2018-2019學年高中化學 第04章 電化學基礎 專題4.1 原電池試題 新人教版選修4.doc

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專題4.1 原電池 一、電化學及其分類 1．電化學的概念：研究________________________相互轉換的裝置、過程和效率的科學。 2．電化學的分類 二、原電池及其工作原理 1．原電池 （1）概念：將________轉化為________的裝置。 （2）實質：利用能自發(fā)進行的________反應將化學能轉化為電能。 （3）構成條件。 ①兩個________________的電極； ②________________溶液； ③形成________________回路； ④自發(fā)進行的________________反應。 2．原電池的工作原理（以鋅銅原電池為例）。 工作原理：利用______________反應在不同區(qū)域內進行，以適當方式連接起來，獲得電流。 以銅鋅原電池為例： （1）在ZnSO4溶液中，鋅片逐漸溶解，即Zn被_________，鋅原子失電子，形成_____進入溶液，從鋅片上釋放的電子，經過導線流向__________； CuSO4溶液中，________從銅片上得電子，還原成為________并沉積在銅片上。 鋅為________，發(fā)生_____反應，電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋； 銅為________，發(fā)生______反應，電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu。 總反應式為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，反應是自發(fā)進行的。 （2）閉合回路的構成： 外電路：電子從_________到__________，電流從正極到負極， 內電路：溶液中的陰離子移向ZnSO4溶液，陽離子移向CuSO4溶液。 （3）鹽橋 鹽橋中通常裝有含瓊膠的KCl飽和溶液。當其存在時，隨著反應的進行，Zn棒中的Zn原子失去電子成為Zn2＋進入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2＋過多，帶正電荷。Cu2＋獲得電子沉積為Cu，溶液中Cu2＋過少，過多，溶液帶負電荷。當溶液不能保持電中性時，將阻止放電作用的繼續(xù)進行。鹽橋的存在就避免了這種情況的發(fā)生，其中Cl－向ZnSO4溶液遷移，K＋向CuSO4溶液遷移，分別中和過剩的電荷，使溶液保持電中性，反應可以繼續(xù)進行。 三、原電池的設計 1．設計依據(jù)：理論上，任何一個自發(fā)的______________________都可以設計成原電池。 2．設計步驟 以根據(jù)反應：Fe+CuSO4 FeSO4+Cu設計原電池為例： （1）首先分析所給的氧化還原反應，將其拆分成兩個半反應：________反應和________反應： 氧化反應：Fe?2e?Fe2+；還原反應：Cu2++2e?Cu。 （2）根據(jù)原電池的特點再結合兩個半反應確定正、負極的材料及電解質溶液。 ①負極材料：__________________。 ②正極材料：比負極____________________________________。 ③電解質溶液：負極區(qū)：__________________；正極區(qū)：__________________。 （3）畫出裝置圖。 一、1．化學能與電能 2．原電池 電解池 二、Cu2++2e－Cu Zn－2e?Zn2+ 1．（1）化學能 電能 （2）氧化還原 （3）①活潑性不同 ②電解質 ③閉合 ④氧化還原 2．氧化還原 （1）氧化 Zn2＋ 銅片 Cu2＋ 金屬銅 負極 氧化 正極 還原 （2）負極 正極 三、1．