高考化学专题复习原电池.docx

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高考化学专题复习原电池

第六章化学反应与能量电化学

第二节原电池化学电源

核心知识图

命题预测

本节的重点内容为原电池工作原理及其应用。

原电池工作原理的考查往往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；原电池原理的应用主要考查原电池的设计、电化学腐蚀以及解释某些化学现象等。

预计实物图分析、新型电池分析、电解池与原电池的联系以及设置趣味电化学实验是近年高考的热点。

自主复习

一、原电池的工作原理

1．概念和反应本质

原电池是把转化为的装置，其反应本质是。

2．构成条件

（1）有两个的电极（常见的为金属或石墨）。

（2）将电极插入中。

（3）两电极间构成闭合回路。

3．工作原理

如图是CuZn原电池，请填空：

（1）电极：

负极为，正极为。

（2）电极反应：

负极：

，正极：

。

（3）原电池中的三个方向：

①电子方向：

电子从流出经外电路流入；

②电流方向：

电流从流出经外电路流入；

③离子的迁移方向：

电解质溶液中，阴离子向迁移，阳离子向迁移。

注意：

1.盐桥的作用

盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液，其作用是平衡两个烧杯中的阴、阳离子而导电，电路接通后，K＋移向正极，Cl－移向负极。

2．原电池正、负极的判断

原电池的正极、负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。

（1）判断的一般原则：

①根据电极材料：

活泼金属为负极，不活泼金属（或非金属）为正极。

②根据电极反应：

发生氧化反应的为负极，发生还原反应的为正极。

③根据电子流向：

电子流出（失去）的为负极，电子流入（得到）的为正极。

④根据离子的移动方向：

阴离子移向的为负极，阳离子移向的为正极。

⑤根据电极现象：

质量不断减小（溶解）的为负极，质量增加的为正极。

（2）判断电极的注意事项：

判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如①在强碱性溶液中Al比Mg更易失去电子，Al作负极，Mg作正极；②Fe、Al在浓硝酸中钝化后，比Cu等金属更难失去电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。

即时即练

1．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是（　　）

A．①④　　　　　　　B．③④⑤

C．④⑧D．②④⑥⑦

2．（2013·济南调研）将纯锌片和纯铜片按如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．两烧杯中铜片表面均无气泡产生

B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极

C．两烧杯中溶液的pH均增大

D．产生气泡的速率甲比乙慢

二、化学电源

1．一次电池——碱性锌锰干电池

总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2

2．二次电池（以铅蓄电池为例）

（1）放电时的反应：

①负极：

。

②正极：

③总反应：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）===2PbSO4（s）＋2H2O（l）。

（2）充电时的反应：

①阴极：

。

②阳极：

③总反应：

2PbSO4（s）＋2H2O（l）===Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）。

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。

注意：

（1）化学电源的电极反应式一般较为复杂。

正、负极反应的加和是总反应方程式，总反应方程式减一极反应方程式可得另一极反应方程式。

（2）可充电电池充电时，电池的正极接外接电源的正极，电池的负极接外接电源的负极。

（3）可充电电池的放电反应和充电反应不互为可逆反应。

（4）书写燃料电池的电极反应式时，一定要注意溶液的酸碱性。

即时即练

1．下列有关电池的叙述不正确的是（　　）

A．手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极

C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能

D．锌锰干电池中，锌电极是负极

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）高铁电池的负极材料是________。

（2）放电时，正极发生________（填“氧化”或“还原”）反应；已知负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2，则正极反应为____________________________。

（3）放电时，________（填“正”或“负”）极附近溶液的碱性增强。

自主评估

1．如图所示是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡上的记录如下，则卡片上的描述合理的是（　　）

