化学基本理论原电池化学电源新型化学电源.docx

1、化学基本理论原电池化学电源新型化学电源化学基本理论原电池、化学电源、新型化学电源【考情调研】电化学在高考中属于必考内容，在选择题和非选择题中均会涉及，主要以新型电池或电解池为载体，考查考生在新情境中对电化学原理的应用能力，近三年全国卷所涉及的原电池或电解池如表所示：考点考查情况原电池2019全国T12利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成;全国T13考查采用强碱性电解质的3D-Zn- NiOOH二次电池2018全国T12考查室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池;全国T11考查可充电锂一空气电池 高考中的电化学命题比较关注新科技及电化学原理的实际应用，涉及的常规考点有电极名称的判断、电极反应式

2、的书写、电子和电流方向的判断及溶液pH的变化等，今后可能会通过考查电化学的相关计算来提升试题综合性和难度。知识点一原电池工作原理及应用1概念原电池是把化学能转化为能的装置。2构成条件反应能自发进行的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)电极一般是活泼性不同的两电极(金属或石墨)闭合回路电解质溶液两电极直接或间接接触两电极插入电解质溶液中3工作原理(如锌铜原电池可用简图表示)总反应离子方程式为Zn2H=Zn2H2(1)电极负极：失去电子，发生氧化反应；正极：得到电子，发生还原反应。(2)电子定向移动方向和电流方向电子从负极流出经外电路流入正极；电流从正极流出经外电路流入负极；故电子

3、定向移动方向与电流方向正好相反。(3)离子移动方向阴离子向负极移动(如SO)，阳离子向正极移动(如Zn2和H，溶液中H在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)。提醒电解质溶液中阴、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。无论在原电池中还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。4原电池正、负极的判断 提醒原电池的正极和负极既与电极材料的性质有关，又与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。5单液原电池(无盐桥)和双液原电池(有盐桥)对比名称单液原电池双液原电池装置相同点正、负极电极反应，总反应式，电极现象不同点还原剂Zn与氧化剂Cu2直接接触，既有化学能转

4、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，持续时间长提醒盐桥的作用：使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触；平衡电荷；提高电池效率。6原电池原理的应用(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，形成原电池时会使反应速率加快。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液置换出的Cu能与Zn形成原电池使产生H2的反应速率加快。(2)比较金属活动性强弱如有两种金属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溶解，而B上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，即可以断定金属活动

5、性：AB。(3)设计制作化学电源实例：根据Cu2Ag=Cu22Ag设计电池：【即时巩固】1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)理论上说，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池()(2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极()(3)用Mg、Al分别作电极，用NaOH溶液作电解液构成的原电池，Mg为正极()(4)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动()(5)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高()(6)原电池放电时，电流方向由电源的负极流向正极()(7)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳()(8)由于

6、CaOH2O=Ca(OH)2，可以自发进行，且放出大量的热，故可以设计成原电池()2有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：实验装置部分实验现象a极质量减小；b极质量增加b极有气体产生；c极无变化d极溶解；c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是()Aabcd BbcdaCdabc Dabdc解析：选C把四个实验从左到右分别编号为、，则由实验可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：ab；由实验可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：bc；由实验可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：dc；由实验可知，电流从a极流向d极

7、，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：da。综合所述可知活动性：dabc。3.利用反应Cu2Fe3=2Fe2Cu2设计了如图所示的原电池。回答下列问题：(1)该原电池的负极材料是_，发生_(填“氧化”或“还原”)反应。(2)X是_，图中“”表示_的方向。(3)盐桥中的SO移向_溶液。答案：(1)Cu氧化(2)Fe2(SO4)3(或FeCl3)溶液电子移动(3)CuSO4知识点二化学电源1一次电池(1)碱性锌锰干电池正极反应：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH；负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2；总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。(2)锌银电池负

8、极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH；总反应：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。2二次电池(可充电电池)铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是，正极材料是PbO2。(1)放电时的反应负极：Pb(s)SO (aq)2e=PbSO4(s)(氧化反应)。正极：PbO2(s)4H(aq)SO (aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)(还原反应)。总反应：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)。(2)充电时的反应阴极：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO (aq)(还原反应)。阳极：PbSO4(s)2H2O

