2022年高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第六章 化學(xué)反應(yīng)與能量 第二講 原電池新型化學(xué)電源講義
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1、2022年高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第六章 化學(xué)反應(yīng)與能量 第二講 原電池新型化學(xué)電源講義 [xx高考導(dǎo)航] 考綱要求 真題統(tǒng)計(jì) 命題趨勢(shì) 1.了解原電池的工作原理,能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。 2.了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理。 xx,卷Ⅰ 11T; xx,卷Ⅱ 26T(1)(2); xx,卷Ⅱ 12T; xx,卷Ⅰ 10T、27T(5)(6)、28T(5); xx,卷Ⅱ 11T 預(yù)計(jì)xx年高考本部分知識(shí)有變“熱”的趨勢(shì),題目將更加新穎。復(fù)習(xí)備考時(shí)注重實(shí)物圖分析、新型電池分析、電解池與原電池的聯(lián)系以及依據(jù)原電池工作原理并結(jié)合氧化還原反應(yīng)知識(shí)熟練掌握電極反
2、應(yīng)式的書寫方法。 考點(diǎn)一 原電池及其工作原理[學(xué)生用書P138] 一、原電池的概念和反應(yīng)本質(zhì) 原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,其反應(yīng)本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。 二、原電池的構(gòu)成條件 1.一看反應(yīng) 看是否有能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生(一般是活潑性強(qiáng)的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))。 2.二看兩電極:一般是活潑性不同的兩電極。 3.三看是否形成閉合回路 形成閉合回路需三個(gè)條件: (1)電解質(zhì)溶液; (2)兩電極直接或間接接觸; (3)兩電極插入電解質(zhì)溶液中。 三、原電池的工作原理 如圖是兩種鋅銅原電池示意圖: 1.反應(yīng)原理 電極名稱 負(fù)極 正極 電極
3、材料 鋅片 銅片 電極反應(yīng) Zn-2e-===Zn2+ Cu2++2e-===Cu 反應(yīng)類型 氧化反應(yīng) 還原反應(yīng) 電池反應(yīng) Zn+Cu2+===Zn2++Cu 2.原電池中的三個(gè)方向 (1)電子流動(dòng)方向:從負(fù)極流出沿導(dǎo)線流入正極; (2)電流流動(dòng)方向:從正極沿導(dǎo)線流向負(fù)極; (3)離子遷移方向:電解質(zhì)溶液中,陰離子向負(fù)極遷移,陽離子向正極遷移。 1.判斷正誤(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”) (1)在原電池中,發(fā)生氧化反應(yīng)的一極是負(fù)極。( ) (2)在原電池中,負(fù)極材料的活潑性一定比正極材料強(qiáng)。( ) (3)在原電池中,正極本身一定不參與電極反應(yīng),負(fù)
4、極本身一定要發(fā)生氧化反應(yīng)。( ) (4)帶有鹽橋的原電池比不帶鹽橋的原電池電流持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。( ) 答案:(1)√ (2)× (3)× (4)√ 2.下列示意圖中能構(gòu)成原電池的是( ) 解析:選B。Cu與稀硫酸不反應(yīng),A裝置不能構(gòu)成原電池;Al與氫氧化鈉溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng),B裝置能構(gòu)成原電池;C裝置中的“導(dǎo)線”不是鹽橋,不能構(gòu)成原電池;D裝置中缺少鹽橋。 (xx·高考全國(guó)卷Ⅰ,11,6分)微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說法錯(cuò)誤的是( ) A.正極反應(yīng)中有CO2生成 B.微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的
5、轉(zhuǎn)移 C.質(zhì)子通過交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū) D.電池總反應(yīng)為C6H12O6+6O2===6CO2+6H2O [解析] 圖示所給出的是原電池裝置。A.有氧氣反應(yīng)的一極為正極,發(fā)生還原反應(yīng),因?yàn)橛匈|(zhì)子通過,故正極電極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+===2H2O;在負(fù)極,C6H12O6在微生物的作用下發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為C6H12O6-24e-+6H2O===6CO2↑+24H+,則負(fù)極上有CO2產(chǎn)生,故A不正確。 B.微生物電池是指在微生物作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,所以微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移,故B正確。 C.質(zhì)子是陽離子,陽離子由負(fù)極區(qū)移向正極區(qū),故C正確。 D.正極的
6、電極反應(yīng)式為6O2+24e-+24H+===12H2O,負(fù)極的電極反應(yīng)式為C6H12O6-24e-+6H2O===6CO2↑+24H+,兩式相加得電池總反應(yīng)為C6H12O6+6O2===6CO2+6H2O,故D正確。 [答案] A 在下列原電池圖示中,依據(jù)電子流向和離子移動(dòng)方向畫出形成閉合回路的原理。 答案: 原電池正、負(fù)極的判斷方法 題組一 原電池構(gòu)成及原理考查 1.(教材改編)判斷正誤(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”) (1)所有的氧化還原反應(yīng)都能設(shè)計(jì)成原電池。( ) (2)只有金屬才能作原電池的電極。( ) (3)原電池的兩極中較活潑的金屬
7、一定為負(fù)極。( ) (4)鋅銅原電池工作時(shí),外電路電子由負(fù)極流向正極。( ) (5)在原電池中,電子流出的一極是負(fù)極,被還原。( ) (6)原電池可以把物質(zhì)內(nèi)部的能量全部轉(zhuǎn)化為電能。( ) 答案:(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× 2.(xx·高考天津卷) 鋅銅原電池裝置如圖所示,其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過,下列有關(guān)敘述正確的是( ) A.銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng) B.電池工作一段時(shí)間后,甲池的c(SO)減小 C.電池工作一段時(shí)間后,乙池溶液的總質(zhì)量增加 D.陰陽離子分別通過交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng),保持溶液中電荷平衡 解析:
8、選C。A.Cu作正極,電極上發(fā)生還原反應(yīng),錯(cuò)誤;B.電池工作過程中,SO不參加電極反應(yīng),故甲池的c(SO)基本不變,錯(cuò)誤;C.電池工作時(shí),甲池反應(yīng)為Zn-2e-===Zn2+,乙池反應(yīng)為Cu2++2e-===Cu,甲池中Zn2+會(huì)通過陽離子交換膜進(jìn)入乙池,以維持溶液中電荷平衡,由電極反應(yīng)式可知,乙池中每有64 g Cu析出,則進(jìn)入乙池的Zn2+為65 g,溶液總質(zhì)量略有增加,正確;D.由題干信息可知,陰離子不能通過陽離子交換膜,錯(cuò)誤。 題組二 原電池正、負(fù)極的判斷 3.如圖所示裝置中,觀察到電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn),M棒變粗,N棒變細(xì),由此判斷表中所列M、N、P物質(zhì),其中可以成立的是( )
