18原電池原理及應用

高考化學考點解析全程復習考點：原電池原理及應用1．復習重點1．原電池的電極名稱及電極反應式，2．對幾種化學電源的電極反應式的認識和書寫，3．原電池原理的應用。4．其中原電池原理及有關計算是高考的命題熱點。2．難點聚焦[復習提問]氧化還原反應的特征是什么？氧化還原反應的本質是什么？（答）元素化合價發(fā)生升降（答）電子的轉移復習舊知識，引入新知識。溫故而知新[多媒體展示]原電池在當今生產(chǎn)、生活和科技發(fā)展中廣泛的用途觀看屏幕從教材中吸取信息，重視教材、閱讀教材，培養(yǎng)學生緊扣教材的思想[講述]盡管這些電池大小、用途、功效各有不同，但設計原理是相同的提出課題第四節(jié)原電池原理及其應用一、原電池原理[設問]Mg條在空氣中燃燒現(xiàn)象如何？過程中發(fā)生的能量變化有哪些？（答）發(fā)出耀眼的強光，同時放出大量的熱（答）化學能轉變?yōu)楣饽堋⒒瘜W能轉變?yōu)闊崮軒椭鷮W生樹立能量轉化觀點[講述]這是一個氧化還原反應，Mg直接失電子給氧，設想如果把Mg失去的電子通過導線遞給氧，在導線中不就有電流產(chǎn)生嗎？該過程就是化學能轉變成電能了。那么到底通過何種途徑、何種裝置來實現(xiàn)這種轉變呢？學生思考提出設想，激發(fā)學生學習的興趣和求知欲原電池裝置是將化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置原電池裝置就是幫助我們來實現(xiàn)這種轉變的裝置[分組實驗][1]鋅粒放入稀硫酸中[2]銅片放入稀硫酸中[3]鋅粒放在銅片上一起浸入稀硫酸中[4]鋅粒、銅片用導線連在靈敏電流計上[5]用干電池證明[4]的正負極動手實驗描述現(xiàn)象分析討論現(xiàn)象解釋培養(yǎng)學生的動手能力、敏銳的觀察力，提高學生分析、解決問題的能力，嚴密的邏輯推理能力[多媒體動畫模擬]鋅、銅原電池原理學生觀察、分析、填表變微觀現(xiàn)象為直觀生動，便于學生掌握[多媒體動畫模擬]原電池組成實驗裝置的改變：溶液相同，電極變化：電極相同，溶液變化：斷路：思考：原電池裝置構成必須具備哪些條件？培養(yǎng)學生類比，歸納、總結的自主學習的能力[板書]原電池組成條件：（-）較活潑的金屬（a）電極（+）較不活潑的金屬或非金屬（b）電解質溶液（c）閉合回路培養(yǎng)學生分析問題的能力從以上討論的原電池裝置中我們來總結一下：原電池原理原電池原理：電子負極正極（導線）流出電子流入電子發(fā)生氧化反應發(fā)生還原反應培養(yǎng)學生分析、歸納能力[設問]那么電極上的反應如何寫？書寫時要注意什么？[講述]以Zn-Cu原電池為例練電極反應式和電池總反應強調注意點，作業(yè)規(guī)范化。電極反應：（-）Zn-2e=Zn2+（+）2H++2e=H2↑電池總反應：Zn+2H+=H2↑+Zn2+練：Zn-Ag-CuSO4訓練基本功，培養(yǎng)學生良好的學習習慣。宏觀上我們看到了兩極上的變化，從微觀上我們再來探討一下學生分析透過現(xiàn)象看本質[多媒體動畫模擬]原電池中的微粒運動微粒流向：外電路：電子：負極導線正極內(nèi)電路：離子：陽離子向正極移動[小結]原電池是一種負極流出電子，發(fā)生氧化反應，正極流入電子，發(fā)生還原反應，從而實現(xiàn)化學能轉換為電能的裝置?？偨Y本節(jié)課內(nèi)容，起到突出重點，首尾呼應作用。[投影練習]結合原電池條件，將Fe+Cu2+=C+Fe2+設計成一個原電池學生分析、練習鞏固和應用，培養(yǎng)學生的知識遷移能力和發(fā)散能力[作業(yè)]1、課本P108（一）（1）（3）（三）12、練習冊P11318題[家庭實驗]1、制作一水果電池 2、拆開一節(jié)廢舊干電池，觀察其構造培養(yǎng)學生動手能力和解決生活中實際問題的能力[研究性學習課題]調查常用電池的種類，使用范圍及電池中氧化劑和還原劑，了解回收廢電池的意義和價值。