高考化学一轮复习考纲点击教学案化学反应与能量原电池 化学电源

高考化学一轮复习考纲点击教学案化学反应与能量原电池 化学电源

第2节　原电池　化学电源 一、原电池的工作原理 ‎1．概念 原电池是将______转变为____的装置。‎ ‎2．工作原理 如图以铜锌原电池为例：‎ ‎（1）在ZnSO4溶液中，锌片逐渐____，即Zn被____，锌原子____电子，形成________进入溶液，从锌片上释放出电子，经过导线流向____；溶液中的________从铜片上得电子，还原成为____并沉积在铜片上。‎ ‎（2）电子流向：从____极流向____极。‎ ‎（3）电流方向：从____极（____）流向____极（____）。‎ ‎3．电极材料及反应式（以铜锌原电池为例）‎ 电极名称 负极 正极 电极材料 电极名称 负极 正极 电极反应 反应类型 ‎____反应 ‎____反应 电池总反应 ‎4．原电池的构成判断要三看 ‎（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。‎ 即时训练1 ‎ 下列装置可以形成原电池的是____，并写出形成原电池的电极材料及电极反应：正极：___________、______________；负极：_______、____________；电解质溶液中的阴离子向_______极移动，阳离子向______极移动，形成电流。‎ 二、常见的化学电源 ‎1．一次电池（以碱性锌锰电池为例）‎ 负极：材料____，电极反应__________________。‎ 正极：材料MnO2，电极反应2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－‎ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2‎ ‎2．二次电池（以铅蓄电池为例）‎ 负极：材料____，电极反应：_______________________________________________。‎ 正极：材料____，电极反应：_______________________________________________。‎ 总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O ‎3．燃料电池（以氢氧燃料电池为例）‎ 酸性 碱性 负极反应 正极反应 电池总反应 ‎2H2＋O2===2H2O 即时训练2 （1）铜锌原电池中，负极发生氧化反应，电极失电子质量减小，是否所有的化学电源中负极电极材料均减小？答：__________________________。‎ ‎（2）给二次电池充电时，电极与外接电源的正、负极怎样连接？答：_____________。‎ 一、原电池的工作原理 ‎1．原理图示 ‎2．注意点 ‎（1）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。‎ ‎（2）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。‎ ‎（3）原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。‎ ‎【例1－1】（2012河南开封四模）某汽车尾气分析仪以燃料电池为工作原理测定CO的浓度，其装置如图所示，该电池中电解质为氧化钇氧化钠，其中O2－可以在固体介质NAMCON中自由移动。下列说法中正确的是（　　）。‎ A．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越低 B．工作时电子由电极a通过固体介质NAMCON流向电极b C．工作时电极b作正极，O2－由电极a流向电极b D．当固体电解质中有1 mol O2－通过时，电子转移2 mol 方法归纳 导线中的电流是从正极流向负极，而原电池内溶液中的电流（阳离子）正好相反，是从负极流向正极，阴离子从正极流向负极，这样才能形成闭合回路。‎ ‎【例1－2】 铜锌原电池（如下图）工作时，下列叙述不正确的是（　　）。‎ A．撤掉盐桥不能形成闭合回路，所以不能形成原电池 B．电池反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu C．在外电路中，电子从负极流向正极 D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液 二、原电池电极正负的判断及书写 ‎1．正、负极的判断 ‎2．电极反应的书写步骤 ‎3．电极反应的书写举例 ‎（1）如果题目给定的是图示装置，没给总方程式，先分析正、负极，再根据正、负极反应规律去书写电极反应。‎ 例如：‎ 写电极反应分三步：‎ ‎①分别找出氧化剂（H＋）和还原剂（Zn）（燃料电池如氢氧燃料电池，一般而言，燃料作还原剂，O2作氧化剂）。氧化剂在正极得电子，还原剂在负极失电子。‎ ‎②结合介质判断氧化产物（Zn2＋）和还原产物（H2）。‎ ‎③写出电极反应（注意两极得失电子数相等）。‎ 负极：Zn－2e－===Zn2＋；‎ 正极：2H＋＋2e－===H2↑。‎ ‎（2）给出总反应，首先分析此反应中电子的得失，即氧化反应或还原反应，化合价升高、失电子、发生氧化反应，为原电池的负极；化合价降低、得电子、发生还原反应，为原电池的正极。‎ 以铅蓄电池放电时的反应为例，总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，电极反应的书写步骤如下：‎ 负极：Pb－2e－===PbSO4Pb＋SO－2e－===PbSO4；‎ 正极：PbO2＋2e－===PbSO4PbO2＋SO＋2e－===PbSO4 PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O（也可以用总反应减去负极反应得到正极反应）。‎ ‎（3）书写电极反应应充分注意介质影响，水溶液中不能出现O2－。如图所示，电池反应为2H2＋O2===2H2O，两电极为石墨电极，写出在下列三种介质中的电极反应：‎ a．电解质是稀硫酸溶液（酸性溶液电极反应中一定无OH－）。‎ 负极：2H2－4e－===4H＋；‎ 正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。‎ b．电解质是稀KOH溶液（碱性溶液电极反应中一定无H＋）。‎ 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；‎ 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。‎ c．电解质是NaCl溶液（中性溶液反应物中无H＋和OH－）。‎ 负极：2H2－4e－===4H＋；‎ 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。