應(yīng)用原電池原理的常見(jiàn)題型及解法

1、應(yīng)用原電池原理的常見(jiàn)題型及解法有關(guān)原電池的知識(shí)是考試大綱要求理解并掌握的重要知識(shí)，是高中“電化學(xué)”知識(shí) 的重要組成部分，也是化學(xué)和物理兩個(gè)學(xué)科知識(shí)和能力的交叉點(diǎn)。現(xiàn)為同學(xué)們總結(jié)幾種常見(jiàn)的應(yīng)用原電池原理的題型及解法，希望對(duì)同學(xué)們解決原電池問(wèn)題會(huì)有所幫助。題型一、判斷所給裝置是否原電池解決這類題型必須清楚構(gòu)成原電池的條件：（1）有兩種活動(dòng)性不同的金屬作電極（或一種惰性電極，如石墨電極、鉑電極。），例如:Zn-Cu，Cu-Ag，Zn-石墨，Cu-Pt均可以是組成原電池的兩個(gè)極的材料；（2）電極材料均插入電解質(zhì)溶液中；（3）兩極相連與電解質(zhì)溶液共同構(gòu)成閉合回路。 要構(gòu)成一個(gè)原電池， 必須滿足這樣的三個(gè)

2、條件，缺一不可，缺少其中的 任意一個(gè)條件均不能構(gòu)成原電池。判斷卜erHlljSCli*%SQi否，非電解質(zhì)否，不是閉合回路均是HCl fiTFeCh一滴食鹽水判斷否，不是閉合回路在判斷一個(gè)裝置是否原電池時(shí)，應(yīng)該注意這樣三點(diǎn)：（1）不要計(jì)較電極的形狀和大小;（2 ）不要計(jì)較閉合電路的形成方式，可以有導(dǎo)線，也可以不用導(dǎo)線，只要讓兩個(gè)電極互相連通就行；（3）也不必考慮電解質(zhì)的成份，可以是一種溶質(zhì)，也可以是多種溶質(zhì)的電解質(zhì)溶液；可以是強(qiáng)電解質(zhì)溶液， 也可以是弱電解質(zhì)溶液。 只要符合前面所說(shuō)的構(gòu)成原電池的三個(gè) 條件，就能構(gòu)成原電池。題型二、電極反應(yīng)式的書寫:Pc-J-Zn-2e-=Z n2+Zn-2e-

3、=Z n2+Fe-2e-=Fe2+Fe-2e-=Fe2+反應(yīng)正 極2H+2e-=H2O2+2H 2O+4e=4OH -Cu2+2e-=Cu2Fe3+2e-=2 Fe2+一般說(shuō)來(lái)，簡(jiǎn)單的原電池b負(fù)極的電極反應(yīng)一般是負(fù)極金屬本身失電子變成金屬陽(yáng)離子：R-n e=Rn+，比較容易寫出；正極上的反應(yīng)相對(duì)復(fù)雜一些，需要我們判斷出溶液中的哪種微粒 在正極板上得電子，這取決于溶液中各種微粒得電子能力的相對(duì)大小，這是正確寫出正極上電極反應(yīng)式的關(guān)鍵。常見(jiàn)的有這樣三種情況，（1）酸性溶液中，H+得電子，發(fā)生析出氫氣的反應(yīng)，可以看作金屬的析氫腐蝕；（2 ）在弱酸性、中性溶液中，通常溶液中的02得電子，可以看作是負(fù)極

4、發(fā)生吸氧反應(yīng)；（3）當(dāng)溶液中有金屬活動(dòng)順序表中H后面的金屬陽(yáng)離子時(shí)，通常該金屬陽(yáng)離子得電子，例如：Cu2+、Fe3+、Ag+等。這是一些簡(jiǎn)單原電池的電極反應(yīng)式的書寫。但是對(duì)于一些實(shí)用電池的電極反應(yīng)式的書 寫，則要認(rèn)真思考。請(qǐng)看下面這個(gè)例子：例題：鉛蓄電池是化學(xué)電源，其電極材料分別是 Pb和Pb02,電解質(zhì)溶液為稀硫酸。工 作時(shí)，電池的總反應(yīng)為 PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，其中PbS04不溶于水也不溶于稀 硫酸。根據(jù)上述情況判斷（1）蓄電池的負(fù)極是 ，其電極反應(yīng)式為 。蓄電池的正極是 ，其電極反應(yīng)式為 。蓄電池工作時(shí)，其中電解質(zhì)溶液的pH_ （填“增大”、“減小”或“不

