化学步步高高考总复习专题6 第二单元知识点+经典例题+易混点纠正.docx
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化学步步高高考总复习专题6第二单元知识点+经典例题+易混点纠正
[考试标准]
知识条目
必考要求
加试要求
1.原电池的概念
a
a
2.铜锌原电池的原理及电极反应式
b
b
3.原电池的构成条件
a
b
4.常见化学电源
b
c
5.原电池的构造与工作原理,盐桥的作用
b
6.判断与设计简单的原电池
c
7.原电池的电极反应式及电池反应方程式
b
8.原电池的正、负极和电子流向的判断
c
9.银锌电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理与应用价值
b
考点一 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.工作原理
(1)反应原理
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Zn片沿导线流向Cu片
(2)原理归纳
3.原电池的构成条件
(1)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)。
(2)二看两电极:
一般是活泼性不同的两电极。
(3)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。
4.盐桥原电池(加试)
(1)构造
(2)盐桥的组成和作用
①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。
②盐桥的作用:
a.连接内电路,形成闭合回路;b.平衡电荷,使原电池不断产生电流。
③盐桥含饱和KCl溶液,K+移向正极,Cl-移向负极。
(3)单池原电池和盐桥原电池的对比
图1和图2两装置的相同点:
正负极、电极反应、总反应、反应现象。
负极:
Zn-2e-===Zn2+
正极:
Cu2++2e-===Cu
总反应:
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溶液分别在两个池子中,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。
题组一 原电池装置的判断及应用
1.下面装置中,能构成原电池的是________(填序号)。
答案 ②④⑥⑦⑨
2.在铜锌原电池中,以硫酸铜为电解质溶液,锌为____________极,电极上发生的是____________(填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为_________________________;
锌片上观察到的现象为________________________;铜为________极,电极上发生的是________(填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式是__________________________;
铜片上观察到的现象是___________________________________________________。
原电池总反应的离子方程式为______________________________________________。
答案 负 氧化 Zn-2e-===Zn2+ 锌片溶解 正 还原 Cu2++2e-===Cu 铜极变粗 Zn+Cu2+===Zn2++Cu
题组二 原电池正、负极的判断(加试)
3.下列有关原电池的说法中正确的是( )
A.在内电路中,电子由正极流向负极
B.在原电池中,相对较活泼的金属作负极,不活泼的金属作正极
C.原电池工作时,正极表面一定有气泡产生
D.原电池工作时,可能会伴随着热能变化
答案 D
解析 A项,内电路中不存在电子的移动;B项,若是由铝、镁、氢氧化钠溶液构成的原电池,则负极是铝;C项,若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池,则正极表面析出铜,没有气泡产生。
4.分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( )
A.①②中Mg作负极,③④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↑
答案 B
解析 ②中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能和NaOH溶液反应失去电子,故Al是负极;③中Fe在浓硝酸中钝化,Cu和浓HNO3反应失去电子作负极,A、C错;②中电池总反应为2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,负极反应式为2Al+8OH--6e-===2AlO
+4H2O,二者相减得到正极反应式为6H2O+6e-===6OH-+3H2↑,B正确;④中Cu是正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,D错。
