资源简介

(共113张PPT)
第六章　化学反应中的能量变化
第20讲　原电池　化学电源
复习要点　1.理解原电池的构成、工作原理及应用，正确判断原电池的两极，能书写电极反应式和总反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理，了解燃料电池的应用，体会研制新型电池的重要性。3.能够认识和书写新型化学电源的电极反应式。
第*页
考点1　原电池的工作原理及应用
A基础知识重点疑难
1. 原电池的概念
氧化还原　
2. 工作原理
（1）两种原电池的比较
装置图
电极名称 负极 正极
电极材料 　锌　片 　铜　片
电极②反应
反应类型 　氧化　反应 　还原　反应
电子流向 由 　锌　片沿导线流向 　铜　片
离子迁移方向 阴离子向 　负　极迁移，阳离子向 　正　极迁移
电池反应方程式
锌　
铜　
氧化　
还原　
锌　
铜　
负　
正　
盐桥③ ①组成：盐桥中装有含饱和KCl溶液的琼脂。
②盐桥中的离子流向：盐桥中的阳离子（K＋）向正极区移动，阴离子（Cl－）向负极区移动。
③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[若没有盐桥，当反应进行到一定时间后，负极的正电荷增多而导致电子（负电荷）难以流出，正极负电荷增多也会导致电子流入困难，从而电池电流减弱]
两类装置的不同点 还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗 Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长
笔记：①（2024贵州）将Zn和ZnSO4溶液与Cu和CuSO4溶液组成双液原电池，连通后铜片上有固体沉积，可推出原电池中Zn作正极，Cu作负极（×）
②（2023湖北）铜锌原电池工作时，正极和负极同时发生反应，体现“事物的双方既相互对立又相互统一”的哲学观点（√）
③盐桥中离子不能与正、负极溶液中离子反应
（2）原电池正、负极的判断
①原电池正、负极的判断方法
②利用装置图判断正、负极
说明：原电池的正极、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。
3. 原电池在研究中的应用
（1）用于金属的防护
（2）增大反应速率
笔记：不能加入太多，否则生成的Cu包在Zn外层，阻止反应发生
正极　
CuSO4
浅绿　
气泡　
B题组集训提升能力
题组一　原电池的正负极判断
B
A. ①②中Mg作负极，③④中Fe作负极
A. 石墨作电池的负极材料
C. MnO2发生氧化反应
D
题组二　原电池的工作原理
A. Ag作原电池正极
B. 电子由Ag经活性炭流向Pt
D. 每消耗标准状况下11.2 L的O2，最多去除1 mol Cl－
B
A. 放电时负极质量减小
B. 储能过程中电能转变为化学能
C. 放电时右侧H＋通过质子交换膜移向左侧
B
解题感悟
原电池工作原理的模型
题组三　原电池原理的应用
5. 选择合适的图像填空：
解析：加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率。（1）a中Zn减少，H2体积减小，所以A图正确。
A　
解析：（2）由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多，a的反应速率快于b，所以B图正确。
B　
C　
答案：（1）如图：
解析：（1）先分析氧化还原反应，找出正负极反应，即可确定正负极及电解质溶液。
解析：（2）发生氧化反应的电极是负极，I－失电子。
解析：（3）反应达到平衡时，无电子流动，故无电流产生。
解析：（4）平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时FeCl2溶液失电子，正极变成负极。
无　
负　
第*页
考点2　化学电源
A基础知识重点疑难
1. 一次电池
（1）碱性锌锰电池
（2）锌银电池
②“加减法”书写电极反应式
第一步
第二步 判断哪个电极反应式简单③，写出该电极反应式，并使该电极反应式与电池总反应式转移的电子数目相等
第三步 用电池总反应式减去简单的电极反应式即得复杂的电极反应式
例如，锂锰电池（全称为锂－二氧化锰电池），正极活性物质是MnO2，电解质是溶于混合有机溶剂中的高氯酸锂（LiClO4）：
2. 二次电池
（1）铅酸蓄电池总反应
①放电时①的反应
②充电时的反应
（2）二次电池的解题技巧
①二次电池的解题模板
②二次电池题目的解答方法
a.二次电池有放电和充电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。
b.放电时的负极反应和充电时的阴极反应互为逆反应，放电时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。将负（正）极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴（阳）极反应式。充电时电极的连接可简记为“负接负后作阴极，正接正后作阳极”。
3. 燃料电池
笔记：（2024湖南）氢氧燃料电池具有能量转化率高、清洁等优点（√）
（1）燃料电池常用的燃料
H2、CO、烃（如CH4、C2H6）、醇（如CH3OH）、肼（N2H4）等。
（2）燃料电池常用的电解质
①酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；②碱性电解质溶液，如NaOH溶液；③熔融氧化物；④熔融碳酸盐，如K2CO3等。
（3）利用“加减法”书写燃料电池①电极反应式
写出电池总反应式
写出电池的正极反应式
根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式 电池的负极反应式＝电池总反应式－电池的正极反应式（反应式相减时，要彻底消去O2）
4. 学会解题
（2024·河北化学）我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg－CO2电池①，以Mg（TFSI）2为电解质，电解液中加入1，3－丙二胺（PDA）以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2＋的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。
