届一轮复习人教版 原电池与化学电源 学案.docx

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届一轮复习人教版原电池与化学电源学案

2019年高考一轮复习原电池与化学电源

教材版本

全国通用

课时

2课时

知识点

原电池的概念及组成、原电池的工作原理、原电池的判定、化学电源；

复习目标

1、掌握原电池的基本概念、装置特点、形成条件、反应原理。

2、熟练掌握原电池电极方程式以及总反应方程式的书写。

3、洞悉原电池原理在生产生活中的应用。

复习重点

1、原电池的电子移动方向、离子迁移方向。

2、对几种化学电源的电极反应式的认识和书写。

3、原电池原理的应用。

复习难点

电极反应式的书写、原电池原理的应用

一、自我诊断知己知彼

1、银锌电池是一种常见化学电源，其原理反应：

Zn+Ag2O+H2O═Zn（OH）2+2Ag，其工作示意图如图。

下列说法不正确的是（　　）

A.Zn电极是负极

B.Ag2O电极上发生还原反应

C.Zn电极的电极反应式：

Zn﹣2e﹣+2OH﹣═Zn（OH）2

D.放电前后电解质溶液的pH保持不变

2、全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：

16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。

下列说法错误的是（　　）

A.电池工作时，正极可发生反应：

2Li2S6+2Li++2e﹣=3Li2S4

B.电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14g

C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性

D.电池工作时，电解液中的S82﹣向a电极迁移

3、“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，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

4、某同学做了如下实验:

下列说法中正确的是（）

A.加热铁片I所在烧杯，电流表指针会发生偏转

B.用KSCN溶液检验铁片Ⅲ、IV附近溶液，可判断电池的正、负极

C.铁片I、Ⅲ的腐蚀速率相等

D.“电流计指针未发生偏转”，说明铁片I、铁片Ⅱ均未被腐蚀

5、金属（M）－空气电池的工作原理如图所示。

下列说法不正确的是（）

A.金属M作电池负极

B.电解质是熔融的MO

C.正极的电极反应：

O2＋2H2O＋4e－＝4OH－

D.电池反应：

2M＋O2＋2H2O＝2M（OH）2

【参考答案】

1.D

【解析】考点：

原电池的工作原理。

根据材料图可知，Zn是较活泼金属而Ag2O是金属氧化物，则Zn电极是负极发生氧化反应，Ag2O电极是正极发生还原反应，根据原电池工作原理和守恒法可写出负极反应为Zn+2OH﹣﹣2e﹣=Zn（OH）2、正极反应为Ag2O+H2O+2e﹣=2Ag+2OH﹣，电子由负极流向正极，以此来解答。

A.活泼金属Zn为负极，故A正确；

B.正极反应为Ag2O+H2O+2e﹣=2Ag+2OH﹣，发生还原反应，故B正确；

C.负极反应为Zn+2OH﹣﹣2e﹣=Zn（OH）2，故C正确；

D.氢氧根离子物质的量虽然不变，但水的量减少，KOH的浓度增大，pH增大，故D错误；

2.D

【解析】考点：

原电池的工作原理。

由电池反应16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）可知负极锂失电子发生氧化反应，电极反应为：

Li﹣e﹣=Li+，Li+移向正极，所以a是正极，发生还原反应：

S8+2e﹣=S82﹣，S82﹣+2Li+=Li2S8，3Li2S8+2Li++2e﹣=4Li2S6，2Li2S6+2Li++2e﹣=3Li2S4，Li2S4+2Li++2e﹣=2Li2S2（结合原子守恒电荷守恒进行配平）然后根据电极反应式结合电子转移进行计算．

A.据分析可知正极可发生反应：

2Li2S6+2Li++2e﹣=3Li2S4，故A正确；

B.负极反应为：

Li﹣e﹣=Li+，当外电路流过0.02mol电子时，消耗的锂为0.02mol，负极减重的质量为0.02mol×7g/mol=0.14g，故B正确；

C.硫作为不导电的物质，导电性非常差，而石墨烯的特性是室温下导电最好的材料，则石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性，故C正确；

