高考化学第3讲 原电池和化学电源Word文件下载.docx

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（2）二看两电极：

一般是活泼性不同的两电极。

（3）三看是否形成闭合回路，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。

【典例探究】

【典型1】　原电池工作原理的考查

1.下列装置中能构成原电池产生电流的是（　　）

2.有关电化学知识的描述正确的是（　　）

A．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

B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu（NO3）2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液

C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成

D．理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池

【方法技巧】规避原电池工作原理

的4个易失分点

（1）只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能。

（2）电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。

（3）无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。

（4）原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。

【典型2】原电池正、负极的判断

1、下列有关原电池的说法中正确的是（　　）

A．在内电路中，电子由正极流向负极

B．在原电池中，相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极

C．原电池工作时，可能会伴随着热能变化

D．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生

2、分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是（　　）

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↑

【方法技巧】原电池正、负极判断方法

◇考点2原电池原理的应用

1、用于金属的防护

使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。

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。

2、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。

3、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。

4、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增大。

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。

【典型1】原电池原理的应用

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[来（　　）

A．A>

B>

C>

D>

EB．A>

EC．C>

A>

ED．B>

E

2、把适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________。

【方法技巧】改变Zn与H＋反应速率的方法

（1）加入Cu或CuSO4，形成原电池，加快反应速率，加入Cu不影响Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量减少，是否影响产生H2的量，应根据Zn、H＋的相对量多少判断。