培養(yǎng)學生綜合問題能力，使學生了解社會、關心生活，關注環(huán)境，增強主人翁意識。板書設計一、原電池原理定義：原電池裝置是將化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置構成要素（-）較活潑的金屬（a）電極（+）較不活潑的金屬或非金屬（b）電解質溶液（c）閉合回路3、原電池原理：電子負極正極活潑的一極（導線）不活潑的一極流出電子流入電子發(fā)生氧化反應發(fā)生還原反應（1）電極反應Zn-2e=Zn2+2H++2e=H2↑（2）電池總反應Zn+2H+=H2↑+Zn2+（3）、微粒流向：外電路：電子：負極導線正極內(nèi)電路：離子：陽離子向正極移動小結：原電池是一種負極流出電子，發(fā)生氧化反應，正極流入電子，發(fā)生還原反應，從而實現(xiàn)化學能轉換為電能的裝置。3．例題精講1．確定金屬活動性順序例1．（1993年上海高考化學題）有A、B、C、D四種金屬，將A與B用導線聯(lián)結起來，浸入電解質溶液中，B不易被腐蝕；將A、D分別投入到等濃度的鹽酸中，D比A反應劇烈；將銅浸入B的鹽溶液中無明顯變化；將銅浸入C的鹽溶液中，有金屬C析出。據(jù)此可推知它們的金屬活動性由強到弱的順序為（）A．D＞C＞A＞BB．D＞A＞B＞CC．D＞B＞A＞CD．B＞A＞D＞C解析：根據(jù)原電池原理，較活潑金屬作負極，較不活潑金屬作正極，B不易被腐蝕，說明B為正極，金屬活動性A＞B。另可比較出金屬活動性D＞A，B＞C。故答案為B項。2．比較反應速率例2．（2000年北京春季高考化學題）100mL濃度為2mol·L-1的鹽酸跟過量的鋅片反應，為加快反應速率，又不影響生成氫氣的總量，可采用的方法是（）A．加入適量的6mol·L-1的鹽酸B．加入數(shù)滴氯化銅溶液C．加入適量蒸餾水D．加入適量的氯化鈉溶液解析：向溶液中再加入鹽酸，H+的物質的量增加，生成H2的總量也增加，A錯。加入氯化銅后，鋅置換出的少量銅附在鋅片上，形成了原電池反應，反應速率加快，又鋅是過量的，生成H2的總量決定于鹽酸的量，故B正確。向原溶液中加入水或氯化鈉溶液都引起溶液中H+濃度的下降，反應速率變慢，故C、D都不正確。本題答案為B項。3．書寫電極反應式、總反應式例3．（2000年全國高考理綜題）熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質，CO為陽極燃氣，空氣與CO2的混合氣體為陰極助燃氣，制得在650℃下工作的燃料電池，完成有關的電池反應式：陽極反應式：2CO+2CO32--4e-==4CO2陰極反應式：_________________，電池總反應式：_______________。解析：作為燃料電池，總的效果就是把燃料進行燃燒。本題中CO為還原劑，空氣中O2為氧化劑，電池總反應式為：2CO+O2==2CO2。用總反應式減去電池負極（即題目指的陽極）反應式，就可得到電池正極（即題目指的陰極）反應式：O2+2CO2+4e-==2CO32-。4．分析電極反應例4．（1999年全國高考化學題）氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生污染的銅鎳電池。氫鎳電池的總反應式是：(1/2)H2+NiO(OH)Ni(OH)2根據(jù)此反應式判斷下列敘述中正確的是（）A．電池放電時，電池負極周圍溶液的pH不斷增大B．電池放電時，鎳元素被氧化C．電池充電時，氫元素被還原D．電池放電時，H2是負極解析：電池的充、放電互為相反的過程，放電時是原電池反應，充電時是電解池反應。根據(jù)氫鎳電池放電時的總反應式可知，電解質溶液只能是強堿性溶液，不能是強酸性溶液，因為在強酸性溶液中NiO(OH)和Ni(OH)2都會溶解。這樣可寫出負極反應式：H2+2OH--2e-==2H2O，H2為負極，附近的pH應下降。