2019版高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)第6章化學(xué)反應(yīng)與能量第2節(jié)原電池化學(xué)電源學(xué)案

1、第二節(jié)原電池化學(xué)電源考綱定位全國卷5年考情1.理解原電池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用，能寫出電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式。2了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理。2017年：卷T112016年：卷T11；卷T112015年：卷T11；卷T26(1、2)2014年：卷T122013年：卷T10、T27(5)、T28(5)；卷T11考點(diǎn)1| 原電池及其工作原理(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第115頁) 考綱知識(shí)整合1原電池的概念把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其本質(zhì)是發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。2原電池的構(gòu)成(1)有兩個(gè)活動(dòng)性不同的電極(常見為金屬或石墨)。(2)將電極插入電解質(zhì)溶液中。(3)兩電極間構(gòu)成閉合回路(兩電極接觸或用導(dǎo)線連接)。

2、(4)能自發(fā)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。3工作原理如圖是CuZn原電池，請(qǐng)?zhí)羁眨?1)反應(yīng)原理電極名稱負(fù)極正極電極材料ZnCu電極反應(yīng)Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反應(yīng)類型氧化反應(yīng)還原反應(yīng)(2)原電池中的三個(gè)方向電子方向：從負(fù)極流出沿導(dǎo)線流入正極；電流方向：從正極沿導(dǎo)線流向負(fù)極；離子的遷移方向：電解質(zhì)溶液中，陰離子向負(fù)極遷移，陽離子向正極遷移。(3)兩種裝置的比較圖中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。圖中Zn和CuSO4溶液分別在兩個(gè)池中，Zn與Cu2不直接接觸，不存在Zn與Cu2直接反

3、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)。(4)鹽橋作用連接內(nèi)電路，形成閉合回路；平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。4原電池原理的三個(gè)應(yīng)用(1)設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)。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。應(yīng)用體驗(yàn)正誤判斷(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”)。(1)在化學(xué)反應(yīng)中

4、，所有自發(fā)的放熱反應(yīng)均可以設(shè)計(jì)成原電池。()(2)原電池中，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。()(3)MgAl形成的原電池，Mg一定作負(fù)極。()(4)Cu、Al、濃HNO3構(gòu)成的原電池的負(fù)極反應(yīng)為Al3e=Al3。()(5)在原電池中，正極本身一定不參與電極反應(yīng)，負(fù)極本身一定要發(fā)生氧化反應(yīng)。()(6)相同情況下，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)。 ()(7)原電池工作時(shí)，溶液中的陽離子向負(fù)極移動(dòng)，鹽橋中的陽離子向正極移動(dòng)。()(8)化學(xué)電源工作時(shí)，內(nèi)電路介質(zhì)中的陽離子一定向正極遷移。()(9)實(shí)驗(yàn)室制備H2時(shí)，用粗鋅(含Cu、Fe等)代替純鋅與鹽酸反應(yīng)效果更佳。()

5、(10)原電池反應(yīng)時(shí)，電子從負(fù)極流出經(jīng)導(dǎo)線流入正極，然后通過溶液流回負(fù)極。()【答案】(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)高考命題點(diǎn)突破命題點(diǎn)1原電池的構(gòu)成和設(shè)計(jì)1在如圖所示的8個(gè)裝置中，不能形成原電池的是_(填序號(hào))，并指出原因_?！敬鸢浮恐胁淮嬖趦蓸O；兩極金屬相同；中酒精不是電解質(zhì)溶液，不導(dǎo)電；中沒有構(gòu)成閉合回路2設(shè)計(jì)原電池裝置證明Fe3的氧化性比Cu2強(qiáng)。(1)負(fù)極反應(yīng)式：_。(2)正極反應(yīng)式：_。(3)電池總反應(yīng)方程式：_。(4)在框中畫出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液：不含鹽橋含鹽橋【答案】(1)Cu2e=Cu2(2)2Fe32e=2Fe2(3)2Fe3C

6、u=2Fe2Cu2(4)(1)正、負(fù)極材料的選擇：根據(jù)氧化還原關(guān)系找出正、負(fù)極材料，一般選擇活潑性較強(qiáng)的金屬作為負(fù)極；活潑性較弱的金屬或可導(dǎo)電的非金屬(如石墨等)作為正極。(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)溶液選擇與電極材料相同的陽離子。(3)畫裝置圖：注明電極材料與電解質(zhì)溶液。但應(yīng)注意鹽橋不能畫成導(dǎo)線，要形成閉合回路。命題點(diǎn)2原電池原理3(2015天津高考)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

