原电池原理的全面突破.docx

1、原电池原理的全面突破 原电池原理的全面突破1通常只有能自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。2工作原理以锌铜原电池为例：电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由Zn沿导线流向Cu盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液，K移向正极，Cl移向负极盐桥的作用(1)平衡电荷；(2)避免断路时发生化学腐蚀(隔离作用)说明(1)无论是装置还是装置，电子均不能通过电解质溶液。(2)在装置中，由于不可避免会直接发生ZnCu2=CuZn2而使化学能转化为热能，所以装置的能量转化率高。题组一对比设计两类原电池12013广东理综，33(2)(3)(2)

2、能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。完成原电池甲的装置示意图(见上图)，并作相应标注，要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极_。甲、乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是_，其原因是_。(3)根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在(2)的材料中应选_作阳极。答案

3、(2)(或其他合理答案)电极逐渐溶解，表面有红色固体析出甲在甲装置中，负极不和Cu2接触，避免了Cu2直接与负极发生反应而使化学能转化为热能(3)锌片解析(2)根据题给条件和原电池的构成条件可得：a若用Zn、Cu、CuSO4(aq)、ZnSO4(aq)组成原电池，Zn作负极，Cu作正极，Zn插入到ZnSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。b若用Fe、Cu、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)组成原电池，Fe作负极，Cu作正极，Fe插入到FeSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。c注意，画图时要注意电极名称、电极材料、电解质溶液名称(或化学式)，并形成闭合回路。由于金属

4、活动性ZnFeCu，锌片或铁片作负极，由于Zn或Fe直接与CuSO4溶液接触，工作一段时间后，负极逐渐溶解，表面有红色固体析出。带有盐桥的甲原电池中负极没有和CuSO4溶液直接接触，二者不会直接发生置换反应，化学能不会转化为热能，几乎全部转化为电能；而原电池乙中的负极与CuSO4溶液直接接触，两者会发生置换反应，部分化学能转化为热能，化学能不可能全部转化为电能。(3)由牺牲阳极的阴极保护法可得，铁片作正极(阴极)时被保护，作负极(阳极)时被腐蚀，所以应选择比铁片更活泼的锌作负极(阳极)才能有效地保护铁不被腐蚀。方法归纳原电池的设计思路首先根据离子方程式判断出氧化剂、还原剂，明确电极反应。然后再

5、分析两剂状态确定电极材料，若为固态时可作电极，若为溶液时则只能作电解质溶液。然后补充缺少的电极材料及电解质溶液。电极材料一般添加与电解质溶液中阳离子相同的金属作电极(使用惰性电极也可)，电解质溶液则是一般含有与电极材料形成的阳离子相同的物质。最后再插入盐桥即可。题组二“盐桥”的作用与化学平衡的移动2控制适合的条件，将反应2Fe32I 2Fe2I2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电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流表读数为零后，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

6、合原电池原理分析可知，Fe3得电子生成Fe2被还原，I失去电子生成I2被氧化，所以A、B正确；电流表读数为零时Fe3得电子速率等于Fe2失电子速率，反应达到平衡状态；D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe32I 2Fe2I2向左移动，I2被还原为I，乙中石墨为正极，不正确。3某同学为探究Ag和Fe2的反应，按下图连接装置并加入药品(盐桥中的物质不参与反应)，发现电压表指针偏移。电子由石墨经导线流向银。放置一段时间后，向甲烧杯中逐渐加入浓Fe2(SO4)3溶液，发现电压表指针的变化依次为偏移减小回到零点逆向偏移。则电压表指针逆向偏移后，银为_极(填“正”或“负”)。由实验得出Ag和Fe2反应的

7、离子方程式是_。答案负Fe2Ag Fe3Ag1把氧化剂、还原剂均为溶液状态的氧化还原反应设计成原电池时，必须使用盐桥才能实现氧化剂与还原剂的分离，否则不会有明显的电流出现。2电子流向的分析方法(1)改变条件，平衡移动；(2)平衡移动，电子转移；(3)电子转移，判断区域；(4)根据区域，判断流向；(5)根据流向，判断电极。考点二几种重要的化学电池高考中常见的新型电池有“氢镍电池”、“高铁电池”、“碱性锌锰电池”、“海洋电池”、“燃料电池”(如新型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁烷燃料电池、甲醇质子交换膜燃料电池、CO燃料电池)、“锂离子电池”、“锌银电池”、“纽扣电池”、“MgAgCl电池”、“M