9、選項(xiàng) M N P A Zn Cu 稀H2SO4 B Cu Fe 稀HCl C Ag Zn AgNO3溶液 D Zn Fe Fe(NO3)3溶液 解析:選C。在裝置中電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),說明該裝置構(gòu)成了原電池,根據(jù)正負(fù)極的判斷方法,溶解的一極為負(fù)極,增重的一極為正極,所以M棒為正極,N棒為負(fù)極,且電解質(zhì)溶液能析出固體,則只有C項(xiàng)正確。 4.分析下圖所示的四個(gè)原電池裝置,其中結(jié)論正確的是( ) A.①②中Mg作負(fù)極,③④中Fe作負(fù)極 B.②中Mg作正極,電極反應(yīng)式為6H2O+6e-===6OH-+3H2↑ C.③中Fe作負(fù)極,電極反應(yīng)式為Fe-
10、2e-===Fe2+ D.④中Cu作正極,電極反應(yīng)式為2H++2e-===H2↑ 解析:選B。②中Mg不與NaOH溶液反應(yīng),而Al能和NaOH溶液反應(yīng)失去電子,故Al是負(fù)極;③中Fe在濃硝酸中易鈍化,Cu和濃HNO3反應(yīng)失去電子作負(fù)極,A、C均錯(cuò)。②中電池總反應(yīng)為2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,負(fù)極電極反應(yīng)式為2Al+8OH--6e-===2AlO+4H2O,二者相減得到正極電極反應(yīng)式為6H2O+6e-===6OH-+3H2↑,B正確。④中Cu是正極,電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-===4OH-,D錯(cuò)。 原電池工作原理中四個(gè)常見失分點(diǎn)的規(guī)避 (1)只
11、有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)才能通過設(shè)計(jì)成原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 (2)電解質(zhì)溶液中陰、陽離子的定向移動(dòng)與導(dǎo)線中電子的定向移動(dòng)共同組成了一個(gè)完整的閉合回路。 (3)無論在原電池還是電解池中,電子均不能通過電解質(zhì)溶液。 (4)原電池的負(fù)極失去電子的總數(shù)等于正極得到電子的總數(shù)。 考點(diǎn)二 鹽橋原電池的應(yīng)用[學(xué)生用書P140] 一、鹽橋的組成和作用 1.鹽橋中裝有飽和的KCl、KNO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。 2.鹽橋的作用 (1)連接內(nèi)電路,形成閉合回路; (2)平衡電荷,使原電池不斷產(chǎn)生電流。 二、單池原電池和鹽橋原電池的對(duì)比 1.相同點(diǎn) 正負(fù)極、電極反應(yīng)、總
12、反應(yīng)、反應(yīng)現(xiàn)象均相同。 負(fù)極:Zn-2e-===Zn2+, 正極:Cu2++2e-===Cu, 總反應(yīng):Zn+Cu2+===Cu+Zn2+。 2.不同點(diǎn) 圖1中Zn在CuSO4溶液中直接接觸Cu2+,會(huì)有一部分Zn與Cu2+直接反應(yīng),該裝置中既有化學(xué)能和電能的轉(zhuǎn)化,又有一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了熱能,裝置的溫度會(huì)升高。 圖2中Zn和CuSO4溶液在兩個(gè)池子中,Zn與Cu2+不直接接觸,不存在Zn與Cu2+直接反應(yīng)的過程,所以僅是化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了電能,電流穩(wěn)定,且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。 3.關(guān)鍵點(diǎn):鹽橋原電池中,還原劑在負(fù)極區(qū),而氧化劑在正極區(qū)。 1.(xx·北京豐臺(tái)區(qū)高三模擬)有關(guān)下圖所示原
13、電池的敘述不正確的是( ) A.電子沿導(dǎo)線由Cu片流向Ag片 B.正極的電極反應(yīng)式是Ag++e-===Ag C.Cu片上發(fā)生氧化反應(yīng),Ag片上發(fā)生還原反應(yīng) D.反應(yīng)時(shí)鹽橋中的陽離子移向Cu(NO3)2溶液 解析:選D。A項(xiàng),該裝置是原電池裝置,其中Cu為負(fù)極,失電子發(fā)生氧化反應(yīng):Cu-2e-===Cu2+,Ag為正極,得電子發(fā)生還原反應(yīng):Ag++e-===Ag,原電池中,負(fù)極(Cu)失去的電子沿導(dǎo)線流向正極(Ag),鹽橋中的陽離子移向正極,即移向AgNO3溶液,綜上所述,D錯(cuò)誤。 2.如圖所示,杠桿A、B兩端分別掛有體積相同、質(zhì)量相等的空心銅球和空心鐵球,調(diào)節(jié)杠桿并使其在水中
14、保持平衡,然后小心地向水槽中滴入濃CuSO4溶液,一段時(shí)間后,下列有關(guān)杠桿的偏向判斷正確的是(實(shí)驗(yàn)過程中,不考慮兩球的浮力變化) ( ) A.杠桿為導(dǎo)體或絕緣體時(shí),均為A端高B端低 B.杠桿為導(dǎo)體或絕緣體時(shí),均為A端低B端高 C.當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時(shí),A端低B端高 D.當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時(shí),A端高B端低 解析:選C。當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時(shí),構(gòu)成原電池,F(xiàn)e作負(fù)極,Cu作正極,電極反應(yīng)式分別為 負(fù)極:Fe-2e-===Fe2+, 正極:Cu2++2e-===Cu, 銅球增重,鐵球質(zhì)量減輕,杠桿A端低B端高。 名師點(diǎn)撥 鹽橋原電池中半電池的構(gòu)成條件:電極金屬和其對(duì)應(yīng)的鹽溶液。一般不
15、要任意替換成其他陽離子鹽溶液,否則可能影響效果。 (xx·龍巖檢測(cè))某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)查閱相關(guān)資料知,氧化性:Cr2O>Fe3+,設(shè)計(jì)了如圖所示的鹽橋原電池。鹽橋中裝有瓊脂與飽和K2SO4溶液。下列敘述中正確的是( ) A.甲燒杯的溶液中發(fā)生還原反應(yīng) B.乙燒杯中發(fā)生的電極反應(yīng)為2Cr3++7H2O-6e-===Cr2O+14H+ C.外電路的電流方向是從b到a D.電池工作時(shí),鹽橋中的SO移向乙燒杯 [解析] 氧化性:Cr2O>Fe3+,所以該原電池反應(yīng)中,F(xiàn)e2+是還原劑,Cr2O是氧化劑,即甲燒杯中發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為Fe2+-e-===Fe3+,乙燒杯中發(fā)生
16、還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為Cr2O+6e-+14H+===2Cr3++7H2O,A、B均錯(cuò)誤;外電路的電流是由正極流向負(fù)極,即由b流向a,C正確;電池工作時(shí),鹽橋中的陰離子移向負(fù)極,即SO移向甲燒杯,D錯(cuò)誤。 [答案] C 兩個(gè)半電池構(gòu)成的原電池中,鹽橋的作用是什么? 答案:使兩個(gè)燒杯中的溶液形成一個(gè)閉合回路;使溶液保持電中性,使氧化還原反應(yīng)能順利進(jìn)行并產(chǎn)生持續(xù)的電流。 題組一 對(duì)鹽橋原電池原理的考查 1.(教材改編)根據(jù)下圖,下列判斷中正確的是( ) A.燒杯a中的溶液pH降低 B.燒杯b中發(fā)生氧化反應(yīng) C.燒杯a中發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-===H2↑ D.燒杯
