原电池原理的全面突破Word格式.docx

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还原反应

电子流向

由Zn沿导线流向Cu

盐桥中

离子移向

盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极

盐桥

的作用

（1）平衡电荷；

（2）避免断路时发生化学腐蚀（隔离作用）

说明　

（1）无论是装置Ⅰ还是装置Ⅱ，电子均不能通过电解质溶液。

（2）在装置Ⅰ中，由于不可避免会直接发生Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋而使化学能转化为热能，所以装置Ⅱ的能量转化率高。

题组一　对比设计两类原电池

1．[2013·

广东理综，33

（2）（3）]

（2）能量之间可相互转化：

电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。

设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。

限选材料：

ZnSO4（aq），FeSO4（aq），CuSO4（aq）；

铜片，铁片，锌片和导线。

①完成原电池甲的装置示意图（见上图），并作相应标注，要求：

在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。

②以铜片为电极之一，CuSO4（aq）为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极___________________________________________________________。

③甲、乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是_______________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在

（2）的材料中应选__________作阳极。

答案　

（2）①

（或其他合理答案）

②电极逐渐溶解，表面有红色固体析出

③甲　在甲装置中，负极不和Cu2＋接触，避免了Cu2＋直接与负极发生反应而使化学能转化为热能

（3）锌片

解析　

（2）①根据题给条件和原电池的构成条件可得：

a．若用Zn、Cu、CuSO4（aq）、ZnSO4（aq）组成原电池，Zn作负极，Cu作正极，Zn插入到ZnSO4（aq）中，Cu插入到CuSO4（aq）中。

b．若用Fe、Cu、FeSO4（aq）、CuSO4（aq）组成原电池，Fe作负极，Cu作正极，Fe插入到FeSO4（aq）中，Cu插入到CuSO4（aq）中。

c．注意，画图时要注意电极名称、电极材料、电解质溶液名称（或化学式），并形成闭合回路。

②由于金属活动性Zn>

Fe>

Cu，锌片或铁片作负极，由于Zn或Fe直接与CuSO4溶液接触，工作一段时间后，负极逐渐溶解，表面有红色固体析出。

③带有盐桥的甲原电池中负极没有和CuSO4溶液直接接触，二者不会直接发生置换反应，化学能不会转化为热能，几乎全部转化为电能；

而原电池乙中的负极与CuSO4溶液直接接触，两者会发生置换反应，部分化学能转化为热能，化学能不可能全部转化为电能。

（3）由牺牲阳极的阴极保护法可得，铁片作正极（阴极）时被保护，作负极（阳极）时被腐蚀，所以应选择比铁片更活泼的锌作负极（阳极）才能有效地保护铁不被腐蚀。

方法归纳

原电池的设计思路

首先根据离子方程式判断出氧化剂、还原剂，明确电极反应。

然后再分析两剂状态确定电极材料，若为固态时可作电极，若为溶液时则只能作电解质溶液。

然后补充缺少的电极材料及电解质溶液。

电极材料一般添加与电解质溶液中阳离子相同的金属作电极（使用惰性电极也可），电解质溶液则是一般含有与电极材料形成的阳离子相同的物质。

最后再插入盐桥即可。

题组二　“盐桥”的作用与化学平衡的移动

2．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。

下列判断不正确的是（　　）

A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应

B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原

C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态

D．电流表读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极

答案　D

解析　由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子生成Fe2＋被还原，I－失去电子生成I2被氧化，所以A、B正确；

电流表读数为零时Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态；

D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，不正确。

3．某同学为探究Ag＋和Fe2＋的反应，按下图连接装置并加入药品（盐桥中的物质不参与反应），发现电压表指针偏移。

电子由石墨经导线流向银。

放置一段时间后，向甲烧杯中逐渐加入浓Fe2（SO4）3溶液，发现电压表指针的变化依次为偏移减小―→回到零点―→逆向偏移。

则电压表指针逆向偏移后，银为________极（填“正”或“负”）。

由实验得出Ag＋和Fe2＋反应的离子方程式是__________________________________________________________________。

答案　负　Fe2＋＋Ag＋Fe3＋＋Ag

1．把氧化剂、还原剂均为溶液状态的氧化还原反应设计成原电池时，必须使用盐桥才能实现氧化剂与还原剂的分离，否则不会有明显的电流出现。

2．电子流向的分析方法

（1）改变条件，平衡移动；

（2）平衡移动，电子转移；

（3）电子转移，判断区域；

（4）根据区域，判断流向；

（5）根据流向，判断电极。

考点二　几种重要的化学电池

高考中常见的新型电池有“氢镍电池”、“高铁电池”、“碱性锌锰电池”、“海洋电池”、“燃料电池”（如新型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁烷燃料电池、甲醇质子交换膜燃料电池、CO燃料电池）、“锂离子电池”、“锌银电池”、“纽扣电池”、“Mg—AgCl电池”、“Mg—H2O2电池”等。

