版高中化学 专题2 化学反应与能量转化微型专题重点突破四学案 苏教版必修2Word文档格式.docx

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例2

　高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。

高铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O

3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH。

请回答下列问题：

（1）放电时，正极发生________（填“氧化”或“还原”）反应，则正极反应式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）放电时，________（填“正”或“负”）极附近溶液的碱性增强。

考点　原电池的基础知识及应用

题点　电极反应式的书写

答案　

（1）还原　FeO

＋3e－＋4H2O===Fe（OH）3＋5OH－　

（2）正

解析　根据高铁电池放电时总反应方程式可知，Zn为负极，负极电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2，由电池的总反应方程式－负极反应式＝正极反应式可知，正极反应式为FeO

＋3e－＋4H2O===Fe（OH）3＋5OH－，正极区生成OH－且消耗水，OH－浓度增大，故正极附近溶液的碱性增强。

原电池电极反应式的书写

变式2

（1）铝—空气燃料电池是一种新型的燃料电池，其工作原理如图所示，其中电解质溶液是KOH溶液，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

试完成下列问题：

①通入空气的电极是________（填“正”或“负”）极。

②Al电极是________（填“X”或“Y”）电极。

③电池总反应式为_________________________________________（写离子方程式）。

（2）航天技术中使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便和无污染等优点。

氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池总反应式都为2H2＋O2===2H2O。

①酸式氢氧燃料电池的电解质溶液是稀硫酸，其负极反应式为2H2－4e－===4H＋，则其正极反应式为_____________________________________________________________________。

②碱式氢氧燃料电池的电解质溶液是KOH溶液，则其负极反应式为___________________。

答案　

（1）①正　②X　③4Al＋4OH－＋3O2===4AlO

＋2H2O

（2）①O2＋4H＋＋4e－===2H2O　②2H2＋4OH－－4e－===4H2O

解析　

（1）该燃料电池中Al失电子作负极，O2得电子，则通入空气的电极作正极；

电子由X电极流向Y电极，所以X电极为Al，作负极，Y电极为通入空气的电极，作正极，电池总反应式为4Al＋4OH－＋3O2===4AlO

＋2H2O。

（2）①两电极的反应式相加即得电池总反应式，因此，用电池总反应式减去某一电池的反应式，即得另一电极的反应式，故酸式氢氧燃料电池的正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

②碱式氢氧燃料电池的正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，负极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O。

三、原电池的设计

例3

　铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。

（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：

__________________________。

（2）若将

（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式：

负极反应：

______________________________________________________________

________________________________________________________________________；

正极反应：

_______________________________________________________________。

题点　原电池的设计

答案　

（1）2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

（2）装置如图所示：

Cu－2e－===Cu2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋

解析　该氧化还原反应可拆分为如下两个半反应：

氧化反应（负极反应）：

Cu－2e－===Cu2＋。

还原反应（正极反应）：

2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。

故Cu作负极，活动性比Cu差的材料作正极，如Ag、C等，FeCl3溶液作电解质溶液。

原电池的设计方法

（1）定：

确定一个能够自发进行的氧化还原反应。

（2）拆：

将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应，还原剂－ne－===氧化产物（负极电极反应）；

氧化剂＋ne－===还原产物（正极电极反应）。

（3）找：

根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。

（4）画：

连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。

变式3

　依据氧化还原反应：

2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag设计的原电池如图所示。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．电极X的材料是Cu

