高届高级高中化学一轮复习第六章化学反应与能量变化第2讲.docx

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高届高级高中化学一轮复习第六章化学反应与能量变化第2讲

第2讲　原电池　化学电源

【2020·备考】

最新考纲：

1.理解原电池的构成、工作原理及应用。

2.能书写电极反应和总反应方程式。

3.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

核心素养：

1.变化观念与平衡思想：

认识原电池的本质是氧化还原反应,能从多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转化。

2.科学精神与社会责任：

通过原电池装置的应用,能对与化学有关的热点问题作出正确的价值判断,能参与有关化学问题的社会实践。

考点一　原电池的工作原理及其应用

（频数：

★★☆　难度：

★☆☆）

名师课堂导语电化学是化学能与热能知识的延伸,是氧化还原反应知识的应用,是高考热点,对于本考点的主要考查知识点有：

（1）电池的正负极的判断；

（2）原电池的原理应用；（3）电极方程式的书写,特别是电极方程式的书写是高考重点,应给予关注。

1.原电池的工作原理

（1）概念和反应本质

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）原电池的构成条件

一看反应：

看是否有能自发进行的氧化还原反应发生（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。

三看是否形成闭合回路,形成闭合回路需三个条件：

①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。

（3）工作原理

装置图

电极名称

负极

正极

电极材料

锌片

铜片

电极反应

Zn－2e－===Zn2＋

Cu2＋＋2e－===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

离子迁移方向

阴离子向负极迁移阳离子向正极迁移

方程式

Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

（4）原电池中移动方向及闭合回路形成原理图示

1.原电池仍然体现的是反应过程中的能量守恒,是化学能与热能的知识延伸,是化学能与电能的转化。

2.原电池反应必须是氧化还原反应,但自行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。

2.原电池原理的应用

（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。

1.在理解形成原电池可加快反应速率时,要注意对产物量的理解,Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液,锌足量时,不影响产生H2的物质的量,但稀H2SO4足量时,产生H2的物质的量要减少。

2.把一个氧化还原反应拆写成两个电极反应时,首先要写成离子反应,要注意通过电荷守恒与原子守恒把H＋、OH－、H2O分解到两个电极反应中。

[速查速测]

1.（易混点排查）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）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（×）

（5）两种活泼性不同的金属组成原电池的两极,活泼金属一定作负极（×）

2.（教材改编题）下列装置不能形成原电池的是（　　）

试题解析A、B、D项都具有①活泼性不同的电极；②电解质溶液；③闭合回路；④自发进行的氧化还原反应,均能构成原电池；C项中酒精为非电解质,不能构成原电池。

参考答案C

3.（动手能力培养）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。

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,写出电极反应式。

参考答案如图所示

负极　Al＋4OH－－3e－===AlO

＋2H2O

正极　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

[A组　基础知识巩固]

1.（2019·聊城三中月考）课堂学习中,同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。

下列结论错误的是（　　）

A.原电池是将化学能转化成电能的装置

B.原电池由电极、电解质溶液和导线等组成

C.图中电极a为铝条、电极b为锌片时,导线中会通过电流

D.图中电极a为锌片、电极b为铜片时,电子由铜片通过导线流向锌片

试题解析D项,电极a为负极,电子由负极（锌片）流出。

参考答案D

2.（2018·合肥质检）用a、b、c、d四种金属按表中所示的装置进行实验,下列叙述中正确的是（　　）

甲

乙

丙

实验

装置

现象

a不断溶解

c的质量增加

a上有气泡产生

A.装置甲中的b金属是原电池的负极

B.装置乙中的c金属是原电池的阳极

C.装置丙中的d金属是原电池的正极

D.四种金属的活泼性顺序：

d>a>b>c

试题解析甲中a溶解说明a是负极,活泼性a>b,A错误；原电池一般用正极或负极命名电极,B错误,由乙中现象知活泼性b>c；丙中d是负极,活泼性d>a,C错误；综上可知D正确。

参考答案D

3.（2019·潍坊上学期统考,12）根据光合作用原理,设计如图原电池装置。

下列说法正确的是（　　）

A.a电极为原电池的正极

B.外电路电流方向是a→b

C.b电极的电极反应式为：

O2＋2e－＋2H＋===H2O2

D.a电极上每生成1molO2,通过质子交换膜的H＋为2mol

试题解析根据图示可知,a电极上H2O转化为H＋和O2,发生氧化反应,则a电极为原电池的负极,A项错误；a电极为负极,b电极为正极,外电路电流方向应从正极到负极,即b→a,B项错误；根据图示可知,b电极上O2得电子转化为H2O2,电极反应式为：

