高考化学总复习专题六原电池 化学电源教学案.docx

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高考化学总复习专题六原电池化学电源教学案

课时2　原电池　化学电源

[2018备考·最新考纲]

1．理解原电池的构成、工作原理及应用。

2.能写出电极反应式和电池反应方程式。

3.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

考点一　原电池的工作原理及其应用

（考点层次A→自学、识记、辨析）

1．原电池的概念：

将化学能转化为电能的装置。

2．原电池的构成条件

（1）能自发地发生氧化还原反应。

（2）两个活泼性不同的电极（材料可以是金属或导电的非金属）。

①负极：

活泼性较强的金属。

②正极：

活泼性较弱的金属或能导电的非金属。

（3）电极均插入电解质溶液中。

（4）构成闭合回路（两电极接触或用导线连接）。

3．工作原理

装置图

电极名称

负极

正极

电极材料

锌片

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

离子迁移方向

阴离子向负极迁移；

阳离子向正极迁移

电池反应方程式

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，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长

提醒：

①在原电池中活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。

如Mg－Al－NaOH溶液组成的原电池，Al作负极。

②自发发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应，也可能是电极与溶解的氧气等发生反应，如将铁与石墨相连插入食盐水中。

4．原电池原理的三大应用

（1）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。

（2）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。

（3）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。

如：

根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2

设计的原电池为：

教材

高考

1．（SJ选修4·P461改编）当铜锌原电池产生电流时，下列说法正确的是（　　）

A．阳离子移向Zn极，阴离子移向Cu极

B．电子由Cu电极流向Zn电极

C．电流由Zn电极流向Cu电极

D．阴离子移向Zn电极，阳离子移向Cu电极

答案　D

2.（RJ必修2·P42“实践活动”改编）如图所示是一位同学在测试水果电池，下列有关说法错误的是（　　）

A．若金属片A是正极，则该金属片上会产生H2

B．水果电池的化学能转化为电能

C．此水果发电的原理是电磁感应

D．金属片A、B可以一个是铜片，另一个是铁片

答案　C

3．（溯源题）（2016·上海化学，8）图1是铜锌原电池示意图。

图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示③。

①铜棒的质量　②c（Zn2＋）　③c（H＋）　④c（SO

）

探源：

本考题源于教材SJ选修4P13“图1-9　铜锌原电池构造和原理示意图”，对原电池的工作原理进行了考查。

[诊断性题组]

1．基础知识判断，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极（√）

（2）在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强（×）

（3）在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应（×）

（4）其他条件均相同，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长（√）

（5）在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生（×）

（6）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（×）

（7）在内电路中，电子由正极流向负极（×）

（8）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（×）

2．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↑

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，Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

答案　B

3．（2017·广东粤西四校联考）铜锌原电池（如图）工作时，下列叙述正确的是（　　）

A．一段时间后，铜棒上有红色物质析出

B．正极反应为：

Zn－2e－===Zn2＋

C．在外电路中，电流从负极流向正极

D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液

解析　Cu为正极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，铜棒上有红色物质析出，A项正确，B项错误；在外电路中，电流从正极流向负极，C项错误；CuSO4溶液中c（Cu2＋）降低，故盐桥中的K＋移向CuSO4溶液，D项错误。

答案　A

4．某学校研究性

学习小组欲以镁条、铝片为电极，以稀NaOH溶液为电解质溶液设计原电池。

（1）给你一只电流表，请你画出该原电池的示意图，并标出正负极。

（2）一段时间后，铝片发生的电极反应式是________________________________________________________________；

镁条表面只有极少量的气泡产生，则镁电极产生的主要反应的电极反应式为_________________________________________________________________。