放電時鎳元素由+3價變?yōu)?2價，被還原，充電時氫元素由+1價變?yōu)?價，被還原。故答案為C、D項。例5．（2000年全國高考理綜題）鋼鐵發(fā)生電化學腐蝕時,負極發(fā)生的反應（）A．2H++2e-==H2 B．2H2O+O2+4e-==4OH-C．Fe-2e-==Fe2+ D．4OH-+4e-==2H2O+O2解析：鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生電化學腐蝕時，負極為鐵，正極為碳，電解質溶液為溶有O2或CO2等氣體的水膜。當水膜呈弱酸性或中性時發(fā)生吸氧腐蝕，負極反應為：Fe-2e-==Fe2+，正極反應為：2H2O+O2+4e-==4OH-；當水膜呈酸性時發(fā)生析氫腐蝕，負極反應為：Fe-2e-==Fe2+，正極反應為：2H++2e-==H2。鋼鐵的電化學腐蝕以吸氧腐蝕為主。故答案為C項。5．判斷原電池的電極例6．（2001年廣東高考化學題）鎳鎘（Ni-Cd）可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用，它的充放電反應按下式進行：由此可知，該電池放電時的負極材料是（）A．Cd(OH)2B．Ni(OH)2C．CdD．NiO(OH)解析：此電池放電時為原電池反應，所列反應由右向左進行，Cd元素由0價變?yōu)?2價，失去電子，被氧化，故Cd是電池的負極反應材料。本題答案為C項。例7．（2001年上海高考化學題）銅片和鋅片用導線連接后插入稀硫酸中，鋅片是（）A．陰極B．正極C．陽極D．負極解析：銅片和鋅片用導線連接后插入稀硫酸中形成了原電池，由于金屬活動性Zn＞Cu，故Zn為負極。答案為D項。6．原電池原理的綜合應用例8．（2004年天津高考理綜題）下圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘述不正確的是()A．a(chǎn)電極是負極B．b電極的電極反應為：4OH--4e-==2H2O+O2↑C．氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源D．氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置解析：分析氫氧燃料電池原理示意圖，可知a極為負極，其電極反應為：2H2-4e-==4H+，b極為正極，其電極反應為：O2+2H2O+4e-==4OH-，電池總反應式為：2H2+O2==2H2O。H2為還原劑，O2為氧化劑，H2、O2不需全部儲藏在電池內(nèi)。故答案為B項。例9．（2004年江蘇高考化學題）堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應用。鋅—錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應式為：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)==Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)下列說法錯誤的是（）A．電池工作時，鋅失去電子B．電池正極的電極反應式為：2MnO2(s)+H2O(1)+2e-==Mn2O3(s)+2OH-(aq)C．電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極D．外電路中每通過O.2mol電子，鋅的質量理論上減小6.5g解析：該電池的電解液為KOH溶液，結合總反應式可寫出負極反應式：Zn(s)+2OH-(aq)-2e-==Zn(OH)2(s)，用總反應式減去負極反應式，可得到正極反應式：2MnO2(s)+H2O(1)+2e-==Mn2O3(s)+2OH-(aq)。