人教新課標版高考第一輪復習原電池和化學電源教案

人教新課標版高考化學第一輪復習第6章第2節(jié)原電池和化學電源同步教案【考綱要求】1．了解原電池的工作原理，能寫出電極反應式和電池總反應式．2．了解常見化學電源的種類及其工作原理．【復習要求】1．了解原電池的工作原理。2．能寫出原電池的電極反應式和反應的總方程式。3．能根據(jù)氧化還原反應方程式設計簡單的原電池。4．能根據(jù)原電池原理進行簡單計算。5．熟悉常見的化學電源(一次電池、二次電池和燃料電池)，能分析常見化學電池工作原理，了解廢舊電池回收的意義?！窘昕记椤?．原電池的工作原理及電極反應式的書寫．2．了解常用化學電源的構(gòu)造及新型電源的工作原理，尤其是可充電電池的充放電過程．3．根據(jù)所給自發(fā)進行的反應設計原電池，并能繪制裝置圖.原電池為每年的必考題，主要是作為選擇題出現(xiàn)，考查新型的原電池比較多，起點高落點低，最終還是落到原電池基礎知識內(nèi)容，例如：北京10-6C、天津10-2、全國10-12、全國10-35、北京9-6、北京9-8、天津9-10、北京8-5、天津8-12等等都對原電池有所考查?！靖呖荚蹩肌浚?010全國卷1）右圖是一種染料敏化太陽能電池的示意圖。電池的一個點極由有機光敏燃料（S）涂覆在納米晶體表面制成，另一電極由導電玻璃鍍鉑構(gòu)成，電池中發(fā)生的反應為：（激發(fā)態(tài)）下列關于該電池敘述錯誤的是：A．電池工作時，是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能B．電池工作時，離子在鍍鉑導電玻璃電極上放電C．電池中鍍鉑導電玻璃為正極D．電池的電解質(zhì)溶液中I-和I3-的濃度不會減少【解析】B選項錯誤，從示意圖可看在外電路中電子由負極流向正極，也即鍍鉑電極做正極，發(fā)生還原反應：I3-+2e-=3I-；A選項正確，這是個太陽能電池，從裝置示意圖可看出是個原電池，最終是將光能轉(zhuǎn)化為化學能，應為把上面四個反應加起來可知，化學物質(zhì)并沒有減少；C正確，見B選項的解析；D正確，此太陽能電池中總的反應一部分實質(zhì)就是：I3-氧化還原3I-的轉(zhuǎn)化（還有I2+I-I3-），另一部分就是光敏有機物從激發(fā)態(tài)與基態(tài)的相互轉(zhuǎn)化而已，所有化學物質(zhì)最終均不被損耗！氧化還原【答案】B一、原電池1.概念：把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2.構(gòu)成條件（1）能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應。（2）電解質(zhì)溶液（構(gòu)成電路或參加反應）。（3）由還原劑和導體構(gòu)成負極系統(tǒng)，由氧化劑和導體構(gòu)成正極系統(tǒng)。（4）形成閉合回路（兩電極接觸或用導線連接）。二、化學電源【歸納總結(jié)】（一）原電池正、負極的判斷與電極反應式的書寫1.正、負極的判斷①原電池正、負極的判斷基礎是自發(fā)進行的氧化還原反應，如果給出一個方程式判斷正、負極，可以直接根據(jù)化合價的升降來判斷。發(fā)生氧化反應的一極為負極，發(fā)生還原反應的一極為正極。②判斷電極時，不能簡單地依據(jù)金屬的活潑性來判斷，要看反應的具體情況，如：a.Al在強堿性溶液中比Mg更易失電子，Al作負極，Mg作正極；b.Fe、Al在濃HNO3中鈍化后，比Cu等金屬更難失電子，Cu等金屬作負極，F(xiàn)e、Al作正極。原電池中正、負極的電極反應式作為一種特殊的離子方程式，對于強、弱電解質(zhì)的書寫形式，沒有嚴格的規(guī)定，但必須遵循原子守恒和電荷守恒規(guī)律。（二）原電池原理及其應用1.原電池原理利用氧化還原反應可將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽唧w如下：2.原電池原理在化工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科研中的應用（1）加快氧化還原反應的速率一個自發(fā)進行的氧化還原反應，設計成原電池時反應速率增大。例如，在Zn與稀H2SO4反應時加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反應速率加快。（2）比較金屬活動性強弱兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑。（3）用于金屬的防護使被保護的金屬制品作原電池正極而得到保護。例如，要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負極。（4）設計制作化學電源設計原電池時要緊扣原電池的構(gòu)成條件。具體方法是：①首先將已知氧化還原反應拆分為兩個半反應；②根據(jù)原電池的電極反應特點，結(jié)合兩個半反應找出正負極材料及電解質(zhì)溶液。a.電極材料的選擇在原電池中，選擇還原性較強的物質(zhì)作為負極；氧化性較強的物質(zhì)作為正極。并且，原電池的電極必須導電。電池中的負極必須能夠與電解質(zhì)溶液反應。b.