题组三 盐桥原电池(加试)
5.根据下图,下列判断中正确的是( )
A.烧杯a中的溶液pH降低
B.烧杯b中发生氧化反应
C.烧杯a中发生的反应为2H++2e-===H2↑
D.烧杯b中发生的反应为2Cl--2e-===Cl2↑
答案 B
解析 由题给原电池装置可知,电子经过导线,由Zn电极流向Fe电极,则O2在Fe电极发生还原反应:
O2+2H2O+4e-===4OH-,烧杯a中c(OH-)增大,溶液的pH升高;烧杯b中,Zn发生氧化反应:
Zn-2e-===Zn2+。
6.如图所示,杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球,调节杠杆并使其保持平衡,然后小心地向水槽中滴入浓CuSO4溶液,一段时间后,下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中,不考虑两球的浮力变化)( )
A.杠杆为导体或绝缘体时,均为A端高B端低
B.杠杆为导体或绝缘体时,均为A端低B端高
C.当杠杆为导体时,A端低B端高
D.当杠杆为导体时,A端高B端低
答案 C
解析 当杠杆为导体时,构成原电池,Fe作负极,Cu作正极,电极反应式分别为
负极:
Fe-2e-===Fe2+,
正极:
Cu2++2e-===Cu,
铜球质量增加,铁球质量减少,杠杆A端低B端高。
7.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 由图示结合原电池原理分析可知,Fe3+得电子变成Fe2+被还原,I-失去电子变成I2被氧化,所以A、B正确;电流计读数为零时,Fe3+得电子速率等于Fe2+失电子速率,反应达到平衡状态,C正确;D项在甲中溶入FeCl2固体,平衡2Fe3++2I-2Fe2++I2向左移动,I2被还原为I-,乙中石墨为正极,D不正确。
考点二 原电池原理的“四”个基本应用(加试)
1.用于金属的防护
使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。
例如,要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等,可用导线将其与一块锌块相连,使锌作原电池的负极。
2.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。
3.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。
4.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。
题组一 判断金属的活泼性
1.有A、B、C、D、E五块金属片,进行如下实验:
(1)A、B用导线相连后,同时浸入稀H2SO4溶液中,A极为负极,活动性________;
(2)C、D用导线相连后,同时浸入稀H2SO4溶液中,电流由D→导线→C,活动性________;
(3)A、C相连后,同时浸入稀H2SO4溶液中,C极产生大量气泡,活动性________;
(4)B、D相连后,同时浸入稀H2SO4溶液中,D极发生氧化反应,活动性________;
(5)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________。
综上所述,这五种金属的活动性从强到弱的顺序为________________。
答案
(1)A>B
(2)C>D (3)A>C (4)D>B
(5)B>E A>C>D>B>E
2.有A、B、C、D四种金属,做如下实验:
①将A与B用导线连接起来,浸入电解质溶液中,B不易腐蚀;②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;③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由强到弱的顺序是( )
A.A>B>C>DB.C>D>A>B
C.D>A>B>CD.A>B>D>C
答案 C
解析 ①A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:
A>B;②A、D与等物质的量浓度的盐酸反应,D比A反应剧烈,说明金属活动性:
D>A;③根据置换反应规律,Cu不能置换出B,说明金属活动性:
B>Cu;Cu能置换出C,说明金属活动性:
Cu>C。
则四种金属活动性的排列顺序是D>A>B>C。
题组二 设计原电池,画出装置图
3.请运用原电池原理设计实验,验证Cu2+、Fe3+氧化性的强弱。
请写出电极反应式,负极:
________________________________________________________________________,
正极:
________________________________________________________________________,
并在方框内画出实验装置图,要求用烧杯和盐桥,并标出外电路电子流向。
答案 Cu-2e-===Cu2+ 2Fe3++2e-===2Fe2+
题组三 Zn与H+反应速率的改变
4.
