版高考化学一轮复习 专题6 化学反应与能量变化 第二单元 原电池 化学电源学案 苏教版.docx

版高考化学一轮复习 专题6 化学反应与能量变化 第二单元 原电池 化学电源学案 苏教版.docx

《版高考化学一轮复习 专题6 化学反应与能量变化 第二单元 原电池 化学电源学案 苏教版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《版高考化学一轮复习 专题6 化学反应与能量变化 第二单元 原电池 化学电源学案 苏教版.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

版高考化学一轮复习专题6化学反应与能量变化第二单元原电池化学电源学案苏教版

第二单元原电池化学电源

[考试标准]

知识条目

必考要求

加试要求

1.原电池的概念

a

a

2.铜锌原电池的原理及电极反应式

b

b

3.原电池的构成条件

a

b

4.常见化学电源

b

c

5.原电池的构造与工作原理，盐桥的作用

b

6.判断与设计简单的原电池

c

7.原电池的电极反应式及电池反应方程式

b

8.原电池的正、负极和电子流向的判断

c

9.银锌电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理与应用价值

b

考点一　原电池的工作原理

1．概念和反应本质

原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。

2．工作原理

（1）反应原理

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Zn片沿导线流向Cu片

（2）原理归纳

3．原电池的构成条件

（1）一看反应：

看是否有能自发进行的氧化还原反应发生（一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应）。

（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中。

4．盐桥原电池（加试）

（1）构造

（2）盐桥的组成和作用

①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。

②盐桥的作用：

a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。

③盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极。

（3）单池原电池和盐桥原电池的对比

图1和图2两装置的相同点：

正负极、电极反应、总反应、反应现象。

负极：

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溶液分别在两个池子中，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。

题组一　原电池装置的判断及应用

1．下面装置中，能构成原电池的是________（填序号）。

答案　②④⑥⑦⑨

2．在铜锌原电池中，以硫酸铜为电解质溶液，锌为____________极，电极上发生的是____________（填“氧化”或“还原”）反应，电极反应式为_________________________；

锌片上观察到的现象为________________________；铜为________极，电极上发生的是________（填“氧化”或“还原”）反应，电极反应式是__________________________；

铜片上观察到的现象是___________________________________________________。

原电池总反应的离子方程式为______________________________________________。

答案　负　氧化　Zn－2e－===Zn2＋　锌片溶解　正　还原　Cu2＋＋2e－===Cu　铜极变粗　Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

题组二　原电池正、负极的判断（加试）

3．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，正极表面一定有气泡产生

D．原电池工作时，可能会伴随着热能变化

答案　D

解析　A项，内电路中不存在电子的移动；B项，若是由铝、镁、氢氧化钠溶液构成的原电池，则负极是铝；C项，若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池，则正极表面析出铜，没有气泡产生。

4．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↑

答案　B

解析　②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO

＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。

题组三　盐桥原电池（加试）

5．根据下图，下列判断中正确的是（　　）

A．烧杯a中的溶液pH降低

B．烧杯b中发生氧化反应

C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑

D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑

答案　B

解析　由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－，烧杯a中c（OH－）增大，溶液的pH升高；烧杯b中，Zn发生氧化反应：

Zn－2e－===Zn2＋。

6．如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是（实验过程中，不考虑两球的浮力变化）（　　）

A．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端高B端低

B．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端低B端高

C．当杠杆为导体时，A端低B端高

D．当杠杆为导体时，A端高B端低

答案　C

解析　当杠杆为导体时，构成原电池，Fe作负极，Cu作正极，电极反应式分别为

负极：

Fe－2e－===Fe2＋，

正极：

Cu2＋＋2e－===Cu，

铜球质量增加，铁球质量减少，杠杆A端低B端高。

7．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。

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．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态

D．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

答案　D

解析　由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流计读数为零时，Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态，C正确；D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。

