2019届一轮复习人教版原电池化学电源学案(7)

2019届一轮复习人教版原电池化学电源学案(7)

原电池 化学电源 ‎【知识梳理】‎ 一、原电池 ‎1.概念：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： 以铜锌原电池为例 ‎ ‎ 注：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。‎ 电极名称 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 Zn－2e－===Zn2＋‎ Cu2＋＋2e－===Cu 反应类型 氧化反应 还原反应 电子流向 由Zn沿导线流向Cu 盐桥中离子移向 盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极 ‎3.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。‎ 注：原电池正、负极判断方法 ‎(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。‎ ‎【正误辨析】‎ 判断正误，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)带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长 (　　) ‎ 二、化学电源 ‎1.碱性锌锰干电池——一次电池 正极反应： ；‎ 负极反应： ；‎ 总反应： 。‎ ‎2.锌银电池——一次电池 正极反应： ；‎ 负极反应： ；‎ 总反应： 。‎ ‎3.二次电池(可充电电池)：铅蓄电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。‎ ‎(1)放电时的反应 正极反应： ；‎ 负极反应： ；‎ 总反应： 。‎ ‎ (2)充电时的反应 阳极反应： ；‎ 阴极反应： ；‎ 总反应： 。‎ ‎4.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。‎ 种类 酸性 碱性 负极反应式 正极反应式 电池总反应式 ‎2H2＋O2===2H2O ‎【归纳总结】‎ 以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：‎ ‎(1)酸性条件 正极反应式： ；‎ 负极反应式： ；‎ 总反应式： 。‎ ‎(2)碱性条件 正极反应式： ；‎ 负极反应式： ；‎ 总反应式： 。‎ ‎ (3)固体电解质(高温下能传导O2－)‎ 正极反应式： ；‎ 负极反应式： ；‎ 总反应式： 。‎ ‎ (4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下 正极反应式： ；‎ 负极反应式： ；‎ 三、金属的腐蚀和防护 ‎1.金属的腐蚀：M - ne- = Mn+‎ ‎(1)化学腐蚀与电化学腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀 含义 金属或合金直接与具有腐蚀性的化学物质接触发生氧化还原反应而消耗的过程 不纯金属或合金与电解质溶液接触发生原电池反应而消耗的过程 电子得失 金属直接将电子转移给有氧化性的物质 活泼金属将电子间接转移给氧化性较强的物质 电流 无电流产生 有微弱电流产生 实例 金属与Cl2、O2等物质直接反应 钢铁在潮湿的空气中被腐蚀 ‎(2)吸氧腐蚀和析氢腐蚀 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 发生条件 钢铁表面吸附的水膜中溶有O2并呈极弱酸性或中性。反应中O2得电子被还原 钢铁表面吸附的水膜中溶有CO2等呈现较强酸性。反应时有H2析出 电极反应 负极(Fe)—氧化反应:2Fe-4e-2Fe2+‎ 正极(C)—还原反应:O2+2H2O+4e-4OH-‎ 负极(Fe)—氧化反应:Fe-2e-Fe2+‎ 正极(C)—还原反应:2H++2e-H2↑‎ ‎2.金属腐蚀的防护方法 ‎(1)改变金属的组成结构。‎ ‎(2)在金属表面覆盖一层保护层,使金属与周围具有腐蚀性的气体和电解质溶液隔离。如在金属表面上喷漆、电镀或覆盖搪瓷,使表面钝化等。‎ ‎(3)电化学保护法。如把金属连接在电源的负极上,用外加电流阴极保护法,这样就能消除引起金属腐蚀的原电池反应;也可在金属上铆接比它更活泼的另一种金属,用牺牲阳极的阴极保护法,发生电化学腐蚀时是较活泼的金属被腐蚀而金属本身受到保护。‎ ‎【归纳总结】金属腐蚀快慢的判断 ‎(1)电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐蚀措施的腐蚀。‎ ‎(2)活动性不同的两金属,活动性差别越大,腐蚀越快。‎ ‎ (3)一般来说,对于同一种金属来说,腐蚀的快慢:强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。‎ ‎(4)对于同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。‎ ‎【典型例题】‎ ‎1．2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是（ ）‎ A．a为电池的正极 B．电池充电反应为LiMn2O4=Li1-xMn2O4+xLi C．放电时，a极锂的化合价发生变化 D．放电时，溶液中的Li+从b向a迁移 ‎2、下列有关叙述正确的是（ ）‎ ‎ A．碱性锌锰电池中，MnO2是催化剂 ‎ B．银锌纽扣电池工作时，Ag2O被还原为Ag C．放电时，铅酸蓄电池中硫酸浓度不断增大 ‎ ‎ D．电镀时，待镀的金属制品表面发生还原反应 ‎3、某原电池装置如图所示，电池总反应 为2Ag＋Cl2＝2AgCl。下列说法正确的是（ ）‎ A．正极反应为AgCl ＋e－＝Ag ＋Cl－‎ B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变 D．当电路中转移0.01 mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子 ‎4．下列电池工作时，O2在正极放电的是（ ）‎ A．锌锰电池 B．氢燃料电池 C．铅蓄电池 D．镍镉电池 ‎5、锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li+ 通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：‎ ‎（1）外电路的电流方向是由____极流向____极。（填字母）‎ ‎（2）电池正极反应式为_____________________________。‎ ‎（3）是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？____（填“是”或“否”），原因是____________________________________________。‎ ‎（4）MnO2可与KOH和KClO4在高温条件下反应，生成K2MnO4，反应的化学方程式为____________________________________________________，K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为______________。‎ ‎【随堂练习】‎ ‎1、热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为：PbSO4+2LiCl+CaCaCl2+Li2SO4+Pb。