17、b中發(fā)生的反應(yīng)為2Cl--2e-===Cl2↑ 解析:選B。據(jù)圖示鋅電極失去電子,該極上發(fā)生氧化反應(yīng),故B正確;燒杯a中O2得到電子,發(fā)生反應(yīng):O2+4e-+2H2O===4OH-,使pH升高,故A、C錯(cuò);鋅為負(fù)極,失去電子,發(fā)生反應(yīng):Zn-2e-===Zn2+,故D錯(cuò)。 題組二 平衡移動(dòng)與鹽橋作用 2.(xx·浙江六校聯(lián)考)將反應(yīng)IO+5I-+6H+3I2+3H2O設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。開始時(shí)向甲燒杯中加入少量濃硫酸,電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),一段時(shí)間后,電流計(jì)指針回到零,再向甲燒杯中滴入幾滴濃NaOH溶液,電流計(jì)指針再次發(fā)生偏轉(zhuǎn)。下列判斷不正確的是( ) A.開始加入少量濃硫酸
18、時(shí),乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng) B.開始加入少量濃硫酸時(shí),同時(shí)在甲、乙燒杯中都加入淀粉溶液,只有乙燒杯中溶液變藍(lán) C.電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí),反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài) D.兩次電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向相反 解析:選B。開始加入少量濃硫酸時(shí),由氧化還原反應(yīng)方程式可知,反應(yīng)正向進(jìn)行,KI是還原劑,KIO3是氧化劑,故甲為正極區(qū),甲中石墨作正極,得電子發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為2IO+10e-+12H+===I2+6H2O,乙為負(fù)極區(qū),乙中石墨作負(fù)極,失電子發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為10I--10e-===5I2,兩燒杯中均有I2生成,在甲、乙兩燒杯中都加入淀粉溶液,兩燒杯中的溶液均變藍(lán),A正確,B錯(cuò)誤;電
19、流計(jì)讀數(shù)為零時(shí),表明反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài),C正確;由氧化還原反應(yīng)方程式可知,電流計(jì)指針讀數(shù)為零,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),此時(shí)再向甲燒杯中滴入幾滴濃NaOH溶液,則消耗了H+,原氧化還原反應(yīng)的平衡逆向移動(dòng),電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向相反,D正確。 3.已知在酸性條件下發(fā)生的反應(yīng)為AsO+2I-+2H+===AsO+I(xiàn)2+H2O,在堿性條件下發(fā)生的反應(yīng)為AsO+I(xiàn)2+2OH-===AsO+H2O+2I-。設(shè)計(jì)如圖裝置(C1、C2均為石墨電極),分別進(jìn)行下述操作: Ⅰ.向B燒杯中逐滴加入濃鹽酸; Ⅱ.向B燒杯中逐滴加入40% NaOH溶液。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)檢流計(jì)指針均發(fā)生偏轉(zhuǎn),且偏轉(zhuǎn)方向相反。 試回答下
20、列問題: (1)兩次操作中指針為什么都發(fā)生偏轉(zhuǎn)?________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)兩次操作過程中指針偏轉(zhuǎn)方向?yàn)槭裁聪喾??試用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋:________________________________________________________________________ _________________
21、_______________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)操作Ⅰ過程中C1棒上發(fā)生的反應(yīng)為__________________________________。 (4)操作Ⅱ過程中C2棒上發(fā)生的反應(yīng)為__________________________________。 (5)操作Ⅱ過程中,鹽橋中的K+移向______燒杯溶液(填“A”或“B”)。 解析:由于酸性條件下發(fā)生的反應(yīng)
22、為AsO+2I-+2H+===AsO+I(xiàn)2+H2O,堿性條件下發(fā)生的反應(yīng)為AsO+I(xiàn)2+2OH-===AsO+H2O+2I-,兩反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng),而且滿足構(gòu)成原電池的三大要素:①不同環(huán)境中的兩電極(連接);②電解質(zhì)溶液(電極插入其中,并能自發(fā)發(fā)生氧化還原反應(yīng));③形成閉合回路。當(dāng)加酸時(shí),c(H+)增大,C1:2I--2e-===I2,為負(fù)極;C2:AsO+2H++2e-===AsO+H2O,為正極。當(dāng)加堿時(shí),c(OH-)增大,C1:I2+2e-===2I-,為正極;C2:AsO+2OH--2e-===AsO+H2O,為負(fù)極。 答案:(1)兩次操作均能形成原電池,將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能 (2
23、)①加酸時(shí),c(H+)增大,AsO得電子,I-失電子,所以C1極是負(fù)極,C2極是正極;②加堿時(shí),c(OH-)增大,AsO失電子,I2得電子,此時(shí),C1極是正極,C2極是負(fù)極。故加入濃鹽酸和NaOH溶液時(shí)發(fā)生不同方向的反應(yīng),電子轉(zhuǎn)移方向不同,即檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向不同 (3)2I--2e-===I2 (4)AsO+2OH--2e-===AsO+H2O (5)A (1)鹽橋中的離子不斷釋放到兩個(gè)池中,逐漸失去導(dǎo)電作用,需定期更換鹽橋。 (2)要明確鹽橋中離子的移動(dòng)方向;明確其與可逆反應(yīng)平衡移動(dòng)方向的關(guān)系。 考點(diǎn)三 原電池原理的應(yīng)用[學(xué)生用書P141] 1.設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源
24、 (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。 2.比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱 兩種金屬分別作原電池的兩極時(shí),一般作負(fù)極的金屬比作正極的金屬活潑。 3.加快氧化還原反應(yīng)的速率 一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),設(shè)計(jì)成原電池時(shí)反應(yīng)速率加快。例如:在Zn與稀H2SO4反應(yīng)時(shí),加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反應(yīng)速率加快。 4.用于金屬的防護(hù) 使被保護(hù)的金屬制品作原電池正極而得到保護(hù)。例如:要保護(hù)一個(gè)鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁等,可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連,使鋅作原電池的負(fù)極。 1.①②③④四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都
