届高考化学一轮复习原电池 化学电源学案.docx

1、届高考化学一轮复习原电池 化学电源学案第18讲原电池化学电源考纲要求名师点拨1理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。2了解常见化学电源的种类及其工作原理。本讲内容属于高中化学重要的基本理论部分的重难点内容之一，是氧化还原反应知识的应用和延伸，也是每年高考的必考内容。纵观近几年的高考试题可以发现，高考主要围绕着原电池工作原理及应用进行命题。考查原电池工作原理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、电极反应的书写、电子或电流的方向及溶液pH的变化等；原电池的应用主要考查原电池的设计、电化学腐蚀及解释某些化学现象等，题型主要以选择题、填空题形式出现。复习

2、本讲知识，要注意：(1)以铜锌原电池为模板掌握电子流向、溶液中离子移动方向、电极反应等知识；以铜锌原电池为基础，逐步学会分析新型电池的工作原理。(2)规范燃料电池电极反应式的书写，注意电解质溶液性质对电极反应的影响。考点一原电池及其工作原理1定义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构成条件一看反应能发生_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)二看两电极一般是活泼性不同的两电极(金属或_石墨_)三看是否形成闭合回路形成需三个条件：_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(以铜锌原电池为例)

3、(1)原理分析。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_锌片_沿_导线_流向_铜片_盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液和琼胶制成的胶冻，K移向_正极_，Cl移向_负极_电池反应方程式ZuCu2=Zn2Cu两类装置的不同点还原剂Zn与氧化剂Cu2直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗，使电池效率降低。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，电池效率提高。(2)两种装置比较。盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路。b.维持两电极电势差(平衡电

4、荷)，使电池能持续提供电流。装置中有部分Zn与Cu2直接反应，使电池效率降低；装置中使Zn与Cu2隔离，电池效率提高，电流稳定。4原电池中的三个移动方向电子方向从_负_极流出沿导线流入_正_极电流方向从_正_极沿导线流向_负_极离子迁移方向电解质溶液中，阴离子向_负_极迁移，阳离子向_正_极迁移特别提醒：(1)只有氧化还原反应才能设计成原电池。(2)活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。(原电池中“负极氧化，正极还原”)。(3)电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥。(电子不下水，离子不上岸或电子走旱路，离子走水路。)(4)负极失去电子总数一定等于正极得到电子总数。(5

5、)对于同一反应，原电池反应速率一定比直接发生的氧化还原反应快。1判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)原电池可将化学能转化为电能，原电池需外接电源才能工作()(2)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强()(3)NaOH溶液与稀硫酸反应是放热反应，此反应可以设计成原电池()(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)在铜锌原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生()(6)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应()(7)MgAl稀H2SO4组成的原电池中，Mg作负极，MgAlNaOH溶液组成的原电池

6、中，Mg作正极()(8)氧化还原反应2H2O2H2O2可以设计成原电池()(9)同种条件下，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长()(10)某原电池反应为Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液()2问题思考：(1)在双液原电池中，盐桥的作用是什么？提示：形成闭合回路，使两溶液保持电中性。(2)在如图所示的8个装置中，属于原电池的是_。1(2019山东潍坊高三检测)如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是(C)A氧化剂和还原剂必须直接接触才能发生反应B电极上发生还原反应，作原电池的正极C该原电池的总反应式为2Fe3Cu

7、=Cu22Fe2D盐桥中装有含氯化钾的琼脂，K移向负极区解析该原电池反应中氧化反应和还原反应在两个不同的烧杯中进行，因此氧化剂和还原剂没有直接接触，A项错误；B项，Cu电极为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu2e=Cu2，错误；D项，正极发生反应：2Fe32e=2Fe2，正电荷数减小，K移向正极补充正电荷，错误。2(2019天津高三检测)分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(B)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解析中Mg不与NaOH溶液反应

8、，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓硝酸反应失去电子作负极，A、C错；中电池总反应为2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，负极反应式为2Al8OH6e=2AlO4H2O，则正极反应式为6H2O6e=6OH3H2，B正确；中Cu是正极，电极反应式为O22H2O4e=4OH，D错。3(2019福建省漳州市八校联考)“软电池”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，在纸内的带电离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为：Zn2MnO2H2O=2MnO(OH)ZnO。下列说法正确的是(C)A该电池的正极为锌B该电池