O2＋2e－＋2H＋===H2O2,C项正确；a电极上每生成1molO2,转移4mol电子,则通过质子交换膜的H＋为4mol,D项错误。

参考答案C

【方法技巧】

判断原电池正、负极的5种方法

[B组　考试能力过关]

4.（2017·上海化学）对原电池的电极名称,下列叙述中错误的是（　　）

A.电子流入的一极为正极　

B.比较不活泼的一极为正极

C.电子流出的一极为负极

D.发生氧化反应的一极为正极

试题解析在原电池中正极为电子流入、性质不活泼、发生还原反应的一极,负极为电子流出、性质较活泼、发生氧化反应的一极,故D错误。

参考答案D

5.（天津理综）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

试题解析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,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,电池工作过程中Zn2＋通过阳离子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。

参考答案C

6.（新课标全国Ⅰ）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

试题解析本题要注意运用“电化学原理”这个关键词,由题干信息中Ag、Al、食盐溶液构成原电池的条件,Ag2S是氧化剂,作正极,发生还原反应,B项正确。

C项忽视了Al2S3在水溶液中发生完全的双水解反应,正确的方程式应为2Al＋3Ag2S＋6H2O===6Ag＋2Al（OH）3↓＋3H2S↑。

D项中黑色褪去的原因是Ag2S被还原成了Ag。

参考答案B

考点二　化学电源

（频数：

★★★　难度：

★★★）

名师课堂导语化学电源知识是电化学中的难点,是我们高考热点题型新型化学电源的知识源头,特别是燃料电池与充电电池更是重中之重,要熟练掌握介质对半反应的影响及充电电池四个电极的关系。

1.一次电池

（1）碱性锌锰干电池（图一）

负极材料：

Zn

电极反应：

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2

正极材料：

碳棒

电极反应：

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－

总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2

（2）锌银电池（图二）

负极材料：

Zn

电极反应：

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2

正极材料：

Ag2O

电极反应：

Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－

总反应：

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）

可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极的连接应符合：

电池的负极与外加电源的负极相连作电解池的阴极；电池的正极与外加电源的正极相连作电解池的阳极。

如下图（板书）

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.在书写燃料电池的电极反应时,要注意溶液的酸碱性,介质的酸碱性对半反应及总反应书写的影响。

2.书写电极反应时应注意：

“－ne－”相当正电荷,“＋ne－”相当负电荷,依据电荷守恒配平其他物质的系数。

3.根据移动方向,阳离子趋向正极,在正极上参与反应,在负极上生成（如H＋）；阴离子趋向负极,在负极上参与反应,在正极上生成（如OH－、O2－、CO

）。

[速查速测]

1.（教材基础知识填空）

（1）氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时,工作一段时间后,电解质溶液的浓度将　　　　（填“减小”、“增大”或“不变”,下同）,溶液的pH　　　　。

（2）氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时,工作一段时间后,电解质溶液的浓度将　　　　（填“减小”、“增大”或“不变”,下同）,溶液的pH　　　　。

参考答案

（1）减小　减小　

（2）减小　增大

2.（课后习题改编）某蓄电池反应式为Fe＋Ni2O3＋3H2O

Fe（OH）2＋2Ni（OH）2。

下列推断中正确的是（　　）

①放电时,Fe为正极,Ni2O3为负极

②充电时,阴极上的电极反应式是Fe（OH）2＋2e－===Fe＋2OH－

③充电时,Ni（OH）2为阳极

④蓄电池的电极必须是浸在某碱性溶液中

A.①②③B.①②④

C.①③④D.②③④

参考答案D

3.（思维探究题）微型燃料电池是采用甲醇（质子交换膜）取代氢作燃料设计而成的,性能良好,有望取代传统电池,说出此微型燃料电池的优点,并写出电池的负极反应。

__________________________________________________________

_____________________________________________________________________

参考答案优点：

①电池设计简单；

②和传统充电电池比电池的能量密度高。

负极反应：

CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋

[A组　基础知识巩固]

1.下面是几种常见的化学电源示意图,有关说法不正确的是（　　）

干电池示意图　　　铅蓄电池示意图　氢氧燃料电池示意图

A.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池

B.干电池在长时间使用后,锌筒被破坏

C.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

D.铅蓄电池工作过程中,每通过2mol电子,负极质量减轻207g

试题解析干电池是一次电池,铅蓄电池是可充电电池,属于二次电池,氢氧燃料电池属于燃料电池,故A正确；在干电池中,Zn作负极,被氧化,故B正确；氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内,且工作的最终产物是水,故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源,故C正确；铅蓄电池工作过程中,硫酸铅是在负极上析出,该极质量应该增加而非减小,故D错误。

