2022高考化学一轮复习讲义-第6章第21讲化学能转化为电能.docx

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1、第21讲化学能转化为电能原电池考点一原电池的工作原理及应用1概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。2构成条件(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：电解质溶液；两电极直接或间接接触；两电极插入电解质溶液中。3工作原理以锌铜原电池为例(1)反应原理电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由Zn片沿导线流向Cu片盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液，K移

2、向正极，Cl移向负极(2)盐桥的组成和作用盐桥中装有饱和的KCl、NH4NO3等溶液和琼胶制成的胶冻。盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。4原电池原理的应用(1)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。(2)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。(3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。(4)设计制作化学电源首先将氧化还原反应分成两个半反应。根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。(1)理论上，任何自发的氧化还原反应

3、都可设计成原电池()(2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极()(3)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生()(4)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳。( )(5)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定做负极()(6)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高()1在如图所示的4个装置中，不能形成原电池的是_(填序号)，并指出原因_。答案中酒精是非电解质；中未形成闭合回路。2设计原电池装置证明Fe3的氧化性比Cu2强。(1)写出能说明氧化性Fe3大于Cu2的离子方程式：_。(2)若要将上述反应设

4、计成原电池，电极反应式分别是：负极：_。正极：_。(3)在框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：不含盐桥含盐桥答案(1)2Fe3Cu=2Fe2Cu2(2)Cu2e=Cu22Fe32e=2Fe2(3)不含盐桥含盐桥题组一原电池的工作原理1(2018成都模拟)课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、检流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是()A原电池是将化学能转化成电能的装置B原电池由电极、电解质溶液和导线等组成C图中a极为铝条、b极为锌片时，导线中会产生电流D图中a极为锌片、b极为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片答案D解析D项，a极为负极，电子由负极(锌片)流出。2

5、下图中四种电池装置是依据原电池原理设计的，下列有关叙述错误的是()A中锌电极发生氧化反应B中电子由a电极经导线流向b电极C中外电路中电流由A电极流向B电极D中LixC6做负极解析：选C。在原电池中阴离子移向负极，所以中A电极为负极，则外电路中电流应由B电极流向A电极。3分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()A中Mg做负极，中Fe做负极B中Mg做正极，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2C中Fe做负极，电极反应式为Fe2e=Fe2D中Cu做正极，电极反应式为2H2e=H2答案B解析中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；中Fe在浓硝酸中钝化，C

6、u和浓HNO3反应失去电子做负极，A、C错；中电池总反应为2Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2，负极反应式为2Al8OH6e=2Al(OH)4，二者相减得到正极反应式为6H2O6e=6OH3H2，B正确；中Cu是正极，电极反应式为O22H2O4e=4OH，D错。原电池的工作原理简图注意电子移动方向：从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液。若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。题组二原电池原理的应用4(加快化学反应速率)等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同

7、时向a中滴入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是()答案D解析a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu，Zn的量减少，产生H2的量减少，但Zn、Cu和稀H2SO4形成原电池，加快反应速率，D项图示符合要求。5(比较金属活动性)有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：实验装置部分实验现象a极质量减少；b极质量增加b极有气体产生；c极无变化d极溶解；c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动顺序是()Aabcd BbcdaCdabc Dabdc答案C解析把四个实验从左到右分别编号为、，则由实验可知，a做原电池负极，

8、b做原电池正极，金属活动性：ab；由实验可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：bc；由实验可知，d极溶解，则d做原电池负极，c做正极，活动性：dc；由实验可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：da。综上所述可知活动性：dabc。6某校化学兴趣小组进行探究性活动：将氧化还原反应2Fe32I2Fe2I2设计成带盐桥的原电池。提供的试剂：FeCl3溶液、KI溶液；其他用品任选。回答下列问题：(1)画出设计的原电池装置图，并标出电极材料、电极名称及电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极反应式为_。(3)反应达到平衡时，外电路导线中_(填“有”或“无”)电流通过。(

9、4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中的电极变为_(填“正”或“负”)极。解析：(1)先分析氧化还原反应，找出正、负极反应，即可确定电极材料和正、负极区的电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极是负极，负极上I失电子变成I2。(3)反应达到平衡时，无电子移动，故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时Fe2失电子，该溶液中的电极变成负极。答案：(1)如下图(答案合理即可)(2)2I2e=I2(3)无(4)负题组三聚焦“盐桥”原电池7某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2OFe3，设计了盐桥式的原电池，如