9、(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO (aq)(氧化反应)。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，可分成酸性和碱性两种。酸性碱性负极反应式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O24H4e=2H2OO22H2O4e=4OH电池总反应式2H2O2=2H2O提醒燃料电池中通入O2的一极为正极，通入可燃物的一极为负极。书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸碱性，介质的酸碱性对电极反应和总反应都会产生影响。【即时巩固】1镉镍可充电电池的充、放电反应按下式进行：Cd2NiO(OH)2H2

10、OCd(OH)22Ni(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Cd2OH2e=Cd(OH)2解析：选B镉镍电池放电时，Cd作负极，电板反应式为Cd2OH2e=Cd(OH)2；NiO(OH)作正极，电解质溶液为KOH等碱性溶液，B项错误。2由我国科学家研发成功的铝锰电池是一种比能量很高的新型干电池，以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质，铝和二氧化锰石墨为两极，其电池反应为Al3MnO23H2O=3MnO(OH)Al(OH)3。下列有关该电池放电时的说法不正确的是()A二氧化锰石墨为电池正极B负极反应式为Al3e3NH

11、3H2O=Al(OH)33NHCOH不断由负极向正极移动D每生成1 mol MnO(OH)转移1 mol电子解析：选C由电池反应方程式知，铝为电池负极，铝失去电子转化为Al(OH)3，A、B正确；阴离子移向负极，OH应不断由正极向负极移动，C错误；由反应中锰元素价态变化知D正确。3.银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是()AZn电极是负极BAg2O电极发生还原反应CZn电极的电极反应式：Zn2e2OH=Zn(OH)2D放电前后电解质溶液的pH保持不变解析：选D由电池的总反应ZnAg2OH2O=Zn(OH)22

12、Ag知，Zn从0价变为2价，化合价升高，失去电子，故Zn电极为负极，A正确；Ag2O中Ag从1价变为0价，化合价降低，得到电子，发生还原反应，B正确；在碱性条件下，Zn2与OH结合生成Zn(OH)2，故Zn电极的电极反应式为Zn2e2OH=Zn(OH)2，C正确；根据总反应可知，反应中H2O被不断地消耗，电解质溶液中OH浓度增大，所以放电后电解质溶液的pH增大，D错误。课时检测 1.某兴趣小组设计的简易原电池装置如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是()A锌片作正极B铜片上有气泡产生C将电能转化为化学能D电子由铜片经导线流向锌片解析：选B根据原电池的工作原理，活泼金属作负极，锌比铜活泼，锌片

13、作负极，A错误；铜片作正极，电极反应式为2H2e=H2，铜片上有气泡冒出，B正确；该装置为原电池装置，是将化学能转化成电能的装置，C错误；根据原电池的工作原理，电子从负极经导线流向正极，即电子从锌片经导线流向铜片，D错误。2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 Bc(Zn2)Cc(H) Dc(SO)解析：选C该装置构成原电池，Zn是负极，Cu是正极。A项，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项，由于Zn是负极，不断发生反应Zn2e=Zn2，所以溶液中c(Zn2)增大，错误；C项，由于反应不断消耗H，所以溶

14、液的c(H)逐渐降低，正确；D项，SO不参加反应，其浓度不变，错误。3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中Mg作负极，中Fe作负极B中Mg作正极，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2C中Fe作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2D中Cu作正极，电极反应式为2H2e=H2解析：选B中Mg作负极；中Al作负极；中铜作负极；是铁的吸氧腐蚀，Cu作正极，电极反应式为O22H2O4e=4OH。4如图所示为锌铜原电池。下列叙述中，正确的是()A盐桥的作用是传导离子B外电路电子由铜片流向锌片C锌片上的电极反应式为Zn22e=ZnD外电路中有0.2 mol电

15、子通过时，铜片表面质量增加约3.2 g解析：选A“双液”原电池中，盐桥连接左、右两个烧杯中的溶液，传导离子，起到导电作用，A正确；锌的活泼性强于铜，则锌片作负极，铜片作正极；在外电路中，电子由负极流向正极，则电子由锌片流向铜片，B错误；锌片是负极，发生失去电子的氧化反应，电极反应式为Zn2e=Zn2，C错误；铜片是正极，电极反应式为Cu22e=Cu，外电路中通过0.2 mol电子时，铜片上析出0.1 mol Cu，其质量为0.1 mol64 gmol16.4 g，D错误。5MgAgCl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Mg2e=Mg2B正极反应式为Ag