参考答案D

2.（2019·烟台模拟）铅蓄电池的工作原理为：

Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O,研读下图,下列判断正确的是（　　）

A.K闭合时,d电极的电极反应式：

PbSO4＋2e－===Pb＋SO

B.当电路中通过0.2mol电子时,Ⅰ中消耗的H2SO4为0.2mol

C.K闭合时,Ⅱ中SO

向c电极迁移

D.K闭合一段时间后,Ⅱ可单独作为原电池,d电极为负极

试题解析根据图示,K闭合时,Ⅰ为原电池,a为正极,b为负极,Ⅱ为电解池,c为阴极,d为阳极。

d为阳极,发生氧化反应：

PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋4H＋＋SO

A项错误；根据铅蓄电池的总反应知,电路中转移0.2mol电子时,Ⅰ中消耗0.2molH2SO4,B项正确；K闭合时,Ⅱ中SO

向阳极（d极）迁移,C项错误；K闭合一段时间后,c电极析出Pb,d电极析出PbO2,电解质溶液为H2SO4溶液,此时可以形成铅蓄电池,d电极作正极,D项错误。

参考答案B

3.（传统锌锰干电池的改进）（2018·北京大联盟联考）由我国科学家研发成功的铝锰电池是一种比能量很高的新型干电池,以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质,铝和二氧化锰—石墨为两极,其电池反应为Al＋3MnO2＋3H2O===3MnO（OH）＋Al（OH）3。

下列有关该电池放电时的说法不正确的是（　　）

A.二氧化锰—石墨为电池正极

B.负极反应式为Al－3e－＋3NH3·H2O===Al（OH）3＋3NH

C.OH－不断由负极向正极移动

D.每生成1molMnO（OH）转移1mol电子

试题解析由电池反应方程式知,铝为电池负极,铝失去电子转化为Al（OH）3,A、B正确；阴离子移向负极,C错误；由反应中锰元素价态变化知D正确。

参考答案C

【归纳反思】

书写电极反应式时的三个原则

1.共存原则：

因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同,所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。

碱性溶液中CO2不可能存在,也不可能有H＋参加反应；当电解质溶液呈酸性时,不可能有OH－参加反应。

2.得氧失氧原则：

得氧时,在反应物中加H2O（电解质为酸性时）或OH－（电解质为碱性或中性时）；失氧时,在反应物中加H2O（电解质为碱性或中性时）或H＋（电解质为酸性时）。

3.中性吸氧反应成碱原则：

在中性电解质溶液中,通过金属吸氧所建立起来的原电池反应,其反应的最后产物是碱。

[B组　考试能力过关]

4.（2015·课标全国Ⅰ,11）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是（　　）

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

试题解析由题意可知,微生物电池的原理是在微生物的作用下,O2与C6H12O6发生氧化还原反应,将化学能转化为电能,B项正确；氧气在正极反应,由于质子交换膜只允许H＋通过,则正极反应为：

O2＋4e－＋4H＋===2H2O,没有CO2生成,A项错误；负极发生反应：

C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋,H＋在负极区生成,移向正极区,在正极被消耗,C项正确；总反应为：

C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O,D项正确。

参考答案A

5.（2018·课标全国Ⅱ,12）我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。

将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳钠米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为：

3CO2＋4Na

2Na2CO3＋C。

下列说法错误的是（　　）

A.放电时,ClO

向负极移动

B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2

C.放电时,正极反应为：

3CO2＋4e－===2CO

＋C

D.充电时,正极反应为：

Na＋＋e－===Na

试题解析电池放电时,ClO

向负极移动,A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2,而充电时释放出CO2,B项正确；放电时,正极CO2得电子被还原生成单质C,即电极反应式为3CO2＋4e－===2CO

＋C,C项正确；充电时阳极发生氧化反应,即C被氧化生成CO2,D项错误。

参考答案D

6.（2015·全国卷Ⅱ,26节选）酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。

该电池放电过程产生MnOOH。

该电池的正极反应式为______________________________________________,

电池反应的离子方程式为______________________________________________。

维持电流强度为0.5A,电池工作5分钟,理论上消耗锌　　　　g。

（已知F＝

96500C·mol－1）

试题解析酸性锌锰干电池中正极上发生还原反应,该电池放电过程中产生MnOOH,则正极反应式为MnO2＋H＋＋e－===MnOOH。

金属锌作负极,发生氧化反应生成Zn2＋,则负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋,结合得失电子守恒可得电池反应式为2MnO2＋2H＋＋Zn===2MnOOH＋Zn2＋。

电流强度为I＝0.5A,时间为t＝5min＝300s,则通过电极的电量为Q＝It＝0.5A×300s＝150C,又知F＝96500C·mol－1,故通过电子的物质的量为

≈0.0016mol,则理论上消耗Zn的质量为65g·mol－1×0.0016mol×1/2≈0.05g。

参考答案MnO2＋H＋＋e－===MnOOH　2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnOOH＋Zn2＋　0.05

