2024屆新高考化學(xué)熱點沖刺復(fù)習(xí)：原電池　化學(xué)電源

2024屆新高考化學(xué)熱點沖刺復(fù)習(xí)原電池化學(xué)電源1.原電池及組成條件氧化還原電極名稱負極正極電極材料

片

片

電極反應(yīng)Zn-2e-

=Zn2+Cu2++2e-

=Cu電極質(zhì)量變化

反應(yīng)類型

反應(yīng)

反應(yīng)

2.兩種原電池的工作原理(以銅鋅原電池為例)鋅銅減小增大氧化還原電極名稱負極正極電子流向由

極沿導(dǎo)線流向

極

鹽橋中離子移向鹽橋含飽和KCl溶液,K+移向

極,Cl-移向

極

裝置差異比較原電池Ⅰ:隨反應(yīng)的進行,溫度升高,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能,兩極反應(yīng)在相同區(qū)域,部分Zn與Cu2+直接反應(yīng),使電池效率降低;原電池Ⅱ:隨反應(yīng)的進行,溫度不變,化學(xué)能只轉(zhuǎn)化為

,兩極反應(yīng)在不同區(qū)域,Zn與Cu2+隔離,電池效率提高,電流穩(wěn)定

負正正負電能[微點撥]鹽橋的組成和作用(1)鹽橋中裝有含飽和KCl(或KNO3)溶液的瓊膠。(2)原電池裝置中鹽橋連接兩個“半電池裝置”,其中鹽橋的作用有三種:①連接內(nèi)電路,通過離子的定向移動,構(gòu)成閉合回路;②隔絕正、負極反應(yīng)物,避免直接接觸,導(dǎo)致電流不穩(wěn)定;③維持電極區(qū)溶液的電荷平衡。3.原電池中的三個移動方向(1)電子方向:從

極流出沿導(dǎo)線流入

極。

(2)電流方向:從

極沿導(dǎo)線流向

極。

(3)離子遷移方向:電解質(zhì)溶液中,陰離子向

極遷移,陽離子向

極遷移。

負正負正負正4.原電池原理的四大應(yīng)用(1)比較金屬的活動性強弱原電池中,活動性較強的金屬一般作

,活動性較弱的金屬(或?qū)щ姷姆墙饘?一般作

。

(2)加快化學(xué)反應(yīng)速率氧化還原反應(yīng)形成原電池時,反應(yīng)速率加快。(3)用于金屬的防護將需要保護的金屬制品作原電池的

而受到保護。如要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道不被腐蝕,可用導(dǎo)線將其與一塊

相連,

作原電池的負極。負極正極正極比鐵活潑的常見金屬如鋅塊鋅塊(4)設(shè)計制作原電池裝置負極正極電極材料如根據(jù)Cu+2Ag+

=Cu2++2Ag設(shè)計原電池:AgNO3CuSO4[解析]鐵在濃硝酸中會發(fā)生鈍化,失去與硝酸反應(yīng)的機會,不能作負極,而活動性弱的銅可與濃硝酸發(fā)生反應(yīng),銅作負極。(3)在原電池中,正極本身一定不參加電極反應(yīng),負極本身一定要發(fā)生氧化反應(yīng)(

)[解析]燃料電池中正、負極(如Pt電極)不參加反應(yīng),而是燃料參加反應(yīng)。1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)(1)常溫下CuO+H2SO4

=CuSO4+H2O能自發(fā)進行,故可以設(shè)計成原電池(

)(2)因為鐵的活動性強于銅,所以將鐵、銅用導(dǎo)線連接后放入濃硝酸中組成原電池,必是鐵作負極、銅作正極(

)×××[解析]原電池工作時,電解質(zhì)溶液中的陰離子向負極移動。(6)某原電池反應(yīng)為Cu+2AgNO3

=2Ag+Cu(NO3)2,裝置中的鹽橋內(nèi)可以是含瓊脂的飽和KCl溶液(

)[解析]鹽橋中的離子不能與電解質(zhì)溶液中的離子發(fā)生反應(yīng)。(4)實驗室制備H2時,用粗鋅(含Cu、Fe等)代替純鋅與稀硫酸反應(yīng)效果更佳(

)(5)原電池工作時,溶液中的陽離子向負極移動,鹽橋中的陽離子向正極移動(

)√××2.在如圖所示的4個裝置中,不能形成原電池的是

(填序號),并指出原因:

。①④①中酒精是非電解質(zhì);④中未形成閉合回路1.用如圖所示裝置探究原電池的工作原理,下列說法錯誤的是

(

)A.甲圖中鋅片質(zhì)量減輕,銅棒上有氣體產(chǎn)生B.乙圖中正極上發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-

=H2↑C.丙圖中Zn片上發(fā)生氧化反應(yīng),溶液中的Cu2+向銅電極移動D.若乙圖與丙圖中鋅片減輕的質(zhì)量相等,則兩裝置中還原產(chǎn)物的質(zhì)量比為1∶32題組一

原電池的組成及工作原理A[解析]甲圖中沒有形成完整的回路,不能形成原電池,鋅與稀硫酸發(fā)生反應(yīng),鋅的質(zhì)量減輕,鋅片上有氣泡產(chǎn)生,A錯誤;乙圖中構(gòu)成原電池,銅為正極,溶液中的氫離子在正極發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為2H++2e-

=H2↑,B正確;丙圖中構(gòu)成原電池,活潑金屬鋅作負極,發(fā)生氧化反應(yīng),銅為正極,溶液中的Cu2+向正極移動,C正確;乙圖與丙圖中負極反應(yīng)相同,都為Zn-2e-

=Zn2+,乙圖與丙圖中正極上的反應(yīng)分別為2H++2e-

=H2↑、Cu2++2e-

=Cu,若乙圖與丙圖鋅片減輕的質(zhì)量相等,即失去電子的物質(zhì)的量相等,依據(jù)得失電子守恒計算乙圖與丙圖中還原產(chǎn)物的質(zhì)量比為2∶64=1∶32,D正確。2.

如圖所示為鋅銅原電池。下列敘述中正確的是(

)A.鹽橋的作用是傳導(dǎo)離子B.外電路電子由銅片流向鋅片C.鋅片上的電極反應(yīng)式為Zn2++2e-

=ZnD.外電路中有0.2mol電子通過時,銅片表面質(zhì)量增加約3.2gA[解析]“雙液”原電池中,鹽橋連接左、右兩個燒杯中的溶液,傳導(dǎo)離子,起到導(dǎo)電作用,A正確;鋅的活潑性強于銅,則鋅片作負極,銅片作正極,在外電路中,電子由負極流向正極,則電子由鋅片流向銅片,B錯誤;鋅片是負極,發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為Zn-2e-

=Zn2+,C錯誤;銅片是正極,電極反應(yīng)式為Cu2++2e-

=Cu,外電路中通過0.2mol電子時,銅片上析出0.1molCu,其質(zhì)量為0.1mol×64g·mol-1=6.4g,D錯誤。[規(guī)律小結(jié)]判斷原電池正、負極的五種方法 (1)在原電池中,把發(fā)生氧化反

應(yīng)的電極稱為負極,把發(fā)生還

原反應(yīng)的電極稱為正極。 (2)原電池的正極和負極與電

極材料的性質(zhì)有關(guān),也與電解

質(zhì)溶液有關(guān),不要形成“活潑

電極一定作負極”的思維定式。題組二原電池原理的應(yīng)用1.有a、b、c、d四個金屬電極,有關(guān)的實驗裝置及部分實驗現(xiàn)象如下:由此可判斷這四種金屬的活動性順序是

(

)A.a>b>c>d

B.b>c>d>a

C.d>a>b>c

D.a>b>d>cC實驗裝置部分實驗現(xiàn)象

a極質(zhì)量減少;b極質(zhì)量增加

b極有氣體產(chǎn)生;c極無變化

d極溶解;c極有氣體產(chǎn)生電流從a極流向d極[解析]把四個實驗從左到右分別編號為①②③④,則由實驗①可知,a作原電池負極,b作原電池正極,金屬活動性:a>b;由實驗②可知,b極有氣體產(chǎn)生,c極無變化,則活動性:b>c;由實驗③可知,d極溶解,則d作原電池負極,c作正極,活動性:d>c;由實驗④可知,電流從a極流向d極,則d極為原電池負極,a極為原電池正極,活動性:d>a。綜上所述可知活動性:d>a>b>c。實驗裝置部分實驗現(xiàn)象

a極質(zhì)量減少;b極質(zhì)量增加

b極有氣體產(chǎn)生;c極無變化

d極溶解;c極有氣體產(chǎn)生電流從a極流向d極[解析]根據(jù)反應(yīng)原理:2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)可知,X應(yīng)為銅電極,而Y應(yīng)為硝酸銀溶液。由于反應(yīng)中銅元素化合價升高,而銀元素的化合價降低,則銀電極為正極,銅電極為負極。

