
高考化学一轮复习 专题6第2单元 化学能转化为电能课件 苏教版.ppt
88页第二单元 化学能转化为电能第二单元 化学能转化为电能专题六 化学反应与能量变化专题六 化学反应与能量变化2013高考高考导导航航考纲要求考纲要求1.了解原电池的工作原理了解原电池的工作原理, 能写出电极能写出电极反应和电池反应方程式反应和电池反应方程式. 2.了解常见化学电源的种类及其工作.了解常见化学电源的种类及其工作原理原理. 命题热点命题热点1.判断电极、判断离子或电子的移动方判断电极、判断离子或电子的移动方向、判断电极上发生的反应类型向、判断电极上发生的反应类型. 2.判断电极附近或整个溶液的酸碱性.判断电极附近或整个溶液的酸碱性变化、判断电极反应式的正误等变化、判断电极反应式的正误等. 3.电极反应式和电池反应式的书写.电极反应式和电池反应式的书写. 命题热点命题热点4.某些反应速率加快的原因、画原电.某些反应速率加快的原因、画原电池的装置图和进行简单的有关计算等池的装置图和进行简单的有关计算等. 原电池在新技术、新科技中的应用原电池在新技术、新科技中的应用, 原原电池与生物、物理知识相互渗透如生物电池与生物、物理知识相互渗透如生物电池、废旧电池的危害电池、废旧电池的危害, 化学能与电能化学能与电能的转化等都将是高考试题的热点的转化等都将是高考试题的热点. 教教材材回回扣扣•夯夯实实双双基基一、原一、原电电池池1.概念.概念把把_________转转化化为为________的装的装置置. 2.工作原理.工作原理(以以铜锌铜锌原原电电池池为为例例)化学能化学能电能电能电极名称电极名称负极负极正极正极电极材料电极材料ZnCu电极反应电极反应________________________________________________反应类型反应类型 ________反应反应________反反应应电子流向电子流向由由Zn沿导线流向沿导线流向CuZn--2e--===Zn2++Cu2++++2e--===Cu氧化氧化还原还原3.原原电电池构成条件池构成条件(1)两个活两个活泼泼性不同的性不同的电电极极(常常见为见为金属或石墨金属或石墨). (2)将将电电极插入极插入电电解解质质溶液中溶液中. (3)两两电电极极间间构成构成闭闭合回路合回路. (4)能自能自发发地地进进行氧化行氧化还还原反原反应应. 思想感悟思想感悟用活用活泼泼性不同的两种金属作性不同的两种金属作为电为电极极形成原形成原电电池池时时, 较较活活泼泼的金属一定是原的金属一定是原电电池的池的负负极极吗吗??【【提示提示】】 不一定不一定. 如将如将镁镁、、铝铝插入插入氢氢氧化氧化钠钠溶溶液中形成原液中形成原电电池池(如如图图), 镁较镁较活活泼泼, 但但因因为铝为铝与与氢氢氧化氧化钠钠溶液溶液发发生氧化生氧化还还原原反反应应, 铝铝被氧化是被氧化是负负极极, 则镁为则镁为正极正极. 二、常二、常见见的化学的化学电电源源1.一次.一次电电池池(锌锰锌锰干干电电池池)酸性酸性碱性碱性电极电极材料材料及电及电极反极反应式应式 正正酸性酸性碱性碱性电极电极材料材料及电及电极反极反应式 应式 负负Zn: Zn--2e--===Zn2++Zn:______________________________===Zn(OH)2 Zn++2OH----2e--酸性酸性碱性碱性填填充充物物ZnCl2、、NH4Cl和和淀粉糊做成的电解淀粉糊做成的电解质溶液质溶液, 另有另有MnO2和炭黑和炭黑MnO2代替了代替了酸性锌锰干酸性锌锰干电池中的电池中的NH4Cl酸性酸性碱性碱性电池电池总反总反应式应式2MnO2++Zn++2H2O===2MnOOH++Zn(OH)2优劣优劣比较比较制作简单制作简单, 价格价格便宜便宜, 但放电时但放电时间短间短, 放电后电放电后电压下降快等压下降快等电压稳定电压稳定, 持久持久耐用耐用, 但生产工但生产工艺要求高艺要求高2.