25、可組成原電池。①②相連時(shí),外電路電流從②流向①;①③相連時(shí),③為正極;②④相連時(shí),②上有氣泡逸出;③④相連時(shí),③的質(zhì)量減少。據(jù)此判斷這四種金屬活動(dòng)性由大到小的順序是( ) A.①③②④ B.①③④② C.③④②① D.③①②④ 解析:選B。本題考查原電池原理的應(yīng)用。電流方向與電子流向相反,①②相連時(shí),電流由②流向①,則金屬活動(dòng)性①>②;①③相連時(shí),③為正極,則金屬活動(dòng)性①>③;②④相連時(shí),②上有氣泡,則金屬活動(dòng)性④>②;③④相連時(shí),③的質(zhì)量減少,則金屬活動(dòng)性③>④。綜上分析,可得金屬活動(dòng)性順序?yàn)棰?③>④>②。 2.某原電池總反應(yīng)為Cu+2Fe3+===Cu2++2
26、Fe2+,下列能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是( ) 選項(xiàng) A B C D 電極 材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag 電解液 FeCl3 Fe(NO3)2 CuSO4 Fe2(SO4)3 答案:D 名師點(diǎn)撥 比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱的三種方法 (1)根據(jù)原電池:一般情況下,負(fù)極大于正極。 (2)根據(jù)電解池:易得電子的金屬陽離子,相應(yīng)金屬的活動(dòng)性較弱。 (3)根據(jù)金屬活動(dòng)性順序表。 等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b,分別加入過量同濃度的稀硫酸,同時(shí)向a中加入少量飽和CuSO4溶液,發(fā)生反應(yīng)生成氫氣。用下列各圖表示生成氫氣的體積(V)與時(shí)間(t
27、)的關(guān)系,其中最合理的是____________,作出選擇的理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 [解析] a中加入CuSO4溶液,被鋅置換出的銅覆蓋在鋅表面,形成原電池,使產(chǎn)生H2的速率加快,反應(yīng)所需的時(shí)間縮短。同時(shí),由于置換銅時(shí)消耗了一部分鋅,與稀H2SO4反應(yīng)的鋅的質(zhì)量減小,完全反應(yīng)放出的H2體積比b少。 [答案] D
28、Zn置換出Cu,Zn、Cu在酸中發(fā)生原電池反應(yīng),生成H2的速率加快;Zn與Cu2+反應(yīng)導(dǎo)致與H+反應(yīng)的Zn減少,a生成的H2比b少 上題中若改作“兩份同濃度的稀硫酸,分別加入過量等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b,同時(shí)向a中加入少量飽和CuSO4溶液,發(fā)生反應(yīng)生成氫氣”,則哪個(gè)圖合理?為什么? 答案:A圖合理。a中加入CuSO4溶液,被鋅置換出的銅覆蓋在鋅表面,形成原電池,使產(chǎn)生H2的速率加快,反應(yīng)所需的時(shí)間縮短。同時(shí),由于鋅過量而硫酸不足,置換銅時(shí)消耗的一部分鋅不影響氫氣的生成量,故A圖合理。 改變Zn與H+反應(yīng)速率的方法 (1)加入Cu粉或CuSO4,使Cu與Zn接觸形成原電池,加快反
29、應(yīng)速率。加入Cu,不影響Zn的量,即不影響產(chǎn)生H2的量;而加入CuSO4,會(huì)消耗一部分Zn,但是否影響產(chǎn)生H2的量,應(yīng)根據(jù)Zn、H+的相對(duì)量多少判斷。 (2)加入強(qiáng)堿弱酸鹽,由于弱酸根與H+反應(yīng),使 c(H+)減小,反應(yīng)速率減小,但不影響產(chǎn)生H2的量。 (3)加水稀釋,使c(H+)減小,反應(yīng)速率減小,但不影響產(chǎn)生H2的量。 (4)改變反應(yīng)的溫度,也會(huì)影響Zn與H+的反應(yīng)速率。 (5)把鋅粒換成鋅粉,加快Zn與H+的反應(yīng)速率。 題組一 原電池工作原理 1.(xx·高考安徽卷)常溫下,將除去表面氧化膜的Al、Cu片插入濃HNO3中組成原電池(圖1),測(cè)得原電池的電流強(qiáng)度(I)隨時(shí)間
30、(t)的變化如圖2所示,反應(yīng)過程中有紅棕色氣體產(chǎn)生。 圖1 圖2 0~t1時(shí),原電池的負(fù)極是Al片,此時(shí),正極的電極反應(yīng)式是____________________________________,溶液中的H+向________極移動(dòng)。t1時(shí),原電池中電子流動(dòng)方向發(fā)生改變,其原因是________________________________________________________________________。 解析:在0~t1時(shí),正極上NO得電子后結(jié)合H+生成NO2和H2O;在原電池中,陽離子向正極移動(dòng),故H+向正極移動(dòng);由于Al在濃硝酸中發(fā)生了鈍化,生
31、成的氧化膜阻止了反應(yīng)的進(jìn)行,此時(shí)Cu與濃硝酸反應(yīng)而導(dǎo)致Cu作負(fù)極,電子流動(dòng)方向發(fā)生了改變。 答案:NO+e-+2H+===NO2↑+H2O 正 Al在濃硝酸中發(fā)生鈍化,生成的氧化膜阻止了Al的進(jìn)一步反應(yīng) 2.(xx·開封高三調(diào)研)如圖,在盛有稀H2SO4的燒杯中放入用導(dǎo)線連接的電極X、Y,外電路中電子流向如圖所示,關(guān)于該裝置的下列說法正確的是( ) A.外電路的電流方向?yàn)閄→外電路→Y B.若兩電極分別為鐵和碳棒,則X為碳棒,Y為鐵 C.X極上發(fā)生的是還原反應(yīng),Y極上發(fā)生的是氧化反應(yīng) D.若兩電極都是金屬,則它們的活動(dòng)性順序?yàn)閄>Y 解析:選D。外電路電子流向?yàn)閄→外電路
32、→Y,電流方向與其相反,X極失電子,作負(fù)極,發(fā)生的是氧化反應(yīng),Y極發(fā)生的是還原反應(yīng)。若兩電極分別為鐵和碳棒,則Y為碳棒,X為鐵。 題組二 原電池設(shè)計(jì)問題 3.請(qǐng)運(yùn)用原電池原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證Cu2+、Fe3+的氧化性強(qiáng)弱。 請(qǐng)寫出電極反應(yīng)式:負(fù)極________________________________________________________________________, 正極________________________________________________________________________, 并在方框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖,要求用燒杯和鹽橋,并
33、標(biāo)出外電路電子流向。 解析:據(jù)題意要求,應(yīng)按照反應(yīng)2Fe3++Cu===Cu2++2Fe2+進(jìn)行設(shè)計(jì),Cu作負(fù)極,F(xiàn)e3+作正極反應(yīng)物即可。 答案:Cu-2e-===Cu2+ 2Fe3++2e-===2Fe2+ (合理即可) 4.(xx·遵義高三模擬)某?;瘜W(xué)興趣小組進(jìn)行探究性活動(dòng):將氧化還原反應(yīng):2Fe3++2I-2Fe2++I(xiàn)2設(shè)計(jì)成帶鹽橋的原電池。提供的試劑:FeCl3溶液、KI溶液;其他用品任選。 請(qǐng)回答下列問題: (1)請(qǐng)畫出設(shè)計(jì)的原電池裝置圖,并標(biāo)出電極材料、電極名稱及電解質(zhì)溶液。 K (2)發(fā)生氧化反應(yīng)的電極反應(yīng)式為_____________
