高考化学总复习第六章化学反应与能量变化课时2原电池化学电源练习新人教版Word下载.docx

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阳离子向正极迁移

电池反应方程式

Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

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

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：

①在原电池中活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。

如Mg－Al－NaOH溶液组成的原电池，Al作负极。

②自发发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应，也可能是电极与溶解的氧气等发生反应，如将铁与石墨相连插入食盐水中。

4．原电池原理的三大应用

（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，设计成原电池时反应速率增大。

例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。

（2）比较金属活动性强弱

两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。

（3）设计制作化学电源

①首先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。

如：

根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2

设计的原电池为：

教材

高考

1．（RJ选修4·

P734改编）当铜锌原电池产生电流时，下列说法正确的是（　　）

A．阳离子移向Zn极，阴离子移向Cu极

B．电子由Cu电极流向Zn电极

C．电流由Zn电极流向Cu电极

D．阴离子移向Zn电极，阳离子移向Cu电极

答案　D

2.（RJ必修2·

P42“实践活动”改编）如图所示是一位同学在测试水果电池，下列有关说法错误的是（　　）

A．若金属片A是正极，则该金属片上会产生H2

B．水果电池的化学能转化为电能

C．此水果发电的原理是电磁感应

D．金属片A、B可以一个是铜片，另一个是铁片

答案　C

3．（溯源题）（2016·

上海化学，8）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③。

①铜棒的质量　②c（Zn2＋）　③c（H＋）　④c（SO

）

探源：

本考题源于教材RJ选修4P71“图4－1锌铜原电池装置”，对原电池的工作原理进行了考查。

[诊断性题组]

1．基础知识判断，正确的打“√”，错误的打“×

”

（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）其他条件均相同，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）在锌铜原电池中，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）CaO＋H2O===Ca（OH）2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能（×

（7）在内电路中，电子由正极流向负极（×

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

2．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．

（1）

（2）中Mg作负极，（3）（4）中Fe作负极

B．

（2）中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑

C．（3）中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋

D．（4）中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

解析　

（1）中Mg作负极；

（2）中Al作负极；

（3）中铜作负极；

（4）是铁的吸氧腐蚀，Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

答案　B

3．（2017·

广东粤西四校联考）铜锌原电池（如图）工作时，下列叙述正确的是（　　）

A．一段时间后，铜棒上有红色物质析出

B．正极反应为：

Zn－2e－===Zn2＋

C．在外电路中，电流从负极流向正极

D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液

解析　Cu为正极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，铜棒上有红色物质析出，A项正确，B项错误；

在外电路中，电流从正极流向负极，C项错误；

CuSO4溶液中c（Cu2＋）降低，故盐桥中的K＋移向CuSO4溶液，D项错误。

答案　A

4．某学校研究性学习小组欲以镁条、铝片为电极，以稀NaOH溶液为电解质溶液设计原电池。

（1）给你一只电流表，请你画出该原电池的示意图，并标出正负极。

（2）一段时间后，铝片发生的电极反应式是________________________________________________________________；

镁条表面只有极少量的气泡产生，则镁电极产生的主要反应的电极反应式为_________________________________________________________________。