8、gH2O2电池”等。新型电池是对电化学原理的综合考查，在高考中依托新型电池考查的电化学原理知识有以下几点。1判断电极(1)“放电”时正、负极的判断负极：元素化合价升高或发生氧化反应的物质；正极：元素化合价降低或发生还原反应的物质。(2)“充电”时阴、阳极的判断阴极：“放电”时的负极在“充电”时为阴极；阳极：“放电”时的正极在“充电”时为阳极。2微粒流向(1)电子流向电解池：电源负极阴极，阳极电源正极；原电池：负极正极。提示：无论是电解池还是原电池电子均不能流经电解质溶液。(2)离子流向电解池：阳离子移向阴极，阴离子移向阳极；原电池：阳离子移向正极，阴离子移向负极。3书写电极反应式(1)“放电”

9、时电极反应式的书写依据条件，指出参与负极和正极反应的物质，根据化合价的变化，判断转移电子的数目；根据守恒书写负极(或正极)反应式，特别应注意电极产物是否与电解质溶液共存。(2)“充电”时电极反应式的书写充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电的阳极反应为放电时正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电时负极反应的逆过程。特别提醒在书写“放电”时电极反应式时，要注意：(1)阳离子在正极上参与反应，在负极上就必须生成；(2)阴离子在负极上参与反应，在正极上就必须生成。题组一“一池多变”的燃料电池1一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH

10、4H。下列有关说法正确的是()A检测时，电解质溶液中的H向负极移动B若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气C电池反应的化学方程式为CH3CH2OHO2=CH3COOHH2OD正极上发生的反应为O24e2H2O=4OH答案C解析解答本题时审题是关键，反应是在酸性电解质溶液中进行的。在原电池中，阳离子要往正极移动，故A错；因电解质溶液是酸性的，不可能存在OH，故正极的反应式为O24H4e=2H2O，转移4 mol电子时消耗 1 mol O2，则转移0.4 mol电子时消耗2.24 L O2，故B、D错；电池反应式即正、负极反应式之和，将两极的反应式相加可知 C正确。2(20

11、15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CH4H2O3H2CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子B电极A上H2参与的电极反应为H22OH2e=2H2OC电池工作时，CO向电极B移动D电极B上发生的电极反应为O22CO24e=2CO答案D解析A项，H4O，则该反应中每消耗1 mol CH4转移6 mol电子，错误；该电池的传导介质为熔融的碳酸盐，所以A电极即负极上H2参与的电极反应为H22eCO=CO2H2O，错误；C项，原电池工作时，阴离子移向负极，而B极是正极，错误；D项，B电极即正极上O2参与的电极反应为O24e2CO2=2CO

12、，正确。类型“全”归纳不同“介质”下燃料电池电极反应式的书写，大多数学生感到较难。主要集中在：一是得失电子数目的判断，二是电极产物的判断。下面以CH3OH、O2燃料电池为例，分析电极反应式的书写。(1)酸性介质，如H2SO4。CH3OH在负极上失去电子生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在H作用下生成H2O。电极反应式为负极：CH3OH6eH2O=CO26H正极：O26e6H=3H2O(2)碱性介质，如KOH溶液。CH3OH在负极上失去电子，在碱性条件下生成CO，1 mol CH3OH 失去6 mol e，O2在正极上得到电子生成OH，电极反应式为负极：CH3OH6e8OH=CO6H2O正极

13、：O26e3H2O=6OH(3)熔融盐介质，如K2CO3。在电池工作时，CO移向负极。CH3OH在负极上失去电子，在CO的作用下生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在CO2的作用下生成CO，其电极反应式为负极：CH3OH6e3CO=4CO22H2O正极：O26e3CO2=3CO(4)掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导正极生成的O2。根据O2移向负极，在负极上CH3OH失电子生成CO2气体，而O2在正极上得电子生成O2，电极反应式为负极：CH3OH6e3O2=CO22H2O正极：O26e=3O2题组二“久考不衰”的可逆电池(一)“传统”可逆电池的考查3镍镉(NiCd)可充电电池

14、在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd2NiOOH2H2OCd(OH)22Ni(OH)2。有关该电池的说法正确的是()A放电时负极得电子，质量减轻B放电时电解质溶液中的OH向正极移动C充电时阴极附近溶液的pH减小D充电时阳极反应：Ni(OH)2eOH=NiOOHH2O答案D解析该可充电电池的放电过程的电极反应式为负极：Cd2e2OH=Cd(OH)2；正极：2NiOOH2H2O2e=2Ni(OH)22OH，所以正确选项为D。(二)“新型”可逆电池的考查4(2014新课标全国卷，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。

