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-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

原電池工作原理及其應(yīng)用
知識(shí)梳理
1．原電池的構(gòu)成
(1)概念和反應(yīng)本質(zhì)
原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其反應(yīng)本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。
(2)構(gòu)成條件
[辨易錯(cuò)]
(1)中和反應(yīng)放熱，可以設(shè)計(jì)原電池。 ( )
(2)右圖可以形成原電池。( )
(3)原電池中的兩電極一定是活潑性不同的金屬材料。( )
[答案] (1)× (2)× (3)×
2．原電池的工作原理
如圖是Cu-Zn原電池，請(qǐng)?zhí)羁眨?br>(1)兩裝置的反應(yīng)原理
(2)原電池中的三個(gè)方向
①電子方向：從負(fù)極流出沿導(dǎo)線流入正極。
②電流方向：從正極沿導(dǎo)線流向負(fù)極。
③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。鹽橋溶液中陰離子向負(fù)極遷移，陽離子向正極遷移。
[深思考]
(1)Ⅱ中鹽橋的作用是什么？
(2)Ⅱ裝置比Ⅰ裝置有哪些優(yōu)點(diǎn)？
[答案] (1)①連接內(nèi)電路，形成閉合回路
②平衡溶液中電荷，溶液呈電中性，使電池不斷地產(chǎn)生電流
(2)電流轉(zhuǎn)化效率高，電流穩(wěn)定，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。
3．原電池原理的應(yīng)用
(1)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。
(2)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與稀硫酸反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反應(yīng)速率加快。
(3)設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源
①首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)。
②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。
如Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu(NO3)2，負(fù)極用Cu，正極用Ag或C等，AgNO3為電解質(zhì)溶液。
[辨易錯(cuò)]
(1)在Mg—NaOH溶液—Al構(gòu)成的原電池中負(fù)極為Mg，反應(yīng)為Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2。( )
(2)任何原電池工作時(shí)，正極本身一定不參加反應(yīng)，負(fù)極本身一定參加反應(yīng)。( )
(3)對(duì)于Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋反應(yīng)，設(shè)計(jì)反應(yīng)池時(shí)兩極材料可以是Cu與Fe。( )
(4)粗Zn與稀硫酸反應(yīng)制H2比純Zn與稀硫酸反應(yīng)快。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√
知識(shí)應(yīng)用
1．在如圖所示的5個(gè)裝置中，不能形成原電池的是 (填序號(hào))。③裝置發(fā)生的電極反應(yīng)式為
。
[答案] ②④ 負(fù)極：Fe－2e－===Fe2＋，正極：2H＋＋2e－===H2↑
2．有下列圖像：
A B C D
(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。
[答案] (1)A (2)B (3)C
命題點(diǎn)1 原電池的工作原理
1．分析下圖所示的四個(gè)原電池裝置，其中結(jié)論正確的是( )
① ② ③ ④
A．①②中Mg作負(fù)極，③④中Fe作負(fù)極
B．②中Mg作正極，電極反應(yīng)式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑
B [②中Mg作正極，③中的Fe作正極，A錯(cuò)誤；③中的Cu作負(fù)極，電極反應(yīng)為Cu－2e－===Cu2＋，C錯(cuò)誤；④中的Cu作正極，反應(yīng)為O2＋4e＋2H2O===4OH－，D錯(cuò)誤。]
2．某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)查閱相關(guān)資料知氧化性：Cr2Oeq \\al(2－,7)>Fe3＋，設(shè)計(jì)了鹽橋式的原電池(如圖所示)。鹽橋中裝有瓊脂與飽和K2SO4溶液。下列敘述中正確的是( )
A．甲燒杯的溶液中發(fā)生還原反應(yīng)
B．乙燒杯中發(fā)生的電極反應(yīng)為：2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2Oeq \\al(2－,7)＋14H＋
C．外電路的電流方向是從b到a
D．電池工作時(shí)，鹽橋中的SOeq \\al(2－,4)移向乙燒杯
C [A項(xiàng)，甲燒杯的溶液中發(fā)生氧化反應(yīng)：Fe2＋－e－===Fe3＋；B項(xiàng)，乙燒杯的溶液中發(fā)生還原反應(yīng)，應(yīng)為Cr2Oeq \\al(2－,7)得到電子生成Cr3＋；C項(xiàng)，a極為負(fù)極，b極為正極，外電路中電流由b到a；D項(xiàng)，SOeq \\al(2－,4)向負(fù)極移動(dòng)，即移向甲燒杯。]
3．(2020·廈門模擬)將反應(yīng)2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I(xiàn)2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
D [A項(xiàng)，甲中石墨電極為正極，乙中石墨電極為負(fù)極，鹽橋中陽離子向正極移動(dòng)，所以K＋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，而乙中石墨成為正極，錯(cuò)誤。]
原電池的工作原理簡(jiǎn)圖
