学年高中化学第04章电化学基础专题41原电池试题新人教版.docx

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学年高中化学第04章电化学基础专题41原电池试题新人教版

专题4.1原电池

一、电化学及其分类

1．电化学的概念：

研究________________________相互转换的装置、过程和效率的科学。

2．电化学的分类

二、原电池及其工作原理

1．原电池

（1）概念：

将________转化为________的装置。

（2）实质：

利用能自发进行的________反应将化学能转化为电能。

（3）构成条件。

①两个________________的电极；

②________________溶液；

③形成________________回路；

④自发进行的________________反应。

2．原电池的工作原理（以锌铜原电池为例）。

工作原理：

利用______________反应在不同区域内进行，以适当方式连接起来，获得电流。

以铜锌原电池为例：

（1）在ZnSO4溶液中，锌片逐渐溶解，即Zn被_________，锌原子失电子，形成_____进入溶液，从锌片上释放的电子，经过导线流向__________；

CuSO4溶液中，________从铜片上得电子，还原成为________并沉积在铜片上。

锌为________，发生_____反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；

铜为________，发生______反应，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。

总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，反应是自发进行的。

（2）闭合回路的构成：

外电路：

电子从_________到__________，电流从正极到负极，

内电路：

溶液中的阴离子移向ZnSO4溶液，阳离子移向CuSO4溶液。

（3）盐桥

盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液。

当其存在时，随着反应的进行，Zn棒中的Zn原子失去电子成为Zn2＋进入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2＋过多，带正电荷。

Cu2＋获得电子沉积为Cu，溶液中Cu2＋过少，

过多，溶液带负电荷。

当溶液不能保持电中性时，将阻止放电作用的继续进行。

盐桥的存在就避免了这种情况的发生，其中Cl－向ZnSO4溶液迁移，K＋向CuSO4溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应可以继续进行。

三、原电池的设计

1．设计依据：

理论上，任何一个自发的______________________都可以设计成原电池。

2．设计步骤

以根据反应：

Fe+CuSO4

FeSO4+Cu设计原电池为例：

（1）首先分析所给的氧化还原反应，将其拆分成两个半反应：

________反应和________反应：

氧化反应：

Fe−2e−

Fe2+；还原反应：

Cu2++2e−

Cu。

（2）根据原电池的特点再结合两个半反应确定正、负极的材料及电解质溶液。

①负极材料：

__________________。

②正极材料：

比负极____________________________________。

③电解质溶液：

负极区：

__________________；正极区：

__________________。

（3）画出装置图。

一、1．化学能与电能2．原电池电解池

二、Cu2++2e－

CuZn－2e−

Zn2+

1．

（1）化学能电能

（2）氧化还原

（3）①活泼性不同②电解质③闭合④氧化还原

2．氧化还原

（1）氧化Zn2＋铜片Cu2＋金属铜负极氧化正极还原

（2）负极正极

三、1．氧化还原反应

2．

（1）氧化还原

（2）①还原剂（Fe）

②不活泼的金属（如Cu）或非金属（如C）③FeSO4溶液CuSO4溶液

一、原电池的判定

先分析有无外接电源，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池；然后依据原电池的形成条件分析判断，主要是“四看”：

一看电极−−两极为导体且存在活泼性差异（燃料电池的电极一般为惰性电极）；

二看溶液−−两极插入电解质溶液中；

三看回路−−形成闭合回路或两极直接接触；

四看本质−−有无自发的氧化还原反应发生。

注意啦：

多池相连，但无外接电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看做电解池。

下列装置中能构成原电池产生电流的是

【解析】A、D项中电极与电解质溶液之间不发生反应，不能构成原电池；B项符合原电池的构成条件，两电极发生的反应分别是Zn－2e－===Zn2＋，2H＋＋2e－===H2↑；C项中酒精不是电解质，故不能构成原电池。

【答案】B

二、原电池正、负极的判断方法

1．根据电极材料判断

负极−−活泼性较强的金属；

正极−−活泼性较弱的金属或能导电的非金属；

注意啦：

活泼金属不一定作负极，如Mg、Al在NaOH溶液中，Al做负极。

2．根据电子流动方向或电流方向或电解质溶液内离子的定向移动方向判断

负极−−电子流出极，电流流入极或阴离子定向移向极；

正极−−电子流入极，电流流出极或阳离子定向移向极。

3．根据两极发生的变化判断

负极−−失去电子，化合价升高，发生氧化反应；

正极−−得到电子，化合价降低，发生还原反应。

4．根据反应现象判断

负极−−会逐渐溶解，质量减小；

正极−−有气泡逸出或质量增加。

注意啦：

原电池正负极判断的基础是氧化还原反应。

如果给出一个方程式让判断正、负极，可以直接根据化合价的升降变化来判断，发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。