二次二次电电池池(可充可充电电电电池池)铅铅蓄蓄电电池是常池是常见见的二次的二次电电池池, 负负极材极材料是料是______, 正极材料是正极材料是________. (1)放放电时电时的反的反应应①①负负极反极反应应:________________________PbPbO2酸性酸性碱性碱性负极反负极反应式应式2H2--4e--===4H++2H2++4OH----4e--===4H2O正极正极反应式反应式O2++4H++++4e--===2H2OO2++2H2O++4e--===4OH--电池反电池反应式应式2H2++O2===2H2O考点串讲考点串讲•深度剖析深度剖析考点一 原考点一 原电电池正、池正、负负极的判断与极的判断与电电极极反反应应式的式的书书写写1.正、.正、负负极的判断极的判断2..电电极反极反应应式的式的书书写写(1)一般一般电电极反极反应应式的式的书书写写(2)复复杂电杂电极反极反应应式的式的书书写写如如CH4酸性燃料酸性燃料电电池中池中, 电电极反极反应应式式为为: CH4++2O2===CO2++2H2O……总总反反应应式式2O2++8H++++8e--===4H2O……正极反正极反应应式式CH4++2H2O--8e--===CO2++8H++……负负极反极反应应式式【【特特别别提醒提醒】】 (1)原原电电池正、池正、负负极极的判断基的判断基础础是氧化是氧化还还原反原反应应, 如果如果给给出一个方程式判断正、出一个方程式判断正、负负极极, 可以直接根据化合价的升降来判断可以直接根据化合价的升降来判断. 发发生氧化反生氧化反应应的一极的一极为负为负极极, 发发生生还还原反原反应应的一极的一极为为正极正极. (2)当两当两电电极都与极都与电电解解质质溶液反溶液反应时应时, 活活泼泼的的电电极作极作负负极极, 不活不活泼泼的的电电极作极作正极正极; 当只有一当只有一电电极与极与电电解解质质溶液反溶液反应时应时, 与与电电解解质质溶液反溶液反应应的的电电极作极作负负极极, 另一另一电电极作正极极作正极. 即即时应时应用用1..(2011·高考海南卷高考海南卷)根据下根据下图图, 下下列判断中正确的是列判断中正确的是(双双选选)( )A..烧烧杯杯a中的溶液中的溶液pH升高升高B..烧烧杯杯b中中发发生氧化反生氧化反应应C..烧烧杯杯a中中发发生的反生的反应为应为2H++++2e--===H2D..烧烧杯杯b中中发发生的反生的反应为应为2Cl----2e--===Cl2解析解析: 选选AB. 由由题给题给原原电电池装置可知池装置可知, 电电子子经过导线经过导线, 由由Zn电电极流向极流向Fe电电极极, 则则O2在在Fe电电极极发发生生还还原反原反应应: O2++2H2O++4e--===4OH--, 烧烧杯杯a中中c(OH--)增大增大, 溶液的溶液的pH升高升高. 烧烧杯杯b中中, Zn发发生氧化反生氧化反应应: Zn--2e--===Zn2++. 考点二 原考点二 原电电池原理的池原理的应应用用1.加快氧化.加快氧化还还原反原反应应的速率的速率一个自一个自发进发进行的氧化行的氧化还还原反原反应应, 设计设计成原成原电电池池时时反反应应速率增大速率增大. 例如例如, 在在Zn与稀硫酸反与稀硫酸反应时应时加入少量加入少量CuSO4溶液能使溶液能使产产生生H2的反的反应应速率加快速率加快. 2.比.比较较金属活金属活动动性性强强弱弱两种金属分两种金属分别别作原作原电电池的两极池的两极时时, 一般作一般作负负极的金属比作正极的金属极的金属比作正极的金属活活泼泼. 3.用于金属的防.用于金属的防护护使被保使被保护护的金属制品作原的金属制品作原电电池正极池正极而得到保而得到保护护. 例如例如, 要保要保护护一个一个铁铁制的制的输输水管道或水管道或钢铁桥钢铁桥梁等梁等, 可用可用导线导线将其与一将其与一块锌块锌块块相相连连, 使使锌锌作原作原电电池的池的负负极极. 