7、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CACu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；C電池工作時(shí)，甲池反應(yīng)為Zn2e=Zn2，乙池反應(yīng)為Cu22e=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。4分析下圖所

8、示的四個(gè)原電池裝置，其中結(jié)論正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：】A中Mg作負(fù)極，中Fe作負(fù)極B中Mg作正極，電極反應(yīng)式為6H2O6e=6OH3H2C中Fe作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe2e=Fe2D中Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H2e=H2B中Mg不與NaOH溶液反應(yīng)，而Al能和NaOH溶液反應(yīng)，失去電子作負(fù)極；中Fe在濃HNO3中鈍化，Cu和濃HNO3反應(yīng)，失去電子作負(fù)極，則Fe作正極，A、C錯(cuò)誤；中電池總反應(yīng)式為2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，負(fù)極反應(yīng)式為2Al8OH6e=2AlO4H2O，二者相減得到正極反應(yīng)式為6H2O6e=6OH3H2，B正確；中Cu作正極，電極反應(yīng)式為O22H2O4e

9、=4OH，D錯(cuò)誤。5(2018廈門模擬)將反應(yīng)2Fe32I2Fe2I2設(shè)計(jì)成如圖所示的原電池。下列說法不正確的是 ()A鹽橋中的K移向FeCl3溶液B反應(yīng)開始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)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電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中石墨電極為負(fù)極DA項(xiàng)，甲池中石墨電極為正極，乙池中石墨電極為負(fù)極，鹽橋中陽離子向正極移動(dòng)，所以向FeCl3溶液遷移，正確；B項(xiàng)，反應(yīng)開始時(shí)，乙中I失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，正確；C項(xiàng)，當(dāng)電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，說明沒有電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，反應(yīng)達(dá)到平衡，正確；D項(xiàng)，當(dāng)加入Fe2，導(dǎo)致平衡逆向移動(dòng)，則Fe2失去電子生成Fe3，作為負(fù)極，而

10、乙中石墨成為正極，錯(cuò)誤。注：若有鹽橋，鹽橋中的陰離子移向負(fù)極區(qū)，陽離子移向正極區(qū)。若有交換膜，離子可選擇性通過交換膜，如陽離子交換膜，陽離子可通過交換膜移向正極。若反應(yīng)為可逆反應(yīng)，改變條件，平衡移動(dòng)方向改變時(shí)電流方向也改變，正、負(fù)極顛倒。命題點(diǎn)3原電池原理的應(yīng)用6M、N、P、E四種金屬，已知：MN2=NM2；M、P用導(dǎo)線連接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量氣泡逸出；N、E用導(dǎo)線連接放入E的硫酸鹽溶液中，電極反應(yīng)為E22e=E，N2e=N2。則這四種金屬的還原性由強(qiáng)到弱的順序是 ()APMNEBENMPCPNMEDEPMNA由知，金屬活動(dòng)性：MN；M、P用導(dǎo)線連接放入NaHSO4溶液中，M表

11、面有大量氣泡逸出，說明M作原電池的正極，故金屬活動(dòng)性：PM；N、E構(gòu)成的原電池中，N作負(fù)極，故金屬活動(dòng)性：NE。7把符合題意的圖像填在橫線上(用A、B、C、D表示)(1)將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸，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_。(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形成原電池，反

12、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考點(diǎn)2| 常見化學(xué)電源及其工作原理(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第117頁) 方法思路突破1化學(xué)電源中電極反應(yīng)書寫的一般方法思路(1)明確兩極的反應(yīng)物；(2)明確直接產(chǎn)物：根據(jù)負(fù)極氧化、正極還原，明確兩極的直接產(chǎn)物；(3)確定最終產(chǎn)物：根據(jù)介質(zhì)環(huán)境和共存原則，找出參與的介質(zhì)粒子，確定最終產(chǎn)物；(4)配平：根據(jù)電荷守恒、原子守恒配平電極反應(yīng)式。注意：H在堿性環(huán)

