高考化学一轮复习 课时22 原电池及其应用考点过关Word文档下载推荐.docx

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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:

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;

③使能量利用转化更高效。

2.单池原电池和盐桥原电池的对比

比较图1和图2两装置:

电极、电极反应、总反应、反应现象都相同。

不同点:

图1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2中Zn和CuSO4溶液在两个池子中，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。

【典型例题】

一、原电池的工作原理

某小组为研究电化学原理，设计如右图装置。

下列叙述不正确的是（　　）

A.a、b不连接时，只有锌片上有气泡逸出

B.a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为2H++2e-H2↑

C.a和b是否用导线连接，装置中所涉及的化学反应都相同

D.a和b用导线连接或接直流电源，锌片都能溶解

[答案]　D

[解析]　a、b不连接时，锌置换出氢气，所以锌片上有气泡逸出;

a和b用导线连接时，构成原电池，负极锌失去电子溶解，正极铜片上发生还原反应:

2H++2e–H2↑;

a和b是否用导线连接，装置中所涉及的化学反应都是锌置换出H2;

若a直接与外电源的负极相连时，锌片被保护。

某小组为研究原电池原理，设计如下图装置，下列叙述正确的是（　　）

A.装置Ⅰ，铜片上有O2逸出

B.装置Ⅰ，锌片溶解，发生还原反应

C.装置Ⅱ，电池反应为Zn+Cu2+Zn2++Cu

D.装置Ⅱ，外电路中，电子从铜电极流向锌电极

[答案]　C

[解析]　装置Ⅰ是原电池，Zn为负极，发生氧化反应，铜为正极，铜片上有氢气逸出，无氧气逸出，所以A、B项错误;

装置Ⅱ也是原电池，Zn为负极，锌片溶解，生成锌离子发生氧化反应，铜为正极，Cu2++2e-Cu，装置Ⅱ外电路中，电子从锌电极流向铜电极。

二、原电池的设计

化学实验有助于理解化学知识，形成化学观念，提高探究与创新能力，提升科学素养。

（1）能量之间可以相互转化:

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完成原电池的甲装置示意图（见右图），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甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是　　　　，其原因是　　。

（2）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

（1）的材料中应选　　　　作阳极。

[答案]　

（1）①　②电极逐渐溶解

③甲　甲可以避免Zn与Cu2+的接触，提高电池效率，提供稳定电流。

而乙中的活泼金属还可以与CuSO4溶液发生置换反应，部分能量转化为热能

（2）Zn

[解析]　①带盐桥的原电池甲可以设计锌铜原电池（或铁铜原电池、锌铁原电池），由于外电路中电子从左移向右，说明左边烧杯中电极的金属性较强，则左、右两边烧杯中电极材料及电解质溶液可以为锌片和硫酸锌溶液、铜片和硫酸铜溶液（或者铁片和硫酸亚铁溶液、铜片和硫酸铜溶液，锌片和硫酸锌溶液、铁片和硫酸亚铁溶液）;

②金属活动性:

Zn>

Fe>

Cu，则原电池乙中铜片作正极，锌片或铁片作负极，工作一段时间后，负极金属逐渐溶解;

③甲、乙两种原电池都能将化学能转化为电能，其中带有盐桥的原电池甲中的负极金属锌（或铁）和硫酸铜没有直接接触，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金属锌（或铁）和硫酸铜直接接触发生置换反应，部分化学能会转化为热能，化学能不能全部转化为电能。

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

[解析]　由图示结合原电池原理分析可知，Fe3+得电子变成Fe2+被还原，I-失去电子变成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，D不正确。

三、比较金属的活泼性大小

有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验:

①A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，A极为负极;

②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，电流由D→导线→C;

③A、C相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，C极产生大量气泡;

④B、D相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，D极发生氧化反应;

⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。

据此，判断五种金属的活动性顺序是（　　）

A.A>

B>

C>

D>

E　　　B.A>

E

C.C>

A>

ED.B>

[答案]　B

[解析]　金属与稀硫酸溶液组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H+在正极表面得到电子生成H2，电子运动方向由负极→正极，电流方向则由正极→负极。

在题述原电池中，①A>

B，②C>

D，③A>

C，④D>

B，⑤B>

E。

综上可知，金属活动性:

有A、B、C、D四种金属，做如下实验:

①将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀;

②将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中，D比A反应剧烈;

③将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化，如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。

据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是（　　）

D　　　　B.C>

B

C.D>

CD.A>

C

[解析]　①A与B用导线连接后浸入电解质溶液中会构成原电池，B不易腐蚀，说明B为原电池的正极，金属活动性:

B;

②A、D与等物质的量浓度的盐酸反应，D比A反应剧烈，金属活动性:

A;

③根据置换反应规律，Cu不能置换出B，说明金属活动性:

Cu;

Cu能置换出C，说明金属活动性:

Cu>

C。

则四种金属活动性的排列顺序是D>

原电池正、负极的判断方法

（1）由组成原电池两极的电极材料判断:

如果两极是由活泼性不同的金属作电极时，一般情况下相对活泼的金属是负极，活泼性较弱的金属是正极（要注意特殊条件，如Mg-Al-NaOH，Al才是负极;

Al-Cu-浓硝酸，Cu才是负极）;

如果是由金属和非金属导体（或金属氧化物导体）作电极，金属是负极，非金属导体（或金属氧化物导体）是正极。

（2）根据氧化还原反应判定:

发生氧化反应（或在该电极处失电子）的电极为负极;

发生还原反应（或在该电极处得电子）的电极为正极。

（3）根据电子或电流的流向判定:

电子流出或电流流入的电极为负极，反之为正极。

　　（4）根据原电池里电解质溶液中离子的流动方向判断:

阳离子移向的电极为正极，阴离子移向的电极为负极。

（5）根据原电池的两极发生的现象判断:

溶解或质量减轻的电极为负极，有气体或金属析出的电极为正极（此规则具有相当的局限性，它只适用于一些非常常规的原电池的电极判定，如Al-Cu-稀硫酸）。

【小结】

常见的化学电源

1.一次电池——干电池

（1）NH4Cl、ZnCl2和淀粉作电解质溶液

负极:

正极:

2N+2e-2NH3↑+H2，2MnO2+H2Mn2O3+H2O

电池总反应:

Zn+2MnO2+2NH4ClZnCl2+Mn2O3+2NH3↑+H2O

（2）碱性锌锰干电池（电解质:

KOH）

负极（Zn）:

Zn+2OH--2e-Zn（OH）2

正极（MnO2）:

2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-

Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn（OH）2

2.常见的燃料电池

（1）燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与氧气或空气进行　　　　反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类　　　　。

（2）一般的燃料电池大多是可燃性物质（主要是可燃性气体或蒸气）与氧气及电解质溶液共同组成的原电池，虽然可燃性物质与氧气在不同的电极反应，但其总反应式应该是可燃物在氧气中燃烧。

以氢氧燃料电池为例:

氢氧燃料电池

电池总反应式:

2H2+O22H2O

酸性

负极反应式

正极反应式

碱性

乙醇-氧气燃料电池（正极反应式与氢氧燃料电池正极反应式相同，下面只需写出负极反应式即可）

①　（碱性介质）

②　（酸性介质）

3.二次电池（可充电电池）

铅蓄电池（负极:

　　　;

　　　　;

电解质:

H2SO4溶液）的充放电过程:

Pb（s）+PbO2（s）+2H2SO4（aq）2PbSO4（s）+2H2O（l）

①放电过程

　（　　　反应）

总反应:

②充电过程（是放电反应的逆过程）

阴极:

　　　　　　　　　　　　　　（接电源的　　极，　　　反应）

阳极:

微课2　有机物燃料电池的电极反应式的书写方法

以乙醇（碱性）燃料电池为例:

（1）首先写出C2H5OH的燃烧化学方程式，以确定转移的电子数。

C2H5OH+3O22CO2+3H2O

由O2可推出转移的电子数为12e-

（2）在负极C2H5OH为失电子的还原性物质，故负极电极反应书写的步骤如下:

（3）正极反应:

在碱性条件下，O2为正极反应的得电子物质，故正极电极反应书写的步骤如下:

【巩固训练】

1.甲烷燃料电池（铂为两极，正极通入O2和CO2，负极通入甲烷）

（1）酸性电解质（电解液为H2SO4溶液）

　　　　　　　　　　　　　　　;

总反应方程式:

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（2）碱性电解质（电解液为KOH溶液）

2.甲醇燃料电池

（2