9、反应中二氧化锰起催化作用C电池正极反应式：2MnO22e2H2O=2MnO(OH)2OHD当0.1 mol Zn完全溶解时，流经电解液的电子的物质的量为0.2 mol解析该原电池中，锌元素化合价由0价变为2价。锌失电子作负极，故A错误；该原电池中，锰元素化合价由4价变为3价，所以二氧化锰作正极，故B错误；电子从负极沿导线流向正极，不经过电解质溶液，故D错误。萃取精华：1图解原电池工作原理2(1)只有自发进行且放出能量的氧化还原反应才能设计成原电池。(2)活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。(3)电子不能通过电解质溶液。(4)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是用导线连接两个电

10、极，也可以是两电极相接触。(5)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。(6)负极失去电子总数一定等于正极得到电子总数。(7)形成原电池可以增大反应速率。(8)原电池中电极本身不一定参与反应，例如燃料电池。(9)电极产物在电解质溶液的环境中应能稳定存在，如碱性介质中生成的H应让其结合OH生成水。电极反应式要遵守电荷守恒、质量守恒、电子得失守恒。3原电池中正、负极的判断判断原电池的正、负极，需抓住闭合回路中离子或电子的移动方向以及电极反应类型进行分析，如图：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，不要形成活泼金属一定作负极的思维定

11、式。如Al、Mg和NaOH溶液构成的原电池中，Al为负极，Mg为正极。4(2019山东滨州检测)用铜片、银片设计成如图所示的原电池。以下有关该原电池的叙述中正确的是(D)A电子通过盐桥从乙池流向甲池B铜导线替换盐桥，原电池将能继续工作C开始时，银片上发生的反应是：Age=AgD将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同解析电子不经过电解质溶液，故A错误；铜导线代替盐桥，乙池是原电池，甲池是电解池，故B错误；银片是原电池的正极，电极反应是Age=Ag，故C错误；铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应都是Cu2Ag=2AgCu2，故D正确。5(2019河南郑州检测

12、)控制适合的条件，将反应Fe3Ag Fe2Ag设计成如图所示的原电池(盐桥装有琼脂硝酸钾溶液；灵敏电流计的0刻度居中，左右均有刻度)。已知接通后观察到电流计指针向右偏转。下列判断中正确的是(D)A盐桥中的K移向乙烧杯B一段时间后，电流计指针反向偏转，越过0刻度，向左边偏转C在外电路中，电子从石墨电极流向银电极D电流计指针居中后，往甲烧杯中加入一定量的铁粉，电流计指针将向左偏转解析该原电池中，Ag失电子作负极，石墨作正极，盐桥中K移向正极(甲烧杯)；一段时间后，原电池反应结束，电流计指针指向0；原电池外电路电子由负极流向正极，所以电子从银电极流向石墨电极；电流计指针居中后，往甲烧杯中加入一定量的

13、铁粉，由2Fe3Fe=3Fe2，c(Fe3)降低，c(Fe2)增大，平衡Fe3Ag Fe2Ag向左移动，故电流计指针向左偏转。6(2019山东省实验中学月考)图、分别是甲、乙两组同学根据反应“AsO2I2H AsOI2H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2、C3、C4均为碳棒。甲组向图烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图的B烧杯中逐滴加入适量40% NaOH溶液。下列叙述中正确的是(D)A甲组操作时，电流表(A)指针发生偏转B甲组操作时，溶液颜色变浅C乙组操作时，C4作正极D乙组操作时，C3上发生的电极反应为I22e=2I解析装置中发生反应，AsO2I2H AsOI2H2O，当加入适量浓盐酸

14、时，平衡向右移动，有电子转移，但电子不会沿导线转移，所以甲组操作中，电流表(A)指针不会发生偏转，但由于I2浓度增大，所以溶液颜色变深，故A、B错误；向装置的B烧杯中加入NaOH溶液，AsO2e2OH=AsOH2O，电子沿导线由C4移向C3棒，C3上发生的电极反应为I22e=2I，所以C4为负极，C3为正极，C错误，D正确。萃取精华：1溶液pH变化判断：(1)当负极产生的金属离子结合溶液中的OH时，电极附近的溶液pH降低。当正极O2得电子时结合溶液中的水时，生成OH使溶液中的pH增大。(2)电池工作时整个溶液pH的变化必须从总反应式来分析。当电解质溶液中酸被消耗时，溶液pH增大，当电解质溶液中