解析　铝能够与NaOH溶液反应，所以作原电池的负极，而镁与NaOH溶液不反应，故作原电池的正极。

答案　

（1）如图所示

（2）Al＋4OH－－3e－===AlO

＋2H2O

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

【易错警示】

规避原电池基础中的6个失分点

1．原电池的闭合回路有多种形式，如两电极相接触也是一种闭合。

2．盐桥使两池电解液相连接，构成闭合，但不能用导线替换。

3．只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池，把多余的能量转化成电能。

4．在原电池中，电子不能通过电解质溶液。

5．电解液中的阴阳离子与导线中的电子各自的定向移动，构成一个完整的闭合回路，电子由负极移向正极，电解液中阳离子移向正极，阴离子移向负极。

6．两个电极即使都是石墨，也可构成原电池，如一些燃料电池。

考点二　形形色色的化学电源

（考点层次B→共研、理解、整合）

对应学生用书P136

1．一次电池

碱性锌锰

干电池

负极材料：

Zn

电极反应：

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2

正极材料：

碳棒

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－

总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2

锌银电池

Ag2O

Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag

2.二次电池

铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）

2PbSO4（s）＋2H2O（l）

3．燃料电池

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种：

种类

酸性

碱性

负极反应式

2H2－4e－===4H＋

2H2＋4OH－－4e－===4H2O

正极反应式

O2＋4H＋＋4e－===2H2O

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

电池反应式

2H2＋O2===2H2O

①原电池反应中，两极材料本身不一定发生反应。

②书写燃料电池的电极反应式时，一定要注意溶液的酸碱性。

P781改编）碱性锌锰电池总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2，则其正极反应为MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－。

2．（RJ选修4·

P783改编）镉镍可充电电池的充、放电反应按下式进行：

Cd＋2NiO（OH）＋2H2O

Cd（OH）2＋2Ni（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Cd＋2OH－－2e－===Cd（OH）2

课标全国Ⅱ，11）Mg－AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。

判断下列说法是否正确

（1）负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋（√）

（2）正极反应式为Ag＋＋e－===Ag（×

（3）电池放电时Cl－由正极向负极迁移（√）

（4）负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg（OH）2＋H2↑（√）

本考题源于RJ选修4P75“一次电池”及其知识拓展，对常见及新型电源的工作原理及电极反应进行了考查。

[拓展性题组]

题组一　“常考不衰”的燃料电池

1．科学家设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示，下列说法不正确的是（　　）

A.通入N2的电极的电极反应式为：

N2＋6e－＋8H＋===2NH

B．反应过程中溶液的pH会变大，故需要加入盐酸

C．该电池外电路电流从通入H2的电极流向通入N2的电极

D．通入H2的电极为负极，A为NH4Cl

解析　N2与H2反应生成NH3，由于以稀盐酸为电解质，所以总反应为N2＋3H2＋2HCl===2NH4Cl。

由“负氧正还”可知N2在正极反应，电极反应式为：

，H2在负极反应，电极反应式为3H2－6e－===6H＋，A、B、D正确，C项错误。

2．（2017·

惠州模拟）金属锂燃料电池是一种新型电池，比锂离子电池具有更高的能量密度。

它无电时也无需充电，只需更换其中的某些材料即可，其工作示意图如下，下列说法正确的是（　　）

A．放电时，空气极为负极

B．放电时，电池反应为4Li＋O2===2Li2O

C．有机电解液可以是乙醇等无水有机物

D．在更换锂电极的同时，要更换水性电解液

解析　A．放电时，Li极为负极，错误；

B.放电时，电池反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，错误；

C.因为有锂存在，就不能用乙醇，锂和乙醇反应，错误；

D.水性电解液中有沉淀生成，所以在更换锂电极的同时，要更换水性电解液，正确，所以选D。

3．如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。

下列说法不正确的是（　　）

A．电流由O2所在的铂电极流出

B．O2所在的铂电极处发生还原反应

C．该电池的负极反应式为：

CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋

D．微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量

解析　燃料电池，燃料在负极反应，氧气在正极反应。

氧气在正极发生还原反应，电流由正极流向负极，A、B正确；

由图可知负极反应物为CH3CH2OH（碳元素的化合价平均显－2价），生成物为CH3COOH（碳元素的化合价平均显0价），由质子交换膜可知溶液呈酸性，负极的电极反应式为：

CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋，C项错误。

【思维建模】

燃料电池电极方程式书写步骤

题组二　“起点高、落点低”的压轴选择题：

可逆电池

4．（石家庄模拟）快速充电电池的电解液为LiAlCl4－SOCl2，电池的总反应为4LiCl＋S＋SO2

4Li＋2SOCl2。

下列说法正确的是（　　）

A．该电池的电解质可为LiCl水溶液

B．该电池放电时，负极发生还原反应

C．充电时阳极反应式为4Cl－＋S＋SO2－4e－===2SOCl2

D．放电时电子从负极经外电路流向正极，再从正极经电解质溶液流向负极

解析　A项，该电池的电解质溶液不能是LiCl的水溶液，因为Li能和水发生反应，错误；

B项，电池放电时，负极发生氧化反应，错误；

D项，放电时，电子从负极经外电路流向正极，电解质溶液中移动的是阴、阳离子而不是电子，错误。

5．镁及其化合物一般无毒（或低毒）、无污染，镁电池放电时电压高且平稳，因此成为人们研制绿色电池所关注的重点。

有一种镁二次电池的反应为xMg＋Mo3S4

MgxMo3S4。

下列说法错误的是（　　）

A．放电时Mg2＋向正极移动

B．放电时正极的电极反应式为Mo3S4＋2xe－===Mo3S

C．放电时Mo3S4发生氧化反应

D．充电时阴极的电极反应为xMg2＋＋2xe－===xMg

【审题建模】

以上述第5题为例：

微专题八　“盐桥”原电池

　明原理判装置

1．（2017·

河北石家庄高三模拟）综合如图判断，下列说法正确的是（　　）

A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋

B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动

D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大

解析　装置Ⅰ中，由于Zn比Fe活泼，所以Zn作原电池的负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；

Fe作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

由于正极有OH－生成，因此溶液的pH增大。

装置Ⅱ中，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；

Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。

正极由于不断消耗H＋，所以溶液的pH逐渐增大。

据此可知A、B错，D正确。

在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，所以C错误。

2．某合作学习小组的同学利用下列氧化还原反应设计原电池：

2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2（SO4）3＋K2SO4＋8H2O，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。

下列叙述中正确的是（　　）

A．乙烧杯中发生还原反应

B．甲烧杯中溶液的pH逐渐减小

C．电池工作时，盐桥中的SO

移向甲烧杯

D．外电路的电流方向是从a到b

解析　由2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2（SO4）3＋K2SO4＋8H2O可知，Mn元素的化合价降低，得到电子，Fe元素的化合价升高，失去电子，则b为负极，a为正极。

A项，b为负极，是乙烧杯中发生氧化反应，故A错误；

B项，甲烧杯中发生还原反应，Mn元素的化合价降低，电极反应为MnO

＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O，则pH逐渐增大，故B错误；

C项，阴离子向负极移动，则盐桥中的SO

移向乙烧杯中，故C错误；

D项，由上述分析可知，a为正极，外电路中电流由正极流向负极，即从a流向b，故D正确。

【知识归纳】

盐桥电池的两大特点

1．盐桥的作用：

连接内电路，形成闭合回路，平衡电荷，使原电池不断产生电流，避免断路时发生化学腐蚀（隔离作用）。

2．盐桥中有关电极的判断：

同原电池电极的判断一致，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。

对于活泼金属和不活泼金属，则活泼金属作负极，不活泼金属作正极；

对于金属与非金属，则是金属作负极，非金属作正极；

对于还原性不同的物质，则是还原性强的作负极，还原性弱的作正极。

　可逆反应中的“盐桥”