13、境中不存在；O2在水溶液中不存在，在酸性環(huán)境中結(jié)合H，生成H2O，在中性或堿性環(huán)境結(jié)合H2O，生成OH；若已知總反應(yīng)式時(shí)，可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式，即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。2示例與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FeO3e4H2O= Fe(OH)35OH，Zn作負(fù)極材料的電極反應(yīng)式為Zn2e2OH=Zn(OH)2，該電池總反應(yīng)的離子方程式為2FeO8H2O3Zn=2Fe(OH)33Zn(OH)24OH。電源分類突破一次電池堿性鋅錳干電池

14、負(fù)極材料：Zn電極反應(yīng)：Zn2OH2e=Zn(OH)2正極材料：碳棒電極反應(yīng)：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH總反應(yīng)：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2鋅銀電池負(fù)極材料：Zn電極反應(yīng)：Zn2OH2e=Zn(OH)2正極材料：Ag2O電極反應(yīng)：Ag2OH2O2e=2Ag2OH總反應(yīng)：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1(2018蘭州模擬)被稱為“軟電池”的紙質(zhì)電池，采用一個(gè)薄層紙片(在其一邊鍍鋅，在其另一邊鍍二氧化錳)作為傳導(dǎo)體。在紙內(nèi)的離子“流過”水和氧化鋅組成的電解液。電池總反應(yīng)為Zn2MnO2H2O=ZnO2MnOOH。下列說法正確的是()A該電池的

15、正極為鋅B該電池反應(yīng)中二氧化錳起催化劑作用C當(dāng)0.1 mol Zn完全溶解時(shí)，流經(jīng)電解液的電子個(gè)數(shù)約為1.2041023D電池正極反應(yīng)式為MnO2eH2O=MnOOHOHDA項(xiàng)，由電池反應(yīng)知，Zn元素化合價(jià)由0變?yōu)?，Zn失電子作負(fù)極，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，該電池中二氧化錳參加反應(yīng)且作氧化劑，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，電子不進(jìn)入電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液導(dǎo)電是通過離子定向移動(dòng)形成電流，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，正極上二氧化錳得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為MnO2eH2O=MnOOHOH，正確。二次電池充電電池1鉛蓄電池是最常見的二次電池總反應(yīng)式為2二次電池充電時(shí)的電極連接典例導(dǎo)航(2016全國卷)鋅空氣燃料電池可用作電動(dòng)車動(dòng)力電源，

16、電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，反應(yīng)為2ZnO24OH2H2O=2Zn(OH)。下列說法正確的是()A充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中K向陽極移動(dòng)B充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中c(OH)逐漸減小C放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為：Zn4OH2e=Zn(OH)D放電時(shí)，電路中通過2 mol電子，消耗氧氣22.4 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)審題指導(dǎo)2ZnO24OH2H2O2Zn(OH)負(fù)極：2Zn4e8OH=2Zn(OH)陰極：2Zn(OH)4e=2Zn8OH正極：O24e2H2O=4OH陽極：4OH4e=O22H2O放電時(shí)陽離子向正極遷移，陰離子向負(fù)極遷移充電時(shí)陽離子向陰極遷移，陰離子向陽極遷移消耗1 mol O2轉(zhuǎn)移4 mol e【答案】C

17、(1)充電時(shí)，OH向_極移動(dòng)。(2)放電時(shí)，負(fù)極附近的溶液的pH變_(填“大”或“小”)。(3)充電時(shí)，陽極反應(yīng)式為_?！敬鸢浮?1)陽(2)小(3)4OH4e=O22H2O對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2(2018信陽市一模)某充電寶鋰離子電池的總反應(yīng)為xLiLi1xMn2O4LiMn2O4，某手機(jī)鎳氫電池總反應(yīng)為NiOOHMHMNi(OH)2(M為儲(chǔ)氫金屬或合金)，有關(guān)上述兩種電池的說法不正確的是()A鋰離子電池放電時(shí)，Li向正極遷移B鎳氫電池放電時(shí)，正極的電極反應(yīng)式：NiOOHH2Oe=Ni(OH)2 OHC如圖表示用鋰離子電池給鎳氫電池充電D鋰離子電池充電時(shí)，陰極的電極反應(yīng)式：LiMn2O4xe=Li1xM