34、___________________________________________________________。 (3)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),外電路導(dǎo)線中________(填“有”或“無”)電流通過。 (4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體,當(dāng)固體全部溶解后,則此時(shí)該溶液中電極變?yōu)開_______(填“正”或“負(fù)”)極。 解析:(1)先分析氧化還原反應(yīng),找出正負(fù)極反應(yīng),即可確定正負(fù)極區(qū)的電解質(zhì)溶液。(2)發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是負(fù)極,I-失電子。(3)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),無電子流動(dòng),故無電流產(chǎn)生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體,平衡逆向移動(dòng),此時(shí)Fe2+失電
35、子,電極變成負(fù)極。 答案:(1)如圖 (2)2I--2e-===I2 (3)無 (4)負(fù) 原電池裝置圖常見失分點(diǎn)提示 (1)不注明電極材料名稱或元素符號(hào)。 (2)不畫出電解質(zhì)溶液(或畫出但不標(biāo)注)。 (3)誤把鹽橋畫成導(dǎo)線。 (4)不能連成閉合回路。 考點(diǎn)四 化學(xué)電源及電極反應(yīng)式的書寫[學(xué)生用書P143] 一、一次電池——堿性鋅錳干電池 負(fù)極材料:Zn, 電極反應(yīng)式:Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2; 正極材料:MnO2, 電極反應(yīng)式:2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-; 總反應(yīng):Zn+2MnO2+2H2O===
36、2MnOOH+Zn(OH)2。 二、二次電池(以鉛蓄電池為例) 1.放電時(shí)的反應(yīng) (1)負(fù)極:Pb(s)+SO(aq)-2e-===PbSO4(s)(氧化反應(yīng)); (2)正極:PbO2(s)+4H+(aq)+SO(aq)+2e-===PbSO4(s)+2H2O(l)(還原反應(yīng)); (3)總反應(yīng):Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)+2H2O(l)。 2.充電時(shí)的反應(yīng) (1)陰極:PbSO4(s)+2e-===Pb(s)+SO(aq)(還原反應(yīng)); (2)陽極:PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-===PbO2(s)+4H+(aq)+S
37、O(aq)(氧化反應(yīng)); (3)總反應(yīng):2PbSO4(s)+2H2O(l)===Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)。 三、燃料電池 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。 酸性 堿性 負(fù)極反應(yīng)式 2H2-4e-===4H+ 2H2+4OH--4e-===4H2O 正極反應(yīng)式 O2+4H++4e-===2H2O O2+2H2O+4e-===4OH- 電池總反應(yīng)式 2H2+O2===2H2O 四、電極反應(yīng)式書寫的步驟和規(guī)律 1.一般電池電極反應(yīng)式書寫的“三步驟” 2.燃料電池電極反應(yīng)式的書寫 寫出電池總反應(yīng)式。 燃
38、料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致,若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加和后的反應(yīng)。 例如:甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為NaOH溶液)的反應(yīng)式為 CH4+2O2===CO2+2H2O?、? CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O?、? ①式+②式得燃料電池總反應(yīng)式為 CH4+2O2+2NaOH===Na2CO3+3H2O。 寫出電池的正極反應(yīng)式。 根據(jù)燃料電池的特點(diǎn),一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是O2,電解質(zhì)溶液不同,其電極反應(yīng)有所不同,其實(shí),我們只要熟記以下四種情況: (1)酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式: O2+4H++4e-===2H2O。 (2)堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境
39、下電極反應(yīng)式: O2+2H2O+4e-===4OH-。 (3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2-)環(huán)境下電極反應(yīng)式: O2+4e-===2O2-。 (4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下電極反應(yīng)式: O2+2CO2+4e-===2CO。 根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式寫出電池的負(fù)極反應(yīng)式。 電池的總反應(yīng)式-電池正極反應(yīng)式=電池負(fù)極反應(yīng)式,注意在將兩個(gè)反應(yīng)式相減時(shí),要約去正極的反應(yīng)物O2。 1.分別寫出甲烷燃料電池在下列環(huán)境下的電極反應(yīng)式。 (1)在酸性條件下 ①燃料電池總反應(yīng)式:CH4+2O2===CO2+2H2O; ②燃料電池正極反應(yīng)式:O2+4H++4e-==
40、=2H2O; 則燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。 (2)在堿性條件下 ①燃料電池總反應(yīng)式:CH4+2O2+2OH-===CO+3H2O; ②燃料電池正極反應(yīng)式:O2+2H2O+4e-===4OH-; 則燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。 (3)在固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2-)環(huán)境下 ①燃料電池總反應(yīng)式:CH4+2
41、O2===CO2+2H2O; ②燃料電池正極反應(yīng)式:O2+4e-===2O2-; 則燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。 (4)在熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下 ①燃料電池總反應(yīng)式:CH4+2O2===CO2+2H2O; ②燃料電池正極反應(yīng)式:O2+2CO2+4e-===2CO; 則燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為________________________________________________________________________
42、。 答案:(1)CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+ (2)CH4+10OH--8e-===CO+7H2O (3)CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O (4)CH4+4CO-8e-===5CO2+2H2O 2.熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結(jié)構(gòu)如圖所示,其中作為電解質(zhì)的無水LiCl-KCl混合物受熱熔融后,電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應(yīng)為PbSO4+2LiCl+Ca===CaCl2+Li2SO4+Pb。下列有關(guān)說法正確的是( ) A.正極反應(yīng)式:Ca+2Cl-+2e-===CaCl2 B.放電過程中,Li+向負(fù)極移動(dòng) C.