浙江省高三六校联考）将反应IO

＋5I－＋6H＋3I2＋3H2O设计成如下图所示的原电池。

开始时向甲烧杯中加入少量浓硫酸，电流表指针发生偏转，一段时间后，电流表指针回到零，再向甲烧杯中滴入几滴浓NaOH溶液，电流表指针再次发生偏转。

下列判断不正确的是（　　）

A．开始加入少量浓硫酸时，乙中石墨电极上发生氧化反应

B．开始加入少量浓硫酸时，同时在甲、乙烧杯中都加入淀粉溶液，只有乙烧杯中溶液变蓝

C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态

D．两次电流表指针偏转方向相反

解析　加入少量浓H2SO4时，电极反应式：

负极：

10I－－10e－===5I2

正极：

2IO

＋10e－＋12H＋===I2＋6H2O

加入几滴浓NaOH溶液时，电极反应式：

5I2＋10e－===10I－

I2－10e－＋12OH－===2IO

＋6H2O

B项，根据电极反应可以看出，甲、乙烧杯中均有I2生成，所以甲、乙烧杯中溶液均变蓝。

4．（原创题）已知反应AsO

＋2I－＋2H＋AsO

＋I2＋H2O是可逆反应。

设计如图装置（C1、C2均为石墨电极），分别进行下述操作：

Ⅰ.向B烧杯中逐滴加入浓盐酸

Ⅱ.向B烧杯中逐滴加入40%NaOH溶液

结果发现电流表指针均发生偏转。

试回答下列问题：

（1）两次操作过程中指针为什么发生偏转？

______________________________________________________________。

（2）两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？

试用化学平衡移动原理解释之。

（3）操作Ⅱ过程中，盐桥中的K＋移向________烧杯溶液（填“A”或“B”）。

（4）Ⅰ操作过程中，C1棒上发生的反应为__________________________________________________________________。

答案　

（1）两次操作中均能形成原电池，化学能转变成电能

（2）（Ⅰ）加酸，c（H＋）增大，平衡向正反应方向移动，AsO

得电子，I－失电子，所以C1极是负极，C2极是正极。

（Ⅱ）加碱，c（OH－）增大，平衡向逆反应方向移动，AsO

失电子，I2得电子，此时，C1极是正极，C2极是负极。

故化学平衡向不同方向移动，发生不同方向的反应，电子转移方向不同，即电流表指针偏转方向不同

（3）A　（4）2I－－2e－===I2

【对比归纳】

单池原电池和盐桥原电池的对比

图1和图2两装置的比较：

相同点

正负极、电极反应、总反应、反应现象

Cu2＋＋2e－===Cu

Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋

不同点

图1中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2＋，会有一部分Zn与Cu2＋直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。

图2中Zn和CuSO4溶液在两个池子中，Zn与Cu2＋不直接接触，不存在Zn与Cu2＋直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长

关键点

盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区

　原电池原理及应用

1．（2013·

新课标全国卷Ⅰ，10）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

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）2↓＋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，D项错误。

2．（2015·

天津理综，4）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．铜电极上发生氧化反应

B．电池工作一段时间后，甲池的c（SO

）减小

C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加

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

解析　A项，由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Cu2＋得电子发生还原反应生成Cu，错误；

B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c（SO

）不变，错误；

C项，在乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，则有Cu2＋→Zn2＋，由于M（Zn2＋）>

M（Cu2＋），故乙池溶液的总质量增加，正确；

D项，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn2＋通过交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，错误。

3．

（1）[2016·

江苏化学，20

（1）]铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。

将含有Cr2O

的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O

转化为Cr3＋，其电极反应式为_____________________________________________________。

（2）[2016·

天津理综，10

（1）]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：

与汽油相比，氢气作为燃料的优点是____________________________________________________（至少答出两点）。

但是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：

_____________________________________________________。

（3）[2015·

四川理综，11（5）]FeSO4在一定条件下可制得FeS2（二硫化亚铁）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4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S，正极反应式是___________________________________________。

（4）[2015·

海南化学，15（4）]下图所示原电池正极的反应式为________________________________________________________________。

答案　

（1）Cr2O

＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O

（2）污染小，可再生，来源广，资源丰富，燃烧热值高（任写其中2个）　H2＋2OH－－2e－===2H2O

（3）FeS2＋4Li＋＋4e－===Fe＋2Li2S（或FeS2＋4e－===Fe＋2S2－）

（4）Ag＋＋e－===Ag

　化学电源

4．（2016·

海南化学，10改编）某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液。

下列说法正确