考点二　原电池原理的“四”个基本应用（加试）

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。

题组一　判断金属的活泼性

1．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：

（1）A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极，活动性________；

（2）C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C，活动性________；

（3）A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡，活动性________；

（4）B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应，活动性________；

（5）用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出，活动性________。

综上所述，这五种金属的活动性从强到弱的顺序为________________。

答案　

（1）A>B　

（2）C>D　（3）A>C　（4）D>B

（5）B>E　A>C>D>B>E

2．有A、B、C、D四种金属，做如下实验：

①将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀；②将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；③将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化，如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。

据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是（　　）

A．A＞B＞C＞DB．C＞D＞A＞B

C．D＞A＞B＞CD．A＞B＞D＞C

答案　C

解析　①A与B用导线连接后浸入电解质溶液中会构成原电池，B不易腐蚀，说明B为原电池的正极，说明金属活动性：

A＞B；②A、D与等物质的量浓度的盐酸反应，D比A反应剧烈，说明金属活动性：

D＞A；③根据置换反应规律，Cu不能置换出B，说明金属活动性：

B＞Cu；Cu能置换出C，说明金属活动性：

Cu＞C。

则四种金属活动性的排列顺序是D＞A＞B＞C。

题组二　设计原电池，画出装置图

3．请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱。

请写出电极反应式，负极：

________________________________________________________________________，

正极：

________________________________________________________________________，

并在方框内画出实验装置图，要求用烧杯和盐桥，并标出外电路电子流向。

答案　Cu－2e－===Cu2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋

题组三　Zn与H＋反应速率的改变

4．

（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。

请画出产生H2的体积V（L）与时间t（min）的关系图像。

（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，请画出产生H2的体积V（L）与时间t（min）的关系图像。

（3）将CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，请画出产生H2的体积V（L）与时间t（min）的关系图像。

答案　

（1）

（2）

（3）

1．比较金属活动性顺序的思维模型

（1）思路归纳

依据原理，判断正负极，比较活动性。

（2）方法归纳

①根据原电池：

一般情况下，负极大于正极。

②根据电解池：

易得电子的金属阳离子，相应金属的活动性较弱。

③根据金属活动性顺序表。

2．“装置图”常见失分点提示

（1）不注明电极材料名称或元素符号。

（2）不画出电解质溶液（或画出但不标注）。

（3）误把盐桥画成导线。

（4）不能连成闭合回路。

提醒　只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池将化学能转化成电能。

3．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，但不影响生成H2的量。

4．规避原电池工作原理的3个失分点

（1）原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。

（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。

5．原电池正、负极判断方法

说明　原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成“活泼电极一定作负极”的思维定势。

6．平衡移动与盐桥作用

（1）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，电流计指针示数为零；当电流计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。

（2）电子流向的分析方法：

改变条件，平衡移动；平衡移动，电子转移；电子转移，判断区域；根据区域，判断流向；根据流向，判断电极。

考点三　常见化学电源

1．碱性锌锰电池——一次电池

电池组成：

锌、碳棒、二氧化锰、氯化锌、氯化铵

特点：

用途广泛

正极反应：

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；

负极反应：

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2；

总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2。

2．银锌钮扣电池——一次电池

电池组成：

锌、氧化银、氢氧化钾溶液

特点：

放电平稳，电流大

负极反应：

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2；

正极反应：

Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；

总反应：

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag。

3．铅蓄电池——二次电池

电池组成：

铅、二氧化铅、硫酸

特点：

广泛用于机动车辆

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。

（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

；

总反应：

PbO2＋Pb＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O。

4．镍氢电池——二次电池

电池组成：

贮氢合金，泡沫氧化镍、氢氧化钾溶液

特点：

寿命长、性能好，比能量高

（1）放电时的反应

负极反应：

MH－e－＋OH－===M＋H2O

正极反应：

NiO（OH）＋e－＋H2O===Ni（OH）2＋OH－

（2）充电时的反应

阴极反应：

M＋H2O＋e－===MH＋OH－

阳极反应：

Ni（OH）2＋OH－－e－===NiO（OH）＋H2O

总反应：

NiO（OH）＋MH

Ni（OH）2＋M

说明　

（1）MH表示贮氢合金M中吸收结合的氢。

（2）可逆电池的充、放电不能理解为可逆反应。

5．氢氧燃料电池

电池组成：

铂碳/氢气、铂碳/氧气，氢氧化钾溶液（或H2SO4溶液）

特点：

用于航天飞机、牵引车等。

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

备注

燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用

题组一　判断正、负极，书写化学电源电极反应式

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___________________________________________。

