（人教通用版）2015屆高考化學(xué)一輪總復(fù)習(xí)講義 第二節(jié) 原電池化學(xué)電源

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1、 第二節(jié)原電池__化學(xué)電源 明考綱要求 理主干脈絡(luò) 1.了解原電池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。 2.了解常見的化學(xué)電源的種類及其工作原理。 一、原電池 1．概念 把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 2．構(gòu)成條件 (1)有兩上活動(dòng)性不同的電極(常見為金屬或石墨)。 (2)具有電解質(zhì)溶液。 (3)兩電極間形成閉合回路。 3．工作原理 如圖是兩種CuZn原電池示意圖，請(qǐng)?zhí)羁眨? (1)電極：負(fù)極為Zn，正極為Cu。 (2)電極反應(yīng)；負(fù)極：Zn－2e－===Zn2＋，正極：Cu2＋＋2e－===Cu。 (3)電子移動(dòng)方向和電流方

2、向：電子從負(fù)極流出經(jīng)外電路流入正極；電流從正極流出經(jīng)外電路流入負(fù)極。 (4)離子的遷移方向：電解質(zhì)溶液中，陰離子向負(fù)極遷移，陽(yáng)離子向正極遷移。 (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陰陽(yáng)離子定向移動(dòng)的通路，導(dǎo)電。 1 / 20 二、化學(xué)電源 1．一次電池——堿性鋅錳干電池 負(fù)極材料：Zn 電極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正極材料：碳棒 電極反應(yīng)：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOO

3、H＋Zn(OH)2 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：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s) ②正極：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l) 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) ②陽(yáng)極：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)。 ③總反應(yīng)：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===

4、Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。 3．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 , 1.如何判斷一個(gè)裝置是原電池？ 提示：(1)先分析有無(wú)外接電源，有外接電源的為電解池，無(wú)外接電源的可能為原電池；然后依據(jù)原電池的形成條件分析判斷。主要是“四看”：看電極——兩極為導(dǎo)體且存在活潑性差異(燃料電池的電

5、極一般為惰性電極)；看溶液——是否是電解質(zhì)溶液；看回路——兩極插入溶液中，形成閉合回路或兩極直接接觸；看本質(zhì)——有無(wú)氧化還原反應(yīng)發(fā)生，原電池反應(yīng)是總反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。 (2)多池相連，但無(wú)外接電源時(shí)，兩極活潑性差異最大的一池為原電池，其他各池可看做電解池。 2．實(shí)驗(yàn)室常用鋅和稀H2SO4反應(yīng)制備H2，試討論純鋅和粗鋅哪個(gè)反應(yīng)快，為什么？ 提示：粗鋅快，因?yàn)榇咒\中含有雜質(zhì)金屬，可以和鋅形成原電池，反應(yīng)速率較快。 3．依據(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。 請(qǐng)回答下列問題： (1)電極X的材料是

6、__________；電解質(zhì)溶液Y是________； (2)銀電極為電池的______極，發(fā)生的電極反應(yīng)為______________________________； X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為_________________________________________________； (3)外電路中的電子是從______電極流向________電極。 答案：(1)Cu　AgNO3 (2)正　Ag＋＋e－===Ag Cu－2e－===Cu2＋ (3)Cu　Ag 4．鐵及鐵的化合物應(yīng)用廣泛，如FeCl3可用作催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血?jiǎng)┑取? (1)寫出FeC

7、l3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式_____________________________ ________________________________________________________________________。 (2)若將(1)中的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，請(qǐng)畫出原電池的裝置圖，標(biāo)出正、負(fù)極，并寫出電極反應(yīng)式。 正極反應(yīng)：_______________________________________________________________； 負(fù)極反應(yīng)：__________________________________________________

8、_____________。 解析：(1)Fe3＋具有強(qiáng)氧化性，可以把一些金屬單質(zhì)如鐵、銅等氧化成相應(yīng)的離子，離子方程式是： 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。 (2)由反應(yīng)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋可以判斷出銅發(fā)生氧化反應(yīng)，銅作負(fù)極，F(xiàn)e3＋發(fā)生還原反應(yīng)，正極可以選用石墨棒，電解質(zhì)溶液可以選用氯化鐵溶液，仿照教材上的銅鋅原電池裝置，可以畫出此原電池的裝置圖。 答案：(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ (2) 正極反應(yīng)：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ 負(fù)極反應(yīng)：Cu－2e－===Cu2＋ 原電池正負(fù)極的判斷

