高考化学一轮复习第章化学反应与能量第节原电池化学电源学案.docx

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高考化学一轮复习第章化学反应与能量第节原电池化学电源学案

第二节　原电池　化学电源

考纲定位

全国卷5年考情

1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式。

2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。

2017年：

Ⅲ卷T11

2016年：

Ⅱ卷T11；Ⅲ卷T11

2015年：

Ⅰ卷T11；Ⅱ卷T26（1、2）

2014年：

Ⅱ卷T12

2013年：

Ⅰ卷T10、T27（5）、T28（5）；Ⅱ卷T11

考点1|原电池及其工作原理

（对应学生用书第115页）

[考纲知识整合]

1．原电池的概念

把化学能转化为电能的装置，其本质是发生了氧化还原反应。

2．原电池的构成

（1）有两个活动性不同的电极（常见为金属或石墨）。

（2）将电极插入电解质溶液中。

（3）两电极间构成闭合回路（两电极接触或用导线连接）。

（4）能自发发生氧化还原反应。

3．工作原理

如图是CuZn原电池，请填空：

（1）反应原理

电极名称

负极

正极

电极材料

Zn

Cu

电极反应

Zn－2e－===Zn2＋

Cu2＋＋2e－===Cu

反应类型

氧化反应

还原反应

（2）原电池中的三个方向

①电子方向：

从负极流出沿导线流入正极；

②电流方向：

从正极沿导线流向负极；

③离子的迁移方向：

电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。

（3）两种装置的比较

图Ⅰ中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2＋，会有一部分Zn与Cu2＋直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。

图Ⅱ中Zn和CuSO4溶液分别在两个池中，Zn与Cu2＋不直接接触，不存在Zn与Cu2＋直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。

（4）盐桥作用

①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电荷，使原电池不断产生电流。

4．原电池原理的三个应用

（1）设计制作化学电源

①首先将氧化还原反应分成两个半反应。

②根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。

（2）比较金属活动性强弱

两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。

（3）加快氧化还原反应的速率

一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率加快。

例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。

[应用体验]

　正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）在化学反应中，所有自发的放热反应均可以设计成原电池。

（　　）

（2）原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。

（　　）

（3）MgAl形成的原电池，Mg一定作负极。

（　　）

（4）Cu、Al、浓HNO3构成的原电池的负极反应为Al－3e－===Al3＋。

（　　）

（5）在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应。

（　　）

（6）相同情况下，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。

（　　）

（7）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。

（　　）

（8）化学电源工作时，内电路介质中的阳离子一定向正极迁移。

（　　）

（9）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。

（　　）

（10）原电池反应时，电子从负极流出经导线流入正极，然后通过溶液流回负极。

（　　）

【答案】　

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×　（5）×　（6）√　（7）×　（8）√　（9）√　（10）×

[高考命题点突破]

命题点1　原电池的构成和设计

1．在如图所示的8个装置中，不能形成原电池的是____________（填序号），并指出原因________________________________________________________

_______________________________________________________________。

【答案】　①③⑤⑧　①中不存在两极；③两极金属相同；⑤中酒精不是电解质溶液，不导电；⑧中没有构成闭合回路

2．设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。

（1）负极反应式：

_________________________________________________。

（2）正极反应式：

_________________________________________________。

（3）电池总反应方程式：

___________________________________________。

（4）在框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：

①不含盐桥

②含盐桥

【答案】　

（1）Cu－2e－===Cu2＋

（2）2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋

（3）2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

（4）①

②

1正、负极材料的选择：

根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属如石墨等作为正极。

2电解质溶液的选择：

电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应如溶解于溶液中的空气。

但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行中间连接盐桥，则两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。

3画装置图：

注明电极材料与电解质溶液。

但应注意盐桥不能画成导线，要形成闭合回路。

命题点2　原电池原理

3．（2015·天津高考）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（SO）减小

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

C　[A．Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B．电池工作过程中，SO不参加电极反应，故甲池的c（SO）基本不变；C．电池工作时，甲池反应为Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64gCu析出，则进入乙池的Zn2＋为65g，溶液总质量略有增加，正确；D．由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜。

]

4．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是（　　）

【导学号：

97500107】

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－===Fe2＋

D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

B　[②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应，失去电子作负极；③中Fe在浓HNO3中钝化，Cu和浓HNO3反应，失去电子作负极，则Fe作正极，A、C错误；②中电池总反应式为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错误。

]

5．（2018·厦门模拟）将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。

下列说法不正确的是（　　）

A．盐桥中的K＋移向FeCl3溶液

B．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应

C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态

D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极

D　[A项，甲池中石墨电极为正极，乙池中石墨电极为负极，盐桥中阳离子向正极移动，所以向FeCl3溶液迁移，正确；B项，反应开始时，乙中I－失去电子，发生氧化反应，正确；C项，当电流计读数为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，正确；D项，当加入Fe2＋，导致平衡逆向移动，则Fe2＋失去电子生成Fe3＋，作为负极，而乙中石墨成为正极，错误。

]

注：

①若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。

②若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。

③若反应为可逆反应，改变条件，平衡移动方向改变时电流方向也改变，正、负极颠倒。

命题点3　原电池原理的应用

6．M、N、P、E四种金属，已知：

①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。

则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是（　　）

A．P>M>N>E　　　　　B．E>N>M>P

C．P>N>M>ED．E>P>M>N

A　[由①知，金属活动性：

M>N；M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：

P>M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：

N>E。

]

7．把符合题意的图像填在横线上（用A、B、C、D表示）

（1）将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V（L）与时间t（min）的关系是________。

（2）将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V（L）与时间t（min）的关系是________。

（3）将

（1）中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是________。

【解析】　

（1）a中加入CuSO4，消耗一部分Zn，Cu、Zn形成原电池，反应速率加快，所以a放出H2的量减少，但速率加快。

（2）a中加入CuSO4消耗Zn，但不影响产生H2的量，速率也加快。

（3）CH3COONa与H2SO4反应后生成弱酸CH3COOH，从而减慢反应速率，但产生H2的量没发生变化。

【答案】　

（1）A　

（2）B　（3）C

考点2|常见化学电源及其工作原理

（对应学生用书第117页）

[方法思路突破]

1．化学电源中电极反应书写的一般方法思路

（1）明确两极的反应物；

（2）明确直接产物：

根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物；

（3）确定最终产物：

根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物；

（4）配平：

根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。

注意：

①H＋在碱性环境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境结合H2O，生成OH－；③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。

2．示例

与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为FeO＋3e－＋4H2O===Fe（OH）3＋5OH－，Zn作负极材料的电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2，该电池总反应的离子方程式为2FeO＋8H2O＋3Zn===2Fe（OH）3＋3Zn（OH）2＋4OH－。

[电源分类突破]

一次电池

碱性锌锰干电池

负极材料：

Zn

电极反应：

Zn＋2OH－－2e－=