高三一輪化學(xué)復(fù)習(xí)6.3.2

第三節(jié)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——原電池一、原電池1．概念：把

轉(zhuǎn)化為

的裝置。2．構(gòu)成條件(1)有兩種

作電極(常見(jiàn)為金屬或石墨)。(2)將電極插入

中。(3)兩電極間構(gòu)成閉合回路?；瘜W(xué)能電能不同材料電解質(zhì)溶液3．工作原理如圖是Cu－Zn原電池，請(qǐng)?zhí)羁眨?1)電極負(fù)極為

，正極為

。(2)電極反應(yīng)負(fù)極：

，正極：

。ZnCuZn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu(3)電子方向和電流方向電子從

流出經(jīng)外電路流入

；電流從

流出經(jīng)外電路流入

。(4)離子的遷移方向電解質(zhì)溶液中，陰離子向

遷移，陽(yáng)離子向

遷移。(5)兩種裝置的比較裝置Ⅰ中還原劑Zn與氧化劑Cu2＋直接接觸，易造成能量損耗；裝置Ⅱ能避免能量損耗；裝置Ⅱ中鹽橋的作用是提供離子遷移通路，導(dǎo)電。

負(fù)極正極正極負(fù)極負(fù)極正極將Ⅱ中鹽橋換成銅導(dǎo)線是否可行？提示：不可行。原電池放電時(shí)，電子走陸路(導(dǎo)線)，離子走水路(溶液)，外電路是電子的定向移動(dòng)，內(nèi)電路(溶液中)是陰、陽(yáng)離子的定向移動(dòng)，電子不通過(guò)內(nèi)電路。鹽橋是離子遷移通路，離子不能通過(guò)導(dǎo)線遷移。二、化學(xué)電源的種類(lèi)及其工作原理1．一次電池(堿性鋅錳干電池)堿性鋅錳干電池的工作原理如圖：2．二次電池(以鉛蓄電池為例)(1)放電時(shí)的反應(yīng)①負(fù)極反應(yīng)：②正極反應(yīng)：③總反應(yīng)：④電解質(zhì)溶液的pH

(填“增大”“減小”或“不變”)。(2)充電時(shí)的反應(yīng)①陰極反應(yīng)：②陽(yáng)極反應(yīng)：③總反應(yīng)：增大2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)

充電電池在放電和充電時(shí)的反應(yīng)是否是可逆反應(yīng)？提示：充放電的反應(yīng)不能理解為可逆反應(yīng)(充、放電反應(yīng)條件不同)。三、金屬的腐蝕與防護(hù)1．金屬腐蝕的本質(zhì)金屬原子

電子變?yōu)榻饘訇?yáng)離子，金屬發(fā)生

反應(yīng)。2．化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕(1)

腐蝕有電流產(chǎn)生。(2)金屬的

腐蝕比較普遍，而且危害性大，腐蝕速率快。3．鋼鐵的析氫腐蝕與吸氧腐蝕如圖裝置中，U形管內(nèi)為紅墨水，a、b試管內(nèi)分別盛有食鹽水和氯化銨溶液，各加入生鐵塊，放置一段時(shí)間。失去氧化電化學(xué)電化學(xué)(1)紅墨水柱

高

低，兩試管的相同的電極反應(yīng)是：

。(2)a中發(fā)生

腐蝕，正極反應(yīng)為：

；(3)b中發(fā)生

腐蝕，正極反應(yīng)為：

。(4)金屬的電化學(xué)腐蝕以

腐蝕為主。左右Fe－2e－===Fe2＋吸氧O2＋4e－＋2H2O===4OH－析氫2H＋＋2e－===H2↑吸氧4．金屬腐蝕由快到慢的規(guī)律下列各燒杯中液體均為海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序?yàn)?/p>

。5．金屬的電化學(xué)防護(hù)(1)如圖，保護(hù)鐵，鐵作

極，鋅作

極，此種方法叫

保護(hù)法④②①③⑤正負(fù)犧牲陽(yáng)極的陰極(2)外加直流電源，使被保護(hù)的金屬與電源的

極相連，此種方法叫

保護(hù)法。

銅在酸雨較嚴(yán)重的地區(qū)發(fā)生的是析氫腐蝕還是吸氧腐蝕？為什么？提示：吸氧腐蝕。銅位于金屬活動(dòng)順序表氫以后，不能以酸溶液中置換出H2。而是發(fā)生吸氧腐蝕生成Cu2(OH)2CO3。負(fù)外加電源的陰極1．不是所有化學(xué)反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池。()2．在Mg—Al—NaOH溶液組成的原電池中，因Mg比Al活潑，故Mg作負(fù)極。()3．鉛蓄電池放電時(shí)的負(fù)極和充電時(shí)的陽(yáng)極均發(fā)生氧化反應(yīng)。(