解析　铝能够与NaOH溶液反应，所以作原电池的负极，而镁与NaOH溶液不反应，故作原电池的正极。

答案　

（1）如图所示

（2）Al＋4OH－－3e－===AlO

＋2H2O

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

【易错警示】

规避原电池基础中的6个失分点

1．原电池的闭合回路有多种形式，如两电极相接触也是一种闭合。

2．盐桥使两池电解液相连接，构成闭合，但不能用导线替换。

3．只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池，把多余的能量转化成电能。

4．在原电池中，电子不能通过电解质溶液。

5．电解液中的阴阳离子与导线中的电子各自的定向移动，构成一个完整的闭合回路，电子由负极移向正极，电解液中阳离子移向正极，阴离子移向负极。

6．两个电极即使都是石墨，也可构成原电池，如一些燃料电池。

考点二　形形色色的化学电源

（考点层次B→共研、理解、整合）

对应学生用书P136

1．一次电池

碱性锌锰

干电池

负极材料：

Zn

电极反应：

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2

正极材料：

碳棒

电极反应：

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－

总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2

锌银电池

负极材料：

Zn

电极反应：

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2

正极材料：

Ag2O

电极反应：

Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－

总反应：

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag

2.二次电池

铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）

2PbSO4（s）＋2H2O（l）

3．燃料电池

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种：

种类

酸性

碱性

负极反应式

2H2－4e－===4H＋

2H2＋4OH－－4e－===4H2O

正极反应式

O2＋4H＋＋4e－===2H2O

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

电池反应式

2H2＋O2===2H2O

提醒：

①原电池反应中，两极材料本身不一定发生反应。

②书写燃料电池的电极反应式时，一定要注意溶液的酸碱性。

教材

高考

1．（SJ选修4·P15“问题解决”改编）碱性锌锰电池总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2，则其正极反应为MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－。

2．（RJ选修4·P783改编）镉镍可充电电池的充、放电反应按下式进行：

Cd＋2NiO（OH）＋2H2O

Cd（OH）2＋2Ni（OH）2，由此判断错误的是（　　）

A．放电时，Cd作负极

B．放电时，NiO（OH）作负极

C．电解质溶液为碱性溶液

D．放电时，负极反应为Cd＋2OH－－2e－===Cd（OH）2

答案　B

3．（溯源题）（2016·课标全国Ⅱ，11）Mg－AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。

判断下列说法是否正确

（1）负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋（√）

（2）正极反应式为Ag＋＋e－===Ag（×）

（3）电池放电时Cl－由正极向负极迁移（√）

（4）负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg（OH）2＋H2↑（√）

探源：

本考题源于SJ选修4P15“图1-10　化学电源”及拓展，对常见化学电源的工作原理及电极反应进行了考查。

[拓展性题组]

题组一　“常考不衰”的燃料电池

1．科学家设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示，下列说法不正确的是（　　）

A.通入N2的电极的电极反应式为：

N2＋6e－＋8H＋===2NH

B．反应过程中溶液的pH会变大，故需要加入盐酸

C．该电池外电路电流从通入H2的电极流向通入N2的电极

D．通入H2的电极为负极，A为NH4Cl

解析　N2与H2反应生成NH3，由于以稀盐酸为电解质，所以总反应为N2＋3H2＋2HCl===2NH4Cl。

由“负氧正还”可知N2在正极反应，电极反应式为：

N2＋6e－＋8H＋===2NH

，H2在负极反应，电极反应式为3H2－6e－===6H＋，A、B、D正确，C项错误。

答案　C

2．（2017·惠州模拟）金属锂燃料电池是一种新型电池，比锂离

子电池具有更高的能量密度。

它无电时也无需充电，只需更换其中的某些材料即可，其工作示意图如下，下列说法正确的是（　　）

A．放电时，空气极为负极

B．放电时，电池反应为4Li＋O2===2Li2O

C．有机电解液可以是乙醇等无水有机物

D．在更换锂电极的同时，要更换水性电解液

解析　A．放电时，Li极为负极，错误；B.放电时，电池反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，错误；C.因为有锂存在，就不能用乙醇，锂和乙醇反应，错误；D.水性电解液中有沉淀生成，所以在更换锂电极的同时，要更换水性电解液，正确，所以选D。

答案　D

3．如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。

下列说法不正确的是（　　）

A．电流由O2所在的铂电极流出

B．O2所在的铂电极处发生还原反应

C．该电池的负极反应式为：

CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋

D．微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量

解析　燃料电池，燃料在负极反应，氧气在正极反应。

氧气在正极发生还原反应，电流由正极流向负极，A、B正确；由图可知负极反应物为CH3CH2OH（碳元素的化合

价平均显－2价