注意：①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)。
②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。
命題點(diǎn)2 原電池原理的應(yīng)用
4．有a、b、c、d四個(gè)金屬電極，有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置及部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下：
由此可判斷這四種金屬的活動(dòng)性順序是( )
A．a(chǎn)>b>c>d B．b>c>d>a
C．d>a>b>c D．a(chǎn)>b>d>c
C [把四個(gè)實(shí)驗(yàn)從左到右分別編號(hào)為①、②、③、④，則由實(shí)驗(yàn)①可知，a作原電池負(fù)極，b作原電池正極，金屬活動(dòng)性：a>b；由實(shí)驗(yàn)②可知，b極有氣體產(chǎn)生，c極無變化，則活動(dòng)性：b>c；由實(shí)驗(yàn)③可知，d極溶解，則d作原電池負(fù)極，c作正極，活動(dòng)性：d>c；由實(shí)驗(yàn)④可知，電流從a極流向d極，則d極為原電池負(fù)極，a極為原電池正極，活動(dòng)性：d>a。綜上所述可知活動(dòng)性：d>a>b>c。]
5．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：
①不含鹽橋
②含鹽橋
[答案] (1)Cu－2e－===Cu2＋
(2)2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(4)①
②
原電池設(shè)計(jì)的一般思路
(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)生相應(yīng)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)生相應(yīng)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)溶液一般選擇與電極材料相同的陽離子溶液。
(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。
化學(xué)電源
知識(shí)梳理
1．化學(xué)電源的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)劣判斷標(biāo)準(zhǔn)
(1)相對(duì)其他能源，電池的優(yōu)點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)換效率較高，供能穩(wěn)定可靠，形狀、大小可根據(jù)需要設(shè)計(jì)，使用方便等。
(2)判斷電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的比能量或比功率及可儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短。
2．一次電池
(1)堿性鋅錳電池
堿性鋅錳電池的負(fù)極是Zn，正極是MnO2，電解質(zhì)是KOH，其電極反應(yīng)如下：
負(fù)極：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正極：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；
總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
(2)銀鋅電池
銀鋅電池的負(fù)極是Zn，正極是Ag2O，電解質(zhì)是KOH，其電極反應(yīng)如下：
負(fù)極：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正極：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
總反應(yīng)：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
(3)鋰電池
鋰電池是用金屬鋰作負(fù)極，石墨作正極，電解質(zhì)溶液由四氯化鋁鋰(LiAlCl4)溶解在亞硫酰氯(SOCl2)中組成。其電極反應(yīng)如下：
負(fù)極：8Li－8e－===8Li＋；
正極：3SOCl2＋8e－===6Cl－＋SOeq \\al(2－,3)＋2S；
總反應(yīng)：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。
3．二次電池
鉛蓄電池是最常見的二次電池，總反應(yīng)為Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)
注意：①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)與放電時(shí)的正極反應(yīng)相反，充電時(shí)的陰極反應(yīng)與放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)相反。
②二次電池充電時(shí)的電極連接
即正極接正極，負(fù)極接負(fù)極。
4．燃料電池
燃料電池中的常見燃料有氫氣、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)極發(fā)生反應(yīng)。
以氫氧燃料電池為例
注意：①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)。
②書寫電極反應(yīng)式時(shí)，注意介質(zhì)參與的反應(yīng)。
化學(xué)電源中電極反應(yīng)式書寫的一般方法
(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：①H＋在堿性環(huán)境中不存在；②O2－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－；③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。
知識(shí)應(yīng)用
1．2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了鋰離子電池開發(fā)的三位科學(xué)家。一種鋰離子電池的反應(yīng)式為L(zhǎng)ixC6＋Li1－xCO2C6＋LiCO2(x

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