16、e=AgC电池放电时Cl由正极向负极迁移D负极会发生副反应Mg2H2O=Mg(OH)2H2解析：选BMgAgCl电池的电极反应：负极Mg2e=Mg2，正极2AgCl2e=2Ag2Cl，A项正确，B项错误；在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，C项正确；Mg是活泼金属，能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，D项正确。6电子计算机所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应式：Zn2OH2e=ZnOH2O；Ag2OH2O2e=2Ag2OH。下列判断正确的是()A锌为正极，Ag2O为负极B锌为负极，Ag2O为正极C原电池工作时，将电能转化成化学能D原

17、电池工作时，负极区溶液的pH增大解析：选B根据化合价变化可知Zn被氧化，应为原电池的负极，则正极为Ag2O，故A错误，B正确；原电池是将化学能转化为电能的装置，故C错误；原电池工作时，负极发生反应Zn2OH2e=ZnOH2O，溶液的pH减小，故D错误。7等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中放入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是()解析：选Da中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu，Zn的量减少，产生H2的量减少，但ZnCu稀H2SO4形成原电池，加快反应速率，D项图示符合要求。8.近年，科学家们发明了一种能够给电子设备提

18、供动力的生物燃料电池。该电池包括两个涂覆着酶的电极，它们处于充满空气和少量氢气的玻璃槽中。由于气体可以混合从而省去了昂贵的燃料隔离膜，其工作原理如图所示。下列说法正确的是()A左边为该电池的负极B该电池可在高温环境下使用C该电池负极反应为H22e=2HD该电池正极反应为O24e=2O2解析：选C由电池示意图可知，H2H，是H2被氧化的过程，通入H2的一极为原电池的负极，发生反应：H22e=2H；O2H2O，是O2被还原的过程，通入O2的一极为原电池的正极，发生反应：O24e4H=2H2O，故A、D错误，C正确；该电池包括两个涂覆着酶的电极，高温下会使酶变性，不能在高温下使用，B错误。9某校化学

19、兴趣小组进行探究性活动：将氧化还原反应2Fe32I 2Fe2I2，设计成带盐桥的原电池。提供的试剂：FeCl3溶液，KI溶液；其他用品任选。请回答下列问题：(1)请补充下面原电池的装置图，在括号内填上正负极的材料、电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极反应式为_。(3)反应达到平衡时，外电路导线中_(填“有”或“无”)电流通过。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中电极变为_(填“正”或“负”)极。解析：(1)依据原电池原理分析，氧化还原反应中Fe3在正极上得电子发生还原反应，I在负极上发生氧化反应，负极所在的电解质溶液为KI溶液，正极所在的电解质

20、溶液为FeCl3溶液。电极材料可选取惰性电极，如石墨或其他不活泼的金属。(2)发生氧化反应的电极是负极，I失电子。(3)反应达到平衡时，从左到右和从右到左移动的电子数目相等，故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，反应2Fe32I 2Fe2I2的平衡逆向移动，此时Fe2失电子，电极变成负极。答案：(1)如图(2)2I2e =I2(3)无(4)负10(1)锌锰(ZnMnO2)干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2NH4Cl混合溶液。该电池的负极材料是_。电池工作时，电子流向_(填“正极”或“负极”)。若ZnCl2NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2，会加速某电极的腐蚀

21、，其主要原因是_。(2)铅蓄电池是常用的化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为硫酸。该电池总反应式为PbPbO22H2SO42PbSO42H2O。该蓄电池放电时，电解质溶液中阴离子移向_(填“正极”或“负极”)；正极附近溶液的酸性_(填“增强”“减弱”或“不变”)，负极的电极反应式为_。(已知：硫酸铅为不溶于水的白色沉淀，生成时附着在电极上)实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气，今若制得0.050 mol Cl2，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是_mol。(3)氢氧燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于铅蓄电池。若电解液为KOH溶液，则氢氧燃料电池的负极