A．①②③　　　B．②④

C．④⑤⑥D．③④⑤

2．碱性电池具有容量大，放电电流大的特点，因而得到广泛应用。

锌－锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：

Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn（OH）2＋2MnO（OH）下列说法错误的是（　　）

A．电池工作时，锌失去电子

B．电池正极的电极反应式为：

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO（OH）＋2OH－

C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减少6.5g

3．（2012·哈尔滨高三检测）有关如图所示原电池的叙述不正确的是（　　）

A．电子沿导线由Cu片流向Ag片

B．正极的电极反应是Ag＋＋e－===Ag

C．盐桥中的K＋移向AgNO3溶液

D．用该电池电解饱和食盐水，有3.2gCu溶解时理论上生成1.12LCl2

4．下列关于如图所示甲、乙两装置的叙述，不正确的是（　　）

A．两装置中锌片发生氧化反应

B．两装置中溶液的pH均增大

C．甲装置中铜片上有气泡生成，乙装置中铜片上无气泡生成

D．甲、乙装置中铜的质量均增大

5．（2011·石家庄市模拟）被称之为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片作为传导体，在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰。

在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。

总反应的化学方程式为：

Zn＋2MnO2＋H2O===Zn（OH）2＋Mn2O3

下列说法错误的是（　　）

A．电池工作时，锌失去电子

B．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g

C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

D．电池正极的电极反应式为：

2MnO2＋H2O＋2e－===Mn2O3＋2OH－

6．（2012·吉林期末质检）实验发现，298K时，在FeCl3酸性溶液中加入少量锌粒后，Fe3＋立即被还原成Fe2＋。

某化学兴趣小组根据该实验事实设计了如下图所示的原电池装置。

下列有关说法中正确的是（　　）

A．该原电池的正极反应是：

Zn－2e－===Zn2＋

B．左烧杯中溶液的红色逐渐褪去

C．该电池铂电极上有气泡出现

D．该电池总反应为：

3Zn＋2Fe2＋===2Fe＋3Zn2＋

7．依据氧化还原反应：

Cu2＋（aq）＋Fe（s）===Fe2＋（aq）＋Cu（s）

设计的原电池如下图所示。

请回答下列问题：

（1）电极X的材料是__________________。

电解质溶液Y是________；

（2）X电极上发生的电极反应式为________。

（3）针对上述原电池装置，下列说法中，不正确的是（　　）

A．原电池工作时的总反应Cu2＋（aq）＋Fe（s）===Fe2＋（aq）＋Cu（s），一定为放热反应

B．原电池工作时，X电极流出电子，发生氧化反应

C．原电池工作时，银电极上发生氧化反应

D．原电池工作时，盐桥中的阳离子不断移向左池的氯化钠溶液中

（4）若Y为氯化钠溶液，则经过一段时间，发现X极上出现锈斑，则此过程中正极的电极反应式为________。

8．铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正、负极极板是惰性材料，电池总反应式为：

Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O

请回答下列问题（不考虑氢、氧的氧化还原）

（1）放电时：

正极的电极反应式是____________________________________；电解液中H2SO4的浓度将变________；当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加________g。

（2）在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按右图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成________、B电极上生成______，此时铅蓄电池的正、负极的极性将____。

课堂师生互动

考点一原电池电极反应式的书写

【生之思】

1．从氧化还原角度分析，原电池负极上的材料常作________剂，正极上的材料常作________剂，二者________数目相等。

2．若电解质溶液呈酸性，电极反应中能否生成OH－？

若电解质溶液呈碱性，电极反应中能否生成H＋、CO2?

3．锂离子电池的总反应为Li＋LiMn2O4

Li2Mn2O4，你能写出该电池的正极反应吗？

4．你能写出碱性条件下甲烷燃料电池的电极反应式吗？

【师之导】

书写原电池的电极反应式时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质溶液的环境确定电极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。

1．电极反应式书写的一般方法

（1）拆分法：

①写出原电池的总反应。

如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。

②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，并注明正、负极，并依据质量守恒、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应：

正极：

2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负极：

Cu－2e－===Cu2＋。

（2）加减法：

①写出总反应。

如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。

②写出其中容易写出的一个半反应（正极或负极）。

如Li－e－===Li＋（负极）。

③利用总反应与上述的一极反应相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4（正极）。

2．燃料电池电极反应式的书写

第一步：

写出电池总反应式。

燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。

如甲烷燃料电池（电解质为NaOH溶液）的反应式为：

CH4＋2O2===CO2＋2H2O　①，

CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O　②

①式＋②式得燃料电池总反应式为

CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。

第二步：

写出电池的正极反应式：

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，电解质溶液不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：

a．酸性电解质溶液环境下电极反应式：

O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

b．碱性电解质溶液环境下电极反应式：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

c．固体电解质（高温下能传导O2－）环境下电极反应式：

O2＋4e－===2O2－。

d．熔融碳酸盐（如：

熔融K2CO3）环境下电极反应式：

O2＋2CO2＋4e－===2CO

。

第三步，根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式：

电池的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。

例题1（2013·全国课标Ⅱ·11）“ZEBRA”蓄电池的结构如下图所示，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