②
B. 充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C. 充电③时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2＋向阴极迁移
D. 放电时，每转移1 mol电子，理论上可转化1 mol CO2
C
B题组集训提升能力
题组一　一次电池及电池反应式书写
A. 电池工作时，MnO2发生氧化反应
B. 电池工作时，OH－通过隔膜向正极移动
C. 环境温度过低，不利于电池放电
D. 反应中每生成1 mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×1023
C
2. （2024·新课标卷）一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。（血糖浓度以葡萄糖浓度计）
C
B. b电极上CuO通过Cu（Ⅱ）和Cu（Ⅰ）相互转变起催化作用
C. 消耗18 mg葡萄糖，理论上a电极有0.4 mmol电子流入
D. 两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a
A. 电池工作时，涉及光能转化为电能
B. 敏化TiO2电极是负极
D. 光敏化剂结构中，中心离子Ru2＋的配位数是6
C
解题感悟
陌生化学电源的电极反应式的书写
若已知电池总反应：
利用总反应式与上述的电极反应式相减，即得另一个较复杂的电极反应式。
题组二　新型二次电池
4. （2025·八省联考河南卷）我国科学家设计了一种水系S－MnO2可充电电池，其工作原理如图所示。
C
A. 充电时，电极b为阳极
B. 充电时，阳极附近溶液的pH增大
D. 放电时，溶液中Cu2＋向电极b方向迁移
A. 标注框内所示结构中存在共价键和配位键
C. 充电时，阴极被还原的Zn2＋主要来自Zn－TCPP
D. 放电时，消耗0.65 g Zn，理论上转移0.02 mol电子
C
A. 通入5.6 L O2完全反应后，有1 mol电子发生转移
C. 该电池工作时，正极附近溶液的碱性增强
D. 燃料电池的优点之一是燃料反应时化学能全部转化为电能
C
题组三　燃料电池
A. 电池内的O2－由电极乙移向电极甲
C. 当电极甲上有1 mol N2H4消耗时，电极乙上有22.4 L O2参与反应
D. 电池外电路的电子由电极乙移向电极甲
A
O2＋4e－
70％　
第*页
考点3　常考的新型电池
A基础知识重点疑难
1. 三种特殊的原电池
一般情况下，能自发进行的氧化还原反应可设计成原电池，但也存在一些特殊情况。
（1）沉淀反应、中和反应等非氧化还原反应也可以设计为原电池。如
类型 原理图及信息 电极反应式
①利用沉淀反应设计的原电池　
工作一段时间后两极均增重
类型 原理图及信息 电极反应式
②利用中和反应设计的原电池　
（2）利用离子浓度差也可以设计成原电池，即“浓差电池”，其总反应是一个体系的物理状态的变化。如
类型 原理图及信息 电极反应式
浓差
电池
闭合开关K后，电子由溶液浓度小的一极流出
（3）可逆的氧化还原反应也可设计成原电池，改变物质的浓度，电极反应式会发生变化。如
类型 原理图及信息 电极反应式
利用可逆氧化还原反应设计的原电池
2. 协同转化装置（原电池和电解池）
（1）特点：电极反应产物又发生了其他反应。
（2）解题关键：分清楚哪个是电极反应，哪个是电极区反应，要注意电极及电极区均可能存在多个反应。如：
CO2＋H2S协同转化装置实现了对天然气中CO2和H2S的高效去除。电极分别为ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应：
笔记：①电极反应化合价只升高或只降低
②协同反应化合价有升有降，并且EDTA－Fe2＋、EDTA－Fe3＋总量不变
3. 有机物电池
某电极有机物中碳原子的化合价变化不易判断，电极是发生氧化反应，为阳极（或负极），还是发生还原反应，为阴极（或正极），可通过以下四种方法判断：
（1）比较反应前后有机物分子式（或结构简式），得氢去氧为还原反应，得氧去氢为氧化反应。
（2）将有机物分子去掉“H2O”，剩余的部分再分析元素化合价，如C3H8O3去掉3个“H2O”后剩余“C3H2”，C3H6O3去掉3个“H2O”后剩余“C3”，则C3H8O3转化为C3H6O3可看作“C3H2”转化为“C3”，C的化合价升高，发生氧化反应。
（3）燃料电池中通入O2的电极发生还原反应，该电极为正极。
（4）有机反应中，分子结构整体变化不大时，分析局部价键变化。适用于分析结构复杂体系，根据常用电负性顺序：F＞O＞N＞C＞H＞Si，可以判断有机物中元素化合价的变化。
B题组集训提升能力
题组一　特殊的电池
B. b膜是阴离子交换膜
C. 生成1 mol H2O时，放出的电能与KOH和稀硫酸反应的中和热相等
D. 改变H2SO4溶液或KOH溶液的浓度，电压不会发生变化
A
B. 玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化
C. 分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH
D. pH计工作时，电能转化为化学能
C
解析：如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极，负极发生氧化反应而不是还原反应，A错误；已知pH与电池的电动势E存在关系：pH＝（E－常数）/0.059，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的变化，B错误；pH与电池的电动势E存在关系：pH＝（E－常数）/0.059，则分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH，C正确；pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误。