CuAgNO3正Ag++e-

=AgCu(NO3)2[易錯警示]

1.原電池的工作原理2.原電池中電極反應(yīng)式的書寫1.一次電池(放電后不可再充電)堿性鋅錳干電池負極反應(yīng):

;

正極反應(yīng):

;

總反應(yīng):Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2銀鋅紐扣電池負極反應(yīng):

。

正極反應(yīng):

;

總反應(yīng):Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2AgZn+2OH--2e-

=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-

=2MnOOH+2OH-Zn+2OH--2e-

=Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e-

=2Ag+2OH-2.二次電池(放電后可再充電使活性物質(zhì)獲得再生,重復(fù)使用)鉛酸蓄電池是最常見的二次電池,其正極材料為PbO2,負極材料為Pb,電解質(zhì)溶液為30%的稀H2SO4溶液?？偡磻?yīng)為Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2H2O(l)+2PbSO4(s)二次電池,放電時電池的負極,在充電時,連接外接電源的負極;放電時電池的正極,在充電時,連接外接電源的正極。

酸性堿性負極反應(yīng)式

正極反應(yīng)式

電池總反應(yīng)式

特點燃料電池的電極作催化劑,燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給并在電極上進行反應(yīng)3.燃料電池(1)氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池,可分為酸性和堿性兩種。2H2-4e-

=4H+2H2+4OH--4e-

=4H2OO2+4H++4e-

=2H2OO2+2H2O+4e-

=4OH-2H2+O2

=2H2O電解質(zhì)電極反應(yīng)式或總反應(yīng)式①酸性介質(zhì)正極

負極

總反應(yīng)

②堿性介質(zhì)正極

負極

總反應(yīng)

(2)以CO為燃料氣,請分別寫出電解質(zhì)符合下列條件的正、負極的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式(填入表格中)。O2+4e-+4H+

=2H2O2CO-4e-+2H2O=2CO2+4H+2CO+O2

=2CO2O2+4e-+2H2O=4OH-

電解質(zhì)電極反應(yīng)式或總反應(yīng)式③固體氧化物

(其中O2-可以在固體介質(zhì)中自由移動)正極

負極

總反應(yīng)

正極

負極

總反應(yīng)

(2)以CO為燃料氣,請分別寫出電解質(zhì)符合下列條件的正、負極的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式(填入表格中)。O2+4e-=2O2-2CO-4e-+2O2-

=2CO22CO+O2

=2CO2

2CO+O2

=2CO2(2)若使反應(yīng)Fe+2Fe3+

=3Fe2+以原電池方式進行,可用鋅、鐵作電極材料(

)[解析]反應(yīng)Fe+2Fe3+

=3Fe2+以原電池方式進行,若鋅、鐵作電極材料,則發(fā)生的反應(yīng)不再是原反應(yīng),而是反應(yīng)Zn+2Fe3+

=2Fe2++Zn2+。[解析]燃料電池工作時,并不是燃料在電池中燃燒,而是化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)(1)燃料電池工作時燃料在電池中燃燒,然后熱能轉(zhuǎn)化為電能(

)××[解析]堿性條件下負極反應(yīng)為2H2-4e-+4OH-

=4H2O。

(3)氫氧燃料電池在堿性電解質(zhì)溶液中負極反應(yīng)為2H2-4e-

=4H+(

)√××√2.

最近,我國科研人員發(fā)明了一種新型的鋅離子熱充電電池,可以利用人體產(chǎn)生的低熱量充電。該電池以Zn和VO2-PC為電極材料,實現(xiàn)了低熱量發(fā)電。放電時,VO2結(jié)合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,原理如圖所示。下列說法正確的是(

)A.分離器可以為陰離子交換膜B.充電時,陽極電極反應(yīng)式為ZnxVO2·yH2O+2xe-

=VO2+xZn2++yH2OC.放電時,電流從Zn極流向VO2-PC極D.充電時,鋅離子從較高溫一側(cè)移至低溫一側(cè)D[解析]放電時,Zn為負極,電極反應(yīng)式為Zn-2e-

=Zn2+,VO2結(jié)合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,說明Zn2+從負極移向正極,則分離器可以是陽離子交換膜,但不能是陰離子交換膜,A錯誤;充電時,陽極發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為ZnxVO2·yH2O-2xe-