43、每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子,理論上生成20.7 g Pb D.常溫時(shí),在正負(fù)極間接上電流表或檢流計(jì),指針不偏轉(zhuǎn) 解析:選D。仔細(xì)分析題給信息,結(jié)合原電池工作原理進(jìn)行分析判斷。A.分析電池總反應(yīng),Ca在反應(yīng)中失電子,所以Ca應(yīng)作負(fù)極;PbSO4中的Pb2+得電子生成單質(zhì)鉛,所以正極反應(yīng)物應(yīng)是PbSO4,所以A項(xiàng)錯(cuò)誤。B.放電過程中,負(fù)極失電子,電子通過導(dǎo)線流向正極,所以正極表面聚集大量電子,能夠吸引電解質(zhì)中的陽離子向正極移動(dòng),所以B項(xiàng)錯(cuò)誤。C.根據(jù)方程式知,每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子,生成0.05 mol鉛,其質(zhì)量為10.35 g,所以C項(xiàng)錯(cuò)誤。D.根據(jù)題給信息,該電池為熱激活電池,常溫下,無水
44、LiCl-KCl為固態(tài),沒有自由移動(dòng)的離子,該裝置不能形成閉合回路,處于非工作狀態(tài),所以沒有電流產(chǎn)生,即電流表或檢流計(jì)的指針不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 名師點(diǎn)撥 書寫電極反應(yīng)式時(shí)的三個(gè)原則 (1)共存原則:因?yàn)槲镔|(zhì)得失電子后在不同介質(zhì)中的存在形式不同,所以電極反應(yīng)式的書寫必須考慮介質(zhì)環(huán)境。堿性溶液中CO2不可能存在,也不可能有H+參加反應(yīng);當(dāng)電解質(zhì)溶液呈酸性時(shí),不可能有OH-參加反應(yīng)。 (2)得氧失氧原則:得氧時(shí),在反應(yīng)物中加H2O(電解質(zhì)為酸性時(shí))或OH-(電解質(zhì)為堿性或中性時(shí));失氧時(shí),在反應(yīng)物中加H2O(電解質(zhì)為堿性或中性時(shí))或H+(電解質(zhì)為酸性時(shí))。 (3)中性吸氧反應(yīng)成堿原則
45、:在中性電解質(zhì)溶液中,通過金屬吸氧所建立起來的原電池反應(yīng),其反應(yīng)的最后產(chǎn)物是堿。 (xx·高考江蘇卷)一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意圖如下。下列有關(guān)該電池的說法正確的是( ) A.反應(yīng)CH4+H2O3H2+CO,每消耗1 mol CH4轉(zhuǎn)移12 mol電子 B.電極A上H2參與的電極反應(yīng)為H2+2OH--2e-===2H2O C.電池工作時(shí),CO向電極B移動(dòng) D.電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+2CO2+4e-===2CO [解析] A選項(xiàng),甲烷中的C為-4價(jià),一氧化碳中的C為+2價(jià),每個(gè)碳原子失去6個(gè)電子,因此每消耗1 mol甲烷失去6 mol電子,所以錯(cuò)誤;B選項(xiàng),熔
46、融鹽中沒有氫氧根離子,因此氫氧根離子不能參與電極反應(yīng),電極反應(yīng)式應(yīng)為H2+CO+2CO-4e-===3CO2+H2O,所以錯(cuò)誤;C選項(xiàng),碳酸根離子應(yīng)向負(fù)極移動(dòng),即向電極A移動(dòng),所以錯(cuò)誤;D選項(xiàng),電極B上氧氣和二氧化碳得電子生成碳酸根離子,所以正確。 [答案] D 上題中若將CH4直接通入到電極A上進(jìn)行反應(yīng),寫出A極的電極反應(yīng)式。 答案:CH4-8e-+4CO===5CO2+2H2O 書寫電極反應(yīng)式的模板 (1)先寫出電極反應(yīng)式的構(gòu)架 負(fù)極:還原劑-ne-+________→氧化產(chǎn)物+________; 正極:氧化劑+ne-+________→還原產(chǎn)物+________。
47、 [注意] 首先,得失電子的數(shù)目是由反應(yīng)物中變價(jià)元素前后的價(jià)差乘以其化學(xué)式中變價(jià)原子個(gè)數(shù)計(jì)算得到的,如1 mol CH3CH2OH生成2 mol CO2,失去電子為6×2 mol=12 mol。 其次,電極反應(yīng)式本質(zhì)上是離子方程式的一部分,遵循離子方程式的書寫規(guī)則,強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及可溶性鹽應(yīng)拆分為離子形式,難溶物、微溶物及難電離物質(zhì)寫其化學(xué)式。 此外,CO2作為生成物,在堿溶液中應(yīng)寫成CO的形式,在其他電解液環(huán)境中直接寫CO2。 (2)在上述構(gòu)架上填充其他離子:酸性電解液主要安排氫離子的位置:負(fù)極反應(yīng)式中把H+放在等號(hào)的右邊作為生成物;正極反應(yīng)式中把H+放在等號(hào)的左邊作為反應(yīng)物。 非
48、酸性電解液(包括堿溶液、熔融碳酸鹽及熔融氧化物)主要安排陰離子的位置:負(fù)極反應(yīng)式中把陰離子放在等號(hào)的左邊作為反應(yīng)物;正極反應(yīng)式中把陰離子放在等號(hào)的右邊作為生成物。 (3)配平電極反應(yīng)式:先依據(jù)電荷守恒配平離子,再依據(jù)元素守恒配平整個(gè)電極反應(yīng)式。 題組一 化學(xué)電源中電極反應(yīng)式的書寫 1.(1)[xx·高考全國(guó)卷Ⅱ,26-(1)]酸性鋅錳干電池是一種一次性電池,外殼為金屬鋅,中間是碳棒,其周圍是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過程產(chǎn)生MnOOH?;厥仗幚碓搹U電池可得到多種化工原料。該電池的正極反應(yīng)式為_________________________
49、_______________________________________________, 電池反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________。 (2)(xx·高考海南卷)鋰錳電池的體積小,性能優(yōu)良,是常用的一次電池。該電池反應(yīng)原理如圖所示,其中電解質(zhì)LiClO4 溶于混合有機(jī)溶劑中,Li+通過電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。 回答下列問題: ①外電路的電流方向是由________極流向________極。(填字母) ②電池正極反應(yīng)式為_____
50、___________________________________________________________________。 解析:(1)酸性鋅錳干電池中正極上發(fā)生還原反應(yīng),該電池放電過程中產(chǎn)生MnOOH,則正極反應(yīng)式為MnO2+H++e-===MnOOH。金屬鋅作負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng)生成Zn2+,則負(fù)極反應(yīng)式為Zn-2e-===Zn2+,結(jié)合得失電子守恒可得電池反應(yīng)式為2MnO2+2H++Zn===2MnOOH+Zn2+。 (2)①可由題意敘述中Li+的遷移方向判斷電流方向,在電池內(nèi)部,陽離子移向正極,可知MnO2晶格為正極,故外電路電流方向由b極流向a極。②題中敘述Li+遷移
51、入MnO2晶格中,生成LiMnO2,可知Mn元素化合價(jià)降低1,得電子數(shù)為1,LiMnO2不能拆成離子形式,故正極反應(yīng)式為MnO2+e-+Li+===LiMnO2。 答案:(1)MnO2+H++e-===MnOOH 2MnO2+Zn+2H+===2MnOOH+Zn2+[注:式中Zn2+可寫為Zn(NH3)、Zn(NH3)2Cl2等,H+可寫為NH] (2)①b a?、贛nO2+e-+Li+===LiMnO2 2.高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種強(qiáng)氧化劑,可作為水處理劑和高容量電池材料。 (1)FeCl3與KClO在強(qiáng)堿性條件下反應(yīng)可制取K2FeO4,其反應(yīng)的離子方程式為__________