Zn為負極，失去電子，電子由負極通過外電路流向正極。1molZn失去2mol電子，外電路中每通過O.2mol電子，Zn的質量理論上減小6.5g。故答案為C項。4．實戰(zhàn)演練一、選擇題1.（2003年春季高考理綜題）家用炒菜鐵鍋用水清洗放置后，出現(xiàn)紅棕色的銹斑，在此變化過程中不發(fā)生的化學反應是A.4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3↓B.2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2↓C.2H2O＋O2＋4e－===4OH－D.Fe－3e－===Fe3＋2.(2000年上海高考題）隨著人們生活質量的不斷提高，廢電池必須進行集中處理的問題被提到議事日程，其首要原因是A.利用電池外殼的金屬材料B.防止電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子污染土壤和水源C.不使電池中滲出的電解液腐蝕其他物品D.回收其中的石墨電極3.鐵棒與石墨棒用導線連接后浸入0.01mol·L－1的食鹽溶液中，可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是A.鐵棒附近產(chǎn)生OH－ B.鐵棒被腐蝕C.石墨棒上放出Cl2 D.石墨棒上放出O24.某原電池總反應的離子方程式為2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，不能實現(xiàn)該反應的原電池組成是A.正極為銅，負極為鐵，電解質溶液為FeCl3溶液B.正極為碳，負極為鐵，電解質溶液為Fe(NO3)3溶液C.正極為鐵，負極為鋅，電解質溶液為Fe2(SO4)3溶液D.正極為銀，負極為鐵，電解質溶液為CuSO4溶液5.生物體中細胞膜內(nèi)的葡萄糖，細胞膜外的富氧液體及細胞膜構成微型的生物原電池，下列有關判斷正確的是A.負極發(fā)生的電極反應可能是：O2－4e－＋2H2O===4OH－B.正極發(fā)生的電極反應可能是：O2－4e－===2O2－C.負極反應主要是C6H12O6生成CO2或HCOD.正極反應主要是C6H12O6生成CO2或CO6.以下現(xiàn)象與電化腐蝕無關的是A.黃銅（銅鋅合金）制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠B.生鐵比軟鐵芯（幾乎是純鐵）容易生銹C.鐵質器件附有銅質配件，在接觸處易生鐵銹D.銀制獎牌久置后表面變暗7.鋰電池是新一代的高能電池，它以質輕、能高而受到普遍重視，目前已經(jīng)研制成功了多種鋰電池。某種鋰電池的總反應可表示為：Li＋MnO2===LiMnO2。若該電池提供5庫侖（C）電量（其他損耗忽略不計），則消耗的正極材料的質量約為（式量Li:7;MnO2:87,電子電量取1.60×10－19C）A.3.2×103g B.7×10－4gC.4.52×10－3g D.4.52×10－2g8.據(jù)報道，美國正在研究的新電池可能取代目前廣泛使用的鉛蓄電池，它具有容量大等優(yōu)點，其電池反應為2Zn＋O2===2ZnO，原料為鋅粒、電解液和空氣，則下列敘述正確的是A.鋅為正極，空氣進入負極反應B.負極反應為Zn－2e－===Zn2＋C.正極發(fā)生氧化反應D.電解液肯定不是強酸9.將兩個鉑電極插入KOH溶液中，向兩極分別通入CH4和O2，即構成CH4燃料電池。已知通入CH4的一極，其電極反應式是：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O;通入O2的另一極，其電極反應是：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，下列敘述不正確的是A.