9、和電極反應(yīng)式的書寫 1．(2013課標(biāo)全國(guó)卷Ⅰ)銀質(zhì)器皿日久表面會(huì)逐漸變黑，這是生成了Ag2S的緣故。根據(jù)電化學(xué)原理可進(jìn)行如下處理：在鋁質(zhì)容器中加入食鹽溶液，再將變黑的銀器浸入該溶液中，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)黑色會(huì)褪去。下列說法正確的是(　　) A．處理過程中銀器一直保持恒重 B．銀器為正極，Ag2S被還原生成單質(zhì)銀 C．該過程中總反應(yīng)為2Al＋3Ag2S===6Ag＋Al2S3 D．黑色褪去的原因是黑色Ag2S轉(zhuǎn)化為白色AgCl 解析：選B　根據(jù)信息可知在銀器處理過程中運(yùn)用了原電池原理，鋁質(zhì)容器作負(fù)極，電極反應(yīng)為2Al－6e－===2Al3＋；銀器作正極，電極反應(yīng)為3Ag2S＋6

10、e－===6Ag＋3S2－；繼而Al3＋和S2－發(fā)生互相促進(jìn)的水解反應(yīng)：2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑，故原電池的總反應(yīng)為：3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3＋3H2S↑，故C錯(cuò)誤。黑色褪去的原因是Ag2S被還原為Ag，此過程中銀器質(zhì)量逐漸減小，故A、D錯(cuò)誤，B正確。 2．(2013江蘇高考)Mg－H2O2電池可用于驅(qū)動(dòng)無(wú)人駕駛的潛航器。該電池以海水為電解質(zhì)溶液，示意圖如下。該電池工作時(shí)，下列說法正確的是(　　) A．Mg電極是該電池的正極 B．H2O2在石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng) C．石墨電極附近溶液的pH增大 D

11、．溶液中Cl－向正極移動(dòng) 解析：選C　根據(jù)題意可知電池的總反應(yīng)為：Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O。Mg電極是該電池的負(fù)極，A錯(cuò)誤。H2O2在正極發(fā)生還原反應(yīng)，B錯(cuò)誤。石墨電極的電極反應(yīng)式為：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，由于水電離出的H＋不斷被消耗，所以該電極附近溶液的pH增大，C正確。在原電池中，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，D錯(cuò)誤。 3．高考組合題 書寫以下電極反應(yīng)式或電池反應(yīng)方程式。 (1)(2013新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅰ節(jié)選)二甲醚(CH3OCH3)直接燃料電池具有啟動(dòng)快、效率高的特點(diǎn)，若電解質(zhì)為酸性，其負(fù)極反應(yīng)式為____________________________

12、_________________。 (2)(2012新課標(biāo)全國(guó)高考節(jié)選)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。FeCl3和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________________________________；與MnO2Zn電池類似，K2FeO4Zn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____________________________________________________________

13、________________________________________________________________________。 (3)(2013新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅱ節(jié)選)普通鋅錳電池放電時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)為： Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnOOH 該電池中，負(fù)極材料主要是______________，電解質(zhì)的主要成分是________，正極發(fā)生的主要反應(yīng)是__________________________________________________________________。 (4)(2011四川高考節(jié)選)用吸收H2后的稀土儲(chǔ)

14、氫合金作為電池負(fù)極材料(用MH表示)，NiO(OH)作為電池正極材料，KOH溶液作為電解質(zhì)溶液，可制得高容量、長(zhǎng)壽命的鎳氫電池。電池充放電時(shí)的總反應(yīng)為： NiO(OH)＋MHNi(OH)2＋M 電池放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為____________________________________________。 解析：(1)首先判斷酸性條件下的反應(yīng)產(chǎn)物。電池正極O2為反應(yīng)物，正極反應(yīng)為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，則負(fù)極二甲醚被氧化為CO2。負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，由反應(yīng)物、生成物，結(jié)合得失電子守恒、原子守恒及溶液呈酸性，可寫出負(fù)極反應(yīng)式為CH3OCH3＋3H2O－12e－==