15、下列叙述错误的是()Aa为电池的正极B电池充电反应为LiMn2O4=Li1xMn2O4xLiC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Mn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。5(1)2015四川理综，11(5)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁

16、)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为4LiFeS2=Fe2Li2S，正极反应式是_。(2)2015广东理综，32(5)一种可超快充电的新型铝电池，充放电时AlCl和Al2Cl两种离子在Al电极上相互转化，其他离子不参与电极反应，放电时负极Al的电极反应式为_。答案(1)FeS24Li4e=Fe2Li2S或FeS24e=Fe2S2(2)Al3e7AlCl =4Al2Cl方法归纳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：Lix

17、Cnxe=xLinC正极反应：Li1xMO2xLixe=LiMO2总反应：Li1xMO2LixCnnCLiMO2。题组三“广泛应用”的高科技电池6气体的自动化检测中常常应用原电池原理的传感器。下图为电池的工作示意图，气体扩散进入传感器，在敏感电极上发生反应，传感器就会接收到电信号。下表列出了待测气体及敏感电极上部分反应产物。则下列说法中正确的是()待测气体敏感电极部分产物NO2NOCl2HClCOCO2H2SH2SO4A上述气体检测时，敏感电极均作原电池正极B检测Cl2气体时，敏感电极的电极反应为Cl22e=2ClC检测H2S气体时，对电极充入空气，对电极上电极反应式为O22H2O4e=4OH

18、D检测H2S和CO体积分数相同的两份空气样本时，传感器上产生的电流大小相同答案B解析A项，NO2NO，得电子，作正极，Cl2HCl，得电子，作正极，COCO2，失电子，作负极，H2SH2SO4，失电子，作负极；B项，根据产物可以判断Cl2得电子，生成Cl，正确；C项，应为O24e4H=2H2O；D项，H2S生成H2SO4失去8e，而CO生成CO2失去2e，所以检测体积分数相同的两气体时传感器上产生的电流大小不相同。考点三电解池的“不寻常”应用“六点”突破电解池1分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极的反应为“阳氧阴还”。2剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极

19、。3注意放电顺序。4书写电极反应式，注意得失电子守恒。5正确判断产物。(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳极溶解生成Fe2，而不是Fe3)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2IBrClOH(水)。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：AgHg2Fe3Cu2HPb2Fe2Zn2H(水)6恢复原态措施。电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，

20、而Cu2完全放电之后，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。题组一电解原理在“治理环境”中的不寻常应用1(2015四川理综，4)用下图所示装置除去含CN、Cl废水中的CN时，控制溶液pH为910，阳极产生的ClO将CN氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是()A用石墨作阳极，铁作阴极B阳极的电极反应式：Cl2OH2e=ClOH2OC阴极的电极反应式：2H2O2e=H22OHD除去CN的反应：2CN5ClO2H=N22CO25ClH2O答案D解析Cl在阳极发生氧化反应生成ClO，水电离出的H在阴极发生还原反应生成H2，又由于电解质溶液呈碱性，故A、B、C项正确；D项，溶液呈碱性，

21、离子方程式中不能出现H，正确的离子方程式为2CN5ClOH2O=N22CO25Cl2OH，错误。22015北京理综，27(4)利用如图所示装置从海水中提取CO2，有利于减少环境温室气体含量。结合方程式简述提取CO2的原理：_。用该装置产生的物质处理b室排出的海水，合格后排回大海。处理至合格的方法是_。答案a 室：2H2O4e= O24H，H通过阳离子膜进入b室，发生反应：HCOH=CO2H2Oc室的反应：2H2O2e=H22OH，用c室排出的碱液将从b室排出的酸液调至接近装置入口海水的pH解析a室的电极连接电源的正极，作阳极，发生氧化反应：2H2O4e= O24H，c(H)增大，H从 a 室通

22、过阳离子膜进入 b 室，发生反应：HCOH=CO2H2O。海水的pH8，电解后的海水pH原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀；对同一金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液中弱电解质溶液中非电解质溶液中；活泼性不同的两种金属，活泼性差别越大，腐蚀越快；对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀的速率越快。2两种保护方法(1)加防护层如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料；采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属或生成一层致密的薄膜。(2)电化学防护牺牲阳极的阴极保护法原电池原理：正极为被保护的金属，负极为比被保护的金属活泼的金属；外加电流的阴极保护法电解原理：阴极为被保护的金属，阳极为惰性电极。题组一两种腐蚀的比较1