4..设计设计制作化学制作化学电电源源设计设计原原电电池池时时要要紧紧扣原扣原电电池的构成条池的构成条件件. 具体方法是具体方法是: (1)首先将已知的氧化首先将已知的氧化还还原反原反应应拆分拆分为为两个半反两个半反应应. (2)根据原根据原电电池的池的电电极反极反应应特点特点, 结结合合两个半反两个半反应应找出正、找出正、负负极材料及极材料及电电解解质质溶液溶液. ①①电电极材料的极材料的选择选择在原在原电电池中池中, 选择还选择还原性原性较较强强的物的物质质作作为负为负极极, 氧化性氧化性较较强强的物的物质质作作为为正正极极. 并且并且, 原原电电池的池的电电极必极必须导电须导电. 电电池中的池中的负负极必极必须须能能够够与与电电解解质质溶液或溶液或其中溶解的物其中溶解的物质质反反应应. ②②电电解解质质溶液的溶液的选择选择电电解解质质溶液一般要能溶液一般要能够够与与负负极极发发生反生反应应, 或者或者电电解解质质溶液中溶解的其他物溶液中溶解的其他物质质能与能与负负极极发发生反生反应应(如空气中的氧如空气中的氧气气). 但如果两个半反但如果两个半反应应分分别别在两个容在两个容器中器中进进行行(中中间连间连接接盐桥盐桥), 则则左右两个容器中的左右两个容器中的电电解解质质溶液溶液应选应选择择与与电电极材料相同的阳离子极材料相同的阳离子. 如在如在铜铜锌锌构成的原构成的原电电池中池中, 负负极金属极金属锌锌浸泡浸泡在含有在含有Zn2++的的电电解解质质溶液中溶液中, 而正极而正极铜铜浸泡在含有浸泡在含有Cu2++的的电电解解质质溶液中溶液中.(3)按要求画出原按要求画出原电电池装置池装置图图. 如根据以下反如根据以下反应设计应设计的原的原电电池池: 原理原理装置图装置图化化学反应学反应: CuCl2++Fe===FeCl2++Cu电极反应电极反应: 负极负极: Fe--2e--===Fe2++正极正极: Cu2++++2e--===Cu【【特特别别提醒提醒】】 (1)自自发进发进行的氧化行的氧化还还原反原反应应不一定不一定都能都能设计设计成原成原电电池池, 如如: Cl2++2NaOH===NaCl++NaClO++H2O等等. (2)判断判断电电极极时时, 不能不能简单简单地依据金属地依据金属的活的活泼泼性来判断性来判断, 要看反要看反应应的具体情的具体情况况, 如如: ①①Al在在强强碱性溶液中比碱性溶液中比Mg更易失更易失电电子子, Al作作负负极极, Mg作正极作正极; ②②Fe、、Al在在浓浓硝酸中硝酸中钝钝化后化后, 比比Cu等金属更等金属更难难失失电电子子, Cu等金属作等金属作负负极极, Fe、、Al作正作正极极. (3)原原电电池中的池中的电电解解质质溶液不一定参溶液不一定参与反与反应应, 如燃料如燃料电电池池, 水中一般要加入水中一般要加入NaOH、、H2SO4等等. 即即时应时应用用2.原.原电电池原理广泛池原理广泛应应用于科技、生用于科技、生产产和生活中和生活中, 请请回答以下回答以下问题问题: (1)肼肼(N2H4)又称又称联联氨氨, 是一种可燃性是一种可燃性的液体的液体, 可用作火箭燃料可用作火箭燃料. 肼肼—空气燃空气燃料料电电池是一种碱性燃料池是一种碱性燃料电电池池, 产产物无物无污污染染, 电电解解质质溶液是溶液是20%~~30%的的KOH溶液溶液. 肼肼—空气燃料空气燃料电电池池放放电时电时: 正极的正极的电电极反极反应应式是式是____________; 负负极的极的电电极反极反应应式式是是____________. (2)有人有人设设想想寻寻求合适的催化求合适的催化剂剂和和电电极材料极材料, 以以N2、、H2为电为电极反极反应应物物, 以以HCl—NH4Cl为电为电解解质质溶液制造新型溶液制造新型燃料燃料电电池池. 