22、反应式为_。该电池工作时，外电路每流过2 mol e，消耗标准状况下氧气_L。解析：(1)负极上失电子发生氧化反应，则Zn失电子为负极，电子由负极流向正极。电化学腐蚀较化学腐蚀更快，锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。(2)在铅蓄电池中，根据原电池反应式中元素化合价变化知，在Pb电极上Pb元素化合价由0价变为2价，发生氧化反应：Pb2eSO=PbSO4，所以Pb作负极，PbO2作正极，电解质溶液中阴离子移向负极。工作时，该铅蓄电池正极上PbO2得电子发生还原反应，电极反应为PbO2SO2e4H=PbSO42H2O，正极附近溶液的酸性减弱。设生成0.05 mol Cl2需转移的电子为

23、x mol。2Cl2e=Cl22 mol 1 molx mol 0.050 mol解得x0.1，设转移0.1 mol e时，消耗硫酸的物质的量为y mol，放电时，铅蓄电池的电池反应式为PbO2Pb2H2SO4=2PbSO42H2O转移电子2 mol 2 mol y mol 0.1 moly0.1，所以消耗硫酸的物质的量为0.1 mol。(3)燃料与氧气反应的总化学方程式为2H2O2=2H2O，电解质溶液呈碱性，负极上氢气失电子生成水，则负极的电极反应式为H22OH2e=2H2O或2H24OH4e=4H2O；该电池中正极上是氧气发生得电子的还原反应，其电极反应式为O22H2O4e=4OH，则外

24、电路每流过2 mol e，消耗氧气为0.5 mol，所以消耗标准状况下氧气的体积为0.5 mol22.4 Lmol111.2 L。答案：(1)Zn正极Zn与Cu2反应生成Cu，Zn与Cu构成原电池，加快反应速率(2)负极减弱Pb2eSO=PbSO40.1(3)H22e2OH=2H2O11.2新型化学电源题型一燃料电池燃料电池是利用氢气、甲烷、甲醇、硼氢化物等为燃料与氧气或空气进行反应，将化学能直接转化为电能的一类原电池。其特点一是有两个相同的多孔电极，同时两个电极不参与电极反应；二是不需要将还原剂和氧化剂全部储存在电池内；三是能量的转化率高，燃料电池具有高能环保、电压稳定、经久耐用等优点。因此

25、，这类电池正成为科学研究、高考命题的重点。其主要命题角度有燃料电池正负极的判断，电池反应式的书写，电子、离子的移动及电解质溶液的组成变化情况分析等。重难点拨燃料电池电极反应式的书写第一步：写出燃料电池反应的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CH42O2=CO22H2OCO22NaOH=Na2CO3H2O式式得燃料电池总反应式为CH42O22NaOH=Na2CO33H2O。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是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应式有

26、所不同，大致有以下四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O24H4e=2H2O；(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O22H2O4e=4OH；(3)固体电解质(高温下能传导O2)环境下电极反应式：O24e=2O2；(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式：O22CO24e=2CO。第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式电池反应的总反应式电池正极反应式电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。典例十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三

27、位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是()A该电池放电时质子从电极b移向电极aB电极a附近发生的电极反应为SO22H2O2e=H2SO42HC电极b附近发生的电极反应为O24e2H2O=4OHD相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为21解析A项，放电时为原电池，质子向正极移动，电极a为负极，则该电池放电时质子从电极a移向电极b，错误；B项，电极a为负极，发生氧化反应，电极反应为SO22H2O2e=SO4H，硫酸应当拆为离子形式，错误；C项，酸性条件下，氧气得电子与氢离子反应生成水，电极b附近发生的电极反应为O24e4H=2H2O，错误；D项，由总反应式2SO2O22H2O=2SO4H可知，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为21，正确。答案D备考方略新型燃料电池的分析模板综合训练1.如图是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量监测与控制的功能，下列有关说法正确的是()A电流由呼气所在的铂电极流出BH通过质子交换膜流向氧气所在的铂电极C电路中流过2 mol电子时，消耗11.2 L O2D该电池的负极反应为CH3CH2OH3H2O12e=2CO212H解析：选B呼气所在电极发生乙醇转化为醋酸