原电池的正极一定是

A．化学性质较活泼的金属B．化学性质较不活泼的金属

C．电子流出的一极D．电子流入的一极

【解析】原电池的正极材料可以是金属、非金属或金属氧化物等，但无论是哪种材料，正极上都发生还原反应，是电子流入的一极。

【答案】D

三、原电池原理的应用

1．加快氧化还原反应的速率

在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。

2．寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源（下节学习）

3．比较金属活动性强弱

两种金属a和b，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。

根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性a＞b。

4．用于金属的防护

要保护一个铁闸，可用导线将其与一锌块相连，使锌作原电池的负极，铁闸作正极。

5．设计化学电池

以2FeCl3＋Cu

2FeCl2＋CuCl2为依据，设计一个原电池。

（1）将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极的电极反应式。

负极：

Cu－2e－

Cu2＋

正极：

2Fe3＋＋2e－

2Fe2＋

（2）确定电极材料

如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；如为气体（H2）或溶液中的还原性离子，可用惰性电极（如Pt、碳棒）作负极材料。

发生还原反应的电极材料必须不如负极材料活泼。

本例中可用铜棒作负极，用铂丝或碳棒作正极。

（3）确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可。

如本例中可用FeCl3溶液作电解液。

（4）构成闭合回路

注意啦：

设计原电池时，若氧化还原方程式中无明确的电解质溶液，可用水作电解质，但为了增强其导电性，通常加入强碱或一般的强酸。

如燃料电池，水中一般要加入KOH或H2SO4。

一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，则有关此电池推断正确的是

A．通入乙烷的电极为正极

B．参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比为7∶2

C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度减少

D．负极反应式为C2H6＋6H2O－14e－===2

＋18H＋

【解析】乙烷燃烧的化学方程式为2C2H6＋7O2―→4CO2＋6H2O，在该反应中氧气得电子，乙烷失电子，因此通入氧气的电极为正极，而通入乙烷的电极为负极，故A答案错误；反应中参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比应为2∶7，故B答案错误；考虑到该电池是以KOH为电解质溶液的，生成的CO2会和KOH反应转化成K2CO3，反应中消耗KOH，KOH的物质的量浓度减少，故C答案正确；由于该电池是以KOH溶液为电解液的，D答案中负极生成的H＋显然在溶液中是不能存在的，故D答案错误。

考虑到电解质溶液的影响，此时该电池的总反应式应为2C2H6＋8KOH＋7O2―→4K2CO3＋10H2O，正极反应式为14H2O＋7O2＋28e－===28OH－（正极氧气得电子，理论上形成O2－，但该粒子在水中不稳定，必须以OH－形式存在），负极反应式可用总反应式减去正极反应式得到：

2C2H6＋36OH－－28e－===4

＋24H2O。

【答案】C

1．下列各装置能形成原电池的是

2．把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。

A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上有气泡逸出；A、C相连时，A极减轻；B、D相连时，B为正极。

则四种金属的活动性顺序由大到小排列为

A．A>B>C>DB．A>C>B>DC．A>C>D>BD．B>D>C>A

3．一个由锌片和石墨棒作为电极的原电池，电极反应分别是：

锌片：

2Zn+4OH−−4e−

2ZnO+2H2O石墨：

2H2O+O2+4e−

4OH−

下列说法中不正确的是

A．电解质溶液为酸性溶液

B．锌片是负极，石墨棒是正极

C．电池反应为2Zn+O2

2ZnO

D．该原电池工作一段时间后石墨棒附近溶液的pH增大

4．某新型水系钠离子电池工作原理如下图所示。

TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电，充电时Na2S4还原为Na2S。

下列说法错误的是

A．充电时，太阳能转化为电能，又转化为化学能

B．放电时，a极的电极反应式为：

4S2--6e-=S42-

C．充电时，阳极的电极反应式为：

3I--2e-=I3-

D．M是阴离子交换膜

5．已知某原电池的电极反应是Fe–2e−

Fe2+，Cu2++2e−

Cu，据此设计该原电池，并回答问题。

（1）若原电池装置为图中甲：

①电极材料A是，B是（写名称）。

②观察到A电极的现象是。

（2）若原电池装置为图中乙：

①电极材料X是（填序号，下同）。

a．铁b．铜c．石墨

②电解质Y是。

a．FeSO4b．CuSO4c．CuCl2

6．为了探究原电池的工作原理，某化学学习小组设计了一组实验，其装置如图所示：

甲乙丙

丁戊

回答下列问题：

（1）根据原电池原理填写下表：

装置序号

正极

负极反应式

阳离子移动方向

甲

乙

丙

丁

戊

（2）电极类型除与电极材料的性质有关外，还与有关。

（3）根据上述电池分析，负极材料是否一定参加电极反应?

