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【摘要】原电池在当今生产、生活和科技发展中广泛的用途 观看屏幕 从教材中吸取信息,重视教材、阅读教材,培养学生紧扣教材的思想。尽管这些电池大小、用途、功效各有不同,但设计原理是相同的。
【关键词】原电池原理;考点分析;思想培养Primary cells of the principles and test sites
【Abstract】In today's production of primary batteries, life and technology development in the viewing screen a wide range of uses lessons from the textbook information, attention to teaching materials, reading materials, teaching students the idea closely. Despite the size of these batteries, use, effectiveness varies, but the design principle is the same.
【Key words】Principles of primary cells; test center analysis; ideas to foster1
基本原理:
1.1 定义:把化学能转化为电能的装置。理解Cu-Zn原电池的原理、现象。
(1) 现象:电流计指针发生偏移;锌片溶解;铜片表面冒气泡。(注意:实验中锌片表面也冒气泡。原因是锌片不纯。)
(2) 电极反应:
负极:Zn-2e-=Zn2+, 氧化反应
正极:2H++2e-=H2↑ 还原反应
1.2 原电池的构成条件:(1)活泼性不同的两极(2)电解质溶液(一般负极自发与电解质溶液发生氧化还原反应)(3)形成闭合回路(两极用导线连接或紧靠在一起并放入电解质溶液中)
1.3 两极的判断:(有多种方法)
负极:活泼金属的一极;发生氧化反应的一极;金属往往溶解(变细、质量减轻);
电子流出极;电流流进极;负极往往被腐蚀;阴离子移向它;
正极:不活泼的一极 ;发生还原反应的一极;往往产生氢气或析出金属(冒气泡或电极变粗、质量增加);电子流进极;电流流出极;正极往往被保护;阳离子移向它;
电极
名称 负极:较活动金属
正极:较不活动金属(或能导电的非金属)电极
反应 负极:氧化反应、金属失电子
正极:还原反应,溶液中的阳离子得电子
电子流向:负极→正极(只在外电路中,没有形成回路)
电流方向:正极→负极(形成闭合回路)
理论上,任何一个自发的氧化还原反应都可设计成原电池。
2 考点分析
2.1 原电池的结构和工作原理:
例1.(2006上海)将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是( )
A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极
C.两烧杯中溶液的pH均增大
D.产生气泡的速度甲比乙慢
答案:C
解析:烧杯甲中构成原电池,锌片是负极,铜片是正极,所以甲中铜片表面冒气泡;烧杯乙中未构成原电池,所以乙中铜片表面无气泡,A、B错;烧杯甲中构成原电池,可以加快反应速率,所以产生气泡的速度甲比乙快,D错;两烧杯的溶液中都发生反应:Zn+H2SO4=Zn SO4+ H2↑,氢离子浓度均减小,pH均增大,C对。
2.2 电极方程式的书写:
例2(09广东化学14)可用于电动汽车的铝-空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液,铝合金为负极,空气电极为正极。下列说法正确的是( )
A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时,正极反应都为:O2+2H2O+4e-=4OH-
B.以NaOH溶液为电解液时,负极反应为:Al+3OH--3e-=Al(OH)3↓
C.以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D.电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极
答案:A
解析:电解质溶液显碱性或中性时,该燃料电极的正极反应为:O2+2H2O+4e-=4OH-,A对;铝作负极,负极反应是铝失去电子变为铝离子,在氢氧化钠的溶液中铝离子继续与过量的碱反应生成偏铝酸根,因此负极反应为:Al+4OH-3e=AlO2-+ 2H2O,B错;
该电池在碱性条件下消耗了碱,总反应式为4Al+3O2+4OH-= 4AlO2+ 2H2O,溶液PH降低,C错;电池工作时,电子从负极出来经过外电路流到正极,D错.
2.3 金属的腐蚀和防护:
例3(09年上海化学•13)右图装置中,U型管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液,各加入生铁块,放置一段时间。下列有关描述错误的是( )
A.生铁块中的碳是原电池的正极
B.红墨水柱两边的液面变为左低右高
C.两试管中相同的电极反应式是:Fe-2e- Fe2+
D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀
答案:B
解析 a、b试管中均发生铁的电化学腐蚀,在食盐水中的Fe发生吸氧腐蚀,碳作正极,电极反应:2H2O+O2+4e- = 4OH-,铁作负极,电极反应:2Fe-4e- = 2Fe2+。由于吸收了O2,a管中气压降低,液面上升。b管中的电解质溶液是酸性较强的NH4Cl溶液,故发生析氢腐蚀,正极反应:2H++2e- = H2↑,负极反应:Fe-2e- = Fe2+。由于放出氢气,b管中气压增大,液面下降,故U型管中的红墨水应是左高右低,所以A、C、D对,B错。
2.4 化学电源
例4(09浙江理综,12)市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li+的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应为: Li+2Li0.35NiO2放电充电2Li0.85NiO2。
下列说法不正确的是( )
A.放电时,负极的电极反应式:Li-e-=Li+
B.充电时,Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应
C.该电池不能用水溶液作为电解质
D.放电过程中Li+向负极移动
答案:D
解析:二次电池使用过程中,放电相当于原电池;充电相当于电解池,对应的电极名称分别是正极负极;阳极阴极。在锂离子电池中,Li是电池的负极,失去电子,形成的Li+向正极移动,所以A对 D错;Li0.85NiO2化合物是电池的正极,得到电子,并与负极生成的Li+结合形成Li0.85NiO2,Ni的化合价降低。当反应逆向进行时(充电时),反应物只有一种,故化合价既有升,又有降,所以既发生氧化反应又发生还原反应,B对。由于Li可以与水反应,故应为非水材料,C对。综上所述,答案为D。
【关键词】原电池原理;考点分析;思想培养Primary cells of the principles and test sites
【Abstract】In today's production of primary batteries, life and technology development in the viewing screen a wide range of uses lessons from the textbook information, attention to teaching materials, reading materials, teaching students the idea closely. Despite the size of these batteries, use, effectiveness varies, but the design principle is the same.