52、______________________________________________________________。 (2)與MnO2-Zn電池類似,K2FeO4-Zn也可以組成堿性電池,K2FeO4在電池中作為正極材料,其電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________,該電池總反應(yīng)的離子 方程式為______________
53、__________________________________________________________。 解析:(1)K2FeO4中Fe元素化合價(jià)為+6價(jià),F(xiàn)eCl3中Fe為+3價(jià),故需要氧化劑,而ClO-具有強(qiáng)氧化性可作氧化劑,反應(yīng)為2Fe3++3ClO-+10OH-===2FeO+3Cl-+5H2O。 (2)K2FeO4作正極,發(fā)生還原反應(yīng),+6價(jià)鐵被還原為+3價(jià)鐵,F(xiàn)e3+與OH-反應(yīng)生成Fe(OH)3。Zn作負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng):Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2。 所以電極反應(yīng)式分別為 正極:2FeO+6e-+8H2O===2Fe(OH)3+10OH-,
54、 負(fù)極:3Zn-6e-+6OH-===3Zn(OH)2, 總反應(yīng):2FeO+8H2O+3Zn===2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-。 答案:(1)2Fe3++3ClO-+10OH-===2FeO+5H2O+3Cl- (2)FeO+3e-+4H2O===Fe(OH)3+5OH- 2FeO+8H2O+3Zn===2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH- 題組二 燃料電池電極反應(yīng)式的書寫 3.(xx·寧波高三十校聯(lián)考)肼(N2H4)-空氣燃料電池是一種堿性燃料電池,電解質(zhì)溶液是20%~30%的KOH溶液。下列說法中,不正確的是( ) A.該電池放電時(shí),通入肼的一極
55、為負(fù)極 B.電池每釋放1 mol N2轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為4NA C.通入空氣的一極的電極反應(yīng)式是O2+2H2O+4e-===4OH- D.電池工作一段時(shí)間后,電解質(zhì)溶液的pH將不變 解析:選D。該堿性燃料電池的總反應(yīng)方程式為N2H4+O2===N2+2H2O,N2H4中N化合價(jià)升高發(fā)生氧化反應(yīng),通入N2H4的一極為負(fù)極,A項(xiàng)正確;每生成1 mol N2轉(zhuǎn)移電子4 mol,B項(xiàng)正確;堿性條件下O2放電結(jié)合水電離產(chǎn)生的H+生成OH-,電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-===4OH-,C項(xiàng)正確;從總反應(yīng)可知放電過程生成H2O,KOH溶液濃度降低,pH減小,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 熟記“離子趨向”,抓住“
56、電荷守恒”, 熟練書寫燃料電池電極反應(yīng)式 (1)陽離子趨向正極,在正極上參與反應(yīng),在負(fù)極上生成(如H+);陰離子趨向負(fù)極,在負(fù)極上參與反應(yīng),在正極上生成(如OH-、O2-、CO)。 (2)“-ne-”是正電荷,“+ne-”是負(fù)電荷,依據(jù)電荷守恒配平其他物質(zhì)的系數(shù)。 (3)電池總反應(yīng)式=正極反應(yīng)式+負(fù)極反應(yīng)式。 一、選擇題 1.下列過程屬于化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是( ) A.行人踩踏發(fā)電瓷磚(原理是利用行人踩踏地板產(chǎn)生的振動(dòng)來發(fā)電) B.iPhone 6s手機(jī)電池放電 C.汽車發(fā)電機(jī)中汽油燃燒 D.氫氧化鈉與鹽酸反應(yīng) 解析:選B。A選項(xiàng),動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能,錯(cuò)誤;B選項(xiàng)
57、,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,正確;C選項(xiàng),化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,錯(cuò)誤;D選項(xiàng),化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能,錯(cuò)誤。 2.下列有關(guān)電化學(xué)知識(shí)的描述正確的是( ) A.任何氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計(jì)成原電池 B.某原電池反應(yīng)為Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2Ag,裝置中的鹽橋可以裝有含瓊膠的KCl飽和溶液 C.因?yàn)殍F的活潑性強(qiáng)于銅,所以將鐵、銅用導(dǎo)線連接后放入濃硝酸中,若能組成原電池,必是鐵作負(fù)極、銅作正極 D.理論上,任何能自發(fā)進(jìn)行的且能放出能量的氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計(jì)成原電池 解析:選D。理論上,任何能自發(fā)進(jìn)行且放出能量的氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計(jì)成原電池,故A錯(cuò)、D正確;B項(xiàng)中會(huì)發(fā)生反應(yīng):KCl+AgN
58、O3===AgCl↓+KNO3,生成的AgCl會(huì)使鹽橋中溶液的導(dǎo)電性減弱,所以不能使用KCl飽和溶液,可換成KNO3飽和溶液,B錯(cuò);鐵遇到冷的濃硝酸會(huì)發(fā)生鈍化,構(gòu)成原電池時(shí)鐵作正極、銅作負(fù)極,C錯(cuò)。 3.(xx·高考北京卷)下列電池工作時(shí),O2在正極放電的是( ) A.鋅錳電池 B.氫燃料電池 C.鉛蓄電池 D.鎳鎘電池 解析:選B。鋅錳電池,正極反應(yīng):2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-,MnO2在正極放電,A錯(cuò)誤。氫燃料電池,正極反應(yīng)(酸性條件下):O2+4H++4e-===2H2O,O2在正極放電,B正確。鉛蓄電池,正極反應(yīng):PbO2+4
59、H++SO+2e-===PbSO4+2H2O,PbO2在正極放電,C錯(cuò)誤。鎳鎘電池,正極反應(yīng):NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-,NiOOH在正極放電,D錯(cuò)誤。 4.下面是幾種常見的化學(xué)電源示意圖,有關(guān)說法不正確的是( ) A.上述電池分別屬于一次電池、二次電池和燃料電池 B.干電池在長(zhǎng)時(shí)間使用后,鋅筒被破壞 C.鉛蓄電池工作過程中,每通過2 mol電子,負(fù)極質(zhì)量減輕207 g D.氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源 解析:選C。在干電池中,Zn作負(fù)極,被氧化,B正確。氫氧燃料電池不需要將還原劑和氧化劑全部?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi),且工作的最終產(chǎn)物是水,故氫氧燃料