[A级　全员必做题]

1.下列关于原电池的叙述中正确的是（　　）

A.正极和负极必须是金属

B.原电池是把化学能转化成电能的装置

C.原电池工作时,正极和负极上发生的都是氧化还原反应

D.锌、铜和盐酸构成的原电池工作时,锌片上有6.5g锌溶解,正极上就有0.1g氢气生成

试题解析一般普通原电池中负极必须是金属,正极可以是金属或非金属导体,A错误；原电池是把化学能转化成电能的装置,B正确；原电池工作时,正极上发生还原反应,负极上发生氧化反应,C错误；锌、铜和盐酸构成的原电池工作时,锌片上有6.5g锌溶解,正极上有0.2g氢气生成,D错误。

参考答案B

2.各式各样电池的迅速发展是化学对人类的一项重大贡献。

下列有关电池的叙述正确的是（　　）

A.手机上用的锂离子电池可以用KOH溶液作电解液

B.锌锰干电池中,锌电极是负极

C.氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被还原

D.太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅

试题解析锂能与水反应,不能用水溶液作电解液,A错误；锌锰干电池中锌失去电子生成Zn2＋为负极,B正确；氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化,C错误；太阳能电池的主要材料为硅,D错误。

参考答案B

3.（2019·深圳模拟）如图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。

下列说法错误的是（　　）

A.铜片表面有气泡生成

B.装置中存在“化学能→电能→光能”的转换

C.如果将硫酸换成柠檬汁,导线中不会有电子流动

D.如果将锌片换成铁片,电路中的电流方向不变

试题解析铜锌原电池中,Cu作正极,溶液中的氢离子在正极上得电子生成氢气,所以Cu上有气泡生成,故A正确；原电池中化学能转化为电能,LED灯发光时,电能转化为光能,故B正确；柠檬汁显酸性也能作电解质溶液,所以将硫酸换成柠檬汁,仍然构成原电池,所以导线中有电子流动,故C错误；金属性Cu比Zn、Fe弱,Cu作正极,所以电路中的电流方向不变,故D正确。

参考答案C

4.（2019·山东滨州月考）下列有关说法中错误的是（　　）

A.某燃料电池用熔融碳酸盐作电解质,两极分别通入CO和O2,则通入CO的一极为负极,电极反应式为CO－2e－＋CO

===2CO2

B.Zn粒与稀硫酸反应制氢气时,为加快反应速率,可在反应过程中滴加几滴CuSO4溶液

C.根据自发氧化还原反应Cu＋2NO

＋4H＋===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O设计原电池,可在常温下用铜和铁作电极,使用浓硝酸作电解质溶液

D.原电池中电子从负极出发,经外电路流向正极,再从正极经电解液回到负极构成闭合回路

参考答案D

5.（2019·福建厦门第一次质量检测）铁碳微电解技术是利用原电池原理处理酸性污水的一种工艺,装置如图。

若上端开口关闭,可得到强还原性的H·（氢原子）；若上端开口打开,并鼓入空气,可得到强氧化性的·OH（羟基自由基）。

下列说法错误的是（　　）

A.无论是否鼓入空气,负极的电极反应式均为Fe－2e－===Fe2＋

B.不鼓入空气时,正极的电极反应式为H＋＋e－===H·

C.鼓入空气时,每生成1mol·OH有2mol电子发生转移

D.处理含有草酸（H2C2O4）的污水时,上端开口应打开并鼓入空气

试题解析根据铁碳微电解装置示意图可知,Fe为原电池负极,发生氧化反应：

Fe－2e－===Fe2＋,故A正确；由题意可知上端开口关闭,可得到强还原性的H·,则不鼓入空气时,正极的电极反应式为H＋＋e－===H·,故B正确；鼓入空气时,正极的电极反应式为O2＋2H＋＋2e－===2·OH,每生成1mol·OH有1mol电子发生转移,故C错误；处理含有草酸（H2C2O4）的污水时,因C2O

具有很强的还原性,与氧化剂作用易被氧化为CO2和H2O,则上端开口应打开并鼓入空气生成强氧化性的·OH,以氧化H2C2O4处理污水,故D正确。

参考答案C

6.（2018·安徽“江南十校”第一次联考）某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时,该电池工作原理见图。

下列说法正确的是（　　）

A.a为CH4,b为CO2

B.CO

向正极移动

C.此电池在常温时也能工作

D.正极电极反应式为：

O2＋2CO2＋4e－===2CO

试题解析由图可知a为负极,发生反应：

CH4－8e－→CO2,电池中传导的是CO

利用CO

平衡电荷得：

CH4－8e－＋