新型电池是对电化学原理的综合考查，在高考中依托新型电池考查的电化学原理知识有以下几点。

1．判断电极

（1）“放电”时正、负极的判断

①负极：

元素化合价升高或发生氧化反应的物质；

②正极：

元素化合价降低或发生还原反应的物质。

（2）“充电”时阴、阳极的判断

①阴极：

“放电”时的负极在“充电”时为阴极；

②阳极：

“放电”时的正极在“充电”时为阳极。

2．微粒流向

（1）电子流向

①电解池：

电源负极→阴极，阳极→电源正极；

②原电池：

负极→正极。

提示：

无论是电解池还是原电池电子均不能流经电解质溶液。

（2）离子流向

阳离子移向阴极，阴离子移向阳极；

阳离子移向正极，阴离子移向负极。

3．书写电极反应式

（1）“放电”时电极反应式的书写

①依据条件，指出参与负极和正极反应的物质，根据化合价的变化，判断转移电子的数目；

②根据守恒书写负极（或正极）反应式，特别应注意电极产物是否与电解质溶液共存。

（2）“充电”时电极反应式的书写

充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电的阳极反应为放电时正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电时负极反应的逆过程。

特别提醒　在书写“放电”时电极反应式时，要注意：

（1）阳离子在正极上参与反应，在负极上就必须生成；

（2）阴离子在负极上参与反应，在正极上就必须生成。

题组一　“一池多变”的燃料电池

1．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。

下列有关说法正确的是（　　）

A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动

B．若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气

C．电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O

D．正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－

答案　C

解析　解答本题时审题是关键，反应是在酸性电解质溶液中进行的。

在原电池中，阳离子要往正极移动，故A错；

因电解质溶液是酸性的，不可能存在OH－，故正极的反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，转移4mol电子时消耗1molO2，则转移0.4mol电子时消耗2.24LO2，故B、D错；

电池反应式即正、负极反应式之和，将两极的反应式相加可知C正确。

2．（2015·

江苏，10）一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。

下列有关该电池的说法正确的是（　　）

A．反应CH4＋H2O

3H2＋CO，每消耗1molCH4转移12mol电子

B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O

C．电池工作时，CO

向电极B移动

D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO

解析　A项，

H4→

O，则该反应中每消耗1molCH4转移6mol电子，错误；

该电池的传导介质为熔融的碳酸盐，所以A电极即负极上H2参与的电极反应为H2－2e－＋CO

===CO2＋H2O，错误；

C项，原电池工作时，阴离子移向负极，而B极是正极，错误；

D项，B电极即正极上O2参与的电极反应为O2＋4e－＋2CO2===2CO

，正确。

类型“全”归纳

不同“介质”下燃料电池电极反应式的书写，大多数学生感到较难。

主要集中在：

一是得失电子数目的判断，二是电极产物的判断。

下面以CH3OH、O2燃料电池为例，分析电极反应式的书写。

（1）酸性介质，如H2SO4。

CH3OH在负极上失去电子生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在H＋作用下生成H2O。

电极反应式为

负极：

CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋

正极：

O2＋6e－＋6H＋===3H2O

（2）碱性介质，如KOH溶液。

CH3OH在负极上失去电子，在碱性条件下生成CO

，1molCH3OH失去6mole－，O2在正极上得到电子生成OH－，电极反应式为

CH3OH－6e－＋8OH－===CO

＋6H2O

O2＋6e－＋3H2O===6OH－

（3）熔融盐介质，如K2CO3。

在电池工作时，CO

移向负极。

CH3OH在负极上失去电子，在CO

的作用下生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在CO2的作用下生成CO

，其电极反应式为

CH3OH－6e－＋3CO

===4CO2↑＋2H2O

O2＋6e－＋3CO2===3CO

（4）掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导正极生成的O2－。

根据O2－移向负极，在负极上CH3OH失电子生成CO2气体，而O2在正极上得电子生成O2－，电极反应式为

CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O

O2＋6e－===3O2－

题组二　“久考不衰”的可逆电池

（一）“传统”可逆电池的考查

3．镍镉（Ni—Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。

已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：

Cd＋2NiOOH＋2H2O

Cd（OH）2＋2Ni（OH）2。

有关该电池的说法正确的是（　　）

A．放电时负极得电子，质量减轻

B．放电