氧化還原反應 2．（1）氧化 還原 （2）①還原劑（Fe) ②不活潑的金屬(如Cu)或非金屬（如C) ③FeSO4溶液 CuSO4溶液 一、原電池的判定 先分析有無外接電源，有外接電源的為電解池，無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”： 一看電極??兩極為導體且存在活潑性差異(燃料電池的電極一般為惰性電極)； 二看溶液??兩極插入電解質溶液中； 三看回路??形成閉合回路或兩極直接接觸； 四看本質??有無自發(fā)的氧化還原反應發(fā)生。 注意啦：多池相連，但無外接電源時，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。 下列裝置中能構成原電池產生電流的是 【解析】A、D項中電極與電解質溶液之間不發(fā)生反應，不能構成原電池；B項符合原電池的構成條件，兩電極發(fā)生的反應分別是Zn－2e－===Zn2＋，2H＋＋2e－===H2↑；C項中酒精不是電解質，故不能構成原電池。 【答案】B 二、原電池正、負極的判斷方法 1．根據(jù)電極材料判斷 負極??活潑性較強的金屬； 正極??活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬； 注意啦：活潑金屬不一定作負極，如Mg、Al在NaOH溶液中，Al做負極。 2．根據(jù)電子流動方向或電流方向或電解質溶液內離子的定向移動方向判斷 負極??電子流出極，電流流入極或陰離子定向移向極； 正極??電子流入極，電流流出極或陽離子定向移向極。 3．根據(jù)兩極發(fā)生的變化判斷 負極??失去電子，化合價升高，發(fā)生氧化反應； 正極??得到電子，化合價降低，發(fā)生還原反應。 4．根據(jù)反應現(xiàn)象判斷 負極??會逐漸溶解，質量減??； 正極??有氣泡逸出或質量增加。 注意啦：原電池正負極判斷的基礎是氧化還原反應。如果給出一個方程式讓判斷正、負極，可以直接根據(jù)化合價的升降變化來判斷，發(fā)生氧化反應的一極為負極，發(fā)生還原反應的一極為正極。 原電池的正極一定是 A．化學性質較活潑的金屬 B．化學性質較不活潑的金屬 C．電子流出的一極 D．電子流入的一極 【解析】原電池的正極材料可以是金屬、非金屬或金屬氧化物等，但無論是哪種材料，正極上都發(fā)生還原反應，是電子流入的一極。 【答案】D 三、原電池原理的應用 1．加快氧化還原反應的速率 在鋅與稀硫酸反應時加入少量CuSO4溶液能使產生H2的速率加快。 2．尋求和制造干電池和蓄電池等化學能源(下節(jié)學習) 3．比較金屬活動性強弱 兩種金屬a和b，用導線連接后插入到稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產生。根據(jù)電極現(xiàn)象判斷出a是負極，b是正極，由原電池原理可知，金屬活動性a＞b。 4．用于金屬的防護 要保護一個鐵閘，可用導線將其與一鋅塊相連，使鋅作原電池的負極，鐵閘作正極。 5．設計化學電池 以2FeCl3＋Cu2FeCl2＋CuCl2為依據(jù)，設計一個原電池。 （1）將氧化還原反應拆成氧化反應和還原反應兩個半反應，分別作原電池的負極和正極的電極反應式。 負極：Cu－2e－Cu2＋ 正極：2Fe3＋＋2e－2Fe2＋ （2）確定電極材料 如發(fā)生氧化反應的物質為金屬單質，可用該金屬直接作負極；如為氣體(H2)或溶液中的還原性離子，可用惰性電極(如Pt、碳棒)作負極材料。發(fā)生還原反應的電極材料必須不如負極材料活潑。 本例中可用銅棒作負極，用鉑絲或碳棒作正極。 （3）確定電解質溶液 一般選用反應物中的電解質溶液即可。如本例中可用FeCl3溶液作電解液。 （4）構成閉合回路 注意啦：設計原電池時，若氧化還原方程式中無明確的電解質溶液，可用水作電解質，但為了增強其導電性，通常加入強堿或一般的強酸。