2017年高考化學專題精講：原電池-化學電源

原電池化學電源1．概念把________轉(zhuǎn)化為_____的裝置。2．構成條件(1)有兩個____________的電極(常見為金屬或石墨)。(2)將電極插入____________中。(3)兩電極間構成__________(兩電極接觸或用導線連接)。(4)能自發(fā)發(fā)生氧化復原反響。原電池及其工作原理化學能電能活潑性不同電解質(zhì)溶液閉合回路3．工作原理如圖是Cu－Zn原電池，請?zhí)羁眨?1)反響原理：電極名稱負極正極電極材料__________電極反應______________________________反應類型_____反應_____反應鋅片銅片Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu氧化復原(2)原電池中的三個方向：①電子方向：從_____極流出沿導線流入_____極；②電流方向：從_____極沿導線流向_____極；③離子的遷移方向：電解質(zhì)溶液中，陰離子向_____極遷移，陽離子向_____極遷移。(3)兩種裝置的比較：裝置Ⅰ中復原劑Zn與氧化劑Cu2＋直接接觸，易造成能量損耗；裝置Ⅱ能防止能量損耗；裝置Ⅱ中鹽橋的作用是提供離子遷移通路，導電。負正正負負正1．某模擬“人工樹葉”電化學實驗裝置如下圖，該裝置能將H2O和CO2轉(zhuǎn)化為O2和燃料(C3H8O)。以下說法正確的選項是()A．該裝置將化學能轉(zhuǎn)化為光能和電能B．該裝置工作時，H＋從b極區(qū)向a極區(qū)遷移C．每生成1molO2，有44gCO2被復原D．a(chǎn)電極的反響為：3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O2.微生物電池是指在微生物的作用下將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。其工作原理如下圖。以下有關微生物電池的說法錯誤的選項是()A．正極反響中有CO2生成B．微生物促進了反響中電子的轉(zhuǎn)移C．質(zhì)子通過交換膜從負極區(qū)移向正極區(qū)D．電池總反響為C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O解析C6H12O6中C的平均化合價為0價，二氧化碳中C的化合價為＋4價，所以生成二氧化碳的反響為氧化反響，故CO2在負極生成，A選項錯誤；在微生物的作用下，該裝置為原電池裝置，反響速率加快，所以微生物促進了反響的發(fā)生，B項正確；質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子(即H＋)通過，原電池中陽離子向正極移動，C項正確；電池的總反響實質(zhì)是C6H12O6的氧化反響，D項正確。答案A3.鋅銅原電池裝置如下圖，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過。以下有關表達正確的選項是()4．如下圖的水溶液鋰離子電池體系。以下表達錯誤的選項是()解析由題給圖可知：該電池的b極電極式為：Li－e－===Li＋，所以b極為負極，a為正極，A項正確；B項正確；C項放電時，負極Li價態(tài)發(fā)生變化，a為正極，Li＋價態(tài)不變，C項錯誤；D項放電時陽離子移向正極，D項正確。答案CA．a(chǎn)為電池的正極B．電池充電反響為LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLiC．放電時，a極鋰的化合價發(fā)生變化D．放電時，溶液中Li＋從b向a遷移解析原電池的正極發(fā)生得電子的復原反響：Cl2＋2e－===2Cl－，負極發(fā)生失電子的氧化反響：Ag－e－＋Cl－===AgCl，陽離子交換膜右側無白色沉淀生成；假設用NaCl溶液代替鹽酸，電池總反響不會改變；當電路中轉(zhuǎn)移0.01mol電子時，負極消耗0.01molCl－，右側正極生成0.01molCl－，左側溶液中應有0.01molH＋移向右側，約減少0.02mol離子。答案DAl復原鋁―→銅電解質(zhì)的性質(zhì)原電池正負極的判斷及電極反響式的書寫1．原電池正、負極的判斷方法1．用于金屬的防護使被保護的金屬制品作原電池_____而得到保護。例如，要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負極。2．設計制作化學電源(1)首先將氧化復原反響分成兩個半反響。(2)根據(jù)原電池的反響特點，結合兩個半反響找出正、負極材料和電解質(zhì)溶液。原電池原理的應用正極3．比較金屬活動性強弱兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作_____的金屬比作_____的金屬活潑。4．加快氧化復原反響的速率一個_____進行的氧化復原反響，設計成原電池時反響速率_____。例如，在Zn與稀H2SO4反響時參加少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反響速率加快。負極正極自發(fā)增大1．有A、B、C、D、E五塊金屬片，進行如下實驗：①A、B用導線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，A極為負極②C、D用導線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，電流由D→導線→C③A、C相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，C極產(chǎn)生大量氣泡④B、D相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，D極發(fā)生氧化反響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性順序是()A．A>B>C>D>E B．A>C>D>B>EC．C>A>B>D>E D．B>D>C>A>E解析金屬與稀H2SO4溶液組成原電池，活潑金屬為負極，失去電子發(fā)生氧化反響，較不活潑的金屬為正極，H＋在正極外表得到電子生成H2，電子運動方向由負極→正極，電流方向那么由正極→負極。在題述原電池中，A－B原電池，A為負極；C－D原電池，C為負極；A－C原電池，A為負極；B－D原電池，D為負極；E先析出，E不活潑。綜上可知，金屬活動性：A>C>D>B>E。答案B解析根據(jù)Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，Cu作負極，含有Fe3＋的溶液作為電解質(zhì)溶液，比Cu活潑性弱的作為正極。