版高考化学总复习第5章第3讲原电池化学电源教案鲁科版Word文档格式.docx

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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

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

[提示]　盐桥的两个作用

（1）连接内电路，形成闭合回路。

（2）平衡电荷，保证溶液呈电中性。

5.原电池原理的应用

（1）比较金属的活动性强弱：

原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属（或能导电的非金属）。

（2）加快化学反应速率：

氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。

（3）用于金属的防护：

将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。

（4）设计原电池：

①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。

[考在课外]

教材延伸

判断正误

（1）在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极（√）

（2）在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强（×

）

（3）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（×

（4）带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长（√）

（5）在内电路中，电子由正极流向负极（×

（6）某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu（NO3）2＋2Ag，装置中的盐桥可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液（×

拓展应用

下列装置中不能形成原电池的是________。

答案　①③

思维探究

（1）新型电池——浓度差电池的工作原理：

由于两个半池电解溶液浓度不同而产生电势差，从而产生电池。

（2）试判断以下四种电池的正负极

答案　①正极：

Al　负极：

Mg　②正极：

Mg　负极：

Al　③正极：

Fe　负极：

Cu　④正极：

Cu　负极：

Fe

[基础点巩固]

1.如图，在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是（　　）

A.外电路的电流方向为X→外电路→Y

B.若两电极分别为铁和碳棒，则X为碳棒，Y为铁

C.X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应

D.若两电极都是金属，则它们的活动性强弱为X>

Y

解析　由电子移动方向知X为负极，Y为正极，故电流方向为Y→外电路→X，A项错误；

X为负极，Y为正极，X比Y活泼，故X应为铁，B项错误；

X为负极，应发生氧化反应，C项错误。

答案　D

2.Al－Ag2O电池可用作水下动力电源，其原理如图所示。

电池工作时，下列说法错误的是（　　）

A.电子由Al电极通过外电路流向Ag2O/Ag电极

B.电池负极附近溶液pH升高

C.正极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－

D.负极会发生副反应2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

解析　Al作负极失电子发生氧化反应，由于电解质溶液为NaOH溶液，所以电极反应为：

Al－3e－＋4OH－===AlO

＋2H2O，负极消耗OH－，pH减小，B项错误；

Ag2O在正极得电子发生还原反应：

Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，C项正确；

电子从负极经外电路流向正极，A项正确。

答案　B

3.中科院董绍俊课题组将二氧化锰和生物质置于一个由滤纸制成的折纸通道内形成电池（如图所示），该电池可将可乐（pH＝2.5）中的葡萄糖作为燃料获得能量。

下列说法正确的是（　　）

A.a极为正极

B.随着反应不断进行，负极区的pH不断增大

C.b极的电极反应为MnO2＋2H2O＋2e－===Mn2＋＋4OH－

D.若消耗0.01mol葡萄糖，电路中转移0.02mol电子

解析　由已知结合图示，葡萄糖（C6H12O6）发生氧化反应生成葡萄糖内酯（C6H10O6），所以a极为负极，故A项错误；

电解质溶液显酸性，所以负极反应为C6H12O6－2e－===C6H10O6＋2H＋，随着反应不断进行，负极区的pH不断减小，故B项错误；

b极为正极，电极反应为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，故C项错误；

由负极反应C6H12O6－2e－===C6H10O6＋2H＋可得，1mol葡萄糖失去2mol电子，所以若消耗0.01mol葡萄糖，电路中转移0.02mol电子，故D项正确。

原电池正、负极的判断方法

[注意]　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。

[能力点提升]

4.（2018·

山东烟台自主练习）铬是常见的过渡金属之一，研究铬的性质具有重要意义。

在如图装置中.观察到装置甲铜电极上产生大量的无色气体。

而装置乙中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量红棕色气体。

由此可得到的结论是________________________________________________________________

________________________________________________________________。

答案　由装置甲知铬的金属活动性比铜强；

由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化。

5.（2019·

阳泉模拟）某校化学兴趣小组进行探究性活动，将氧化还原反应：

2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I2，设计成盐桥原电池。

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）请画出设计的原电池装置图，并标出电极材料、电极名称及电解质溶液。