通入CH4的電極為負極B.正極發(fā)生氧化反應C.燃料電池工作時溶液中的陰離子向負極移動D.該電池使用一段時間后應補充KOH二、非選擇題（共55分）10.（10分）如右圖所示的裝置，在盛有水的燒杯中，鐵圈和銀圈的連接處吊著一根絕緣的細絲，使之平衡。小心地從燒杯中央滴入CuSO4溶液。（1）片刻后可觀察到的現(xiàn)象是（指懸吊的金屬圈）。A.鐵圈和銀圈左右搖擺不定B.保持平衡狀態(tài)不變C.鐵圈向下傾斜D.銀圈向下傾斜（2）產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是。11.（10分）（2000年全國高考理綜卷）熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物做電解質，CO為陽極燃氣，空氣與CO2的混合氣為陰極燃氣，制得在650℃下工作的燃料電池，完成有關的電池反應式：陽極反應式：2CO＋2CO4CO2＋4e－陰極反應式：總電池反應式：12.（10分）（1）今有反應2H2＋O22H2O構成了燃料電池，則負極通的應是，正極通的應是。電極反應式為：負極，正極：。（2）如把KOH改為稀H2SO4做電解質，則電極反應式為：負極，正極。兩電極附近溶液的pH各有何變化？（3）如把H2改為CH4、KOH做導電物質，則電極反應式為：負極，正極。13.（12分）下表數(shù)據(jù)是在某高溫下，金屬鎂和鎳分別在氧氣中進行氧化反應時，在金屬表面生成氧化薄膜的實驗記錄：反應時間t/h1491625MgO層厚y/nm0.05a0.20a0.45a0.80a1.25aNiO層厚y′/nmB2b3b4b5b注：a和b均為與溫度有關的常數(shù)。請?zhí)羁栈卮穑海?）金屬高溫氧化腐蝕速率可以用金屬氧化膜的生長速率來表示，其理由是。（2）金屬氧化膜的膜厚y跟時間t所呈現(xiàn)的關系是（填“直線”“拋物線”“對數(shù)”或“雙曲線”）：MgO氧化膜厚y屬型，NiO氧化膜厚y′屬型。（3）Mg與Ni比較，哪一種金屬更具有耐腐蝕性，其理由是。14.（8分）電池在人們的日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、教學科研等各個方面具有廣泛的應用。電池按不同的劃分標準可以劃分為不同的種類，應用最廣泛的是電化學電池。（1）電化學電池能夠把能轉化為能。電化學電池的工作原理是的遷移擴散和電化學反應。下列屬于電化學電池的有。①蓄電池②鋅錳電池③充電電池④一次性電池（2）電化學電池的組成可以表示為：（－）負極材料‖A‖正極材料（＋）。A表示，離子在A中的電阻比電子在金屬中的電阻。對于不漏電的電池電子在A中的電阻為。（3）1991年Sony公司首次推出商品化的鋰離子電池，此后鋰離子電池的廠家如雨后春筍般在全世界出現(xiàn)，鋰離子電池的品種和數(shù)量也在逐年增加。鋰離子電池的電壓高，單個電池的電壓是3.6V，鋰離子電池的正極材料是鋰的過渡金屬氧化物（例如LiCoO2)混以一定量的導電添加物（例如C）構成的混合導體，負極材料是可插入鋰的碳材料。①鋰在元素周期表中位于第周期，第主族。②鋰離子電池所用的正負極材料都是不污染環(huán)境的無毒無害物質，屬于綠色能源。而鎘鎳在生產(chǎn)過程中污染環(huán)境。（作為密封電池無毒無害可以放心使用）鎘鎳電池的有毒物質是，它作為電池的極。15.（5分）關于“電解氯化銅溶液時的pH變化”問題，化學界有以下兩種不同的觀點：pH與時間關系圖觀點一是：“理論派”認為電解氯化銅溶液后溶液的pH升高。觀點二是：“實驗派”經(jīng)過反復、多次、精確的實驗測定，證明電解氯化銅溶液時pH的變化如圖曲線的關系。請回答下列問題：（1）電解前氯化銅溶液的pH處在A點位置的原因是（用離子方程式說明）。（2）“理論派”所持觀點的理論依據(jù)是。（3）“實驗派”的實驗結論是。他們所述“精確實驗