试试写出写出电电池的正极反池的正极反应应式式__________. (3)请请运用原运用原电电池原理池原理设计实验设计实验, 验证验证Cu2++、、Fe3++氧化性的氧化性的强强弱弱. 请请画出画出实实验验装置装置图图并写出并写出电电极反极反应应式式. 解析解析: (1)氧气在正极上氧气在正极上发发生生还还原反原反应应生成生成氢氢氧根离子氧根离子, 肼肼在在负负极上被氧化极上被氧化转转化化为为无无污污染的氮气和染的氮气和H2O. (2)相当于氮气和相当于氮气和氢氢气先合成氨气先合成氨, 然后然后结结合合盐盐酸生成酸生成氯氯化化铵铵. (3)三价三价铁铁离子能离子能够够氧化氧化铜铜生成生成铜铜离离子子, 从而从而设计设计成原成原电电池池证证明明该结论该结论. (3) 正极反正极反应应: 2Fe3++++2e--===2Fe2++负负极反极反应应: Cu--2e--===Cu2++命题视角命题视角•把脉高考把脉高考视视角角 1 1教材高频考点教材高频考点例例1设计设计如如图图装置装置(C1、、C2均均为为石墨石墨电电极极), 分分别进别进行下述操作行下述操作: ⅠⅠ.向向B烧烧杯中逐滴加入杯中逐滴加入浓盐浓盐酸酸ⅡⅡ.向向B烧烧杯中逐滴加入杯中逐滴加入40% NaOH溶液溶液结结果果发现电发现电流流计计指指针针均均发发生偏生偏转转. 据此据此, 下列判断正确的是下列判断正确的是( )【【解析解析】】 向 向B烧烧杯中加杯中加浓盐浓盐酸酸, 可可逆反逆反应应向右向右进进行行, C2上上发发生的是得生的是得电电子的子的还还原反原反应应, C2为为正极正极, A错错、、C对对; 向向B烧烧杯中加入杯中加入NaOH溶液溶液, 反反应应向左向左进进行行, A中中发发生的是生的是I2得得电电子生成子生成I--的的反反应应, K++应应移向移向A烧烧杯杯, B、、D错错. 【【答案答案】】 C 用用铜铜片、片、银银片、片、Cu(NO3)2溶溶液、液、AgNO3溶液、溶液、导线导线和和盐桥盐桥(装有装有琼琼脂脂—KNO3的的U形管形管)构成一个原构成一个原电电池池(如如图图所示所示). 以下有关以下有关该该原原电电池的池的叙述正确的是叙述正确的是( )例例2①①在外在外电电路中路中, 电电子由子由铜电铜电极流向极流向银电银电极极②②正极反正极反应为应为: Ag++++e--===Ag③③实验过实验过程中取出程中取出盐桥盐桥, 原原电电池仍池仍继继续续工作工作④④将将铜铜片浸入片浸入AgNO3溶液中溶液中发发生的生的化学反化学反应应与与该该原原电电池反池反应应相同相同A..①②①② B..①②④①②④C..②③②③ D..①③④①③④【【解析解析】】 该该原原电电池中池中Cu为负为负极极, 银银为为正极正极, 电电子由子由铜电铜电极流向极流向银电银电极极, ①①对对; 该该原原电电池中池中Ag++在正极上得在正极上得电电子子, 电电极反极反应为应为Ag++++e--===Ag, ②②对对; 实验实验中取出中取出盐桥盐桥, 不能形成通路不能形成通路, 原原电电池不能池不能继续继续工作工作, ③③错错; 该该原原电电池池的的总总反反应为应为Cu++2Ag++===Cu2++++2Ag, ④④对对. 【【答案答案】】 B【【名名师师指津指津】】 盐桥盐桥的作用的作用盐桥盐桥中通常装有含中通常装有含琼琼脂的脂的KCl饱饱和溶和溶液液. 盐桥盐桥中的中的电电解解质质溶液能使两溶液能使两烧烧杯杯中的溶液形成一个通路中的溶液形成一个通路. 当其存在当其存在时时, 随着反随着反应应的的进进行行, 其中其中的的Cl--会移向会移向Cu(NO3)2溶液溶液, K++移向移向AgNO3溶液溶液, 使使Cu(NO3)2溶液和溶液和AgNO3溶液保持溶液保持电电中性中性, 使氧化使氧化还还原原反反应应得以得以继续进继续进行行, 从而使原从而使原电电池不池不断断产产生生电电流流. 