（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为________（填“正”或“负”）极。

解析　

（1）先分析氧化还原反应，找出正负极反应，即可确定正负极区电解质溶液。

（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，无电子流动，故无电流产生。

（4）平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时FeCl2溶液失电子，正极变成负极。

答案　

（1）如图：

（2）2I－－2e－===I2　（3）无　（4）负

6.选择合适的图像：

（1）将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中，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）的关系是________。

（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，产生H2的体积V（L）与时间t（min）的关系是________。

（3）将

（1）中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是________。

（4）在上述实验中能否将CuSO4溶液更换成Cu（NO3）2溶液________。

答案　

（1）A　

（2）B　（3）C　（4）否

原电池设计思维模型

[高考真题体验]

7.（2018·

浙江自选）锂（Li）空气电池的工作原理如图所示。

下列说法不正确的是（　　）

A.金属锂作负极，发生氧化反应

B.Li＋通过有机电解质向水溶液处移动

C.正极的电极反应：

O2＋4e－===2O2－

D.电池总反应：

4Li＋O2＋2H2O===4LiOH

解析　正极氧气得到了电子后与水结合形成氢氧根，电极方程式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故C项错误；

在锂空气电池中，金属锂失去电子，发生氧化反应，为负极，故A项正确；

在负极Li失去电子变成了Li＋，会通过有机电解质向水溶液处（正极）移动，故B项正确；

负极的反应式为Li－e－===Li＋，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，电池的总反应则为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，故D项正确。

答案　C

8.（2018·

海南化学）一种镁氧电池如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。

下列说法错误的是（双选）（　　）

A.电池总反应式为：

2Mg＋O2＋2H2O===2Mg（OH）2

B.正极反应式为：

Mg－2e－===Mg2＋

C.活性炭可以加快O2在负极上的反应速率

D.电子的移动方向由a经外电路到b

解析　金属镁作负极，反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg（OH）2，吸附氧气的活性炭作正极，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，电池总反应式为：

2Mg＋O2＋2H2O===2Mg（OH）2，A正确，B、C错误；

电子的移动方向由负极a经外电路到正极b，D正确。

答案　BC

考点二　化学电源

1.一次电池——碱性锌锰干电池

正极反应：

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO（OH）＋2OH－；

负极反应：

Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2；

总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO（OH）＋Zn（OH）2。

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Pb，正极材料是PbO2。

（1）放电时的反应

①负极：

Pb－2e－＋SO

===PbSO4。

②正极：

PbO2＋2e－＋SO

＋4H＋===PbSO4＋2H2O。

③总反应：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）===2PbSO4（s）＋2H2O（l）。

（2）充电时的反应

①阴极：

PbSO4＋2e－===Pb＋SO

。

②阳极：

PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋SO

＋4H＋。

2PbSO4（s）＋2H2O（l）===Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）。

[注意]　可充电电池的充放电不能（填“能”或“不能”）理解为可逆反应。

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

H2－2e－===2H＋

H2－2e－＋2OH－===2H2O

正极反应式

O2＋4e－＋4H＋===2H2O

O2＋4e－＋2H2O===4OH－

电池总反应式

2H2＋O2===2H2O

（1）太阳能电池不属于原电池（√）

（2）碘可用作锂碘电池的材料，该电池反应为2Li（s）＋I2（s）===2LiI（s），则碘电极作该电极的负极（×

（3）铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应（×

（4）可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应（×

（1）

（2）通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如图所示：

Pt电极上发生的是还原反应（填“氧化”或“还原”）。

写出NiO电极的电极反应式：

NO－2e－＋O2－===NO2。

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）当闸刀掷向充电器时，该装置为电解池，镍电极反应式为Ni（OH）2－e－＋OH－===NiO（OH）＋H2O。