15、=2CO2↑＋12H＋。 (2)FeCl3和KClO在強(qiáng)堿性條件下反應(yīng)，實(shí)質(zhì)是KClO氧化Fe(OH)3，ClO－的還原產(chǎn)物應(yīng)該是Cl－；K2FeO4Zn組成堿性電池，K2FeO4在電池中作為正極材料，F(xiàn)eO中＋6價(jià)鐵元素被還原為Fe(OH)3中＋3價(jià)鐵元素，其電極反應(yīng)式為FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－；書寫總反應(yīng)的離子方程式時(shí)，關(guān)鍵是抓住Fe和Zn的存在形式分別是Fe(OH)3和Zn(OH)2。 (3)由普通鋅錳電池放電時(shí)的總反應(yīng)可知，Zn作負(fù)極，NH4Cl為電解質(zhì)，正極上發(fā)生還原反應(yīng)：MnO2＋NH＋e－===MnOOH＋NH3。 (4)負(fù)極實(shí)際上是稀土儲(chǔ)氫合

16、金吸附的H2失去電子生成H＋，H＋再與OH－結(jié)合生成H2O，所以負(fù)極的電極反應(yīng)式為MH－e－＋OH－===M＋H2O 答案：(1)CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋ (2)2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2FeO＋5H2O＋3Cl－ FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－ 2FeO＋8H2O＋3Zn===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－ (3)Zn　NH4Cl　MnO2＋NH＋e－===MnOOH＋NH3 (4)MH－e－＋OH－===M＋H2O 1．原電池正、負(fù)極判斷的七種方法 (1)由組成原電池的兩極材料判

17、斷。 一般相對(duì)較活潑的金屬為負(fù)極，相對(duì)不活潑的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。 (2)根據(jù)電流方向或電子流動(dòng)方向判斷。 在外電路，電流由正極流向負(fù)極；電子由負(fù)極流向正極。 (3)根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液中離子的定向移動(dòng)方向判斷。 在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極。 (4)根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來(lái)判斷。 原電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。 (5)X極增重或減輕。 工作后，X極質(zhì)量增加，說明X極有物質(zhì)析出，X極為正極；反之，X極質(zhì)量減少，說明X極金屬溶解，X極為負(fù)極。 (6)X極有氣體產(chǎn)生。 工作后，X極上有氣體產(chǎn)生，一般是發(fā)生了析出H2的

18、電極反應(yīng)，說明X極為正極。 (7)根據(jù)X極附近pH的變化來(lái)判斷。 析氫或吸氧的電極反應(yīng)發(fā)生后，均能使該電極附近電解質(zhì)溶液的pH增大，因而工作后，X極附近pH增大了，說明X極為正極。 [特別提醒]　在判斷金屬活潑性的規(guī)律中，有一條為“當(dāng)兩種金屬構(gòu)成原電池時(shí)，活潑金屬作負(fù)極，不活潑金屬作正極”，但這條規(guī)律也有例外情況，如Mg和Al為原電池的兩極，KOH溶液為電解質(zhì)溶液時(shí)，雖然Mg比Al活潑，但因Mg不和KOH溶液反應(yīng)，所以Mg作原電池的正極等。 2．電極反應(yīng)式的書寫方法 (1)電極反應(yīng)的書寫步驟： 列物質(zhì) 標(biāo)得失 ↓ 看環(huán)境 配守恒 ↓ 兩

19、式加 驗(yàn)總式 (2)燃料電池電極反應(yīng)式的書寫： 燃料電池的總反應(yīng)相當(dāng)于燃料燃燒的反應(yīng)，然后再看燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液是否發(fā)生反應(yīng)，從而得總反應(yīng)。燃料電池中都是燃料在負(fù)極失電子，O2(或其他氧化劑)在正極得電子。 書寫此類反應(yīng)，應(yīng)先寫正極反應(yīng)式，然后利用總式正極反應(yīng)式＝負(fù)極反應(yīng)式寫出負(fù)極反應(yīng)式。需要注意的是，由于電解質(zhì)的不同，正極反應(yīng)一般分為以下幾類： ①若電解質(zhì)溶液是酸性的，在電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH－。如氫氧燃料電池，當(dāng)電解質(zhì)溶液呈酸性時(shí)，正極反應(yīng)式為O2＋2e－＋2H＋===H2O； ②若電解質(zhì)溶液是堿性的，在電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)H＋。如氫氧燃料電池，當(dāng)電解