(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸,同时向a中加入少量的CuSO4溶液。
请画出产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系图像。
(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,请画出产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系图像。
(3)将CuSO4溶液改成CH3COONa溶液,其他条件不变,请画出产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系图像。
答案
(1)
(2)
(3)
1.比较金属活动性顺序的思维模型
(1)思路归纳
依据原理,判断正负极,比较活动性。
(2)方法归纳
①根据原电池:
一般情况下,负极大于正极。
②根据电解池:
易得电子的金属阳离子,相应金属的活动性较弱。
③根据金属活动性顺序表。
2.“装置图”常见失分点提示
(1)不注明电极材料名称或元素符号。
(2)不画出电解质溶液(或画出但不标注)。
(3)误把盐桥画成导线。
(4)不能连成闭合回路。
提醒 只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池将化学能转化成电能。
3.改变Zn与H+反应速率的方法
(1)加入Cu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+的相对量多少判断。
(2)加入强碱弱酸盐,由于弱酸根与H+反应,使c(H+)减小,反应速率减小,但不影响生成H2的量。
4.规避原电池工作原理的3个失分点
(1)原电池闭合回路的形成有多种方式,可以是导线连接两个电极,也可以是两电极相接触。
(2)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。
(3)无论在原电池还是在电解池中,电子均不能通过电解质溶液。
5.原电池正、负极判断方法
说明 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。
6.平衡移动与盐桥作用
(1)当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时,可逆反应达到化学平衡状态,电流计指针示数为零;当电流计指针往相反方向偏转,暗示电路中电子流向相反,说明化学平衡移动方向相反。
(2)电子流向的分析方法:
改变条件,平衡移动;平衡移动,电子转移;电子转移,判断区域;根据区域,判断流向;根据流向,判断电极。
考点三 常见化学电源
1.碱性锌锰电池——一次电池
电池组成:
锌、碳棒、二氧化锰、氯化锌、氯化铵
特点:
用途广泛
正极反应:
2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-;
负极反应:
Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2;
总反应:
Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH+Zn(OH)2。
2.银锌钮扣电池——一次电池
电池组成:
锌、氧化银、氢氧化钾溶液
特点:
放电平稳,电流大
负极反应:
Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2;
正极反应:
Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-;
总反应:
Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。
3.铅蓄电池——二次电池
电池组成:
铅、二氧化铅、硫酸
特点:
广泛用于机动车辆
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负极反应:
Pb+SO
-2e-===PbSO4;
②正极反应:
PbO2+4H++SO
+2e-===PbSO4+2H2O。
(2)充电时的反应
①阴极反应:
PbSO4+2e-===Pb+SO
;
②阳极反应:
PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++SO
;
总反应:
PbO2+Pb+2H2SO4
2PbSO4+2H2O。
4.镍氢电池——二次电池
电池组成:
贮氢合金,泡沫氧化镍、氢氧化钾溶液
特点:
寿命长、性能好,比能量高
(1)放电时的反应
负极反应:
MH-e-+OH-===M+H2O
正极反应:
NiO(OH)+e-+H2O===Ni(OH)2+OH-
(2)充电时的反应
阴极反应:
M+H2O+e-===MH+OH-
阳极反应:
Ni(OH)2+OH--e-===NiO(OH)+H2O
总反应:
NiO(OH)+MH
Ni(OH)2+M
说明
(1)MH表示贮氢合金M中吸收结合的氢。
(2)可逆电池的充、放电不能理解为可逆反应。
5.氢氧燃料电池
电池组成:
铂碳/氢气、铂碳/氧气,氢氧化钾溶液(或H2SO4溶液)
特点:
用于航天飞机、牵引车等。
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分酸性和碱性两种。
种类
酸性
碱性
负极反应式
2H2-4e-===4H+
2H2+4OH--4e-===4H2O
正极反应式
O2+4e-+4H+===2H2O
O2+2H2O+4e-===4OH-
电池总反应式
2H2+O2===2H2O
备注
燃料电池的电极不参与反应,有很强的催化活性,起导电作用
题组一 判断正、负极,书写化学电源电极反应式
1.LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。
该电池的电极材料分别为锂和碳,电解液是LiAlCl4SOCl2。
电池的总反应可表示为4Li+2SOCl2===4LiCl+S+SO2↑。
请回答下列问题:
(1)电池的负极材料为__________,发生的电极反应为___________________________。
(2)电池正极发生的电极反应为___________________________________________。
答案
(1)锂 4Li-4e-===4Li+
(2)2SOCl2+4e-===4Cl-+S+SO2↑
解析 分析反应的化合价变化,可知Li失电子,被氧化,为还原剂,SOCl2得电子,被还原,为氧化剂。
(1)负极材料为Li(还原剂),4Li-4e-===4Li+。
(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到:
2SOCl2+4e-===4Cl-+S+SO2↑。
2.MgAgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池,电池反应方程式为2AgCl+Mg===Mg2++2Ag+2Cl-。