（填“是”、“否”或“不一定”），用上述电池说明：

。

（4）上述电池放电过程中，电解质溶液酸碱性的变化：

甲，丙，戊。

（均填“酸性减弱”或“碱性减弱”）

7．[2017天津]下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是

A．硅太阳能电池工作时，光能转化成电能

B．锂离子电池放电时，化学能转化成电能

C．电解质溶液导电时，电能转化成化学能

D．葡萄糖为人类生命活动提供能量时，化学能转化成热能

8．[2016上海]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

A．铜棒的质量B．c（Zn2+）C．c（H+）D．c（

）

1．【答案】D

2．【答案】C

【解析】金属组成原电池，相对活泼的金属失去电子作负极，相对不活泼的金属作正极。

负极被氧化，质量减轻，正极发生还原反应，有物质析出，由题意得活动性A>B、A>C、C>D、D>B，故正确答案为C。

3．【答案】A

【解析】由电极反应可知Zn发生氧化反应，是原电池的负极，O2发生还原反应，石墨棒是正极；电解质溶液应为碱性溶液；随着反应的进行锌片周围pH减小，石墨棒周围产生OH−，pH增大；两电极反应相加得总反应式：

2Zn+O2

2ZnO。

4．【答案】D

【解析】TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电，所以充电时，太阳能转化为电能，电能又能转化为化学能，A正确；充电时Na2S4还原为Na2S，放电和充电互为逆过程，所以a是负极，a极的电极反应式为：

4S2--6e-=S42-，B正确；在充电时，阳极I-失电子发生氧化反应，极反应为3I--2e-=I3-，C正确；通过图示可知，交换膜只允许钠离子自由通过，所以M是阳离子交换膜，D错误；正确选项D。

点睛：

本题考查了原电池的原理，明确正负极上得失电子及反应类型是解题的关键，难点是电极反应式的书写，明确哪种离子能够自由通过交换膜，可以确定交换膜的类型。

题目难度中等。

5．【答案】

（1）①铜（或石墨棒）铁②有红色物质析出（或变粗）

（2）①bc②bc

【解析】

（1）结合氧化还原反应的知识可知Fe−2e−

Fe2+是负极反应，故Fe作负极，Cu2++2e−

Cu是正极反应，故A应是铜或石墨棒，现象是看到有红色物质析出，电极变粗。

（2）不含盐桥的原电池中正极材料是比负极金属活泼性差的金属或导电的非金属，故此时正极是铜或石墨，但负极只能是铁，电解质溶液是含不活泼金属离子的盐溶液，可为硫酸铜、氯化铜或硝酸铜。

6．【答案】

（1）

装置序号

正极

负极反应式

阳离子移动方向

甲

Al

Mg−2e−

Mg2+

移向铝极

乙

Pt

Fe−2e−

Fe2+

移向铂极

丙

Mg

Al−3e−+4OH−

+2H2O

移向镁极

丁

Al

Cu−2e−

Cu2+

移向铝极

戊

石墨

CH4−8e−+10OH−

+7H2O

移向石墨电极

（2）电解质溶液的性质

（3）不一定

在题述五个原电池中，戊装置的负极材料没有参与反应，其他电池的负极材料发生了氧化反应

（4）酸性减弱碱性减弱碱性减弱

（2）通过比较甲、丙电池可知，电极材料都是铝、镁，由于电解质溶液不同，故电极反应不同，即电极类型与电解质溶液也有关。

（3）大多数电池的负极材料发生氧化反应，但燃料电池的负极材料不参与反应，氢气、一氧化碳、甲烷、乙醇等可燃物在负极区发生氧化反应。

（4）根据电解质溶液中的反应情况判断溶液酸碱性的变化。

【备注】通常所说的活泼金属作负极，是依据金属活动顺序表的，即金属与酸反应的活泼性，但要注意铝和镁作原电池的电极，氢氧化钠溶液作电解质溶液时，铝作负极；还要注意常温下浓硝酸能使活泼的金属铝、铁钝化，使其不能参与原电池反应。

7．【答案】A。

8．【答案】C

【解析】该装置构成原电池，Zn是负极，Cu是正极。

A．在正极Cu上溶液中的H+获得电子变为氢气，Cu棒的质量不变，错误；B．由于Zn是负极，不断发生反应Zn−2e−=Zn2+，所以溶液中c（Zn2+）增大，错误；C．由于反应不断消耗H+，所以溶液的c（H+）逐渐降低，正确；D．SO42−不参加反应，其浓度不变，错误。

什么水沏茶好

唐代“茶神”陆羽所著《茶经》上，对沏茶的水有如下述说：

“泉水为上，江水为中，井水为下。

”这是为什么呢？

原来，这与水的酸碱度有关，当沏茶的水的pH大于5时，茶水中会形成茶红素盐，使茶水的颜色变深发暗，甚至使茶水丧失鲜爽感。

井水中一般溶解的盐类较多，水质硬，故不宜沏茶。

河水碱性较小，泉水碱性更小，因此泉水沏茶最好。