答案D3．把適合題意的圖象填在橫線上(用A、B、C、D表示)(1)將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別參加過量的稀硫酸，同時向a中參加少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系是________。(2)將過量的兩份鋅粉a、b分別參加定量的稀硫酸，同時向a中參加少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系是________。(3)將(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他條件不變，那么圖象是________。ABC解析參加CuSO4溶液，Zn置換出Cu，形成原電池，加快反響速率，(1)a中Zn減少，H2體積減?。?2)中由于H2SO4定量，產(chǎn)生H2的體積一樣多；(3)當把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液時，由于CH3COO－＋H＋===CH3COOH，a中c(H＋)減少，反響速率減小，但產(chǎn)生H2的體積不變，所以C項正確。4．(1)能量之間可相互轉(zhuǎn)化：電解食鹽水制備Cl2是將電能轉(zhuǎn)化為化學能，而原電池可將化學能轉(zhuǎn)化為電能。設計兩種類型的原電池，探究其能量轉(zhuǎn)化效率。限選材料：ZnSO4(aq)，F(xiàn)eSO4(aq)，CuSO4(aq)，銅片，鐵片，鋅片和導線。①完成原電池甲的裝置示意圖(如下圖)，并作相應標注。要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素。答案②以銅片為電極之一，CuSO4(aq)為電解質(zhì)溶液，只在一個燒杯中組裝原電池乙，工作一段時間后，可觀察到負極__________________________________。③甲乙兩種原電池中可更有效地將化學能轉(zhuǎn)化為電能的是______，其原因是_________________________________________________________________________________________。(2)根據(jù)犧牲陽極的陰極保護法原理，為減緩電解質(zhì)溶液中鐵片的腐蝕，在(1)的材料中應選________作陽極。金屬逐漸溶解，外表有紅色固體析出甲甲電池(使用鹽橋)可以防止鋅和銅離子的接觸，從而防止能量損失，提高電池效率，提供穩(wěn)定的電流鋅片解析(1)①因為題給圖中電子流向為從左到右，故左側為原電池的負極，右側為正極；所以設計原電池時可以在左側燒杯內(nèi)盛放ZnSO4溶液，電極選用鋅片，右側燒杯內(nèi)放CuSO4溶液，電極選用銅片。②由所給的電極材料可知，當銅片作電極時，銅片一定是正極，那么負極是活潑的金屬(失電子發(fā)生氧化反響)，反響的現(xiàn)象是負極逐漸溶解，由于Zn與CuSO4直接接觸，也會發(fā)生Fe與Cu2＋的直接反響。③以Zn和Cu作電極為例，如果不用鹽橋那么除了發(fā)生電化學反響外，還會使Zn和CuSO4直接反響，不能轉(zhuǎn)化為電能，而鹽橋的使用，可以防止Zn和Cu2＋的接觸，從而防止電量損失，提高電池效率，提供穩(wěn)定的電流。(2)根據(jù)犧牲陽極的陰極保護法，可知被保護的金屬作陰極，比其活潑的金屬作陽極，即應選Zn作為陽極。1．一次電池—堿性鋅錳干電池化學電源2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋ZnZn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2MnO22OH－PbPbO23．燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分酸性和堿性兩種。酸性堿性負極反應式2H2－4e－===4H＋2H2＋4OH－－4e－===4H2O正極反應式O2＋4H＋＋4e－===2H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－電池總反應式2H2＋O2===2H2O1．以下電池工作時，O2在正極放電的是()解析上述電池中只有氫燃料電池中O2參與正極反響并放電。答案B2.一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意圖如圖。以下有關該電池的說法正確的選項是()3．以甲烷燃料電池為例來分析不同的環(huán)境下電極反響式的書寫。(1)酸性介質(zhì)(如H2SO4)負極：___________________________________________________；正極：___________________________________________________；總反響式：_______________________________________________。(2)堿性介質(zhì)(如KOH)負極：___________________________________________________；正極：___________________________________________________；總反響式：_______________________________________________。(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導O2－)負極：__________________________________________________；正極：__________________________________________________；總反響式：______________________________________________。(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下負極：__________________________________________________；正極：__________________________________________________；總反響式：______________________________________________。CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O2O2＋8e－===4O2－CH4＋2O2===CO2＋2H2OCH4＋2O2===CO2＋2H2O三步