全国通用高考化学一轮复习第9章电化学基础第1节原电池化学电源学案.docx

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全国通用高考化学一轮复习第9章电化学基础第1节原电池化学电源学案

第1节　原电池　化学电源

[考试说明]　1.了解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和电池总反应方程式。

2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

[命题规律]　本节内容是高考的常考点，其考查形式一般以新型能源电池或燃料电池为载体，考查原电池正负极的判断、电极反应式的书写、电子或电流的方向及溶液pH的变化等；原电池的应用主要考查原电池的设计、电化学腐蚀及解释某些化学现象等，主要以选择题、填空题形式出现。

考点1　原电池及其工作原理

知识梳理

1.概念

原电池是把化学能转化为电能的装置。

2．构成条件

（1）有能自发进行的氧化还原反应发生。

（2）活泼性不同的两个电极。

（3）形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：

①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。

3．工作原理（以铜一锌原电池为例）

装置图

电极材料

负极：

锌片

正极：

铜片

电极反应

Zn－2e－===Zn2＋

Cu2＋＋2e－===Cu

反应类型

氧化反应

还原反应

电子流向

由锌片沿导线流向铜片

电解质溶液中离子流向

电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移

电流方向

由铜片沿导线流向锌片

盐桥中离子流向

盐桥中含有饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极

电池总反应式

Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

两类装置

的不同点

还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗

Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，减少了能量损耗，故电流稳定，持续时间长

（1）只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。

（2）活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。

（3）电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥和导线（即电子不下水，离子不上岸）。

（4）负极失去电子总数一定等于正极得到电子总数。

（5）盐桥的组成和作用

①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。

②盐桥的作用：

a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流；c.可以提高能量转化效率。

1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。

（1）CaO＋H2O===Ca（OH）2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能。

（×）

错因：

此反应不属于氧化还原反应，故不能设计成原电池。

（2）在原电池中，发生氧化反应的电极是正极。

（×）

错因：

在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。

（3）其他条件均相同，带有“盐桥”的原电池没有不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。

（×）

错因：

其他条件相同时，带有“盐桥”的原电池能量损耗更少，电流持续时间更长。

（4）某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu（NO3）2＋2Ag，装置中的盐桥内可以是含琼脂的KCl饱和溶液。

（×）

错因：

琼脂中少量的Cl－会进入AgNO3溶液和银离子反应。

（5）因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池，必是铁作负极、铜作正极。

（×）

错因：

铁遇浓硝酸钝化，故铁不能作负极。

（6）两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极。

（×）

错因：

活泼金属不一定作负极，如：

MgNaOHAl形成的原电池，铝作负极。

2.如图是用化学电源使LED灯发光的装置。

下列说法错误的是（　　）

A．铜片表面有气泡生成

B．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换

C．如果将稀硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动

D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变

答案　C

解析　柠檬汁显酸性也能做电解质溶液，所以将稀硫酸换成柠檬汁，仍然构成原电池，所以导线中有电子流动，故C错误。

题组训练

题组一原电池的工作原理

1．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是（　　）

A．①④B．③④⑤

C．④⑧D．②④⑥⑦

答案　D

解析　根据原电池的构成条件可知：

①中只有一个电极，③中两电极材料相同，⑤中酒精不是电解质，⑧中两电极材料相同且无闭合回路，故①③⑤⑧不能构成原电池。

2．如下图是Zn和Cu组成的原电池示意图，某小组做完该实验后，作了如下记录，其中合理的是（　　）

A．①②③B．④⑤⑥

C．③④⑤D．②③⑥

答案　D

解析　由图可知，该电池反应为：

Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，活泼金属Zn作负极，Cu作正极；外电路中电流由正极流向负极，①、④、⑤错误；Zn失去电子被氧化成Zn2＋，失去的电子经外电路流向正极，溶液中的H＋在正极上得到电子，析出H2，②、③、⑥正确。

题组二原电池正负极的判断

3．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。

下列说法中正确的是（　　）

A．

（1）

（2）中Mg作负极，（3）（4）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↑

答案　B

解析　

（1）中Mg作负极；

（2）中Al作负极；（3）中铜作负极；（4）是铁的吸氧腐蚀，Fe作负极，正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。

4．用铜片、银片、Cu（NO3）2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂－KNO3的U形管）构成一个原电池（如图）。