如燃料電池，水中一般要加入KOH或H2SO4。 一種新型燃料電池，它以多孔鎳板為電極插入KOH溶液中，然后分別向兩極通入乙烷和氧氣，則有關此電池推斷正確的是 A．通入乙烷的電極為正極 B．參加反應的乙烷與氧氣的物質的量之比為7∶2 C．放電一段時間后，KOH的物質的量濃度減少 D．負極反應式為C2H6＋6H2O－14e－===2＋18H＋ 【解析】乙烷燃燒的化學方程式為2C2H6＋7O2―→4CO2＋6H2O，在該反應中氧氣得電子，乙烷失電子，因此通入氧氣的電極為正極，而通入乙烷的電極為負極，故A答案錯誤；反應中參加反應的乙烷與氧氣的物質的量之比應為2∶7，故B答案錯誤；考慮到該電池是以KOH為電解質溶液的，生成的CO2會和KOH反應轉化成K2CO3，反應中消耗KOH，KOH的物質的量濃度減少，故C答案正確；由于該電池是以KOH溶液為電解液的，D答案中負極生成的H＋顯然在溶液中是不能存在的，故D答案錯誤。考慮到電解質溶液的影響，此時該電池的總反應式應為2C2H6＋8KOH＋7O2―→4K2CO3＋10H2O，正極反應式為14H2O＋7O2＋28e－===28OH－(正極氧氣得電子，理論上形成O2－，但該粒子在水中不穩(wěn)定，必須以OH－形式存在)，負極反應式可用總反應式減去正極反應式得到：2C2H6＋36OH－－28e－===4＋24H2O。 【答案】C 1．下列各裝置能形成原電池的是 2．把A、B、C、D四塊金屬泡在稀H2SO4中，用導線兩兩相連可以組成各種原電池。A、B相連時，A為負極；C、D相連時，D上有氣泡逸出；A、C相連時，A極減輕；B、D相連時，B為正極。則四種金屬的活動性順序由大到小排列為 A．A>B>C>D B．A>C>B>D C．A>C>D>B D．B>D>C>A 3．一個由鋅片和石墨棒作為電極的原電池，電極反應分別是： 鋅片：2Zn + 4OH? ?4e? 2ZnO + 2H2O 石墨：2H2O + O2 + 4e? 4OH? 下列說法中不正確的是 A．電解質溶液為酸性溶液 B．鋅片是負極，石墨棒是正極 C．電池反應為2Zn + O22ZnO D．該原電池工作一段時間后石墨棒附近溶液的pH增大 4．某新型水系鈉離子電池工作原理如下圖所示。TiO2光電極能使電池在太陽光照下充電，充電時Na2S4還原為Na2S。下列說法錯誤的是 A．充電時，太陽能轉化為電能，又轉化為化學能 B．放電時，a極的電極反應式為：4S2--6e-=S42- C．充電時，陽極的電極反應式為：3I--2e-=I3- D．M是陰離子交換膜 5．已知某原電池的電極反應是Fe – 2e? Fe2+，Cu2+ + 2e?Cu，據(jù)此設計該原電池，并回答問題。 （1）若原電池裝置為圖中甲： ①電極材料A是 ，B是 (寫名稱)。 ②觀察到A電極的現(xiàn)象是 。 （2）若原電池裝置為圖中乙： ①電極材料X是 (填序號，下同)。 a．鐵 b．銅 c．石墨 ②電解質Y是 。 a．FeSO4 b．CuSO4 c．CuCl2 6．為了探究原電池的工作原理，某化學學習小組設計了一組實驗，其裝置如圖所示： 甲 乙 丙 丁 戊 回答下列問題： （1）根據(jù)原電池原理填寫下表： 裝置序號 正極 負極反應式 陽離子移動方向 甲 乙 丙 丁 戊 （2）電極類型除與電極材料的性質有關外，還與 　　　　　　　　　　有關。 （3）根據(jù)上述電池分析，負極材料是否一定參加電極反應?　　　　 (填“是”、“否”或“不一定”)，用上述電池說明：　　　　　　　　　　　　　　 。 （4）上述電池放電過程中，電解質溶液酸堿性的變化：甲　　　　　　　，丙　　　　　　　，戊　　　　　　　。(均填“酸性減弱”或“堿性減弱”) 7．[2017天津]下列能量轉化過程與氧化還原反應無關的是 A．硅太陽能電池工作時，光能轉化成電能 B．鋰離子電池放電時，化學能轉化成電能 C．電解質溶液導電時，電能轉化成化學能 D．葡萄糖為人類生命活動提供能量時，化學能轉化成熱能 8．[2016上海]圖1是銅鋅原電池示意圖。