2021高考化学一轮复习第6章化学反应与能量转化第21讲化学能转化为电能__电池学案

由天下分享时间：2024/9/30 0:23:38 加入收藏我要投稿点赞

第21讲化学能转化为电能——电池

目标要求 1.以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度认识原电池的工作原理，能设计简单的原电池。2.体会提高燃料的燃烧效率、开发高纯清洁燃料和研制新型电池的重要性。3.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用，了解原电池及其常见化学电源的工作原理；能利用相关信息分析化学电源的工作原理，开发新型电池。4.了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害，能利用电化学原理解释金属腐蚀现象，选择设计防腐措施。

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．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。理解应用

在如图所示的4个装置中，不能形成原电池的是______(填序号)，并指出原因__________ ____________________________________________________________________________。

答案 ①④ ①中酒精是非电解质；④中未形成闭合回路 3．工作原理

以锌铜原电池为例

(1)反应原理

电极名称电极材料电极反应反应类型电子流向盐桥中离子移向

(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：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。理解应用

“异常”原电池原理的深度分析 (1)铝铜浓硝酸电池

初期，活泼金属铝作负极被氧化，由于铝表面很快形成致密氧化物薄膜阻止反应继续进行，使铝钝化，钝化铝作正极，铜被浓硝酸氧化，作负极，电极反应：铜：Cu－2e===Cu；

钝化铝：2NO3＋2e＋4H===2NO2↑＋2H2O。 (2)镁铝烧碱溶液电池

镁不溶于烧碱，铝单质可溶于烧碱，铝作负极，镁作正极，电极反应，铝：2Al－6e＋4OH===2[Al(OH)4]；镁：6H2O＋6e===3H2↑＋6OH。

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

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＋

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2＋

负极锌片 Zn－2e===Zn 氧化反应－2＋2＋正极铜片 Cu＋2e===Cu 还原反应－由Zn片沿导线流向Cu片盐桥含饱和KCl溶液，K移向正极，Cl移向负极＋－作负极的思维定势。

(1)原电池工作时，正极表面一定有气泡产生(×) (2)Mg—Al形成的原电池，Mg一定作负极(×)

(3)在原电池中，正极材料本身一定不参与电极反应，负极材料本身一定要发生氧化反应(×) (4)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳(√) (5)铁铜原电池中，负极反应式为Fe—3e===Fe(×)

(6)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动(×) (7)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(×)

判断原电池正、负极的5种方法

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3＋

题组一原电池工作原理(不定项选择题)

1．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是( )

A．铜电极上发生氧化反应

B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO4)减小

2－

C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加

D．阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡答案 C

解析 A项，由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Cu得电子发生还原反应生成Cu，错误；B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c(SO4)不变，错误；C项，在乙池中Cu＋2e===Cu，同时甲池中的Zn通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M(Zn)>M(Cu)，故乙池溶液的总质量增加，正确；D项，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，错误。

2．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( )

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A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极

B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e===6OH＋3H2↑ C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e===Fe D．④中Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e===4OH 答案 BD

解析 ②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－6e===2[Al(OH)4]，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e===6OH＋3H2↑，B正确。

3．我国科学家在太阳能光电催化—化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法不正确的是( )

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光照

A．该装置的总反应为H2S催化剂=====H2＋S

B．能量转化方式主要为“光能→电能→化学能” C．a极上发生的电极反应为Fe－e===Fe D．a极区需不断补充含Fe和Fe的溶液答案 CD

解析该装置发生的有关反应为H2S＋2Fe===2H＋S＋2Fe(a极区)、2Fe－2e===2Fe(a光照＋－极)、2H＋2e===H2(b极)，这三个反应相加，结合反应条件得到总反应H2S催化剂=====H2＋S，故A、C正确；该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，故B正确；a极区涉及两步反应，第一步利用氧化态Fe高效捕获H2S得到硫和还原态Fe，第二步是还原态Fe在a极表面失去电子生成氧化态Fe，这两步反应反复循环进行，所以a极区无需补充含Fe和Fe的溶液，故D错误。

题组二聚焦“盐桥”原电池

4．(2020·咸阳高三模拟)根据下图，下列判断中正确的是( )

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3＋

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2＋3＋