下列有关该原电池的叙述中正确的是（　　）

①在外电路中，电子由铜电极流向银电极

②正极反应：

Ag＋＋e－===Ag

③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作

④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同

A．①②B．①②④

C．②③D．①③④

答案　B

解析　该原电池中铜作负极，银作正极，电子由铜电极流向银电极，①正确；该原电池中Ag＋在正极上得到电子，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，②正确；实验过程中取出盐桥，不能形成闭合回路，原电池不能继续工作，③错误；该原电池的总反应为Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag，④正确。

原电池正负极的判断方法

考点2　原电池原理的应用

知识梳理

1.比较金属活泼性强弱

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。

2．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。

3．设计制作化学电源

（1）必须是能自发进行的氧化还原反应。

（2）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。

（3）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含有与电极材料相同的阳离子，如在CuZn构成的原电池中，负极Zn浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极Cu浸泡在含有Cu2＋的电解质溶液中。

实例：

根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：

4．用于金属的防护

使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。

例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。

对于某些原电池，如镁、铝和NaOH溶液组成的原电池，Al作负极，Mg作正极。

因此，原电池中负极的金属性不一定比正极活泼。

原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要认为活泼电极一定作负极。

1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。

（1）镀锌铁皮与镀锡铁皮的镀层破损后，前者腐蚀速率大于后者。

（×）

错因：

锌比铁活泼，破损后，仍然可以保护铁不被腐蚀。

锡没有铁活泼，破损后，会加速铁的腐蚀。

（2）生铁比纯铁更耐腐蚀。

（×）

错因：

生铁中含有杂质，可以形成原电池，加快生铁腐蚀。

（3）铁与盐酸反应时加入少量CuSO4溶液，产生H2的速率不变。

（×）

错因：

加入少量CuSO4后，Fe与Cu2＋反应生成Cu，可以形成原电池，反应速率加快。

（4）C＋H2O（g）CO＋H2可设计成原电池。

（×）

错因：

自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。

（5）将氧化还原反应设计成原电池，可以把物质内部的能量全部转化为电能。

（×）

错因：

将氧化还原反应设计成原电池，物质的化学能部分转化为电能，还有一部分在生成物中以及转化为其他形式的能量，如热能等。

2．某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是（　　）

A

B

C

D

电极材料

Cu、Zn

Cu、C

Fe、Zn

Cu、Ag

电解液

FeCl3

Fe（NO3）2

CuSO4

Fe2（SO4）3

答案　D

解析　由题意知，Cu为负极材料，正极材料的金属活动性必须弱于Cu，其中B、D项符合该条件；由Fe3＋得电子生成Fe2＋知，电解质溶液中必须含有Fe3＋，同时符合上述两条件的只有D项。

题组训练

题组一判断金属的活动性强弱

1．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H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4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>EB．A>C>D>B>E

C．C>A>B>D>ED．B>D>C>A>E

答案　B

解析　①A、B相连时，A为负极，金属活动性：

A>B；②C、D相连时，电流由D→导线→C，说明C为负极，金属活动性：

C>D；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡，说明C为正极，金属活动性：

A>C；④B、D相连后，D极发生氧化反应，说明D为负极，金属活动性：

D>B；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出，说明金属活动性B>E。

由此可知，金属活动性：

A>C>D>B>E，B项正确。

2．根据下图可判断下列离子方程式中错误的是（　　）

A．2Ag（s）＋Cd2＋（aq）===2Ag＋（aq）＋Cd（s）

B．Co2＋（aq）＋Cd（s）===Co（s）＋Cd2＋（aq）

C．2Ag＋（aq）＋Cd（s）===2Ag（s）＋Cd2＋（aq）

D．2Ag＋（aq）＋Co（s）===2Ag（s）＋Co2＋（aq）

答案　A

解析　题图所示装置是原电池的构成装置，左图中Cd为负极，发生的是Cd置换出Co的反应，即Cd的金属活动性强于Co，B正确；右图中Co为负极，Co置换出Ag，说明Co的金属活动性强于Ag，D正确；综上可知，Cd的金属活动性强于Ag，所以Cd可以置换出Ag，C正确，A错误。

题组二改变化学反应速率

3．一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成H2的总量，可采取的措施是（　　）

A．加入少量稀NaOH溶液

B．加入少量CH3COONa固体

C．加入少量NH4HSO4固体

D．加入少量CuSO4溶液

答案　D

解析　由于是一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应，产生H2的量由HCl决定。

加入NaOH溶液