（2）当闸刀掷向用电器时，该装置为原电池，镍电极电极反应式为NiO（OH）＋e－＋H2O===Ni（OH）2＋OH－。

1.如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀H2SO4为电解质溶液。

下列有关说法不正确的是（　　）

A.a极为负极，电子由a极经外电路流向b极

B.a极的电极反应式：

C.电池工作一段时间后，装置中[H2SO4]增大

D.若将H2改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，O2的用量增多

解析　a极通入的H2发生氧化反应，为负极，电子由a极经外电路流向b极，A项正确；

以稀H2SO4为电解质溶液时，负极的H2被氧化为H＋，B项正确；

电池工作一段时间后，装置中[H2SO4]减小，C项错误；

根据电池总反应：

2H2＋O2===2H2O，CH4＋2O2===CO2＋2H2O，可知等物质的量的CH4消耗O2较多，D项正确。

2.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。

一种以液态肼（N2H4）为燃料的电池装置如下图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。

下列关于该电池的叙述正确的是（　　）

A.b极发生氧化反应

B.a极的反应式：

N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O

C.放电时，电流从a极经过负载流向b极

D.其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜

解析　燃料电池燃料（N2H4）在负极（a极）发生氧化反应N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O，O2在正极发生还原反应：

O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，A项错误，B项正确；

放电时电流由正极流向负极，C项错误；

OH－在正极生成，移向负极消耗，所以离子交换膜应让OH－通过，故选用阴离子交换膜，D项错误。

3.科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。

质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。

A.电极a为电池的负极

B.电极b上发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O

C.电路中每流过4mol电子，在正极消耗44.8LH2S

D.每17gH2S参与反应，有1molH＋经质子膜进入正极区

解析　电极a上H2S转化为S2，发生氧化反应，则电极a为电池的负极，A项正确；

电极b上O2转化为H2O，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B项正确；

负极反应式为2H2S－4e－===S2＋4H＋，电路中每流过4mol电子，在负极消耗2molH2S，而不是正极，且题中未指明H2S所处的状态，C项错误；

根据2H2S－4e－===S2＋4H＋知，17g（0.5mol）H2S参与反应，生成1molH＋经质子膜进入正极区，D项正确。

4.

（1）将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。

下图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。

电极b作________极，表面发生的电极反应为_________________________________。

（2）浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。

某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。

①X为________极，Y电极反应式为________________________________

②Y极生成1molCl2时，________molLi＋移向________（填“X”或“Y”）极。

解析　

（1）从图示可以看出，左侧H2O转变成O2，O元素被氧化，电极a为负极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，H＋通过质子交换膜进入右侧发生反应，右侧通入的CO2转变成HCOOH，C元素被还原，电极b为正极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH。