電解質(zhì)溶液的選擇電解質(zhì)溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應，或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負極發(fā)生反應（如空氣中的氧氣）。但如果兩個半反應分別在兩個容器中進行（中間連接鹽橋），則左右兩個容器中的電解質(zhì)溶液應選擇與電極材料相同的陽離子。如在鋅—銅—硫酸構(gòu)成的原電池中，負極金屬鋅浸泡在含有Zn2+的電解質(zhì)溶液中，而正極金屬銅浸泡在含有Cu2+的溶液中。③按要求畫出原電池裝置圖。如根據(jù)以下反應設計的原電池：應用原電池原理可以設計任一自發(fā)的氧化還原反應的電池，但有的電流相當微弱。同時要注意電解質(zhì)溶液不一定參與反應，如燃料電池，水中一般要加入NaOH、H2SO4或Na2SO4等。（三）可充電電池理論分析1．可充電電池有充電和放電兩個過程，放電發(fā)生的是原電池反應，充電發(fā)生的是電解反應．充電的電極反應與放電的電極反應過程相反，充電時的陽極反應為放電時正極反應的逆過程，充電時的陰極反應為放電時負極反應的逆過程．以鉛蓄電池為例，該過程可結(jié)合圖示分析：2．書寫可充電電池的電極反應式，一般是先寫放電的電極反應，往往負極反應式較容易寫出，正極反應式較難寫出，此時可先書寫負極反應式，然后用電池反應式減去負極反應式即得正極反應式．書寫電極反應式時，不要忽略了兩極產(chǎn)生的離子是否與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應．原電池原理的考查主要從三個方面考查：一是外電路電子定向移動；二是電極上的氧化還原反應；三是溶液中離子運動，溶液中離子定向移動?！菊n堂鞏固】1．把A、B、C、D四塊金屬片浸入稀硫酸中，分別用導線兩兩相連可以組成原電池．A、B相連時A為負極；C、D相連時，電流由D→C；A、C相連時，C極上產(chǎn)生大量氣泡；B、D相連時，D極發(fā)生氧化反應．這四種金屬的活動順序是A．A＞B＞C＞DB．A＞C＞D＞BC．C＞A＞B＞DD．B＞D＞C＞A【答案】B【解析】A、B相連時A為負極，說明A比B活潑；C、D相連時，電流由D→C，則電子由C→D，所以C為失去電子的一極，C比D活潑；A、C相連時，C上產(chǎn)生氣泡，即C上發(fā)生的反應是2H＋＋2e－===H2↑，是還原反應，A比C活潑；B、D相連時D極發(fā)生氧化反應，則D為負極，四種金屬的活動順序為A>C>D>B.2．用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液，AgNO3溶液、導線和鹽橋(裝有瓊脂－KNO3的U型管)構(gòu)成一個原電池．以下有關該原電池的敘述正確的是①在外電路中，電流由銅電極流向銀電極②正極反應為：Ag＋＋e－===Ag③實驗過程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作④將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學反應與該原電池反應相同A．①②B．②③C．②④D．③④【答案】C【解析】①Cu為負極，電子由Cu電極流向Ag電極；③取出鹽橋，電池不能形成閉合回路，不能繼續(xù)工作．3.(2009·廣東高考)可用于電動汽車的鋁－空氣燃料電池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液，鋁合金為負極，空氣電極為正極．下列說法正確的是()A．以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液時，正極反應都為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．以NaOH溶液為電解液時，負極反應為：Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓C．以NaOH溶液為電解液時，電池在工作過程中電解液的pH保持不變D．電池工作時，電子通過外電路從正極流向負極【答案】A【解析】B項，以NaOH為電解液時，不應生成Al(OH)3沉淀，而應生成AlO2-.C項，電解液的pH應減?。瓺項，電子通過外電路從負極流向正極．【答案】D【答案】C【解析】甲醇燃料電池是甲醇在負極上發(fā)生氧化反應，氧氣在正極發(fā)生還原反應，故B、D錯誤；A項不是電極反應．【答案】D【解析】A項，放電時Li為負極，發(fā)生氧化反應；B項，充電時Li0.85NiO2既是氧化劑，又是還原劑；C項，用水作電解質(zhì)，Li要與水反應；D項，放電時，正極得電子而吸引陽離子Li＋.7.據(jù)《中國環(huán)境報》報道，近日，由美國賓夕法尼亞州立大學的科學家洛根率領的一個研發(fā)小組宣布，他們研制出一種新型的微生物燃料電池，可以把未經(jīng)處理的污水轉(zhuǎn)變成干凈用水和電源．閱讀上述信息，解答下列問題：(1)洛根設計的電池裝置：一個圓柱形的樹脂玻璃密閉槽，里面裝有8條陽極石墨棒，它們圍繞著一個陰極棒，密閉槽中間以質(zhì)子交換膜間隔，密閉槽外部以銅線組成閉合電路，用作電子流通的路徑．工作時，只需要把污水注入反應槽，然后細菌酶就可以將污水中的有機物分解，在此過程中釋放出電子和質(zhì)子．該過程中，釋放出的電子通過________(填“溶液”或“銅線”)流向________(填“負極”或“正極”)，而質(zhì)子則流向________(填“負極”或“正極”)；密閉槽中的質(zhì)子交換膜的作用是________；寫出陰極反應式：_____________________(提示：陰極反應有氧氣參與)．