圖2中，x軸表示實驗時流入正極的電子的物質的量，y軸表示 A．銅棒的質量 B．c(Zn2+) C．c(H+) D．c() 1．【答案】D 2．【答案】C 【解析】金屬組成原電池，相對活潑的金屬失去電子作負極，相對不活潑的金屬作正極。負極被氧化，質量減輕，正極發(fā)生還原反應，有物質析出，由題意得活動性A>B、A>C、C>D、D>B，故正確答案為C。 3．【答案】A 【解析】由電極反應可知Zn發(fā)生氧化反應，是原電池的負極，O2發(fā)生還原反應，石墨棒是正極；電解質溶液應為堿性溶液；隨著反應的進行鋅片周圍pH減小，石墨棒周圍產生OH?，pH增大；兩電極反應相加得總反應式：2Zn+O22ZnO。 4．【答案】D 【解析】TiO2光電極能使電池在太陽光照下充電，所以充電時，太陽能轉化為電能，電能又能轉化為化學能，A正確；充電時Na2S4還原為Na2S，放電和充電互為逆過程，所以a是負極，a極的電極反應式為：4S2--6e-=S42-，B正確；在充電時，陽極I-失電子發(fā)生氧化反應，極反應為3I--2e-=I3-，C正確；通過圖示可知，交換膜只允許鈉離子自由通過，所以M是陽離子交換膜，D錯誤；正確選項D。 點睛：本題考查了原電池的原理，明確正負極上得失電子及反應類型是解題的關鍵，難點是電極反應式的書寫，明確哪種離子能夠自由通過交換膜，可以確定交換膜的類型。題目難度中等。 5．【答案】（1）①銅(或石墨棒) 鐵 ②有紅色物質析出（或變粗） （2）①bc ②bc 【解析】（1）結合氧化還原反應的知識可知Fe?2e?Fe2+是負極反應，故Fe作負極，Cu2++2e?Cu是正極反應，故A應是銅或石墨棒，現(xiàn)象是看到有紅色物質析出，電極變粗。（2）不含鹽橋的原電池中正極材料是比負極金屬活潑性差的金屬或導電的非金屬，故此時正極是銅或石墨，但負極只能是鐵，電解質溶液是含不活潑金屬離子的鹽溶液，可為硫酸銅、氯化銅或硝酸銅。 6．【答案】（1） 裝置序號 正極 負極反應式 陽離子移動方向 甲 Al Mg?2e?Mg2+ 移向鋁極 乙 Pt Fe?2e?Fe2+ 移向鉑極 丙 Mg Al?3e?+4OH?+2H2O 移向鎂極 丁 Al Cu?2e?Cu2+ 移向鋁極 戊 石墨 CH4?8e?+10OH?+7H2O 移向石墨電極 （2）電解質溶液的性質 （3）不一定 在題述五個原電池中，戊裝置的負極材料沒有參與反應，其他電池的負極材料發(fā)生了氧化反應 （4）酸性減弱 堿性減弱 堿性減弱 （2）通過比較甲、丙電池可知，電極材料都是鋁、鎂，由于電解質溶液不同，故電極反應不同，即電極類型與電解質溶液也有關。 （3）大多數(shù)電池的負極材料發(fā)生氧化反應，但燃料電池的負極材料不參與反應，氫氣、一氧化碳、甲烷、乙醇等可燃物在負極區(qū)發(fā)生氧化反應。 （4）根據(jù)電解質溶液中的反應情況判斷溶液酸堿性的變化。 【備注】通常所說的活潑金屬作負極，是依據(jù)金屬活動順序表的，即金屬與酸反應的活潑性，但要注意鋁和鎂作原電池的電極，氫氧化鈉溶液作電解質溶液時，鋁作負極；還要注意常溫下濃硝酸能使活潑的金屬鋁、鐵鈍化，使其不能參與原電池反應。 7．【答案】A。 8．【答案】C 【解析】該裝置構成原電池，Zn是負極，Cu是正極。A．在正極Cu上溶液中的H+獲得電子變?yōu)闅錃?，Cu棒的質量不變，錯誤；B．由于Zn是負極，不斷發(fā)生反應Zn?2e?=Zn2+，所以溶液中c(Zn2+)增大，錯誤；C．由于反應不斷消耗H+，所以溶液的c(H+)逐漸降低，正確；D．SO42?不參加反應，其濃度不變，錯誤。 什么水沏茶好 唐代“茶神”陸羽所著《茶經》上，對沏茶的水有如下述說：“泉水為上，江水為中，井水為下?！边@是為什么呢？原來，這與水的酸堿度有關，當沏茶的水的pH大于5時，茶水中會形成茶紅素鹽，使茶水的顏色變深發(fā)暗，甚至使茶水喪失鮮爽感。井水中一般溶解的鹽類較多，水質硬，故不宜沏茶。河水堿性較小，泉水堿性更小，因此泉水沏茶最好。