20、質(zhì)溶液呈堿性時(shí)，正極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 原電池原理的應(yīng)用 4．有A、B、C、D、E五塊金屬片，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：①A、B用導(dǎo)線相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，A極為負(fù)極；②C、D用導(dǎo)線相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，電流由D→導(dǎo)線→C；③A、C相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，C極產(chǎn)生大量氣泡；④B、D相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，D極發(fā)生氧化反應(yīng)；⑤用惰性電極電解含B離子和E離子的溶液，E先析出。據(jù)此，判斷五種金屬的活動(dòng)性順序是(　　) A．A＞B＞C＞D＞E　　　　 　B．A＞C＞D＞B＞E C．C＞A＞B＞D＞E

21、 D．B＞D＞C＞A＞E 解析：選B?、僬f明A比B活潑，②說明C比D活潑，③說明C極H＋被還原，C極為正極，則A比C活潑；④D為負(fù)極，D比B活潑；⑤說明B比E活潑。綜上所述，五塊金屬活動(dòng)順序?yàn)锳＞C＞D＞B＞E。 5．某原電池總反應(yīng)為：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是(　　) 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 解析：選D　由題意知，Cu為負(fù)極材料，由正極材料的金屬活性必須小于Cu，其中B、D項(xiàng)符合該條件；由F

22、e3＋得電子生成Fe2＋知，電解質(zhì)溶液中必須含有Fe3＋，同時(shí)符合上述兩條件的只有D項(xiàng)。 6．選擇合適的圖像： (1)將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸中，同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系是________。 (2)將過量的兩份鋅粉a、b分別加入定量的稀硫酸，同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系是________。 (3)將(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他條件不變，則圖像是________。 解析：(1)a中加入CuSO4，消耗一部分Zn，Cu、Zn形成

23、原電池，反應(yīng)速率加快，所以a放出H2的量減少，但速率加快。 (2)a中加入CuSO4消耗Zn，但不影響產(chǎn)生H2的量，速率也加快。 (3)CH3COONa與H2SO4反應(yīng)后生成弱酸CH3COOH，從而減慢反應(yīng)速率，但產(chǎn)生H2的量沒發(fā)生變化。 答案：(1)A　(2)B　(3)C 7．(2013長(zhǎng)沙一中模擬)原電池原理廣泛應(yīng)用于科技、生產(chǎn)和生活中，請(qǐng)回答以下問題： (1)肼(N2H4)又稱聯(lián)氨，是一種可燃性的液體，可用作火箭燃料。肼—空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，產(chǎn)物無(wú)污染，電解質(zhì)溶液是20%～30%的KOH溶液。肼—空氣燃料電池放電時(shí)：正極的電極反應(yīng)式是____________

24、______________________________________； 負(fù)極的電極反應(yīng)式是____________________________________________________。 (2)有人設(shè)想尋求合適的催化劑和電極材料，以N2、H2為電極反應(yīng)物，以HCl—NH4Cl為電解質(zhì)溶液制造新型燃料電池。試寫出該電池的正極反應(yīng)式：__________________。 (3)請(qǐng)運(yùn)用原電池原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證I2、Fe3＋氧化性的強(qiáng)弱，請(qǐng)畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖并寫出電極反應(yīng)式。 解析：(1)肼燃燒的化學(xué)方程式為N2H4＋O2===N2＋2H2O，由此可知電極反應(yīng)式分別為： 正極

25、：O2＋4e－＋2H2O===4OH－； 負(fù)極：N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O。 (2)寫此電極反應(yīng)式時(shí)要注意電解質(zhì)溶液顯酸性，與電極產(chǎn)物NH3反應(yīng)，即N2＋8H＋＋6e－===2NH。 (3)驗(yàn)證I2和Fe3＋的氧化性強(qiáng)弱可根據(jù)反應(yīng)2I－＋2Fe3＋===2Fe2＋＋I(xiàn)2來(lái)進(jìn)行判斷，溶液中可加入少量淀粉溶液，若淀粉溶液變藍(lán)證明生成了I2。 答案：(1)O2＋2H2O＋4e－===4OH－ N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O (2)N2＋8H＋＋6e－===2NH (3) 原電池原理的四大應(yīng)用 應(yīng)用一：比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱

26、 原電池中，一般活動(dòng)性強(qiáng)的金屬作負(fù)極，而活動(dòng)性弱的金屬(或非金屬)作正極。 如有兩種金屬A和B，用導(dǎo)線將A和B連接后，插入到稀硫酸中，一段時(shí)間后，若觀察到A溶解，而B上有氣體放出，則說明A作負(fù)極，B作正極，則可以斷定金屬活動(dòng)性A＞B。 應(yīng)用二：加快化學(xué)反應(yīng)速率 由于形成了原電池，導(dǎo)致反應(yīng)速率加快。如Zn與稀硫酸反應(yīng)制氫氣時(shí)，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu－Zn原電池，加快反應(yīng)進(jìn)行。 應(yīng)用三：用于金屬的防護(hù) 使需要保護(hù)的金屬制品作原電池正極而受到保護(hù)。例如要保護(hù)一個(gè)鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負(fù)極。 應(yīng)用四：設(shè)計(jì)原電池 設(shè)計(jì)原電池

27、要緊扣構(gòu)成原電池的三個(gè)條件。 (1)必須是能自發(fā)進(jìn)行且放熱的氧化還原反應(yīng)。 (2)根據(jù)氧化還原關(guān)系找出正負(fù)極材料(負(fù)極就是失電子的物質(zhì)，正極用比負(fù)極活潑性差的金屬即可，也可以用石墨)及電解質(zhì)溶液。 ①電極材料的選擇： 在原電池中，選擇活潑性較強(qiáng)的金屬作為負(fù)極；活潑性較弱的金屬或非金屬作為正極，并且原電池的電極必須導(dǎo)電。一般來(lái)說，負(fù)極應(yīng)該跟電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)。 ②電解質(zhì)溶液的選擇： 電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)(如溶解于溶液中的空氣)。但如果氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋)，則兩個(gè)容器中的電解質(zhì)溶液選擇與電極

28、材料相同的陽(yáng)離子。如在CuZn構(gòu)成的原電池中，負(fù)極Zn浸泡在含有Zn2＋的電解質(zhì)溶液中，而正極Cu浸泡在含有Cu2＋的電解質(zhì)溶液中。 (3)按要求畫出原電池裝置示意圖： 如根據(jù)Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag設(shè)計(jì)電池： 或 [特別提醒]　 (1)能設(shè)計(jì)成原電池的反應(yīng)一定是放熱的氧化還原反應(yīng)，吸熱反應(yīng)不可能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 (2)利用原電池原理可加快制氫氣的速率，但可能影響生成氫氣的量。需注意生成氫氣的總量是取決于金屬的量還是取決于酸的量。 (3)設(shè)計(jì)原電池時(shí)，負(fù)極材料確定之后，正極材料的選擇范圍較廣，只要合理都可以。 新型化學(xué)電源問題 新型化

29、學(xué)電源是高考中每年必考的知識(shí)點(diǎn)，隨著全球能源逐漸枯竭，研發(fā)、推廣新型能源迫在眉睫，因此，化學(xué)中的新型電源，成為科學(xué)家研究的重點(diǎn)方向之一，也成了高考的高頻考點(diǎn)。高考中的新型化學(xué)電源，有“氫鎳電池”、“高鐵電池”、“鋅—錳堿性電池”、“海洋電池”“燃料電池”(如新型細(xì)菌燃料電池、氫氧燃料電池、丁烷燃料電池、甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池、CO燃料電池)“鋰離子電池”“銀鋅電池”、“鈕扣電池”等，一般具有高能環(huán)保、經(jīng)久耐用、電壓穩(wěn)定、比能量(單位質(zhì)量釋放的能量)高等特點(diǎn)。由于該類試題題材廣、信息新、陌生度大，因此許多考生感覺難度大。雖然該類試題貌似新穎、但應(yīng)用的解題原理還是原電池的知識(shí)。試題的考查形式主要有

30、以下幾種角度。 1．新型電池“放電”時(shí)正、負(fù)極的判斷 新型電池 2．新型電池“放電”時(shí)，電極反應(yīng)式的書寫 首先根據(jù)電池反應(yīng)分析物質(zhì)得失電子情況，然后再考慮電極反應(yīng)生成的物質(zhì)是否跟電解質(zhì)溶液中的離子發(fā)生反應(yīng)；對(duì)于較復(fù)雜的電極反應(yīng)，可以利用總反應(yīng)方程式減去較簡(jiǎn)單一極的電極反應(yīng)式，從而得到較復(fù)雜一極的電極反應(yīng)式。 3．新型電池“充電”時(shí)陰、陽(yáng)極的判斷 首先明確原電池放電時(shí)的正、負(fù)極，再根據(jù)充電時(shí)，電源正極接正極、電源負(fù)極接負(fù)極的原理進(jìn)行分析。 4．新型電池充、放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中離子移動(dòng)方向的判斷 首先分清電池是放電還是充電；再判斷正、負(fù)極或陰、陽(yáng)極，進(jìn)而可確定離子的移動(dòng)方向。