15、碱被消耗时，溶液pH减小。2原电池的判断方法(1)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。(2)然后依据原电池的形成条件分析判断，主要是“四看”：形成闭合回路有无自发进行的氧化还原反应发生(3)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。7(2019江西鹰潭余江一中月考)某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下：编号电极材料电解质溶液灵敏电流计指针偏转方向1MgAl稀盐酸偏向Al2AlCu稀盐酸偏向Cu3Al石墨稀盐酸偏向石墨4MgAlNaOH溶液偏向Mg5AlZn浓硝酸偏向Al

16、试根据上表中的实验现象回答下列问题：(1)实验1、2中Al所作的电极是否相同？_否_(用“是”或“否”回答)。(2)写出实验3中的电极名称和电极反应式。铝为_负_极，2Al6e=2Al3 。石墨为_正_极，6H6e=3H2 。(3)实验4中的铝为_负_极，写出电池总反应方程式2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2 。(4)解释实验5中灵敏电流计指针偏向铝的原因：_常温下Al遇浓硝酸发生钝化，电池反应为Zn与浓硝酸的反应，Zn作负极，Al作正极，电子由负极流向正极，所以电流计指针偏向铝_。(5)根据实验结果总结：在原电池中金属铝作正极还是作负极受哪些因素的影响？_在原电池中，金属铝作正极

17、还是作负极，与另一种电极材料的活泼性、电解质溶液的酸碱性以及电解质溶液的氧化性强弱等因素有关_。萃取精华：1原电池电极反应式的书写(1)先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物。(2)根据氧化还原反应原理写出电极反应式。负极反应。负极上发生失去电子的氧化反应。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。正极反应。正极上发生得到电子的还原反应。当正极上的反应物是O2时：若电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，与O2反应生成OH，电极反应式为O22H2O4e=4OH；若电解质溶液为酸性，则H必须写入正极反应式中，与O

18、2反应生成水，电极反应式为O24H4e=2H2O。(3)写出电池总反应方程式。结合电子守恒将正、负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式。(4)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，用总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即可得到较难写出的另一极的电极反应式。2原电池的有关计算：电子守恒法是氧化还原计算的最基本的方法。计算时可由电极反应式中的氧化剂(或还原剂)与得到的电子(或失去的电子)之间的关系进行计算。考点二原电池原理的四大应用原电池在化工、农业生产及科学研究中的四大应用1加快氧化还原反应速率一个_自发_进行的氧化还原反应，设计成原电池时反

19、应速率_增大_，例如Zn与稀硫酸反应时加入少量的CuSO4溶液能使产生氢气的速率加快。2比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属活动比正极的_活泼_。3用作金属的防护使被保护的金属制品作原电池的_正_极而得到保护。例如，保护铁制输水管或钢铁桥梁，可用导线将其和一块锌块相连，使Zn作原电池的_负_极。4设计制作化学电源 特别提醒：原电池的设计方法设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：(1)首先判断出氧化还原反应中的还原剂和氧化剂，将还原剂(一般为比较活泼金属)作负极，活动性比负极弱的金属或非金属作正极，含氧化剂的溶液作电解质溶液。(2)如果两个半反应分别在要求的

20、两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属的阳离子。(3)设计实例：根据反应2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2设计的原电池为：装置如下图所示：1判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)电工操作中规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用，是因为铜、铝在潮湿的环境中形成原电池，加快了铝的腐蚀，易造成断路()(2)镀锌铁皮与镀锡铁皮的镀层破损后，前者腐蚀速率大于后者()(3)生铁比纯铁更耐腐蚀()(4)铁与HCl反应时加入少量CuSO4溶液，产生H2的速率加快()(5)CH2O=COH2可设计成原电池()(6)将氧化还原反应设计成原电池，可以把物质内部

21、的能量全部转化为电能()(7)太阳能电池不属于原电池()(8)某原电池反应为Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液()(9)10 mL浓度为1 molL1的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的CuSO4溶液能减慢反应速率但又不影响氢气生成量()(10)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀()2有A、B、C、D四种金属，做如下实验：将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀；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；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

22、由强到弱的顺序_DABC_。解析A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：AB；A、D与等物质的量浓度的盐酸反应，D比A反应剧列，说明金属活泼性：DA；根据置换反应规律，Cu不能置换出B，说明金属活泼性：BCu；Cu能置换出C，说明金属活动性：CuC。则四种金属活动性的排列顺序是DABC。3根据Cu2Ag=Cu22Ag设计电池：(1)电极反应(2) (3)画出简易装置图(带盐桥) 1(2019试题调研)X、Y、Z、M四种金属，已知X可以从Y的盐溶液中置换出Y；X和Z作原电池电极时，Z为正极；Y和Z的离子共存于电解液中，Y离子先放电；M的离