B．电解质溶液Y是CuSO4溶液

C．电子从X电极经导线流向Ag电极

D．Ag电极为电池的正极，电极反应为Ag＋＋e－===Ag

答案　B

解析　根据总反应式可知铜失去电子，溶液中的银离子得到电子，铜是负极，银是正极，则电极X的材料是Cu，A项正确；

溶液中的银离子得到电子，电解质溶液Y是硝酸银溶液，B项错误；

负极失去电子，则电子从X电极经导线流向Ag电极，C项正确；

根据以上分析可知Ag电极为电池的正极，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，D项正确。

四、新情境下原电池原理的多角度考查

例4

北京朝阳区高一月考）Mg—H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。

该电池以海水为电解质溶液，示意图如图所示。

该电池工作时，下列说法正确的是（　　）

A．Mg电极是该电池的正极

B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应

C．石墨电极附近溶液的pH增大

D．溶液中Cl－向正极移动

题点　新情境下原电池原理的多角度考查

答案　C

解析　Mg—H2O2电池，活泼金属（Mg）作负极，发生氧化反应：

Mg－2e－===Mg2＋，H2O2在正极（石墨电极）发生还原反应：

H2O2＋2e－===2OH－（由于电解质为中性溶液，则生成OH－），A项、B项错误，C项正确；

由于负极阳离子（Mg2＋）增多，则Cl－向负极移动平衡电荷，D错误。

（1）根据原电池原理判断电池的正、负极及电子（或电流）流动方向。

（2）分别书写正、负极电极反应式并分析两极可能产生的现象。

（3）根据电极反应式判断电解质溶液的pH变化和离子迁移方向。

变式4

　一种以NaBH4和H2O2为原料的新型电池的工作原理如图所示。

下列说法错误的是（　　）

A．电池的正极反应为H2O2＋2e－===2OH－

B．电池放电时Na＋从a极区移向b极区

C．电子从电极b经外电路流向电极a

D．b极室的输出液经处理后可输入a极室循环利用

解析　A项，正极发生反应：

H2O2＋2e－===2OH－，正确；

B项，放电时为原电池，阳离子移向正极，电极b为正极，正确；

C项，电子由负极经外电路流向正极，应该由电极a流向电极b，错误；

D项，产生的氢氧化钠溶液可以循环使用，正确。

1．（2018·

济南一中期中）化学能可与热能、电能等相互转化。

下列表述不正确的是（　　）

A．有能量变化是化学反应的基本特征之一

B．图Ⅰ所示的装置能将化学能转变为电能

C．图Ⅱ所示的反应为放热反应

D．化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂与形成

解析　化学反应过程中，除了有新物质生成，一定伴随能量的变化，所以有能量变化是化学反应的基本特征之一，A项正确；

图Ⅰ所示的装置不能形成闭合回路，不能构成原电池，化学能不能转变为电能，B项错误；

根据图Ⅱ知，反应物总能量大于生成物总能量，则该反应是放热反应，C项正确；

化学反应总是伴随着能量变化，断键需要吸收能量，成键放出能量，所以化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂与生成，D项正确。