D.根据原电池工作原理电解液中的阴离子向负极b迁移，故D错。

3.B

【解析】结合蓄电池装置图，利用原电池原理分析相关问题。

A项，负极反应为Na－e－===Na＋，正极反应为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－，故电池反应中有NaCl生成；B项，电池的总反应是金属钠还原二价镍离子；C项，正极上NiCl2发生还原反应，电极反应为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－；D项，钠在负极失电子，被氧化生成Na＋，Na＋通过钠离子导体在两电极间移动。

4.A

【解析】A、温度不同，反应速率不等，两烧杯中存在电势差，能够产生电流，电流表指针会发生偏转，故A正确；B、两烧杯中溶液的浓度不同，发生离子的定向移动，产生电流，铁失去电子发生氧化反应，生成亚铁离子，与KSCN溶液无明细现象，不能判断电池的正、负极，故B错误；C、铁片I中未构成原电池、铁片III中构成了原电池，腐蚀速率一定不相等，故C错误；D、“电流计指针未发生偏转”，说明铁片I、铁片Ⅱ未构成原电池，但铁片表面发生均会发生吸氧腐蚀，故D错误；答案为A。

5、B

【解析】A项：

有图可知，此电池是由金属（M）-空气构成的原电池，在原电池中，阳离子往正极移

动，阴离子往负极移动，因为OH—移向金属M，即金属M作电池负极；

B项：

电池内部自由移动的M2+和OH-，无H+，无O2-，即电解质为熔融的M（OH）2错误；

C项：

O2在正极发生反应，碱性环境中电极反应式为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－

D项：

电池负极反应为M—2e-=M2+，即电池总反应为2M＋O2＋2H2O＝2M（OH）2。

二、温故知新夯实基础

1、原电池综合知识

2、原电池的概念及组成

3、原电池的工作原理（铜锌原电池为例）

4、原电池正负极的判断方法

5、原电池电极方程式的书写

6、原电池的应用及设计

7、常见的化学电源

干电池可充电电池

三、典例剖析思维拓展

考点一原电池的工作原理以及应用

例1微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。

下列有关微生物电池的说法错误的（）

A.正极反应中有CO2生成

B.微生物促进了反应中电子的转移

C.质子通过交换膜从负极区移向正极区

D.电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O

【答案】A

【解析】新型电池的考查，以新情景考查原电池。

A.根据C元素的化合价的变化二氧化碳中C元素的化合价为最高价+4价，所以生成二氧化碳的反应为氧化反应，所以在负极生成，错误；B.在微生物的作用下，该装置为原电池装置，反应速率比化学反应速率加快，所以微生物促进了反应的发生，正确；C.原电池中阳离子向正极移动，正确；D.电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应，正确，答案选A。

【易错点】原电池中的三个方向，电子移动方向，（阴、阳）离子迁移方向。

【方法点拨】本题在新的情景下考查原电池电极反应式的书写，离子的迁移方向等知识。

化学电源是高考中的热点，也是难点，学生要结合原电池的知识来推断试题给出的化学电源的工作原理，然后结合化合价的变化判断正、负极。

电子移动方向和离子的移动的方向以及电极反应式的书写也是常考知识点。

原电池中的三个方向①电子方向：

从负极流出沿导线流入正极；②电流方向：

从正极沿导线流向负极；③离子的迁移方向：

电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。

例22013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】根据题给装置图判断，b电极的电极材料中含有活泼金属锂，反应中易失电子，发生氧化反应，作

原电池的负极，电极反应式为Li-e－

Li＋，a电极为原电池的正极，电极反应式为Li1-xMn2O4+xLi＋+xe－

LiMn2O4，电池反应为Li1-xMn2O4+xLi

LiMn2O4。

A.根据上述分析知，a为电池的正极，正确；B.电

池充电反应为电池反应的逆反应，充电反应为LiMn2O4

Li1-xMn2O4+xLi正确；C.放电时，a极锰的化

合价降低，而锂的化合价不发生变化，错误；D.放电时，溶液中Li＋由负极向正极迁移，即从b向a迁移，

正确。

【易错点】充电反应是放电反应的逆反应，对原理不清晰导致容易选B。

【方法点拨】新型化学电源的分析首先要根据原电池原理结合题给信息准确判断电源的正、负极，可从反应类型、电极材料的活泼性、外电路中电流方向及电子流向、电解质溶液

中离子的移动方向及相关电极反应的实验现象进行判断；然后理清两极上的电极反应式及电池反应；其次要认真审题，审清“错误”、“b的电极材料中含有活泼金属Li”等关键信息，结合选项进行作答。