（2）根据装置可知生成H2的电极为正极，生成Cl2的电极为负极。

答案　

（1）正　CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH

（2）①正　2Cl－－2e－===Cl2↑

②2　X

电极反应式的书写

（1）一般电极反应式的书写

（2）复杂电极反应式的书写

如CH4酸性燃料电池中

CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应式①

2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正极反应式②

①－②得

CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……负极反应式

5.某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池的总反应为：

Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6（x<

1）。

下列关于该电池的说法不正确的是（　　）

A.放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移

B.放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6

C.充电时，若转移1mole－，石墨（C6）电极将增重7xg

D.充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋

解析　放电时，负极反应为：

LixC6－xe－===xLi＋＋C6，正极反应为：

Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2，A、B正确；

充电时，阴极反应为：

xLi＋＋C6＋xe－===LixC6，转移1mole－时，石墨C6电极将增重7g，C项错误；

充电时，阳极反应为放电时正极反应的逆反应：

LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，D项正确。

6.中国科学家用毛笔书写后的纸张作为空气电极，设计并组装了轻型、柔性且可折叠的可充电锂空气电池（图1），电池的工作原理如图2。

下列有关说法正确的是（　　）

A.放电时，纸张中的纤维素作锂电池的正极

B.放电时，Li＋由正极经过有机电解质溶液移向负极

C.开关K闭合给锂电池充电，X为直流电源正极

D.充电时，阳极的电极反应式为Li2O2－2e－===O2↑＋2Li＋

解析　纤维素不导电，石墨导电，故放电时，纸张表面毛笔书写后留下的石墨作电池正极，A项错误；

原电池或电解池工作时，电解质中阴、阳离子的移动方向一般遵循“阴阳相吸”原则，即电池放电时，电解质中的阳离子移向正极，据此可快速判断锂电池放电时，带正电荷的Li＋由负极经过有机电解质溶液移向正极，B项错误；

充电时，直流电源负极与电池负极（金属锂）相连，故X为直流电源负极，C项错误；

充电时，空气电极作阳极，此时Li2O2失去电子生成O2：

Li2O2－2e－===O2↑＋2Li＋，D项正确。

1.充放电电池解题模板

2.速记速判

简单电极先写出，复杂反应相减得。

负极颠倒得阴极，正极颠倒得阳极。

[高考真题体验]

7.（2017·

课标全国Ⅲ，11）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.电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多

解析　A项，原电池电解质中阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中Li＋移动方向可知，电极a为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的还原反应，正确；

B项，电池工作时负极电极方程式为：

Li－e－===Li＋，当外电路中流过0.02mol电子时，负极消耗的Li的物质的量为0.02mol，其质量为0.14g，正确；

C项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极a的导电能力，正确；

D项，电池充电时为电解池，此时电解总反应为8Li2Sx

16Li＋xS8（2≤x≤8），故Li2S2的量会越来越少，错误。

课标全国Ⅲ，11）一种可充电锂空气电池如图所示。

当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x（x＝0或1）。

A.放电时，多孔碳材料电极为负极

B.放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极

C.充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移

D.充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋

O2

解析　根据电池工作原理，多孔碳材料吸附O2，O2在此获得电子，所以多孔碳材料电极为电池的正极，A项错误；

放电时电子从负极（锂电极）流出，通过外电路流向正极（多孔碳材料电极），B项错误；

Li＋带正电荷，充电时，应该向电解池的阴极（锂电极）迁移，C项错误；

充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋

O2，D项正确。

9.（2017·

海南卷）一种电化学制备NH3的装置如下图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H＋。

下列叙述错误的是（　　）

A.Pd电极b为阴极

B.阴极的反应式：

N2＋6H＋＋6e－===2NH3

C.H＋由阳极向阴极迁移

D.陶瓷可以隔离N2和H2

解析　此装置为电解池，总反应式是N2＋3H2===2NH3，Pd电极b上是氢气发生氧化反应，即氢气失去电子化合价升高，Pd电极b为阳极，故A说法错误；

根据A选项分析，Pd电极a为阴极，反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3，故B说法正确；

根据电解池的原理，阳离子由阳极移向阴极，故C说法正确；

根据装置图，陶瓷可以隔离N2和H2，故D说法正确。

答案　A

10.（2018·

11月浙江选考）最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。

A.右边吸附层中发生了还原反应

B.负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O

C.电池的总反应是2H2＋O2===2H2O

D.电解质溶液中Na＋向右移动，ClO

向左移动

解析　根据装置图中电子的流向，通H2的一极为负极，出H2的一极为正极，电极反应式为：

负极：

正极：

2H＋＋2e－===H2↑

A项，正极上发生还原反应；

C项，电池总反应式为H＋＋OH－===H2O；

D项，由于在负极区消耗OH－，所以Na＋向右移动，而ClO

向左移动。

考点三　金属的腐蚀与防护

1.金属腐蚀的本质

金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。

2.金属腐蚀的类型

（1）化学腐蚀与电化学腐蚀

类型

化学腐蚀

电化学腐蚀

条件