2．（2018·

贵港市覃塘期末）某同学用如图所示实验来探究构成原电池的一般条件，下列说法中正确的是（　　）

A．左瓶的灯泡发光B．右瓶的铜棒变粗

C．右瓶中铁棒为正极D．左瓶：

Fe－2e－===Fe2＋

解析　左瓶电极插入苯中，苯是非电解质，不能构成原电池，灯泡不会发光，A、D错误；

右瓶电极插入硫酸铜溶液中，且构成闭合回路，形成原电池，铁是负极，铜是正极，溶液中的铜离子得到电子析出铜，所以铜棒变粗，B正确，C错误。

3．（2018·

哈尔滨师大附中期末）选用下列试剂和电极：

稀H2SO4、Fe2（SO4）3溶液、铁棒、铜棒、铂棒，组成如图所示的原电池装置，观察到电流计G的指针均有偏转，则其可能的组合共有（　　）

A．6种B．5种

C．4种D．3种

解析　该装置是原电池，根据原电池的构成条件选取电极和电解质溶液。

当电解质溶液为稀硫酸时，只有铁能作负极，则正极可以是铜，也可以是铂，所以有两种组合；

当电解质溶液为硫酸铁时，负极可以是铁，则正极可以是铜，也可以是铂；

若负极为铜时，正极只能是铂，所以有三种组合。

通过以上分析知，能构成原电池的组合有5种。

4．（2018·

宿迁期中）如图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是（　　）

A．外电路的电流方向：

X→外电路→Y

B．若两电极分别为Zn和石墨棒，则X为石墨棒，Y为Zn

C．若两电极都是金属，则它们的活泼性为X>

D．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应

解析　电流的方向是正电荷的移动方向，所以外电路的电流方向：

Y→外电路→X，A项错误；

若两电极分别为Zn和碳棒，由于活动性：

Zn>

C，则X为Zn，Y是碳棒，B项错误；

若两电极都是金属，根据原电池的构成条件，活泼性强的失去电子，作负极，则它们的活泼性：

Y，C项正确；

X极失去电子，发生氧化反应，Y极上获得电子，发生的是还原反应，D项错误。

5．（2018·

新疆建设兵团二中期中）电动自行车由于灵活、快捷、方便，已成为上班族的主要代步工具，其电源常采用铅蓄电池。

反应原理：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）

2PbSO4（s）＋2H2O（l）。

根据此反应判断下列叙述错误的是（　　）

A．放电时负极反应：

Pb（s）＋SO

（aq）－2e－===PbSO4（s）

B．充电时电能转化为化学能

C．放电时，电解液的密度增大

D．充电时，电解液的pH减小

解析　根据总反应式可知放电时负极铅发生失去电子的氧化反应，反应为Pb（s）＋SO

（aq）－2e－===PbSO4（s），A项正确；

充电时电能转化为化学能，B项正确；

放电时消耗硫酸，生成难溶性硫酸铅和水，电解液的密度减小，C项错误；

充电时生成硫酸，氢离子浓度增大，电解液的pH减小，D项正确。

6．（2018·

哈六中期中）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，装置中一定是银作正极

C．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，若能组成原电池，必是铁作负极、铜作正极

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

解析　所给反应不是氧化还原反应，没有电子转移，虽然为放热反应，但不能将该反应设计成原电池，A项错误；

根据所给反应，负极材料应该是Cu，但正极材料可以用Ag，也可以用碳棒等惰性电极，B项错误；

当铁和铜作为电极放入浓硝酸中时，铁因钝化瞬间停止反应，而铜可持续被浓硝酸溶解，所以铜是负极，C项错误。

7．下列四组原电池，其中放电后电解质溶液质量增加，且在正极有单质生成的是（　　）

A．Cu、Ag、AgNO3溶液B．Zn、Cu、浓H2SO4

C．Fe、Zn、CuSO4溶液D．Fe、C、Fe2（SO4）3溶液

解析　电池反应式为Cu＋2AgNO3===Cu（NO3）2＋2Ag，溶液质量减少，正极有单质Ag生成，A不符合题意；

Zn与浓硫酸反应没有单质生成，B不符合题意；

电池反应式为Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4，溶液质量增加，正极有单质铜生成，C符合题意；

电池反应式为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，溶液质量增加，但正极没有单质生成，D不符合题意。

8．某种燃料电池的工作原理示意图如图所示，a、b均为惰性电极。

（1）使用时，空气从________（填“A”或“B”）口通入。

（2）假设使用的“燃料”是甲醇（CH3OH），总反应式为2CH3OH＋4OH－＋3O2===2CO

＋6H2O，则A口通入的气体为______________（填名称）。

（3）b极反应式为________________________________________________________。

（4）当电路中通过0.3mol电子时，消耗甲醇的质量为______g。

答案　

（1）B　

（2）甲醇　（3）O2＋4e－＋2H2O===4OH－　（4）1.6

解析　由电子流动方向可知a为负极，b为正极，空气应从B口通入，甲醇从A口通入。

[对点训练]

题组一　原电池的基础知识及应用

枣庄市下学期期中）如图是以稀硫酸为电解质溶液的原电池装置，下列叙述正确的是（　　）

A．锌片上有气泡产生

B．锌片为负极，铜片发生氧化反应

C．电解质溶液中的H＋向铜极移动

D．电子流动方向：

锌极→导线→铜极→电解质溶液→锌极

题点　原电池的判断与工作原理

解析　锌比铜活泼、形成原电池反应时，锌为负极，发生氧化反应，电极方程式为Zn－2e－===Zn2＋，铜为正极，发生还原反应，电极方程式为2H＋＋2e－===H2↑，由此可以知道，电子由负极经外电路流向正极，电子不能进入电解质溶液中；