5、變”）解析：從電池的總反應(yīng)，可以看出 Pb的化合價(jià)升高、失去了電子，因而作負(fù)極。這時(shí)， 可能會(huì)有些同學(xué)將電極反應(yīng)式寫做Pb-2e-=Pb2+。這里需要特別提醒同學(xué)們注意的是：因?yàn)镻bSO4不溶于水，不溶于稀硫酸，所以生成的Pb2+并不能存在于電解質(zhì)溶液中，必須與溶液中的SO42繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)生成 PbSO4（ Pb2+SO42-=PbSO4），所以，負(fù)極周圍發(fā)生的電極反應(yīng) 為：Pb-2e-+SO 42-=PbSO4。同理，從總反應(yīng)上看，得電子的物質(zhì)是PbO2，所以正極是PbO2,首先發(fā)生的變化應(yīng)該是PbO2+2e-= Pb2+2O2-，在水溶液中，O2-是不會(huì)存在的。它有兩個(gè)去向：在酸性溶液中與

6、 氫離子結(jié)合生成水，即2O2-+4H+= 2H2O ;在中性或堿性條件下與水結(jié)合生成OH-，即2O2-+2H2O =4 OH -。這里顯然是前一種情況，也就是說(shuō)，在正極PbO2及其周圍發(fā)生了兩個(gè)連續(xù)的變化：PbO2+2e-=Pb2+2O2和 2O2-+4H+=2H2O,兩個(gè)連續(xù)發(fā)生的反應(yīng)的反應(yīng)式相加的 結(jié)果就是正極上的電極反應(yīng)式：PbO2+2e- +4H +SO42-=PbSO4+2H 20。原電池的總反應(yīng)實(shí)質(zhì)上就是分別在原電池正、負(fù)極上所發(fā)生的兩個(gè)電極反應(yīng)的總和，所以我們可以用總反應(yīng)的離子方程式減去負(fù)極的反應(yīng)式的方法得出正極的電極反應(yīng)式。由于鉛蓄電池在工作過(guò)程中硫酸被消耗，濃度降低，所以電解

7、質(zhì)溶液的pH會(huì)增大。書寫實(shí)用電池的電極反應(yīng)式時(shí)，要注意三個(gè)問(wèn)題：（1）兩極得失電子數(shù)要相等；（2）電極反應(yīng)不單純是電極自身的反應(yīng)，而是這個(gè)電極及其周圍的區(qū)域發(fā)生的反應(yīng)，也就是說(shuō)一定要考慮電解質(zhì)溶液對(duì)電極反應(yīng)的影響；（3）當(dāng)已知電池的總反應(yīng)時(shí)，如果能夠判斷出某一極的電極反應(yīng)，則可以利用兩極反應(yīng)之和等于電池的總反應(yīng)這一重要關(guān)系，推斷并寫出另一電極上的反應(yīng)式。題型三、推斷反應(yīng)現(xiàn)象例題：如下圖所示，將一個(gè)鐵片和石墨片用導(dǎo)線連接后，放在一張濾紙上并壓緊，使三者充分接觸，并不斷向?yàn)V紙上滴加飽和食鹽水和酚酞的混合液，一段時(shí)間后。（1）先變紅的區(qū)域在 附近，該電極是 _極（2）寫出兩極上的電極反應(yīng)式 。解析：