视视角角 2 2追踪命题热点追踪命题热点例例3 固体氧化物燃料固体氧化物燃料电电池池(SOFC)的工作原理如的工作原理如图图所示所示, 已知已知电电池中池中电电解解质为质为熔融固体氧化物熔融固体氧化物, O2--可以在可以在其中自由移其中自由移动动. 下列有关下列有关说说法科学合法科学合理的是理的是( )A..电电极极b为电为电池池负负极极, 电电极反极反应应式式为为O2++4e--===2O2--B.固体氧化物的作用是.固体氧化物的作用是让电让电子在子在电电池内通池内通过过C.若.若H2作作为为燃料气燃料气, 接触面上接触面上发发生生的反的反应为应为H2++OH----2e--===H++++H2OD.若.若C2H4作作为为燃料气燃料气, 接触面上接触面上发发生的反生的反应为应为C2H4++6O2----12e--===2CO2++2H2O【【解析解析】】 负负极极应该发应该发生氧化反生氧化反应应, b极极应为电应为电池正极池正极, A错错; 电电子在外子在外电电路中通路中通过过, 固体氧化物通固体氧化物通过过O2--定向定向移移动动, B错错; 燃料在接触面上与燃料在接触面上与O2--反反应应, 失去失去电电子子, C错错、、D正确正确. 【【答案答案】】 D例例4标标准状况下准状况下, 5.6 L O2为为0.25 mol, 转转移移电电子子为为1 mol, C选项错误选项错误; 从正极从正极反反应应式可以看出式可以看出, 正极附近溶液中正极附近溶液中OH--的的浓浓度增大度增大, pH升高升高, D选项选项错误错误. 【【答案答案】】 B【【名名师师指津指津】】 燃料燃料电电池池电电极反极反应应式的式的书书写写(1)氢氢氧燃料氧燃料电电池池用用KOH溶液作溶液作电解质溶液电解质溶液用用H2SO4溶溶液作电解质液作电解质溶液溶液电极电极反应反应式式负负极极2H2++4OH----4e--===4H2O2H2--4e--===4H++用用KOH溶液作电溶液作电解质溶液解质溶液用用H2SO4溶液溶液作电解质溶液作电解质溶液电极电极反应反应式式正正极极O2++2H2O++4e--===4OH--O2++4H++++4e--===2H2O电池总电池总反应反应2H2++O2===2H2O 熔融碳酸熔融碳酸盐盐燃料燃料电电池的池的电电解解质质为为Li2CO3和和Na2CO3的混合物的混合物, 燃料燃料为为CO, 氧化氧化剂剂是含是含CO2的的O2, 在工作在工作过过程中程中, 电电解解质质熔融液的熔融液的组组成、成、浓浓度度都不都不变变. (1)负负极反极反应为应为: ________, 例例5视视角角 3 3易错易误剖析易错易误剖析(2)正极反正极反应为应为: _______________, (3)工作工作时时熔融体中的熔融体中的________向向负负极移极移动动. (2)中中错错答成答成Li++++e--===Li. (3)中中错错答成答成Li++或者或者H++. 根据同主族元素性根据同主族元素性质递变质递变, 锂锂离子离子应应比比钠钠离子易得离子易得电电子子, 所以得出正极反所以得出正极反应为应为: Li++++e--===Li. (3)错误错误原因原因: 在原在原电电池中不知阴、阳池中不知阴、阳离子流向哪一极离子流向哪一极. 也是由于思也是由于思维维定定势势, 往往往往认为负认为负极极电电子多子多, 阳离子阳离子应该应该流向流向负负极极, 实际实际上是上是负负极极失失电电子子, 但但电电子不是停留在子不是停留在负负极极, 而是而是由外由外电电路很快流向正极路很快流向正极(产产生生电电流流, 释释放放电电能能), 阳离子流向正极阳离子流向正极, 在正极放在正极放电电, 生成新物生成新物质质; 相反阴离子将流向相反阴离子将流向负负极极. 