（2）加入强碱弱酸盐，由于弱酸根与H＋反应，使c（H＋）减小，反应速率减小，但不影响产生H2的量。

◇考点3化学电源

1．碱性锌锰干电池——一次电池

总反应式：

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2。

正极反应：

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；

负极反应：

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2。

2．锌银电池——一次电池

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2；

Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag。

3．二次电池（可充电电池）

铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。

（1）放电时的反应

①负极反应：

Pb＋SO

－2e－===PbSO4；

②正极反应：

PbO2＋4H＋＋SO

＋2e－===PbSO4＋2H2O；

③总反应：

Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。

（2）充电时的反应

①阴极反应：

PbSO4＋2e－===Pb＋SO

；

②阳极反应：

PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO

2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。

4．燃料电池

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。

种类

酸性

碱性

负极反应式

2H2－4e－===4H＋

2H2＋4OH－－4e－===4H2O

正极反应式

O2＋4e－＋4H＋===2H2O

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

电池总反应式

2H2＋O2===2H2O

【典型1】化学电源中电极反应式的书写

1、LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。

该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4SOCl2。

电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。

请回答下列问题：

（1）电池的负极材料为__________，发生的电极反应为________________________。

（2）电池正极发生的电极反应为_________________________________________。

2、铝空气海水电池：

以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。

电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al（OH）3

负极：

________

______________________________________________________；

正极：

______________________________________________________________。

【方法技巧】化学电源中电极反应式书写的一般程序（“加减法”书写电极反应式）

（1）先确定原电池的正负极，并标出相同

数目电子的得失。

（2）注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。

（3）若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，O2生成OH－；

若电解质溶液为酸性，O2生成水。

（4）正负极反应式相加得到电池反应的总反应式。

【典型2】不同介质对燃料电池电极反应式书写的影响

3．以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：

（1）酸性条件

燃料电池总反应式：

CH4＋2O2===CO2＋2H2O①

燃料电池正极反应式：

O2＋4H＋＋4e－===2H2O②

①－②×

2，得燃料电池负极反应式：

____________________________________。

（2）碱性条件

CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O①

O2＋2H2O＋4e－===4OH－②

2，得燃料电

池负极反应式：

______________________________________。

（3）固体电解质（高温下能传导O2－）

O2＋4e－===2O2－②

_____________________________________。

（4）熔融碳酸盐（如：

熔融K2CO3）环境下

电池总反应式：

CH4＋2O2===CO2＋2H2O①

正极电极反应式：

O2＋2CO2＋4e－===2CO

②

【方法技巧】燃料电池电极反应式的书写

根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，我们只要熟记以下四种情况：

（1）酸性电解质溶液环境下电极反应式：

O2＋4H＋＋4e－===2H2O

（2）碱性电解质溶液环境下电极反应式：

（3）固体电解质（高温下能传导O2－）环境下电极反应式：

O2＋4e－===2O2－

（4）熔融碳酸盐（如：

熔融K2CO3）环境下电极反应式：

。

电池的总反应式＝电池正极反应式＋电池负极反应式

◇考点4盐桥原电池的专题突破

1．盐桥的组成和作用

（1）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。

2．单池原电池和盐桥原电池的对比

Zn－2e－===Zn2＋正极：

Cu2＋＋2e－===Cu总反应：

Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋

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。

关键点：

盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。

【典型1】有关原电池原理的考查

1．某原电池构造如下图所示。

下列有关叙述正确的是（）

A．在外电路中，电子由银电极流向铜电极

B．取出盐桥后，电流表的指针仍发生偏转

C．外电路中每通过0.1mol电子，铜的质量理论上减小6.4g

D．原电池的总反应式为Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu（NO3）2

【典型2】可逆反应与原电池的工作原理

2．控制适合条件，将反应2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2设计成如下图的原电池。

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．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极

D．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态

【方法技巧】当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；

当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。

【高考真题】

1．（2015·

课标全国Ⅰ）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。

下列有关微生物电池的说法错误的是（　　）

A．正极反应中有CO2生成

B．微生物促进了反应中电子的转移

C．质子通过交换膜从负极区移向正极区

D．电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O

2．（2015·

天津理综）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

3．（2015·

江苏化学）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：

4．

（1）（2015·

四川理综）FeSO4在一定条件下可制得FeS2（二硫化亚铁）纳米材料。

该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S，正极反应式是________________________

（2）（2015·

海南化学）下图所示原电池正极的反应式为___________________________________。

（3）（2015·

安徽理综）常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池（图1），测得原电池的电流强度（I）随时间（t）的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。

图1　　　　　　　　　　　　　　图2

0～t1时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是________，溶液中的H＋向________极移动，t1时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是_________________________________。

1．（2014·

北京理综）下列电池工作时，O2在正极放电的是（　　）

2．（2014·

福建理综）某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl。

下列说法正确的是（　　）

A．正极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－

B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成

C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变

D．当电路中转移0.01mole－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子

3．（2014·

浙江理综）镍氢电池（NiMH）目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。

NiMH中的M表示储氢金属或合金。

该电池在充电过程中的总反应方程式是：

Ni（OH）2＋M===NiOOH＋MH

已知：

6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－===6Ni（OH）2＋NO

下列说法正确的是（　　）

A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为：

NiOOH＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－

B．充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移

C．充电过程中阴极的电极反应式：

H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H被M还原

D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液

4．

（2014·

课标全国Ⅱ）2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。

下列叙述错误的是（　　）

A．a为电池的正极

B．电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi

C．放电时，a极锂的化合价发生变化

D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移

5．（2013·

课标全国Ⅰ）银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故，根据电化学原理可进行如下处理，在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去，下列说法正确的是（　　）

A．处理过程中银器一直保持恒重

B．银器为正极，Ag2S被还原生成单质银

C．该过程中总反应为2Al＋3Ag2S===6Ag＋Al2S3

D．黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl

6．（2013·

课标全国Ⅱ）“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。

下列关于该电池的叙述错误的是（　　）

A．电池反应中有NaCl生成

B．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子

C．正极反应为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－

D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动

【第3讲原电池和化学电源参考答案】

典例剖析1【典例1】1、B2、D

【典型2】1、C2、B

典例剖析2【典型1】1、B

2、　

（1）A　

（2）B　（3）C

典例剖析3【典型1】1、　

（1）锂　Li－e－===Li

＋

（2）2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑

2、　4Al－12e－===4Al3＋3O2＋6H2O＋12e－===12OH－

【典型2】　

（1）CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋

（2）CH4＋10OH－－8e－===CO

＋7H2O

（3）CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O

（4）CH4＋4CO

－8e－===5CO2＋2H2O

典例剖析4【典型1】1、D

【典型2】1、C

真题现场

1、A2、C3、D

4、

（1）FeS2+4e-=Fe+2S2-

（2）Ag-+e-=Ag（3）2H++NO3-+e-=NO2↑+H2O，正；

Al在浓硝酸中发生钝化，氧化膜阻止了Al的进一步反应

1、B2、D3、A4、C5、B6、B