‎ ‎【例2－1】 现欲以下图所示装置用电化学原理将CO2、SO2转化为重要化工原料。‎ ‎①若A为CO2，B为H2，C为CH3OH，则通入CO2的一极为______极，电极反应为________________________，电池反应为__________________________________。‎ ‎②若A为SO2，B为O2，C为H2SO4，则负极的电极反应为____________________。‎ 方法归纳 书写电极反应时，正负极的判断是关键，看两极与电解质溶液得、失电子而快速推断出正、负极，同时还应充分注意介质与电极生成物的反应：（1）负极生成的金属离子在碱性溶液中能与OH－反应生成难溶性碱，如在碱性条件下，钢铁腐蚀中负极生成的Fe2＋与溶液中的OH－结合生成Fe（OH）2；（2）在碱性条件下电极析出的CO2能与OH－反应生成CO等。‎ ‎【例2－2】 （2012湖北武汉联考）下图是甲烷燃料电池原理示意图，请回答下列问题：‎ ‎（1）电池的正极是______（填“a”或“b”）电极，负极上的电极反应是_________。‎ ‎（2）电池工作一段时间后电解质溶液的pH______（填“增大”“减小”或“不变”）。‎ 三、原电池在化工、农业生产及科研中的应用 ‎1．加快氧化还原反应速率 一个自发的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大，例如Zn与稀硫酸反应时加入少量的CuSO4溶液能使产生氢气的速率加快。‎ ‎2．比较金属活泼性强弱 金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比正极的活泼。‎ ‎3．用于金属的防护 使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如，保护铁质输水管或钢铁桥梁，可用导线将其和一块锌块相连，使Zn作原电池的负极。‎ ‎4．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。‎ ‎【例3】 已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、NaOH溶液、盐酸，按要求回答下列问题。‎ ‎（1）电工经常说的一句口头禅：“铜接铝，瞎糊弄”，所以电工操作上规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用，说明原因：___________________________________________ ______________________________________________________________________________。‎ ‎（2）通常说的燃料电池都以铂为电极，将燃烧反应的化学能转化为电能，在燃料电池中，可燃物在____极反应，________在另一极反应。‎ ‎（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，负极________________，正极__________________。‎ ‎1．（高考集萃）（1）（2012课标全国理综）与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4‎ 在电池中作为正极材料，其电极反应为_____________，该电池总反应的离子方程式为_________________________________________________________________。‎ ‎（2）（2012海南化学）肼（N2H4）空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的反应为____________。‎ ‎（3）（2012山东理综）利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应为_____________________________________。‎ ‎（4）（2012天津理综）熔融状态下，Na和FeCl2能组成可充电电池（装置示意图如右），反应原理为：‎ ‎2Na＋FeCl2Fe＋2NaCl 放电时，电池的正极反应为________________；充电时，______（写物质名称）电极接电源的负极；该电池的电解质为____________。‎ ‎2．（2012北京理综，12）人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。下图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是（　　）。‎ A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程 B．催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生 C．催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强 D．催化剂b表面的反应是CO2 ＋2H＋＋2e－===HCOOH ‎3．（2012福建理综，9）将下图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是（　　）。‎ A．Cu电极上发生还原反应 B．电子沿Zn→a→b→Cu路径流动 C．片刻后甲池中c（SO）增大 D．片刻后可观察到滤纸b点变红色 ‎4．（2012大纲全国理综，11）①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池；①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是（　　）。‎ A．①③②④ B．①③④②‎ C．③④②① D．③①②④‎ ‎5．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：‎ Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe（OH）2＋2Ni（OH）2‎ 下列有关该电池的说法中不正确的是（　　）。‎ A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe（OH）2‎ C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低 D．电池充电时，阳极反应为2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O 参考答案 基础梳理整合 一、1.化学能　电能 ‎2．(1)溶解　氧化　失　Zn2＋　Cu　Cu2＋　Cu　(2)负　正　(3)正　Cu　负　Zn ‎3．