【Key words】Principles of primary cells; test center analysis; ideas to foster1
基本原理:
1.1 定义:把化学能转化为电能的装置。理解Cu-Zn原电池的原理、现象。
(1) 现象:电流计指针发生偏移;锌片溶解;铜片表面冒气泡。(注意:实验中锌片表面也冒气泡。原因是锌片不纯。)
(2) 电极反应:
负极:Zn-2e-=Zn2+, 氧化反应
正极:2H++2e-=H2↑ 还原反应
1.2 原电池的构成条件:(1)活泼性不同的两极(2)电解质溶液(一般负极自发与电解质溶液发生氧化还原反应)(3)形成闭合回路(两极用导线连接或紧靠在一起并放入电解质溶液中)
1.3 两极的判断:(有多种方法)
负极:活泼金属的一极;发生氧化反应的一极;金属往往溶解(变细、质量减轻);
电子流出极;电流流进极;负极往往被腐蚀;阴离子移向它;
正极:不活泼的一极 ;发生还原反应的一极;往往产生氢气或析出金属(冒气泡或电极变粗、质量增加);电子流进极;电流流出极;正极往往被保护;阳离子移向它;
电极
名称 负极:较活动金属
正极:较不活动金属(或能导电的非金属)电极
反应 负极:氧化反应、金属失电子
正极:还原反应,溶液中的阳离子得电子
电子流向:负极→正极(只在外电路中,没有形成回路)
电流方向:正极→负极(形成闭合回路)
理论上,任何一个自发的氧化还原反应都可设计成原电池。
2 考点分析
2.1 原电池的结构和工作原理:
例1.(2006上海)将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是( )
A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极
C.两烧杯中溶液的pH均增大
D.产生气泡的速度甲比乙慢
答案:C
解析:烧杯甲中构成原电池,锌片是负极,铜片是正极,所以甲中铜片表面冒气泡;烧杯乙中未构成原电池,所以乙中铜片表面无气泡,A、B错;烧杯甲中构成原电池,可以加快反应速率,所以产生气泡的速度甲比乙快,D错;两烧杯的溶液中都发生反应:Zn+H2SO4=Zn SO4+ H2↑,氢离子浓度均减小,pH均增大,C对。
2.2 电极方程式的书写:
例2(09广东化学14)可用于电动汽车的铝-空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液,铝合金为负极,空气电极为正极。下列说法正确的是( )
A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时,正极反应都为:O2+2H2O+4e-=4OH-
B.以NaOH溶液为电解液时,负极反应为:Al+3OH--3e-=Al(OH)3↓
C.以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D.电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极
答案:A
解析:电解质溶液显碱性或中性时,该燃料电极的正极反应为:O2+2H2O+4e-=4OH-,A对;铝作负极,负极反应是铝失去电子变为铝离子,在氢氧化钠的溶液中铝离子继续与过量的碱反应生成偏铝酸根,因此负极反应为:Al+4OH-3e=AlO2-+ 2H2O,B错;
该电池在碱性条件下消耗了碱,总反应式为4Al+3O2+4OH-= 4AlO2+ 2H2O,溶液PH降低,C错;电池工作时,电子从负极出来经过外电路流到正极,D错.
2.3 金属的腐蚀和防护:
例3(09年上海化学•13)右图装置中,U型管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液,各加入生铁块,放置一段时间。下列有关描述错误的是( )
A.生铁块中的碳是原电池的正极
B.红墨水柱两边的液面变为左低右高
C.两试管中相同的电极反应式是:Fe-2e- Fe2+
D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀
答案:B
解析 a、b试管中均发生铁的电化学腐蚀,在食盐水中的Fe发生吸氧腐蚀,碳作正极,电极反应:2H2O+O2+4e- = 4OH-,铁作负极,电极反应:2Fe-4e- = 2Fe2+。由于吸收了O2,a管中气压降低,液面上升。b管中的电解质溶液是酸性较强的NH4Cl溶液,故发生析氢腐蚀,正极反应:2H++2e- = H2↑,负极反应:Fe-2e- = Fe2+。由于放出氢气,b管中气压增大,液面下降,故U型管中的红墨水应是左高右低,所以A、C、D对,B错。
2.4 化学电源
例4(09浙江理综,12)市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li+的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应为: Li+2Li0.35NiO2放电充电2Li0.85NiO2。
下列说法不正确的是( )
A.放电时,负极的电极反应式:Li-e-=Li+
B.充电时,Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应
C.该电池不能用水溶液作为电解质
D.放电过程中Li+向负极移动
答案:D
解析:二次电池使用过程中,放电相当于原电池;充电相当于电解池,对应的电极名称分别是正极负极;阳极阴极。在锂离子电池中,Li是电池的负极,失去电子,形成的Li+向正极移动,所以A对 D错;Li0.85NiO2化合物是电池的正极,得到电子,并与负极生成的Li+结合形成Li0.85NiO2,Ni的化合价降低。当反应逆向进行时(充电时),反应物只有一种,故化合价既有升,又有降,所以既发生氧化反应又发生还原反应,B对。由于Li可以与水反应,故应为非水材料,C对。综上所述,答案为D。