18、n2O4 xLiDA項(xiàng)，鋰離子電池放電時(shí)陽離子移向正極，所以Li向正極遷移，故A正確；B項(xiàng)，放電時(shí)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，方程式為NiOOHeH2O=Ni(OH)2OH，故B正確；C項(xiàng)，題圖表示用鋰離子電池為放電過程，而鎳氫電池為充電過程，故負(fù)極Li接M極發(fā)生MHe=MH，故C正確；D項(xiàng)，鋰離子電池充電時(shí)，陰極的電極反應(yīng)式：Lie=Li，故D錯(cuò)誤。3已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進(jìn)行：請(qǐng)回答下列問題：(1)放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)式為_，正極反應(yīng)式為_。(2)充電時(shí)，陰極反應(yīng)式為_，陽極反應(yīng)式為_。(3)放電時(shí)，K向_極遷移，負(fù)極的溶液pH的變化為_。(4)充電時(shí)，鎳鎘電池的陰極

19、應(yīng)與外接電源的_極相連。【答案】(1)Cd2e2OH=Cd(OH)22NiOOH2e2H2O=2Ni(OH)22OH(2)Cd(OH)22e=Cd2OH2Ni(OH)22OH2e=2NiOOH2H2O(3)正減小(4)負(fù)(1)充電電池是既能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能(放電)，又能將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能(充 電)的一類特殊電池。需要注意的是充電、放電的反應(yīng)不能理解為可逆反應(yīng)。(2)充電時(shí)的電極反應(yīng)與放電時(shí)的電極反應(yīng)過程相反，充電時(shí)的陽極反應(yīng)恰與放電時(shí)的正極反應(yīng)相反，充電時(shí)的陰極反應(yīng)恰與放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)相反。燃料電池1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。介質(zhì)酸性堿性負(fù)極反應(yīng)式2H24e=

20、4H2H24OH4e=4H2O正極反應(yīng)式O24H4e=2H2OO22H2O4e=4OH電池總反應(yīng)式2H2O2=2H2O注：燃料電池的電極不參加電極反應(yīng)，通入的燃料發(fā)生負(fù)極反應(yīng)，O2發(fā)生正極反應(yīng)。書寫電極反應(yīng)式時(shí)，注意介質(zhì)參與的反應(yīng)。2燃料電池中的常見燃料有烴(CH4、C2H6)、烴的衍生物(甲醇、乙醇)、CO、金屬(Al、Li等)，燃料在電池中的負(fù)極反應(yīng)。3以CO為燃料氣，請(qǐng)分別寫出電解質(zhì)符合下列條件的正、負(fù)極的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式(填入表格中)。電解質(zhì)電極反應(yīng)式或總反應(yīng)式酸性介質(zhì)正極負(fù)極總反應(yīng)堿性介質(zhì)正極負(fù)極總反應(yīng)固體氧化物(其中O2可以在固體介質(zhì)中自由移動(dòng))正極負(fù)極總反應(yīng)熔融碳酸鹽(CO)

21、正極負(fù)極總反應(yīng)【答案】O24e4H=2H2O2CO4e2H2O=2CO24H2COO2=2CO2O24e2H2O=4OH2CO4e8OH=2CO4H2O2COO24OH=2CO2H2OO24e=2O22CO4e2O2=2CO22COO2=2CO2O24e2CO2=2CO2CO4e2CO=4CO22COO2=2CO2對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練4如圖所示是一種酸性燃料電池酒精檢測(cè)儀，具有自動(dòng)吹氣流量偵測(cè)與控制的功能，非常適合進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)酒精檢測(cè)。下列說法不正確的是 () 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：】A電流由O2所在的鉑電極流出BO2所在的鉑電極處發(fā)生還原反應(yīng)C該電池的負(fù)極反應(yīng)式為CH3CH2OH3H2O12e=2CO212HD微處理器通過檢測(cè)電流大小而計(jì)算出被測(cè)氣體中酒精的含量C燃料電池，燃料在負(fù)極反應(yīng)，氧氣在正極反應(yīng)。氧氣在正極發(fā)生還原反應(yīng)，電流由正極流向負(fù)極，A、B正確；由圖可知負(fù)極反應(yīng)物為CH3CH2OH(碳元素的化合價(jià)平均顯2)，生成物為CH3COOH(碳元素的化合價(jià)平均顯0)，由質(zhì)子交換膜可知溶液呈酸性，負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H，C項(xiàng)錯(cuò)誤。5(1)燃料電池是一種高效低污染的新型電池。燃料電池所用燃