31、 1．(2013安徽高考)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(wú)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．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　正極上發(fā)生還原反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；放電過程中Li＋向正極移動(dòng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由電池總

32、反應(yīng)式可知，每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，理論上生成0.05 mol Pb，質(zhì)量為10.35 g，C項(xiàng)錯(cuò)誤；常溫下，電解質(zhì)不是熔融態(tài)，離子不能移動(dòng)，不能產(chǎn)生電流，因此連接電流表或檢流計(jì)，指針不偏轉(zhuǎn)。 2．(2011福建高考)研究人員研制出一種鋰水電池，可作為魚雷和潛艇的儲(chǔ)備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料，以LiOH為電解質(zhì)，使用時(shí)加入水即可放電。關(guān)于該電池的下列說法不正確的是(　　) A．水既是氧化劑又是溶劑 B．放電時(shí)正極上有氫氣生成 C．放電時(shí)OH－向正極移動(dòng) D．總反應(yīng)為：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑ 解析：選C　該電池的負(fù)極是鋰，氧化劑水在正極上得到電子生成氫

33、氣，又電解質(zhì)是LiOH，故A、B、D項(xiàng)正確；原電池中OH－向負(fù)極移動(dòng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤。 3．(2013新課標(biāo)全國(guó)卷)“ZEBRA”蓄電池的結(jié)構(gòu)如圖所示，電極材料多孔Ni/NiCl2和金屬鈉之間由鈉離子導(dǎo)體制作的陶瓷管相隔。下列關(guān)于該電池的敘述錯(cuò)誤的是(　　) A．電池反應(yīng)中有NaCl生成 B．電池的總反應(yīng)是金屬鈉還原三價(jià)鋁離子 C．正極反應(yīng)為：NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－ D．鈉離子通過鈉離子導(dǎo)體在兩電極間移動(dòng) 解析：選B　 該電池總反應(yīng)為：2Na＋NiCl2===2NaCl＋Ni，因此有NaCl生成，A項(xiàng)正確；電池總反應(yīng)為Na還原Ni2＋，B項(xiàng)錯(cuò)誤；正極為NiCl2發(fā)生還

34、原反應(yīng)：NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－，C項(xiàng)正確；鈉離子通過鈉離子導(dǎo)體由負(fù)極移向正極，D項(xiàng)正確。 4．(2010浙江高考)Li－Al/FeS電池是一種正在開發(fā)的車載電池，該電池中正極的電極反應(yīng)式為：2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe，有關(guān)該電池的下列說法中，正確的是(　　) A．Li－Al在電池中作為負(fù)極材料，該材料中Li的化合價(jià)為＋1價(jià) B．該電池的電池反應(yīng)式為：2Li＋FeS===Li2S＋Fe C．負(fù)極的電極反應(yīng)式為Al－3e－===Al3＋ D．充電時(shí)，陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為：Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS 解析：選B　在該電池中Li－Al是

35、負(fù)極材料，該材料中Li的化合價(jià)為0，負(fù)極電極反應(yīng)式為：Li－e －===Li＋，結(jié)合題給的正極的反應(yīng)式可推出總反應(yīng)式為：2Li＋FeS===Li2S＋Fe，故B正確，A、C錯(cuò)誤。D項(xiàng)，充電時(shí)，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 5．(2012四川高考)一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計(jì)的酒精檢測(cè)儀，負(fù)極上的反應(yīng)為：CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．檢測(cè)時(shí)，電解質(zhì)溶液中的H＋向負(fù)極移動(dòng) B．若有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移，則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗4.48 L氧氣 C．電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CH3CH2OH＋O2===CH3CO

36、OH＋H2O D．正極上發(fā)生的反應(yīng)是：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 解析：選C　電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子應(yīng)向正極移動(dòng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；酸性溶液中，正極電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D項(xiàng)錯(cuò)誤；結(jié)合正極反應(yīng)式，轉(zhuǎn)移0.4 mol電子時(shí)，消耗O2 0.1 mol，其在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24 L，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C項(xiàng)符合題目要求，正確。 原電池工作原理的探究 鋅銅原電池裝置 (2012福建高考)將右圖所示實(shí)驗(yàn)裝置的K閉合，下列判斷正確的是(　　) A．Cu電極上發(fā)生還原反應(yīng) B．電子沿Zn→a→b→Cu路徑流動(dòng) C．片刻后甲池中c(SO)增大