试书写该电池的正、负极电极反应式。
负极:
________________________________________________________________________,
正极:
________________________________________________________________________。
答案 Mg-2e-===Mg2+
2AgCl+2e-===2Ag+2Cl-
3.铝空气海水电池:
以铝板为负极,铂网为正极,海水为电解质溶液,空气中的氧气与铝反应产生电流。
电池总反应为4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3;
负极:
________________________________________________________________________;
正极:
________________________________________________________________________。
答案 4Al-12e-===4Al3+ 3O2+6H2O+12e-===12OH-
题组二 “一池多变”的燃料电池
4.以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。
(1)酸性介质(如H2SO4)
负极:
________________________________________________________________________;
正极:
________________________________________________________________________;
总反应式:
____________________________________________________________。
答案 CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+
2O2+8e-+8H+===4H2O
CH4+2O2===CO2+2H2O
(2)碱性介质(如KOH)
负极:
________________________________________________________________________;
正极:
________________________________________________________________________;
总反应式:
______________________________________________________________。
答案 CH4-8e-+10OH-===CO
+7H2O
2O2+8e-+4H2O===8OH-
CH4+2O2+2OH-===CO
+3H2O
(3)固体电解质(高温下能传导O2-)
负极:
________________________________________________________________________;
正极:
________________________________________________________________________;
总反应式:
_______________________________________________________。
答案 CH4-8e-+4O2-===CO2+2H2O
2O2+8e-===4O2-
CH4+2O2===CO2+2H2O
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下
负极:
________________________________________________________________________;
正极:
________________________________________________________________________;
总反应式:
_______________________________________________________。
答案 CH4-8e-+4CO
===5CO2+2H2O
2O2+8e-+4CO2===4CO
CH4+2O2===CO2+2H2O
题组三 “久考不衰”的可逆电池
5.一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)写出放电时的正、负极电极反应式。
答案 负极:
H2-2e-+2OH-===2H2O;
正极:
2NiO(OH)+2H2O+2e-===2Ni(OH)2+2OH-。
(2)写出充电时的阴、阳极电极反应式。
答案 阴极:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-;
阳极:
2Ni(OH)2+2OH--2e-===2NiO(OH)+2H2O。
6.(2014·新课标全国卷Ⅱ,12)2013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 图示所给出的是原电池装置。
A项,由图示分析,金属锂易失电子,由原电池原理可知,含有锂的一端为原电池的负极,即b为负极,a为正极,故正确;B项,电池充电时为电解池,反应式为原电池反应的逆反应,故正确;C项,放电时,a极为原电池的正极,发生还原反应的是锰元素,锂元素的化合价没有变化,故不正确;D项,放电时为原电池,锂离子应向正极(a极)迁移,故正确。
1.化学电源中电极反应式书写的一般步骤
“加减法”书写电极反应式
(1)先确定原电池的正、负极,列出正、负极上的反应物质,并标出相同数目电子的得失。
(2)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;若正极上的反应物质是O2,且电解质溶液为中性或碱性,则水必须写入正极反应式中,且O2生成OH-,若电解质溶液为酸性,则H+必须写入正极反应式中,O2生成水。
(3)正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。
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,总反应式减去较易写出的一极的电极反应式,即得到较难写出的另一极的电极反应式。
2.锂离子电池充放电分析
常见的锂离子电极材料
正极材料:
LiMO2(M:
Co、Ni、Mn等)
LiM2O4(M:
Co、Ni、Mn等)
LiMPO4(M:
Fe等)
负极材料:
石墨(能吸附锂原子)
负极反应:
LixCn-xe-===xLi++nC
正极反应:
Li1-xMO2+xLi++xe-===LiMO2
总反应:
Li1-xMO2+LixCn
nC+LiMO2。
1.(2015·江苏,10)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图
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