作时负极电极方程式为Lie=Li,当外电路中流过0.02 mol电子时,负极消耗的Li的物质的量为0.02 mol,其质量为0.14 g,正确; C项,石墨烯具有良好的导电性,故可以提高电极a的导电能力,正确;,D项,电池充电时为电解池,此时电解总反应为8Li2Sx 16LixS8 (2x8),故Li2S2的量会越来越少,错误。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,类型三 新型可逆电池储氢电池 10.镍氢电池(NiMH)目前已
19、成为混合动力汽车的一种主要电池。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式:Ni(OH)2M=NiOOHMH。已知:6NiOOHNH3H2OOH=6Ni(OH)2 。下列说法正确的是 A.NiMH电池放电过程中,正极的电极反应式:NiOOHH2Oe =Ni(OH)2OH B.充电过程中OH从阳极向阴极迁移 C.充电过程中阴极的电极反应式:H2OMe=MHOH,H2O中的 H被M还原 D.NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 NiMH电池放电过程中,NiOOH得到电子,故正极的电极反应式为NiOO
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