(2)這種燃料電池的燃料是廢水中的有機化合物，這些有機化合物在陽極附近被細菌分解，分解的產(chǎn)物除電子和質(zhì)子外還有________(填序號)．a(chǎn)．二氧化碳b．氫氣c．氧氣d．氮氣(3)這種新型微生物燃料電池最適宜處理的廢水是________(填序號)．a(chǎn)．硫酸廠廢水b．畜牧廠的廢水c．電鍍廠廢水d．生活污水【答案】(1)銅線正極正極使質(zhì)子穿過到達正極O2＋4H＋＋4e－===2H2O(2)a(3)bd【解析】(1)洛根設計的這種微生物燃料電池裝置中“膜”的作用是允許穿過特殊的離子，這種微生物燃料電池裝置的“膜”是為了讓氫離子穿過；負極附近細菌分解污水中的有機化合物被氧化，失去的電子沿外電路的導線到達正極，而氫離子從溶液中穿過“膜”到達正極，在正極電子、氫離子和氧氣一起生成水．【答案】C【解析】原電池負極發(fā)生的是氧化反應，可以排除選項B、D；因為該燃料電池的電解質(zhì)為磷酸，所以又可以排除選項A.9．依據(jù)氧化還原反應：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設計的原電池如圖所示．請回答下列問題：(1)電極X的材料是________；電解質(zhì)溶液Y是________；(2)銀電極為電池的________極，發(fā)生的電極反應為____________________________；X電極上發(fā)生的電極反應為____________________________；(3)外電路中的電子是從________電極流向________電極．【解析】(1)明確電池放電的過程即發(fā)生原電池反應的過程，其電池反應方程式為：Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，被氧化的Zn為負極，則Ag2O為正極．(2)從產(chǎn)物分別為金屬氧化物和金屬氫氧化物的實際來看，該電池的電解質(zhì)溶液應為堿性．(3)充電時發(fā)生電解池反應，Ag為陽極，Zn(OH)2為陰極，分別發(fā)生氧化反應和還原反應．11.鐵及鐵的化合物應用廣泛，如FeCl3可用作催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血劑等。(1)寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式___________________________________。(2)若將(1)中的反應設計成原電池，請畫出原電池的裝置圖，標出正、負極，并寫出電極反應式。正極反應________________________；負極反應________________________。(4)某科研人員發(fā)現(xiàn)劣質(zhì)不銹鋼在酸中腐蝕緩慢，但在某些鹽溶液中腐蝕現(xiàn)象明顯。請從上表提供的藥品中選擇兩種(水可任選)，設計最佳實驗，驗證劣質(zhì)不銹鋼易被腐蝕。有關反應的化學方程式______________________________，劣質(zhì)不銹鋼腐蝕的實驗現(xiàn)象____________________________________?！窘馕觥恳罁?jù)Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋沉淀時溶液的pH，利用Fe3＋的水解能力強，加入CuO與溶液中的H＋作用調(diào)節(jié)pH，促進Fe3＋的水解，使Fe(OH)3沉淀，從而達到分離Cu2＋和Fe3＋的目的。(1)FeCl3與Cu發(fā)生反應：2FeCl3＋Cu===CuCl2＋2FeCl2。(2)依據(jù)上述氧化還原反應，設計的原電池為：Cu作負極，C(石墨)為正極，F(xiàn)eCl3溶液作電解質(zhì)溶液。其中負極反應：Cu－2e－===Cu2＋正極反應：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋(3)根據(jù)沉淀Fe2＋、Fe3＋和Cu2＋的pH確定。首先將溶液中的Fe2＋氧化成Fe3＋，然后利用Fe3＋的水解：Fe3＋＋3H2O=Fe(OH)3＋3H＋，往溶液中加入CuO時，CuO與H＋作用從而使上述平衡右移。pH將逐漸增大，F(xiàn)e3＋轉(zhuǎn)化成Fe(OH)3沉淀而除去。(4)不銹鋼在CuSO4中發(fā)生置換反應：CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu從而在不銹鋼的表面析出了紅色Cu，這樣構(gòu)成了Cu－Fe原電池，加快了不銹鋼的腐蝕。驗證的方法是先使CuO與H2SO4作用生成CuSO4，然后把劣質(zhì)不銹鋼放入CuSO4溶液中，觀察表面是否有紅色物質(zhì)存在。【10真題精析】（2010重慶卷）29．（14分）釩（V）及其化合物廣泛應用于工業(yè)催化、新材料和新能源等領域．（1）V2O5是接觸法制硫酸的催化劑．①一定條件下，與空氣反應tmin后，和物質(zhì)的量濃度分別為amol/L和bmol/L,則起始物質(zhì)的量濃度為mol/L；生成的化學反應速率為mol/(L·min)．=2\*GB3②工業(yè)