锌　铜　Zn－2e－===Zn2＋　Cu2＋＋2e－===Cu　氧化　还原　Cu2＋＋Zn===Zn2＋＋Cu 即时训练1‎ B　Ag　2Ag＋＋2e－===2Ag　Cu　Cu－2e－===Cu2＋　负　正 二、1.Zn　Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2‎ ‎2．Pb　Pb－2e－＋SO===PbSO4　PbO2　PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O ‎3．2H2－4e－===4H＋　2H2－4e－＋4OH－===4H2O　O2＋4e－＋4H＋===2H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ 即时训练2‎ ‎(1)不是，如氢氧燃料电池正负极质量不变 ‎(2)正极接正极、负极接负极 核心归纳突破 ‎【例1－1】 D　解析：电流越大说明反应速率越快，反应物CO浓度越大，A选项错误；电解质导电的原因是因为电解质中含有自由移动的离子，所以电子不能在电解质中通过，B选项错误；a为负极、b为正极，阴离子应该由正极流向负极，C选项错误。‎ ‎【例1－2】 D　解析：左烧杯中Zn失电子形成Zn2＋，使溶液中的Zn2＋浓度增大，右烧杯中Cu2＋得电子，溶液中的Cu2＋浓度减小，所以盐桥中的负电荷向左移动，正电荷K＋向右移动，以维持两烧杯的电中性；也可以从电流方向解答，外电路电流从正极流向负极，可认为原电池内溶液中的电流从负极流向正极，形成闭合回路，正电荷的流向就是电流的方向，所以K＋向右移动。‎ ‎【例2－1】 答案：(1)①正　CO2＋6e－＋6H＋===CH3OH＋H2O　CO2＋3H2===CH3OH＋H2O ‎②SO2－2e－＋2H2O===4H＋＋SO 解析：(1)此装置为原电池，电解质溶液显酸性。①H2中H化合价升高为负极，电极反应为H2－2e－===2H＋，CO2一极为正极，产物为CH3OH，碳的化合价由＋4价降低为－2价，电极反应为CO2＋6e－＋6H＋===CH3OH＋H2O。②负极SO2中硫化合价升高2，生成H2SO4。‎ ‎【例2－2】 答案：(1)b　CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O　(2)减小 解析：氧气作正极，得电子在碱性条件下生成OH－，其电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，燃料CH4失电子，在碱性条件下生成CO，可得CH4－8e－―→CO，依据电荷守恒前面加10个OH－，CH4＋10OH－－8e－―→CO，最后用水配平，CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，由负极电极反应和正极反应可知电池反应为CH4＋2OH－＋2O2===CO＋3H2O；由总反应可知整个电解质溶液的pH减小。‎ ‎【例3】 答案：(1)铜铝接触在潮湿的环境中形成原电池，加快了铝的腐蚀，易造成电路断路 ‎(2)负　助燃物　(3)Cu－2e－===Cu2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋‎ 解析：(2)可燃物被氧化失电子，在电源负极发生反应。‎ 演练巩固提升 ‎1．答案：(1)FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－　3Zn＋2FeO＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4OH－‎ ‎(2)N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O ‎(3)4H＋＋O2＋4e－===2H2O ‎(4)Fe2＋＋2e－===Fe　钠　βAl2O3‎ 解析：(1)正极发生得电子的还原反应，碱性条件下1个FeO得到3个电子生成Fe(OH)3，即FeO＋3e－―→Fe(OH)3，依据电荷守恒后面加5个OH－，即FeO＋3e－―→Fe(OH)3＋5OH－‎ ‎，依据氢原子守恒得FeO＋3e－＋4H2O―→Fe(OH)3＋5OH－，最后用氧原子检查是否正确；负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，根据得失电子守恒两电极反应变为2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－、3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2，相加即得电池反应；(2)负极燃料(N2H4)失电子生成N2，碱性条件下用OH－配平；(3)氧气在正极得电子，在酸性条件下生成H2O，最后用H＋配平即可；(4)放电时正极发生还原反应，应该是Fe2＋得电子，电极反应式为Fe2＋＋2e－===Fe，充电时Na＋得电子，为电解池的阴极，接电源的负极，该电池中βAl2O3为导电介质。‎ ‎2．C　解析：首先标化合价，看价变化，O2―→HOOH，CO2中C的化合价降低，得电子，由图示装置中电子转移的方向可知催化剂a表面发生失电子的反应，催化剂b表面发生得电子的反应，所以在催化剂b表面发生的电极反应为CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH；在a表面H2O失电子生成O2，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，由电极反应可知a极附近酸性增强，b极附近酸性减弱，C错误。‎ ‎3．A　解析：将装置中K闭合，该装置构成原电池，其中Zn电极上发生氧化反应，为负极，Cu电极上发生还原反应，为正极，故A正确；电子沿Zn→a，在a上溶液中的H＋得到电子，在b上溶液中的OH－失去电子，电子不能直接由a→b，故B错误；该装置工作过程中，甲乙两烧杯中的SO的浓度都不改变，只是盐桥中的Cl－和K＋分别向甲、乙两烧杯中移动，故C错误；b接电源正极为阳极，在此极溶液中的OH－失去电子，c(OH－)减小，c(H＋)增大，b处滤纸不能变红色，故D错误。‎ ‎4．B　解析：由原电池原理判断金属活动性，外电路电流从②流向①，②为正极，金属活动性①＞②；①③相连，③为正极，金属活动性①＞③；②④相连，②上有气泡(H2)逸出，②为正极，金属活动性④＞②；③④相连，③质量减少，则金属活动性③＞④，即金属活动性顺序为①＞③＞④＞②，B正确。‎ ‎5．C　解析：因为放电时的反应中有氢氧化物生成，故电解质溶液呈碱性，因为铁的化合价升高，镍的化合价降低，故铁是负极，氧化镍是正极，故A和B均正确；充电时的阴极反应为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，此时阴极附近的pH增大，C错误；根据所给的放电时的电池反应可推知D正确。‎