23、子的氧化性强于Y的离子。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为(D)AXYZM BXZMYCMZXY DXZYM解析X可以从Y的盐溶液中置换出Y，说明X的活动性强于Y；X和Z作原电池电极时，Z为正极，说明X的活动性强于Z；Y和Z的离子共存于电解液中，Y离子先放电，说明Z的活动性强于Y；M的离子的氧化性强于Y的离子，说明Y的活动性强于M，所以得出这四种金属的活动性由强到弱的顺序为XZYM。2向两份过量的锌粉a、b中分别加入等量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系正确的是(B)解析加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，Zn、Cu、稀硫酸形成原电池

24、，反应速率加快，由于H2SO4的物质的量相等，故产生H2的体积相等。3某原电池总反应为Cu2Fe3=Cu22Fe2，下列能实现该反应的原理是(D)ABCD电极材料Cu、ZnCu、CFe、ZnCu、Ag电解液FeCl3溶液Fe(NO3)2溶液CuSO4溶液Fe2(SO4)3溶液解析由题意知，Cu作负极，正极材料的金属活动性必须弱于Cu，其中B、D项符合该条件；由Fe3得电子生成Fe2，可知电解质溶液中必须含有Fe3，故D项符合。4(2019山东济南高三检测)将镉(Cd)浸在氯化钴(CoCl2)溶液中，发生反应的离子方程为Co2(aq)Cd(s)=Co(s)Cd2(aq)(aq表示溶液)。若将该反

25、应设计为如图的原电池，则下列说法一定错误的是(C)ACd作负极，Co作正极B原电池工作时，电子从负极沿导线流向正极C根据阴阳相吸原理，盐桥中的阳离子向负极(甲池)移动D甲池中盛放的是CdCl2溶液，乙池中盛放的是CoCl2溶液解析在电池反应中，Co2得电子发生还原反应，则Co作正极、Cd作负极，A正确；放电时，电子从负极Cd沿导线流向正极Co，B正确；盐桥中阳离子向正极区域乙池移动、阴离子向负极区域甲池移动，C错误；甲池中的电极为Cd，故甲池中，电解质溶液为CdCl2溶液，乙池中盛放的是CoCl2溶液，D正确。5(1)有A、B、C、D、E五种金属，进行如下实验：A、B用导线相连后，同时浸入稀H

26、2SO4中，A极为负极，活动性_AB_；C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4中，电流由D导线C，活动性_CD_；A、C相连后，同时浸入稀H2SO4中，C极产生大量气泡，活动性_AC_；B、D相连后，同时浸入稀H2SO4中，D极发生氧化反应，活动性_DB_；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_BE_。这五种金属的活动性由强到弱的顺序为_ACDBE_。(2)称取三份锌粉，分别盛于甲、乙、丙三支试管中，按下列要求另加物质后，塞上带导管的塞子，测定生成H2的体积及反应终止时所需的时间。甲：加入50 mL pH3的盐酸；乙：加入50 mL pH3的醋酸溶液；丙：加入50 mL p

27、H3的醋酸溶液及少量胆矾粉末。若反应终止时，生成的H2一样多，且无剩余的锌。回答下列问题：开始时反应速率的大小关系为_甲乙丙_(用“”“”或“”表示，下同)。三支试管中参加反应的锌的质量为_甲乙乙丙_。在反应过程中，乙、丙速率不同的原因是_在丙中Cu2与Zn发生反应生成Cu，Zn、Cu与醋酸溶液形成了原电池，使反应速率加快，反应时间缩短_。解析(2)开始时，溶液中的c(H)相同，因此反应速率相同。由于生成的H2一样多，且无剩余的锌，因此与酸反应的Zn的量相同，考虑到丙中少量的锌与CuSO4发生了反应，因此三支试管中参加反应的锌的质量：甲乙乙丙。萃取精华：改变Zn与H反应速率的方法(1)加入Cu

28、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量的相对多少判断。(2)加入醋酸钠，由于醋酸根离子与H结合生成醋酸，使c(H)减小，反应速率减小，但不影响生成H2的量。6(2019四川成都模拟)某校化学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2I2e=I2 。(3)反应达到平衡时，外电路导线中_无_(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_负_(填“正”或“负”)极。解析(1)依据原电池原理分析，氧化还原反应中Fe