原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动；

综上所述，只有C项正确。

2．将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是（　　）

A．两个装置都构成了原电池

B．甲装置构成了原电池，乙装置没有构成原电池

C．两烧杯中的锌片上都有大量气泡产生

D．产生气泡的速率甲比乙慢

解析　甲中构成了铜锌原电池，锌作负极，失电子；

铜作正极，氢离子在铜极上得电子，生成氢气；

总反应式为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。

乙装置没有构成原电池，因为没有形成闭合电路。

构成原电池后生成氢气的速率加快。

3．把金属A放入盐B（NO3）2的溶液中，发生反应A＋B2＋===A2＋＋B，以下叙述正确的是（　　）

A．常温下金属A一定能与水反应，B一定不能与水反应

B．A与B用导线连接后放入酒精中，一定形成原电池

C．A与B用导线连接后放入B（NO3）2的溶液中，一定有电流产生

D．由A、B和B（NO3）2溶液构成的原电池，A一定是正极，B一定是负极

题点　金属活泼性强弱的综合应用

解析　A＋B2＋===A2＋＋B说明A比B活泼，但A、B有可能都在金属活动性顺序H之后，因此，A、B都有可能不与水反应，故A项错；

酒精是非电解质，不能形成原电池，故B项错；

由A、B和B（NO3）2溶液构成的原电池，A一定是负极，B一定是正极，故D项错。

4．固体氧化物燃料电池是由美国西屋（Westinghouse）公司研制开发的。

它以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（O2－）在其间通过。

该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。

下列判断正确的是（　　）

A．由O2放电的a极为电池的负极

B．O2－移向电池的正极

C．b极对应的电极反应为2H2－4e－＋2O2－===2H2O

D．a极对应的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

题点　原电池中电极反应式的书写

解析　在燃料电池中，有O2放电的a极为原电池的正极，A错误；

在燃料电池中，O2－移向电池的负极，B错误；

在燃料电池中，有H2放电的b极为电池的负极，电极反应为2H2－4e－＋2O2－===2H2O，C正确；

a极是正极，氧气在正极得电子，则对应的电极反应为O2＋4e－===2O2－，D错误。

启东高一期中）锂海水电池常用在海上浮标等助航设备中，其示意图如图所示。

电池反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑。

电池工作时，下列说法错误的是（　　）

A．金属锂作负极

B．镍电极上发生氧化反应

C．可将化学能转化为电能

D．电子从锂电极经导线流向镍电极

题点　新型化学电源

解析　根据原电池的工作原理，较活泼金属作负极，失去电子被氧化。

该电池中锂比镍活泼，所以金属锂作负极，故A项正确；

金属镍作正极，得到电子被还原，故B项错误；

该装置是把锂与水反应的化学能转化为电能，故C正确；

电子从负极锂经导线流向正极镍，故D项正确。

题组二　守恒法在原电池中的应用

6．对于锌、铜、稀硫酸组成的原电池装置中，当导线中有1mol电子通过时，理论上两极变化是（　　）

①锌片溶解了32.5g　②锌片增重32.5g　③铜片上析出1gH2　④铜片上析出1molH2

A．①③B．①④

C．②③D．②④

考点　守恒法在原电池中的应用

题点　原电池中的有关计算

答案　A

解析　锌、铜、稀硫酸组成的原电池的电极反应式为

负极：

Zn－2e－===Zn2＋，正极：

2H＋＋2e－===H2↑。

则计算关系式为

　Zn　　～　　2e－　　～　　H2

1mol2mol1mol

0.5mol1mol0.5mol

m（Zn）＝0.5mol×

65g·

mol－1＝32.5g，m（H2）＝0.5mol×

2g·

mol－1＝1g。

7．（2018·

上海松江区期中）用图1表示铜锌原电池中一些物理量的关系。

x轴表示流入正极电子的物质的量，则y轴表示（　　）

A．c（H＋）B．c（SO

）

C．铜棒的质量D．锌棒的质量

解析　锌棒作原电池负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，铜棒作原电池正极，溶液中铜离子在此极得电子，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，所以电解质溶液中c（H＋）不变，A项错误；

SO

不参与反应，所以c（SO

）不变，B项错误；

铜棒上有铜析出，铜棒的质量增加，C项正确；

锌不断溶解，所以锌棒的质量减小，D项错误。

8．镁—次氯酸盐燃料电池的工作原理如图所示，该电池反应为Mg＋ClO－＋H2O===Mg（OH）2＋Cl－。

下列有关说法正确的是（　　）

A．电池工作时，c溶液中的溶质是MgCl2

B．电池工作时，正极a附近的pH将不断增大

C．负极反应式：

ClO－－2e－＋H2O===Cl－＋2OH－

D．b电极发生还原反应，每转移0.1mol电子，理论上生成0.1molCl－

题点　原电池相关知识的综合

解析　根据电池反应式为Mg＋ClO－＋H2O===Mg（OH）2＋Cl－，所以c溶液中的溶质不含镁离子，A项错误；

放电时正极电极反应式：

ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－，所以a电极附近的pH将不断增大，B项正确；

根据电池反应式为Mg＋ClO－＋H2O===Mg（OH）2＋Cl－可知负极电极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg（OH）2，C项错误；

由图可知a电极为正极发生还原反应，反应式为ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－，所以每转移0.1mol电子，理论上生成0.05molCl－，D项错误。

题组三　新型化学电源

9．（2018·

哈尔滨师大附中期末）Mg—AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。

下列叙述错误的是（　　）

A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋

B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag

C．也能被KCl溶液激活

D．镁电极也会与水发生反应

解析　Mg—AgCl电池，活泼金属Mg是还原剂，负极反应式为：

Mg－2e－===Mg2＋，A正确；

AgCl是氧化剂，正极反应为：

2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag，B错误；

KCl溶液为电解质溶液，溶液中含有自由移动的离子，因此Mg—AgCl电池也能被KCl溶液激活，C正确；

镁是活泼金属可与水反应，即Mg＋2H2O===Mg（OH）2＋H2↑，D正确。

10．（2018·

重庆市巴蜀期末）液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小，无需气体存储装置等优点。

一种以肼（N2H4）为燃料的电池装置如图所示。

该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH为电解质。

下列关于该燃料电池的叙述不正确的是（　　）

A．电流从右侧电极经过负载流向左侧电极

B．负极发生的电极反应式为N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O

C．该燃料电池的电极材料应采用多孔导电材料，以提高电极反应物质在电极表面