=VO2+xZn2++yH2O,B錯誤;放電時,電流由正極流向負極,即電流從VO2-PC極流向Zn極,C錯誤;充電時,Zn2+由較高溫區(qū)向左側(cè)低溫區(qū)遷移,并在Zn電極得電子被還原為Zn,D正確。1.化學(xué)電源在日常生活和高科技領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。下列說法不正確的是

(

)A.甲:Zn2+向Cu電極方向移動,Cu電極附近溶液中H+濃度增加B.乙:正極的電極反應(yīng)式為Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-C.丙:鋅筒作負極,發(fā)生氧化反應(yīng),鋅筒會變薄D.丁:使用一段時間后,電解質(zhì)溶液的酸性減弱,導(dǎo)電能力下降題組一一次電池A[解析]Zn比Cu活潑,形成原電池時,Zn作負極,電極反應(yīng)為Zn-2e-

=Zn2+;Cu作正極,電極反應(yīng)式為2H++2e-

=H2↑,故Cu電極附近溶液中H+濃度減小。2.

K-O2電池結(jié)構(gòu)如圖,a和b為兩個電極,其中之一為單質(zhì)鉀片。關(guān)于該電池,下列說法錯誤的是 (

)A.隔膜允許K+通過,不允許O2通過B.放電時,電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極;充電時,b電極為陽極C.產(chǎn)生1Ah電量時,生成KO2的質(zhì)量與消耗O2的質(zhì)量比值約為2.22D.用此電池為鉛酸蓄電池充電,消耗3.9g鉀時,鉛酸蓄電池消耗0.9g水D[解析]由圖可知,a電極為原電池的負極,單質(zhì)鉀片失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成鉀離子,電極反應(yīng)式為K-e-

=K+,b電極為正極,氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成超氧化鉀;金屬性強的金屬鉀易與氧氣反應(yīng),為防止鉀與氧氣反應(yīng),電池所選擇隔膜應(yīng)允許K+通過,不允許O2通過,故A正確。由分析可知,放電時,a為負極,b為正極,電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極;充電時,b電極應(yīng)與直流電源的正極相連,作電解池的陽極,故B正確。

[方法技巧]化學(xué)電源中電極反應(yīng)式的書寫方法(1)拆分法①寫出原電池的總反應(yīng),如2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+。②把總反應(yīng)按氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)拆分為兩個半反應(yīng),注明正、負極,并依據(jù)質(zhì)量守恒、電荷守恒及得失電子守恒配平兩個半反應(yīng):正極:2Fe3++2e-

=2Fe2+;負極:Cu-2e-

=Cu2+。(2)加減法①寫出總反應(yīng),如xLi+Li1-xMn2O4

=LiMn2O4。②寫出其中容易寫出的一個半反應(yīng)(正極或負極)。如xLi-xe-

=xLi+(負極)。③利用總反應(yīng)與上述的一極反應(yīng)式相減,得到另一個電極的反應(yīng)式,即Li1-xMn2O4+xLi++xe-

=LiMn2O4(正極)。題組二新型可充電電池1.

Li-O2電池比能量高,在汽車、航天等領(lǐng)域具有良好應(yīng)用前景。近年來,科學(xué)家研究了一種光照充電Li-O2電池(如圖所示)。光照時,光催化電極產(chǎn)生電子(e-)和空穴(h+),驅(qū)動陰極反應(yīng)(Li++e-

=Li)和陽極反應(yīng)(Li2O2+2h+

=2Li++O2)對電池進行充電。下列敘述錯誤的是(

)A.充電時,電池的總反應(yīng)為Li2O2

=2Li+O2B.充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān)C.放電時,Li+從正極穿過離子交換膜向負極遷移D.放電時,正極發(fā)生反應(yīng)O2+2Li++2e-

=Li2O2C[解析]充電時光照光催化電極產(chǎn)生電子和空穴,驅(qū)動陰極反應(yīng)(Li++e-

=Li)和陽極反應(yīng)(Li2O2+2h+

=2Li++O2),則充電時總反應(yīng)為Li2O2

=2Li+O2,結(jié)合圖示,充電時金屬Li電極為陰極,光催化電極為陽極;則放電時金屬Li電極為負極,光催化電極為正極。由上述分析,充電時電池的總反應(yīng)為Li2O2

=2Li+O2,A正確;充電時,光照光催化電極產(chǎn)生電子和空穴,陰極反應(yīng)與電子有關(guān),陽極反應(yīng)與空穴有關(guān),故充電效率與光