下列有关说法正确的是　(　　)‎ A、正极反应式:Ca+2Cl--2e-CaCl2‎ B、放电过程中,Li+向负极移动 C、每转移0.1 mol电子,理论上生成20.7 g Pb D、常温时,在正负极间接上电流表或检流计,指针不偏转 ‎2、“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是　(　　)‎ A、电池反应中有NaCl生成 B、电池的总反应是金属钠还原三价铝离子 C、正极反应为:NiCl2+2e-Ni+2Cl-‎ D、钠离子通过钠离子导体在两电极间移动 ‎3、银质器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2S的缘故,根据电化学原理可进行如下处理,在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的银器浸入该溶液中,一段时间后发现黑色会褪去,下列说法正确的是　(　　)‎ A、处理过程中银器一直保持恒重 ‎ B、银器为正极,Ag2S被还原生成单质银 C、该过程中总反应为2Al+3Ag2S6Ag+Al2S3 ‎ D、黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl ‎4、Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池,电池反应方程为:‎ ‎2AgCl+MgMg2++2Ag+2Cl-。有关该电池的说法正确的是　(　　)‎ A、Mg为电池的正极 B、负极反应为AgCl + e-Ag + Cl-‎ C、不能被KCl溶液激活 D、可用于海上应急照明供电 ‎5、Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如下。该电池工作时，下列说法正确的是　(　 　)‎ A、Mg电极是该电池的正极 B、H2O2在石墨电极上发生氧化反应 C、石墨电极附近溶液的pH增大 D、溶液中Cl-向正极移动 ‎6、人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。右图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是　(　　)‎ A、该过程是将太阳能转化为化学能的过程 B、催化剂a表面发生氧化反应,有O2产生 C、催化剂a附近酸性减弱,催化剂b附近酸性增强 D、催化剂b表面的反应是CO2+2H++2e-==HCOOH ‎7、下列金属防腐的措施中,使用外加电流的阴极保护法的是　(　　)‎ A、水中的钢闸门连接电源的负极 B、金属护栏表面涂漆 C、汽车底盘喷涂高分子膜 D、地下钢管连接镁块 ‎8、糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等,其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是　(　　)‎ A、脱氧过程是吸热反应,可降低温度，延长糕点保质期 B、脱氧过程中铁作原电池正极，电极反应为：Fe-3e-Fe3+‎ C、脱氧过程中碳作原电池负极，电极反应为：2H2O+O2+4e-4OH-‎ D、含有1.12 g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气336 mL(标准状况)‎ ‎9、下列与金属腐蚀有关的说法正确的是　(　　)‎ A、图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B、图b中，开关由M改置于N时，Cu-Zn合金的腐蚀速率减小 C、图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大 D、图d中，Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的 参考答案 ‎【正误判断】对错错对 ‎【化学电源】‎ ‎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：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；‎ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋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：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。‎ ‎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Pb，正极材料是PbO2。‎ ‎(1)放电时的反应 ‎①负极反应：Pb＋SO－2e－===PbSO4；‎ ‎②正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O；‎ ‎③总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。‎ ‎(2)充电时的反应 ‎①阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO；‎ ‎②阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO；‎ ‎③总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。‎ ‎4.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。‎ 种类 酸性 碱性 负极反应式 ‎2H2－4e－===4H＋‎ ‎2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极反应式 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 电池总反应式 ‎2H2＋O2===2H2O ‎【归纳总结】‎ 以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：‎ ‎(1)酸性条件 负极反应式：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ ‎ 正极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O ‎ 总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O ‎ ‎(2)碱性条件 负极反应式：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O 正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH 总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O ‎ ‎(3)固体电解质(高温下能传导O2－)‎ 负极反应式： CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O 正极反应式：O2＋4e－===2O2－ ‎ 总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O ‎ ‎(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下 负极反应式： CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O 正极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO ‎ 总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O ‎ ‎【典型例题】‎ ‎1、C ‎2、BD ‎3、D ‎4、B ‎5、（1）b a （2）MnO2+e—+Li+=LiMnO2 （3）否 电极Li是活泼金属，能与水反应 ‎（4）3MnO2+KClO3+6KOH 2K2MnO4+KCl+3H2O 2:1 ‎ ‎【随堂练习】‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ ‎9‎ D B B D C C A D B