60、電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源,D正確。C項(xiàng)忽略了硫酸鉛在該極上析出,該極質(zhì)量應(yīng)該增加而非減小,C不正確。 5.一種新型環(huán)保電池是采用低毒的鋁合金(丟棄的易拉罐)、家庭常用的漂白水、食鹽、氫氧化鈉(化學(xué)藥品店常見試劑)等原料制作的。電池的總反應(yīng)方程式為2Al+3ClO-+2OH-===3Cl-+2AlO+H2O。下列說法不正確的是( ) A.該電池的優(yōu)點(diǎn)是電極材料和電解質(zhì)用完后方便更換 B.該電池發(fā)生氧化反應(yīng)的是金屬鋁 C.電極的正極反應(yīng)式為3ClO-+3H2O+6e-===3Cl-+6OH- D.當(dāng)有0.1 mol Al完全溶解時(shí),流經(jīng)電解質(zhì)溶液的電子個(gè)數(shù)為1.806×1023
61、 解析:選D。該電池所用材料都是生活中常見的,電極材料和電解質(zhì)用完后方便更換,A正確;金屬鋁是原電池的負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),B正確;在正極上發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)為3ClO-+3H2O+6e-===3Cl-+6OH-,C正確;電子只能流經(jīng)導(dǎo)線,不能流經(jīng)電解質(zhì)溶液,D不正確。 6.利用生活中常見的材料可以進(jìn)行很多科學(xué)實(shí)驗(yàn),甚至制作出一些有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的裝置來,下圖就是一個(gè)用廢舊材料制作的可用于驅(qū)動(dòng)玩具的電池的示意圖。該電池工作時(shí),有關(guān)說法正確的是( ) A.鋁罐將逐漸被腐蝕 B.炭粒和炭棒上發(fā)生的反應(yīng)為O2+4e-===2O2- C.炭棒應(yīng)與玩具電機(jī)的負(fù)極相連 D.該電池工作一段
62、時(shí)間后炭棒和炭粒的質(zhì)量都會(huì)減輕 解析:選A。炭棒、鋁罐、鹽水構(gòu)成了原電池,較活潑的Al作電源負(fù)極,與玩具的負(fù)極相連,逐漸被腐蝕,A對(duì),C錯(cuò);B選項(xiàng)中正確的反應(yīng)為O2+2H2O+4e-===4OH-,則炭棒和炭粒的質(zhì)量不會(huì)改變,D錯(cuò)。 7.一種光化學(xué)電池的結(jié)構(gòu)如圖所示,當(dāng)光照在表面涂有氯化銀的銀片上時(shí),發(fā)生反應(yīng):AgCl(s)Ag(s)+Cl(AgCl)[Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化銀表面],Cl(AgCl)+e-―→Cl-(aq)。下列說法正確的是( ) A.光照時(shí),外電路電流由Y流向X B.光照時(shí),Pt電極上發(fā)生的反應(yīng)為2Cl--2e-===Cl2↑ C.光照時(shí)
63、,Cl-向Ag電極移動(dòng) D.光照時(shí),電池總反應(yīng)為AgCl(s)+Cu+(aq)Ag(s)+Cu2+(aq)+Cl-(aq) 解析:選D。該裝置是原電池,光照時(shí),涂在銀片上的氯化銀先見光分解生成Ag和Cl(AgCl),然后Cl(AgCl)在銀電極上得電子發(fā)生還原反應(yīng),所以涂有AgCl的銀片作正極,Cu+在鉑電極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng),鉑作負(fù)極。光照時(shí),Cu+在鉑電極上失去電子,電子經(jīng)導(dǎo)線流向X,電流方向與電子的流向相反,所以外電路電流從X流向Y,A項(xiàng)說法錯(cuò)誤;光照時(shí),鉑電極上發(fā)生的反應(yīng)為Cu+-e-===Cu2+,B項(xiàng)說法錯(cuò)誤;原電池中陰離子移向負(fù)極,該電池中鉑作負(fù)極,所以氯離子向鉑電極移動(dòng),
64、C項(xiàng)說法錯(cuò)誤;光照時(shí),正極上AgCl分解產(chǎn)生的氯原子得電子發(fā)生還原反應(yīng),負(fù)極上Cu+失電子發(fā)生氧化反應(yīng),所以電池總反應(yīng)為AgCl(s)+Cu+(aq)Ag(s)+Cu2+(aq)+Cl-(aq),D項(xiàng)說法正確。 8.(xx·石家莊高三模擬)結(jié)合如圖所示裝置,下列說法正確的是( ) A.裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中負(fù)極反應(yīng)均是Fe-2e-===Fe2+ B.裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中正極反應(yīng)均是O2+2H2O+4e-===4OH- C.裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中鹽橋中的陽離子均向右側(cè)燒杯移動(dòng) D.放電過程中,裝置Ⅰ左側(cè)燒杯和裝置Ⅱ右側(cè)燒杯中溶液的pH均增大 解析:選D。裝置Ⅰ中,由于Zn比Fe活潑,所以Zn
65、作原電池的負(fù)極,電極反應(yīng)式為Zn-2e-===Zn2+;Fe作正極,電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-===4OH-。由于正極有OH-生成,因此溶液的pH增大。裝置Ⅱ中,F(xiàn)e作負(fù)極,電極反應(yīng)式為Fe-2e-===Fe2+;Cu作正極,電極反應(yīng)式為2H++2e-===H2↑。正極由于不斷消耗H+,所以溶液的pH逐漸增大。據(jù)此可知A、B錯(cuò),D正確。在原電池的電解質(zhì)溶液中,陽離子移向正極,所以C錯(cuò)誤。 9.如圖是將SO2轉(zhuǎn)化為重要的化工原料H2SO4的原理示意圖,下列說法不正確的是( ) A.該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 B.催化劑b表面O2發(fā)生還原反應(yīng),其附近的溶液酸性增強(qiáng) C.催化劑a
66、表面的反應(yīng)是SO2+2H2O-2e-===SO+4H+ D.若得到的硫酸濃度仍為49%,則理論上參加反應(yīng)的SO2與加入的H2O的質(zhì)量比為8∶15 解析:選B。A項(xiàng),該裝置沒有外加電源,是一個(gè)原電池,能把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,正確;B項(xiàng),催化劑b表面O2發(fā)生還原反應(yīng)生成H2O,消耗H+,其附近溶液酸性減弱,錯(cuò)誤;C項(xiàng),催化劑a表面SO2失去電子生成硫酸,電極反應(yīng)式為SO2+2H2O-2e-===SO+4H+,正確;D項(xiàng),催化劑a處的反應(yīng)為SO2+2H2O-2e-===SO+4H+,催化劑b處的反應(yīng)為O2+2H++2e-===H2O,則總反應(yīng)式為SO2+H2O+O2===H2SO4。設(shè)加入的SO2為x g,H2O為y g。則生成硫酸的質(zhì)量為 g,水的質(zhì)量變化為 g,因得到硫酸的濃度為49%,故有=,可得x∶y=8∶15,正確。 二、非選擇題 10.由A、B、C、D四種金屬按下表中裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 裝置 現(xiàn)象 二價(jià)金屬A 不斷溶解 C的質(zhì)量增加 A上有氣 體產(chǎn)生 根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回答下列問題: (1)裝置甲中負(fù)極的電極反應(yīng)式是___________________
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