考点二原电池中电极方程式的书写

例1Mg-AgCl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Mg-2e-=Mg2+

B.正极反应式为Ag++e-=Ag

C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移

D.负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg（OH）2+H2↑

【答案】B

【解析】根据题目所给的电极材料可以判断出电池的正负极。

A.活泼金属镁作负极，失电子发生氧化反应，反应式为：

Mg-2e-=Mg2+，故A正确；B.AgCl是难溶物，其电极反应式为：

2AgCl+2e-═2C1-+2Ag，故B错误；C.原电池放电时，阴离子向负极移动，则Cl-在正极产生由正极向负极迁移，故C正确；D.镁是活泼金属与水反应，即Mg+2H2O=Mg（OH）2+H2↑，故D正确；故选B。

【易错点】不会根据电极材料和题目所给信息判断正负极。

【方法点拨】理解原电池工作原理，能书写电极反应式。

原电池电极反应式的书写方法①首先根据题意写出电池总反应。

②写出反应物、最终产物（能与电解液反应的必须考虑反应后的为最终产物）③分析转移电子情况（注意物质的角标）

电荷守恒（缺什么看环境）

原子守恒。

例2锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。

该电池反应原理如图所示，其中电解质LiCIO4。

溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。

回答下列问题：

（1）外电路的电流方向是由____极流向____极。

（填字母）

（2）电池正极反应式为____。

【答案】

（1）ba

（2）MnO2+e-+Li+=LiMnO2

【解析】

（1）结合所给装置图以及原电池反应原理，Li是活泼金属，它在发生氧化还原反应的过程中化合价只能升高，发生氧化反应，作原电池的负极；还可以根据题目中所给信息“Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中”判断正负极，在原电池中阳离子向正极移动，所以MnO2作正极，这两种判断方法都是常用的原电池电极判断法。

根据原电池原理可知外电路的电流方向是由正极流向负极。

（2）MnO2作正极，再根据“Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2”，电极反应式的反应物和生成物都已经给出，再根据化合价判断出得到的电子数即可写出电极反应式：

MnO2+e-+Li+=LiMnO2

【易错点】定式思维，问题是电流方向，会误认为是电子移动方向，原电池中电子的移动问题，离子的迁移问题要清晰，陌生方程式的书写比较困难。

【方法点拨】学会一题多解，第一问中可以利用不同思路去理解。

其次书写陌生原电池的电极反应式一定是根据题目中提供的信息书写，对于本题来说要求书写电池正极反应式，根据上一问的判断MnO2作正极。

例3某研究性学习小组根据反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2（SO4）3＋K2SO4＋8H2O设计如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1mol·L－1，溶液的体积均为200mL，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。

回答下列问题：

（1）此原电池的正极是石墨__________（填“a”或“b”），发生________反应。

（2）电池工作时，盐桥中的SO

移向________（填“甲”或“乙”）烧杯。

（3）两烧杯中的电极反应式分别为

甲________________________________________________________________________；

乙________________________________________________________________________。

【答案】

（1）a　还原

（2）乙（3）MnO

＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O

5Fe2＋－5e－===5Fe3＋

【解析】

（1）根据题目提供的总反应方程式可知，KMnO4作氧化剂，发生还原反应，故石墨a是正极。

（2）电池工作时，SO

向负极移动，即向乙烧杯移动。

（3）甲烧杯中的电极反应式为MnO

＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O；乙烧杯中的电极反应式为5Fe2＋－5e－===5Fe3＋。