37、D．片刻后可觀察到濾紙b點(diǎn)變紅色 答案：A 高考題以裝置考原理，通過變換裝置的結(jié)構(gòu)，重在考查學(xué)生的理解能力和設(shè)計(jì)素質(zhì)。 以裝置為載體，考查原電池的工作原理和反應(yīng)變化，旨在考查分析能力和觀察能力。 (2013廣東高考節(jié)選)設(shè)計(jì)兩種類型的原電池，探究其能量轉(zhuǎn)化率。限選材料：ZnSO4(aq)、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)；銅片、鐵片、鋅片和導(dǎo)線。 ①完成原電池甲的裝置示意圖(見右圖)。并作相應(yīng)標(biāo)注。 要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素。 ②以銅片為電極之一，CuSO4(aq)為電解質(zhì)溶液，只在一個(gè)燒杯中組裝原電池乙，工作一段時(shí)間后

38、，可觀察到負(fù)極________。 ③甲乙兩種原電池中可更有效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是________，其原因是__________________________________________________________________。 答案：① ②電極逐漸變細(xì)?、奂住n和Cu2＋不直接接觸，避免兩種物質(zhì)直接發(fā)生反應(yīng)，從而避免能量損失，提高了電池效率，提供穩(wěn)定電流 1．2013年廣東高考題中甲可以設(shè)計(jì)成幾種原電池？ 提示：由于提供試劑和金屬片有三種，還可以設(shè)計(jì)成Zn/ZnSO4(aq)//Fe/FeSO4(aq)，也可以設(shè)計(jì)成Fe/FeSO4(aq)//Cu/C

39、uSO4(aq)兩種，但考慮到后者中有銅，且Zn比Fe更活潑，實(shí)驗(yàn)效果更明顯，所以一般采用Zn－Cu原電池。 2．2012年福建高考題中原電池甲中的離子是如何移動(dòng)的？ 提示：左池中由于ZnZn2＋，所以溶液中會(huì)有多余正電荷，鹽橋中的Cl－就會(huì)移向左池，同理右池中Cu2＋Cu，鹽橋中的K＋會(huì)移向右池，從而保證電解質(zhì)電荷平衡。 3．鹽橋類原電池設(shè)計(jì)需注意哪些問題？ 提示：(1)兩電極要和電解質(zhì)溶液中的金屬陽(yáng)離子盡可能保持相同，以提高效率；(2)兩電極的金屬活潑性相差盡量大一些，現(xiàn)象明顯，速率較快。 以“兩個(gè)甲烷燃料電池的串聯(lián)”為載體串聯(lián)原電池的相關(guān)知識(shí) 高考載體

40、(2012海南高考T16改編) 　　新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料，兩電極上分別通入CH4和O2，電解質(zhì)為KOH溶液。某研究小組將兩個(gè)甲烷燃料電池串聯(lián)后作為電源，進(jìn)行飽和氯化鈉溶液電解實(shí)驗(yàn)，如圖所示。 [知識(shí)串聯(lián)設(shè)計(jì)] (1)通入甲烷的—極作原電池的________極(填“正”或“負(fù)”下同)通入O2的—極作原電池的________極。 (2)該甲烷燃料電池中，負(fù)極的反應(yīng)為________________________________，正極反應(yīng)式為____________________________

41、____。 (3)電池工作時(shí)，該燃料電池中OH－向哪一極移動(dòng)？K＋向哪一極移動(dòng)？ (4)甲烷燃料電池工作時(shí)，若某一電極上消耗11.2 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)的CH4氣體，線路中轉(zhuǎn)移電子的個(gè)數(shù)是多少？ (5)若將甲烷燃料電池的電解質(zhì)溶液由KOH溶液改為稀硫酸，試分別寫出其正、負(fù)極的電極反應(yīng)式。 (6)閉合K開關(guān)后，a、b電極上均有氣體產(chǎn)生，其中b極得到的氣體是什么？ 答案：(1)負(fù)　正 (2)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O 2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ (3)OH－向負(fù)極移動(dòng)　K－向正極移動(dòng) (4)4NA (5)負(fù)極：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋ 正極：2O2＋8H＋＋8e－===4H2O (6)H2 希望對(duì)大家有所幫助，多謝您的瀏覽！