实实验验探探究究•专专项项突突破破原原电电池原理的池原理的实验应实验应用用——探究金属的活探究金属的活泼泼性性原原电电池的工作原理是池的工作原理是历历年高考的年高考的热热点点, 用氧化用氧化还还原的原的观观点去理解原点去理解原电电池池两极两极发发生反生反应应的本的本质质, 有利于学生系有利于学生系统统地掌握本部分内容地掌握本部分内容, 特特别别是是结结合新型合新型电电池的开池的开发发和利用和利用, 以及以及钢铁钢铁的腐的腐蚀蚀和防和防护护都会成都会成为为今后今后高考命高考命题题的重要素材的重要素材. 原原电电池知池知识应识应用于化学用于化学实验实验主要体主要体现现在以下三个方在以下三个方面面: (1)金属活金属活泼泼性性强强弱比弱比较较的的实验实验探究探究. (2)铁铁生生锈实验锈实验条件的探究条件的探究. (3)金属腐金属腐蚀蚀快慢因素的快慢因素的实验实验探究探究. [典例探究典例探究]实验实验是化学的最高法庭是化学的最高法庭. 以以镁镁条、条、铝铝片片为电为电极极, 以稀以稀NaOH溶液溶液为电为电解解质质溶液构成的原溶液构成的原电电池池, 人人们们普遍普遍认为铝认为铝是是负负极极. 某研究性学某研究性学习习小小组为组为探究探究该该原原电电池究竟池究竟谁谁是是负负极极, 发发生怎生怎样样的的电电极反极反应应, 进进行了如下行了如下实验实验: 如如图图, 剪取剪取约约8 cm的的镁镁条及大小相近条及大小相近的的铝铝片片, 用砂用砂纸纸去膜去膜, 使使镁镁条与条与铝铝片分片分别别与量程与量程为为50 μA的的教学演示教学演示电电表的表的““--””、、““++””端相端相连连接接, 迅速将两迅速将两电电极插入盛有极插入盛有1 mol·L--1NaOH溶液的溶液的烧烧杯中杯中. 开始开始, 电电表指表指针针向右偏移向右偏移约约500 μA, 铝铝片表片表面有面有许许多气泡多气泡, 很快很快电电流逐流逐渐渐减小至减小至0; 随后随后, 指指针针向左偏移向左偏移, 且且电电流逐流逐渐渐增增大至大至约约400 μA, 此此时时, 铝铝片表面气泡片表面气泡有所减少有所减少, 镁镁条表面只有极少量的气条表面只有极少量的气泡泡产产生生. 根据以上根据以上实验现实验现象象, 回答下回答下列列问题问题: (1)开始开始阶阶段段, 原原电电池的正极是池的正极是______(填填““镁镁””或或““铝铝””)片片; 铝铝片表面片表面产产生的气泡是生的气泡是________; 负负极极发发生的反生的反应应是是____________. (2)随后随后阶阶段段, 铝铝片片发发生的生的电电极反极反应应是是_______________________________; 镁镁条表面只有极少量的气泡条表面只有极少量的气泡产产生生, 其其原因之一是原因之一是: 2H2O++2e--===H2↑↑++2OH--(极少极少), 试试判断此判断此电电极极发发生的主要反生的主要反应应是是: _____________________________; 铝铝片表面气泡有所减少片表面气泡有所减少, 但未消失但未消失, 产产生生这这一一现现象的可能原因是象的可能原因是_______. 【【解析解析】】 本 本题题属属实验实验探究探究题题, 考考查查原原电电池的原理及池的原理及应应用用. (1)由于由于Mg比比Al活活泼泼, 在开始在开始阶阶段形段形成的原成的原电电池中池中Mg作作负负极极, Al作正极作正极, 电电解解质质溶液溶液为为NaOH溶液溶液: 负负极失极失电电子子: Mg++2OH----2e--===Mg(OH)2, 正极得正极得电电子子: 2H2O++2e--===H2↑↑++2OH--, 即即Al表面表面产产生气泡生气泡, 总总式式为为: Mg++2H2O===Mg(OH)2++H2↑↑. 铝铝片表面气泡减少片表面气泡减少, 但未消失但未消失, 可能可能是是铝铝片中含有的片中含有的杂质杂质与与Al形成原形成原电电池池, 杂质杂质作正极得作正极得电电子子: 2H2O++2e--===H2↑↑++2OH--, 产产生生少量气泡少量气泡. 。