)4．燃料電池的反應(yīng)條件是燃燒。(

)5．鉛蓄電池工作時(shí)，當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí)，消耗的H2SO4為0.1mol。(

)6．將鐵閘門(mén)與外加直流電源的正極相連以保護(hù)其不受腐蝕。()

√√××××熱點(diǎn)一原電池電極的判斷及電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)1．正、負(fù)極的判斷[特別提醒](1)原電池中放出的氣體一定是H2。(2)書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式時(shí)，注意介質(zhì)是否參加反應(yīng)。堿性介質(zhì)的電極反應(yīng)中不能出現(xiàn)H＋，酸性介質(zhì)的電極反應(yīng)中不能出現(xiàn)OH－，水溶液中不能出現(xiàn)O2－。(3)負(fù)極本身不一定都參加反應(yīng)，如燃料電池中，作為負(fù)極的材料本身并不參加反應(yīng)。(4)電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，但電子不能通過(guò)電解液，是通過(guò)陰陽(yáng)離子的移動(dòng)形成閉合回路。(5)用總電極反應(yīng)減去一極的電極反應(yīng)時(shí)，須在兩式電子轉(zhuǎn)移數(shù)相等的前提下進(jìn)行。[例1]某固體酸燃料電池以CsHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H＋，其基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖，電池總反應(yīng)可表示為：2H2＋O2===2H2O。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(

)A．電子通過(guò)外電路從b極流向a極B．b極上的電極反應(yīng)式為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，消耗1.12L的H2D．H＋由a極通過(guò)固體酸電解質(zhì)傳遞到b極[精講精析]

由圖示知充入H2的a極是負(fù)極，充入O2的b極是正極，電子應(yīng)由a極通過(guò)外電路流向b極；電池內(nèi)部陽(yáng)離子即H＋移向正極，正極即b極的電極反應(yīng)式應(yīng)為：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故A項(xiàng)、B項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。C項(xiàng)沒(méi)有指明標(biāo)準(zhǔn)狀況，故C項(xiàng)錯(cuò)誤。[答案]

D1．生物燃料電池(BFC)是以有機(jī)物為燃料，直接或間接利用酶作為催化劑的一類(lèi)特殊的燃料電池，其能量轉(zhuǎn)化效率高，是一種真正意義上的綠色電池，其工作原理如圖所示。已知C1極的電極反應(yīng)式為：C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是(

)A．C1極為電池負(fù)極，C2極為電池正極B．電子由C2極經(jīng)外電路導(dǎo)線流向C1極C．C2極的電極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－===2H2OD．該生物燃料電池的總反應(yīng)式為：C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O解析：燃料電池中，通入燃料的一極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，通入氧氣的一極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，A、C項(xiàng)正確；電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，B項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：B熱點(diǎn)二原電池在化工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科研中的應(yīng)用1．加快氧化還原反應(yīng)速率一個(gè)自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計(jì)成原電池時(shí)反應(yīng)速率增大，例如Zn與稀硫酸反應(yīng)時(shí)加入少量的CuSO4溶液能使產(chǎn)生氫氣的速率加快。2．比較金屬活潑性強(qiáng)弱金屬分別作原電池的兩極時(shí)，一般作負(fù)極的金屬比正極的活潑。3．用于金屬的防護(hù)使被保護(hù)的金屬制品作原電池的正極而得到保護(hù)。例如，保護(hù)鐵質(zhì)輸水管或鋼鐵橋梁，可用導(dǎo)線將其和一塊鋅塊相連，使Zn作原電池的負(fù)極。4．設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源(1)首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)。(2)根據(jù)原電池的反應(yīng)特點(diǎn)，結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)找出正負(fù)極材料和電解質(zhì)溶液。[例2]某?；瘜W(xué)研究性學(xué)習(xí)小組欲設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Fe、Cu的金屬活動(dòng)性，他們提出了以下兩種方案。請(qǐng)你幫助他們完成有關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：方案Ⅰ：有人提出將大小相等的鐵片和銅片，分別同時(shí)放入稀硫酸(或稀鹽酸)中，觀察產(chǎn)生氣泡的快慢，據(jù)此確定它們的活動(dòng)性。該原理的離子方程式為_(kāi)_________________________________________