8、從原電池的構(gòu)成條件不難發(fā)現(xiàn)，鐵片、石墨、導(dǎo)線、食鹽水構(gòu)成了一個(gè)原電池裝置，其中鐵片為負(fù)極，石墨為正極。負(fù)極上的電極反應(yīng)為：2Fe-4e-=2Fe2+，正極上的電極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e-=4OH-,于是先變紅的區(qū)域?yàn)槭浇?，該電極為正極。解決這類問(wèn)題時(shí)注意：若要分析原電池在工作過(guò)程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，必須先分析原電池的 兩極、以及電解質(zhì)溶液中所發(fā)生的反應(yīng)，由反應(yīng)結(jié)果去推斷反應(yīng)的現(xiàn)象。題型四、影響化學(xué)反應(yīng)的速率例題：為了探究金屬腐蝕的條件和快慢，某課外學(xué)習(xí)小 組用不同金屬絲將三根大小相同的普通鐵釘分別固定在下圖 所示的三個(gè)裝置內(nèi)，并將這些裝置在相同的環(huán)境中放置一段 時(shí)間，鐵釘腐蝕最嚴(yán)重的是

9、（填a、b或c）,鐵釘幾乎未被腐蝕的是 _ （填a、b或c）。解析：電化學(xué)腐蝕是造成鋼鐵腐蝕的主要原因。電化學(xué)腐蝕的機(jī)理是構(gòu)成原電池。乍一看，三個(gè)裝置中，鐵釘都沒(méi)有與液體接觸，都沒(méi)有形成原電池。實(shí)際上，只有鐵釘c由于濃硫酸的強(qiáng)吸水性而處于干燥的環(huán)境，所以沒(méi)有形成原電池而幾乎不會(huì)被腐蝕。鐵釘 a、b處于酸性潮濕的環(huán)境中，表面上會(huì)形成一層酸性液膜，這層液 膜與鐵和碳能形成無(wú)數(shù)微小原電池而被腐蝕。同時(shí)，鐵釘b還與銅絲形成另一個(gè)宏觀上的原電池，腐蝕就更快，所以，腐蝕最嚴(yán)重的是鐵釘b，幾乎未被腐蝕的是鐵釘 c。題型五、按要求設(shè)計(jì)原電池：例題：某原電池的總反應(yīng)方程式是：Zn+Cu+ =Zn 2+Cu該原電

10、池組成是（）電解質(zhì)溶液正極負(fù)極ACuCl2溶液ZnMgBCuCl2溶液CuZnCZn Cl2溶液ZnCuDZn Cl2溶液CuZn解析：從給出的總反應(yīng)可以看出： Zn化合價(jià)升高，失去電子，所以 Zn 一定作負(fù)極，然 后只要找一比Zn活動(dòng)差的金屬電極或惰性電極作正極都可以。得電子的是Cu2+，則電解質(zhì)溶液中必須含有 Cu2+，硫酸銅、氯化銅、硝酸銅溶液都可以。所以這題的答案應(yīng)該是BD。在解決這類習(xí)題時(shí)，必須要抓住電池的總反應(yīng)中化合價(jià)的變化作為出發(fā)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行分析 和設(shè)計(jì)。題型六、比較金屬的活動(dòng)性順序。解決這類題型的方法是： 利用原電池兩極上的現(xiàn)象、 兩極上的反應(yīng)、電子或電流的流向 判斷出原電池的正負(fù)極，再根據(jù)負(fù)極活動(dòng)性大于正極的活動(dòng)性，來(lái)比較金屬的活動(dòng)性。管M中上下移動(dòng)，實(shí)驗(yàn)時(shí) 入球型干燥管中。練習(xí)1 下圖是實(shí)驗(yàn)室用氫氣還原氧化銅實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)易裝置。其中的銅質(zhì)燃燒匙可以在試，先將細(xì)銅絲一端被彎成螺旋狀，先在空氣中加熱變黑后再迅速伸(1) 銅質(zhì)燃燒匙的作用有 。(2) 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在試管 M中可觀察到的現(xiàn)象是 。答案：(1)控制反應(yīng)的發(fā)生和停止，并與鋅構(gòu)成原電池加快反應(yīng)速率(2)銅匙和鋅粒表面都由氣泡產(chǎn)生，鋅粒逐漸變小或消失。