答案　

（1）锂　4Li－4e－===4Li＋

（2）2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑

解析　分析反应的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被还原，为氧化剂。

（1）负极材料为Li（还原剂），4Li－4e－===4Li＋。

（2）正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：

2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。

2．MgAgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－。

试书写该电池的正、负极电极反应式。

负极：

________________________________________________________________________，

正极：

________________________________________________________________________。

答案　Mg－2e－===Mg2＋

2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－

3．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：

________________________________________________________________________。

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

题组二　“一池多变”的燃料电池

4．以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。

（1）酸性介质（如H2SO4）

负极：

________________________________________________________________________；

正极：

________________________________________________________________________；

总反应式：

____________________________________________________________。

答案　CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋

2O2＋8e－＋8H＋===4H2O

CH4＋2O2===CO2＋2H2O

（2）碱性介质（如KOH）

负极：

________________________________________________________________________；

正极：

________________________________________________________________________；

总反应式：

______________________________________________________________。

答案　CH4－8e－＋10OH－===CO

＋7H2O

2O2＋8e－＋4H2O===8OH－

CH4＋2O2＋2OH－===CO

＋3H2O

（3）固体电解质（高温下能传导O2－）

负极：

________________________________________________________________________；

正极：

________________________________________________________________________；

总反应式：

_______________________________________________________。

答案　CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O

2O2＋8e－===4O2－

CH4＋2O2===CO2＋2H2O

（4）熔融碳酸盐（如熔融K2CO3）环境下

负极：

________________________________________________________________________；

正极：

________________________________________________________________________；

总反应式：

_______________________________________________________。

答案　CH4－8e－＋4CO

===5CO2＋2H2O

2O2＋8e－＋4CO2===4CO

CH4＋2O2===CO2＋2H2O

题组三　“久考不衰”的可逆电池

5．一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池（如下图所示）的碳电极。

该电池的电解质溶液为6mol·L－1的KOH溶液。

（1）写出放电时的正、负极电极反应式。

答案　负极：

H2－2e－＋2OH－===2H2O；

正极：

2NiO（OH）＋2H2O＋2e－===2Ni（OH）2＋2OH－。

（2）写出充电时的阴、阳极电极反应式。

答案　阴极：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；

阳极：

2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===2NiO（OH）＋2H2O。

6．（2014·新课标全国卷Ⅱ，12）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

答案　C

解析　图示所给出的是原电池装置。

A项，由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，故正确；B项，电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，故正确；C项，放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是锰元素，锂元素的化合价没有变化，故不正确；D项，放电时为原电池，锂离子应向正极（a极）迁移，故正确。

1．化学电源中电极反应式书写的一般步骤

“加减法”书写电极反应式

（1）先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物质，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。

若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH－，若电解质溶液为酸性，则H＋必须写入正极反应式中，O2生成水。

（3）正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。

若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。

2．锂离子电池充放电分析

常见的锂离子电极材料

正极材料：

LiMO2（M：

Co、Ni、Mn等）

LiM2O4（M：

Co、Ni、Mn等）

LiMPO4（M：

Fe等）

负极材料：

石墨（能吸附锂原子）

负极反应：

LixCn－xe－===xLi＋＋nC

正极反应：

Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－===LiMO2

总反应：

Li1－xMO2＋LixCn

nC＋LiMO2。

1．（2015·江苏，10）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＋H2