【考点过关】

1．下列关于如图所示原电池的说法中正确的是（　　）

A．当a为Cu、b为含有碳杂质的Al、c为稀硫酸时，b极上没有气体产生

B．当a为石墨、b为Fe、c为浓硫酸时，不能产生连续的稳定电流

C．当a为Mg、b为Al、c为NaOH溶液时，根据现象可推知Al的活动性强于Mg的

D．当a为石墨、b为Cu、c为FeCl3溶液时，a、b之间没有电流通过

2．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．①②　　　　　　　　B．①②④

C．②③D．①③④

考点2原电池原理的应用

【生之思】

1．实验室用Zn与稀H2SO4反应制备H2时，用粗锌反应速率快，还是用纯锌反应速率快？

为什么？

2．X、Y两种金属用导线连接置于稀H2SO4中，发现X极溶解，Y极上有气泡产生，则X、Y的活动性谁强？

3．为了保护海水中的钢铁闸门，需要连接某种金属，你认为该金属的活动性应比铁的活动性强还是弱？

4．你能依据原电池原理将反应Fe＋2FeCl3===3FeCl2设计成一个原电池吗？

【师之导】

顺利解答原电池应用问题的关键就是理清原电池的工作原理，原电池的应用是多方面的，现破解如下：

1．比较金属的活动性强弱

原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属（或非金属）作正极。

如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A极溶解．而B极上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，则可以判断金属活动性A>B。

2．加快化学反应速率

由于形成了原电池，导致反应速率加快。

如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成CuZn原电池，加快反应进行。

3．用于金属的防护

使需要被保护的金属制品作原电池正极而受到保护。

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

4．设计制作化学电源

设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件。

（1）首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应．

（2）根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料（负极就是失电子的物质，正极用比负极活动性差的金属即可，也可以用石墨）及电解质溶液。

（3）按要求画出原电池装置图。

如根据2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋设计原电池：

负极：

Cu－2e－===Cu2＋

正极：

2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋

例题2M、N、P、E四种金属，已知：

①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。

则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是（　　）

A．P＞M＞N＞E　　　　　B．E＞N＞M＞P

C．P＞N＞M＞ED．E＞P＞M＞N

【考点过关】

3．根据下式所表示的氧化还原反应设计一个原电池：

Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag

（1）装置可采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置图，注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。

（2）写出两个电极上的电极反应。

4．由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。

装置

现象

二价金属A不断溶解

C的质量增加

A上有气体产生

根据实验现象回答下列问题：

（1）装置甲中负极的电极反应式是____________________________________________。

（2）装置乙中正极的电极反应式是_________________________________________。

（3）装置丙中溶液的pH________（填“变大”、“变小”或“不变”）。

（4）四种金属活泼性由强到弱的顺序是________________________________________。

学科素养提升

原电池工作原理的实验探究

了解原电池的工作原理是考试大纲中明确要求的考点，该考点在教材必修2、选修4中都进行了阐述。

近年来高考对原电池的工作原理频繁考查，原电池形成闭合回路的分析，大部分学生都能掌握，但解题时，判断失误、概念混淆却非常容易导致丢分，如正、负极反应，电子的流向，离子的迁移方向等。

高考命题在教材原图的基础上，变化创新，源于教材但高于教材，很好地考查了考生对原电池工作原理的理解和应用。

典型例题（2012·福建高考）将下图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是（　　）

A．Cu电极上发生还原反应

B．电子沿Zn→a→b→Cu路径流动

C．片刻后甲池中c（SO

）增大

D．片刻后可观察到滤纸b点变红色

【过关训练】

1．（2012·新课标全国）根据下图，可判断出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）

2．（2010·广东）铜锌原电池（如图）工作时，下列叙述正确的是（　　）

A．正极反应为：

Zn－2e－===Zn2＋B．电池反应为：

Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

C．在外电路中，电子从负极流向正极D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液