【易错点】当同时要求写出正负极方程式的时候需要电子守恒，即正极得电子数与负极失电子数要相等。

【方法点拨】常见盐桥形式的原电池，要掌握离子迁移方向和电子流向，电子从负极经由外电路流向正极，阳离子迁移向正极，阴离子迁移向负极，对原电池的原理也要很清晰，另外原电池电极反应式的书写方法①首先根据题意写出电池总反应。

②写出反应物、最终产物（能与电解液反应的必须考虑反应后的为最终产物）③分析转移电子情况（注意物质的角标）

电荷守恒（缺什么看环境）

原子守恒。

四、举一反三成果巩固

考点一原电池的工作原理以及应用

1.由于具有超低耗电量、寿命长的特点，LED产品越来越受人欢迎，下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的装置。

下列有关叙述正确的是（）

A.电池负极电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O

B.a处通入氧气，b处通入氢气

C.该装置中能量转化只涉及两种形式的能量

D.P一型半导体连接的是电池负极

【答案】A

【解析】根据LED中电子移动方向可判断N型半导体与电池负极相连，A.H2在负极反应，电解质溶液为KOH，负极电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O，A正确；B.a处为负极，应该通人氢气，b处通人氧气，B错误；C.该装置主要涉及化学能、电能、光能三种形式的能量转化，C错误；D.P型半导体与电池正极相连，D错误；故选A。

2.某原电池装置如右图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2＝2AgCl，下列说法正确的

（）

A.正极反应为AgCl＋e－＝Ag＋Cl－

B.放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成

C.若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变

D.当电路中转移0.01mole－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子

【答案】D

【解析】结合总反应的方程式，根据正极发生还原反应，所以A项正确的正极反应为Cl2+2e－＝2Cl-，B项项由于阳离子交换膜只允许阳离子通过，故在左侧溶液中才会有大量白色沉淀生成，错误C若用NaCl溶液代替盐酸，则由于得失电子的物质没有变化，所以电池总反应也不随之改变D、当电路中转移0.01mole－时，交换膜左侧Ag失去电子产生0.01molAg＋与盐酸反应产生AgCl沉淀，同时约有0.01molH＋通过阳离子交换膜转移到右侧溶液中，故左侧溶液共约0.02mol离子减少。

3.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】

由反应2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I2可知，反应开始时甲中Fe3＋发生还原反应，乙中I－发生氧化反应；电流计读数为零，说明单位时间内由甲流向乙的电子数与由乙流向甲的电子数相等，生成Fe3＋的物质的量与消耗的Fe3＋的物质的量相等，则反应达到了平衡状态，此时在甲中溶入FeCl2固体，则平衡向逆反应方向移动，乙中I2发生还原反应，则乙中石墨电极为正极；故选D。

4.利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示，下列说法不正确的是（　　）

A.电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极

B.为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜

C.电极A极反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋

D.当有4.48LNO2（标准状况）被处理时，转移电子为0.8mol

【答案】C

【解析】电极反应为负极：

8NH3－24e－＋24OH－===4N2＋24H2O

正极：

6NO2＋24e－＋12H2O===3N2＋24OH－

A项电流方向与电子流动方向相反，左侧失去电子，所以左侧为原电池的，负极电子从左侧流向右侧，所以电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极，A正确。

B项，因为为碱性介质，所以应选用阴离子交换膜，正确；C项，碱性介质，应生成H2O，错误；D项，根据正极反应式转移电子为

×24＝0.8mol。

5.银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故，根据电化学原理可进行如下处理，在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去，下列说法正确的是（　　）

A.处理过程中银器一直保持恒重

B.银器为正极，Ag2S被还原生成单质银

C.该过程中总反应为2Al＋3Ag2S===6Ag＋Al2S3

D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl

【答案】B

【解析】铝质容器、变黑的银器及食盐溶液构成原电池装置，铝作负极，变质的银器作正极。

负极反应式为Al－3e－===Al3＋，正极反应式为Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－。

Al3＋与S2－在溶液中不能大量共存，能发生水解相互促进反应2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al（OH）3↓＋3H2S↑，故原电池总反应为2Al＋3Ag2S＋6H2O===6Ag＋2Al（OH）3＋3H2S↑，故B项正确，C项错误；A项，原电池反应是自发进行的氧化还原反应，银器中Ag2S被还原成Ag，质量减轻，A项错误；D项，黑色褪去的原因是黑色的Ag2S转化为Ag