______________________________。方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作電極設(shè)計(jì)成原電池，以確定它們的活動(dòng)性。試在下面的方框內(nèi)畫(huà)出原電池裝置圖，標(biāo)出原電池的電極材料和電解質(zhì)溶液，并寫(xiě)出電極反應(yīng)式。正極：___________________________________________________

_____________________；負(fù)極：___________________________________________________

_____________________。方案Ⅲ：結(jié)合你所學(xué)的知識(shí)，幫助他們?cè)僭O(shè)計(jì)一個(gè)驗(yàn)證Fe、Cu活動(dòng)性的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)方案(與方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)________________________________________________________________________________________________________________________________________________，用離子方程式表示其反應(yīng)原理：_________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________。方案Ⅳ：請(qǐng)運(yùn)用所給電極材料和電解質(zhì)溶液并結(jié)合原電池原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證Cu2＋、Fe3＋氧化性的強(qiáng)弱。請(qǐng)寫(xiě)出電極反應(yīng)式，負(fù)極______________，正極______________，并在方框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)裝置圖，標(biāo)出正、負(fù)極。[精講精析]

方案Ⅰ：鐵可以和稀硫酸(或稀鹽酸)反應(yīng)生成H2，而Cu在金屬活動(dòng)性順序表中位于H的后面，不能置換出酸中的氫。方案Ⅱ：利用原電池原理證明金屬活動(dòng)性Fe>Cu，可以把鐵片作為原電池的負(fù)極，銅片作為原電池的正極，稀硫酸作電解質(zhì)溶液，按要求組成閉合回路，畫(huà)出裝置圖，并寫(xiě)出相應(yīng)的電極反應(yīng)式。也可以設(shè)計(jì)鹽橋組成原電池。方案Ⅲ：可以利用金屬與鹽溶液的置換反應(yīng)驗(yàn)證金屬的活潑性。把鐵片插入CuSO4溶液中觀察現(xiàn)象。方案Ⅳ：利用Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋設(shè)計(jì)原電池。[答案]

方案Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑方案Ⅱ：正極：2H＋＋2e－===H2↑或Cu2＋＋2e－===Cu負(fù)極：Fe－2e－===Fe2＋方案Ⅲ：把一個(gè)光潔的鐵片插入到CuSO4溶液中，觀察現(xiàn)象Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu方案Ⅳ：Cu－2e－===Cu2＋

2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋2．(2013年合肥模擬)根據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設(shè)計(jì)的原電池如圖所示，其中鹽橋?yàn)榄傊?飽和KNO3鹽橋。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)電極X的材料是________；電解質(zhì)溶液Y是________；(2)銀電極為電池的________極，寫(xiě)出兩電極的電極反應(yīng)式：銀電極：________________________________________________

________________________；X電極：_________________________________________________

_______________________。(3)外電路中的電子是從________電極流向________電極。(4)鹽橋中向CuSO4溶液中遷移的離子是____(填序號(hào))。解析：根據(jù)題給原電池反應(yīng)可知，負(fù)極材料為銅，正極材料為Ag。答案：(1)銅AgNO3溶液(2)正2Ag＋＋2e－===2Ag

Cu－2e－===Cu2＋(3)銅(X)

Ag

(4)B原電池形成條件的實(shí)驗(yàn)探究典型的原電池反應(yīng)是負(fù)極與電解質(zhì)溶液自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，但電池種類(lèi)繁多，判斷所給物質(zhì)是否能形成原電池時(shí)，從不同的角度設(shè)計(jì)一些探究性實(shí)驗(yàn)，是體現(xiàn)能力立意的一種很好的考查方法?！镜淅繉?duì)于如下圖所示的原電池，對(duì)其中的電解質(zhì)溶液有以下猜想：猜想一：必須是能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)的電解質(zhì)。猜想二：任意的電解質(zhì)溶液均可在如圖裝置中構(gòu)成原電池。(1)為了證明哪個(gè)猜想是正確的，請(qǐng)配齊實(shí)驗(yàn)用品：鋅片、銅片、導(dǎo)線、電流計(jì)、燒杯、稀硫酸、________。(2)你應(yīng)該做怎樣的簡(jiǎn)單操作__________________________