A. K＋向电极a移动
C. 理论上，当电极a释放22.4 L O2（标准状况下）时，KOH溶液质量减少32 g
D
A. 电子流向：B电极→用电器→A电极，该过程将化学能转化为电能
C. 若有机物为麦芽糖，处理0.25 mol有机物，12 mol H＋透过质子交换膜移动到右室
D. 若B电极上消耗标准状况下氧气56 mL，则A电极上生成1.64 g Y
C
题组二　协同转化电池和有机电池
A. 充电时，H＋向电极A迁移
B. 在放电过程中，可利用Br－及时清除电极B上的“死锰”（MnO2），提高充放电过程的可逆性
D. 放电时，在该环境下的氧化性：Cr2＋＜Mn3＋
C
A. 电极电势：M＜N
C. 工作一段时间后，装置中需要定期补充H2SO4和NaOH
D. 制取0.2 mol邻苯二酚类物质时，理论上有0.8 mol OH－透过膜a
C
第*页
限时跟踪检测
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
甲 乙 丙 丁
A. 装置甲在使用过程中，电池内部电子从Ag2O极通过隔板移向锌粉
B. 装置乙在使用过程中，电池外壳会逐渐变薄，容易出现漏液
C. 装置丙在使用过程中，电解质溶液的pH不会发生变化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. 葡萄糖发生还原反应
B. MnO2在正极失电子
C. H＋由a极移向b极
D. 当电路中转移0.1NA个电子时，生成0.1 mol葡萄糖内酯
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. Mg作原电池的正极
C. 反应初始阶段产生的是Mg（OH）2，后期会产生MgNH4PO4沉淀
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. 电极采用多孔结构的目的是更好地捕获甲烷与空气
C. 固体电解质中的O2－向多孔电极a移动
D. 当有0.8 g甲烷参与反应时，固体电解质中传递O2－的物质的量为0.2 mol
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. Li电极发生还原反应
B. 电子由Ni经辅助电极流向Li
D. 放电时，Li电极质量增加
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
C. 若有机化合物是乙酸，处理1 mol乙酸，有4 mol H＋由A电极区移向B电极区
D. 用该装置处理有机污水可降低能耗
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. 充电时a极与直流电源的负极相连
B. 放电过程中22.4 L O2（标准状况）参与反应时，有4 mol OH－由b极区向a极区迁移
D. 放电一段时间后，a极区c（KOH）大于b极区c（KOH）
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
B. 放电时，Li＋从负极脱嵌，经电解液和隔膜嵌入正极
D. 放电时，若转移0.2 mol电子，B电极将增重1.4 g
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. 充电时，a接电源正极
B. 充电时，K＋由a极区移向b极区
C. 放电时，消耗1 mol Co0.2Ni0.8OOH，外电路转移1 mol电子
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
解析：在充电时得到醇，则a电极上糠醛得到电子，所以a为阴极，接电源负极，A错误；充电时钾离子从b极区移动到a极区，B错误；放电时，消耗1 mol Co0.2Ni0.8OOH，则得到1 mol电子，外电路转移1 mol电子，C正确；放电时，负极应为糠醛失电子，D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. N极的电势低于M极的电势
B. 充电时双极膜中OH－向N极移动，放电时双极膜中H＋向N极移动
C. 若充电时制得1 mol NC（CH2）4CN，则放电时需生成0.5 mol O2，才能使左室溶液恢复至初始状态
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
0.1 mol　
图1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
（2）缓冲溶液应用在某种液钒电池中能稳定电池的输出电流，该电池装置示意图如图2所示：
图2
电池的总反应为Zn＋2VOSO4＋2H2SO4 ZnSO4＋V2（SO4）3＋2H2O。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
减小　
图2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
解析：②在充电时，H＋通过质子交换膜从B室进入A室，A室溶液中的CH3COO－与H＋结合成CH3COOH（或CH3COOH－CH3COONa溶液有缓冲作用），从而使c（H＋）的变化减缓。
充电时，H＋通过质子交换膜从B室
进入A室，A室溶液中的CH3COO－与H＋结合成CH3COOH（或CH3COOH－
CH3COONa溶液有缓冲作用），从而使c（H＋）的变化减缓　
图2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
（3）为了监测空气中NOx的含量，科学家成功研制出了一种NOx传感器，其工作原理示意图如图3所示：
图3
解析：（3）①阴离子移向负极，固体电解质中O2－移向负极。
负极　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
图4
3CO2＋4Na＋
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

展开更多......

收起↑