考点二原电池中电极方程式的书写

1.将氢气、甲烷、乙醇等物质在氧气中燃烧时的化学能直接转化为电能的装置叫燃料电池。

燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。

此种电池能量利用率可高达80%（一般柴油发电机只有40%左右），产物污染也少。

下列有关燃料电池的说法错误的是（　　）

A.上述燃料电池的负极反应材料是氢气、甲烷、乙醇等物质

B.氢氧燃料电池常用于航天飞行器，原因之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用

C.乙醇燃料电池的电解质常用KOH，该电池的负极反应为C2H5OH－12e－=2CO2↑＋3H2O

D.甲烷燃料电池的正极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－

【答案】C

【解析】在强碱性条件下，CO2会和KOH反应生成K2CO3和水，所以C错。

2.氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。

回答下列问题：

（1）氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：

____。

【答案】H2+2OH--2e-=2H2O

【解析】考察燃料电池、电极反应式的书写，需要理解原电池反应原理，氢氧燃料电池燃料氢气作负极，电解质为碱性，所以碱性氢氧燃料电池的负极反应式：

H2+2OH--2e-=2H2O

3.一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＋H2O

3H2＋CO,每消耗1molCH4转移12mol电子

B.电极A上H2参与的电极反应为：

H2＋2OH－－2e－=2H2O

C.电池工作时，CO32－向电极B移动

D.电极B上发生的电极反应为：

O2＋2CO2＋4e－=2CO32－

【答案】D

【解析】A、1molCH4→CO，化合价由-4价→+2上升6价，1molCH4参加反应共转移6mol电子，故错误；

B、环境不是碱性，否则不会产生CO2，其电极反应式：

CO＋H2＋2CO32－－4e－=3CO2＋H2O，故B错误；

C、根据原电池工作原理，电极A是负极，电极B是正极，阴离子向负极移动，故C错误；D、根据电池原理，O2、CO2共同参加反应，其电极反应式：

O2＋2CO2＋4e－=2CO32－，故D正确。

4.铁是应用最广泛的金属，铁的卤化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。

与MnO2-Zn电池类似，K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为________，该电池总反应的离子方程式为_____。

【答案】FeO

＋3e－＋4H2O===Fe（OH）3＋5OH－；

2FeO42-+8H2O+3Zn=2Fe（OH）3+3Zn（OH）2+4OH-

【解析】正极发生还原反应，K2FeO4被还原为Fe3＋，由于是碱性环境，故生成Fe（OH）3，电极反应式为FeO

＋3e－＋4H2O===Fe（OH）3＋5OH－；负极发生氧化反应，由于是碱性环境，Zn被氧化生成Zn（OH）2，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2，两电极反应式相加得2FeO42-+8H2O+3Zn=2Fe（OH）3+3Zn（OH）2+4OH-。

5.常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池（图1），测得原电池的电流强度（I）随时间（t）的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。

0-t1时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是_____

【答案】2H++NO3-+e-=NO2↑+H2O

【解析】原电池需要找自发的氧化还原反应，除去表面氧化膜的Al、Cu，虽然为浓硝酸，但是题中出现：

原电池的负极是Al片，所以该反应中Cu为正极，硝酸根放电生成二氧化氮，介质为酸性介质，应由氢离子参与反应，同时有水生成，所以正极电极反应式为：

2H++NO3-+e-=NO2↑+H2O。

五、分层训练能力进阶

【基础达标】

1.锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是

（）

A．锌电极上发生还原反应

B．电池工作一段时间后，甲池的c（SO42－）不变

C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量减少

D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡

【答案】B

【解析】考点：

考查原电池的反应原理。

试题分析：

A、由图像可知该原电池反应原理为Zn+Cu2＋=Zn2＋+Cu，故Zn电极为负极失电子发生氧化反应，Cu电极为正极得电子发生还原反应，A错误；B、该装置中为阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故两池中c（SO42－）不变，B正确；C、电解过程中溶液中