10、图所示。盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是()A甲烧杯的溶液中发生还原反应B乙烧杯中发生的电极反应为2Cr37H2O6e=Cr2O14HC外电路的电流方向为从b到aD电池工作时，盐桥中的SO移向乙烧杯答案C解析A项，甲烧杯中发生的反应为Fe2e=Fe3，为氧化反应，错误；B项，乙烧杯中发生还原反应，得到电子，错误；C项，a极为负极，b极为正极，外电路的电流由ba，正确；D项，SO向负极移动，即移向甲烧杯，错误。8*控制适合的条件，将反应2Fe32I2Fe2I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是()A反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B反应开始时，甲中石墨电极上

11、Fe3被还原C检流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D检流计读数为零后，在甲中加入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极答案D解析由图示结合原电池原理分析可知，Fe3得电子变成Fe2被还原，失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流表读数为零时，Fe3得电子速率等于Fe2失电子速率，反应达到平衡状态，C正确；在甲中加入FeCl2固体，平衡2Fe32I2Fe2I2向左移动，I2被还原为I，乙中石墨为正极，D不正确。9依据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3琼脂的U形管)。请回答下列问题：(1)电极X的材料是_；电解质溶液Y是_

12、(填化学式)。(2)银电极为电池的_极，其电极反应为_。(3)盐桥中的NO移向_溶液。答案(1)CuAgNO3(2)正Age=Ag(3)Cu(NO3)2考点二化学电源一、一次电池：只能使用一次，不能充电复原继续使用1碱性锌锰干电池总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。负极材料：Zn。电极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2。正极材料：碳棒。电极反应：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH。2纽扣式锌银电池总反应：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。电解质是KOH。负极材料：Zn。电极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2。正极材料：Ag2O。电极反应：Ag2OH2

13、O2e=2Ag2OH。3锂电池LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为8Li3SOCl2=6LiClLi2SO32S。(1)负极材料为_，电极反应为_ _。(2)正极的电极反应为_。答案(1)锂8Li8e=8Li(2)3SOCl28e=2SSO6Cl二、二次电池：放电后能充电复原继续使用1铅蓄电池总反应：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)(1)放电时原电池负极反应：Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)；正极反应：PbO2(s)4H(aq)SO(aq)2e=PbSO4

14、(s)2H2O(l)。(2)充电时电解池阴极反应：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)；阳极反应：PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO(aq)。2图解二次电池的充放电3二次电池的充放电规律(1)充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后做阴极，正接正后做阳极。(2)工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。三、“高效、环境友好”的燃料电池1氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。种

15、类酸性碱性负极反应式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O24e4H=2H2OO22H2O4e=4OH电池总反应式2H2O2=2H2O备注燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用2.解答燃料电池题目的思维模型3解答燃料电池题目的几个关键点(1)要注意介质是什么？是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。(1)太阳能电池不属于原电池()(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池()(3)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加()(4)碱性锌

16、锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长()(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能()(6)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，H从正极区向负极区迁移()(7)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.1 mol电子时，负极增重4.8 g()题组一根据图示理解化学电源1普通锌锰干电池的简图如图所示，它是用锌皮制成的锌筒做电极，中央插一根碳棒，碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn2NH2MnO2=Zn

17、(NH3)22Mn2O3H2O。下列关于锌锰干电池的说法中正确的是()A当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原B电池负极反应式为2MnO22NH2e=Mn2O32NH3H2OC原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极D外电路中每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g答案C解析普通锌锰干电池是一次电池，不能充电复原，A项错误；根据原电池工作原理，负极失电子，B项错误；由负极的电极反应式可知，每通过0.1 mol电子，消耗锌的质量是65 gmol13.25 g，D项错误。2LiFeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池，其结构如图所示。已知电池放电时的反应为4LiF

18、eS2=Fe2Li2S。下列说法正确的是()ALi为电池的正极B电池工作时，Li向负极移动C正极的电极反应式为FeS24e=Fe2S2D将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，电池性能更好答案C解析A项，由发生氧化反应，可知Li为电池负极；B项，电池工作时，阳离子(Li)移向正极；D项，由于2Li2H2O=2LiOHH2，故不能用LiCl的水溶液作为电解质溶液。3.*如图为钠高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320 左右，电池的反应式为2NaxS=Na2Sx，正极的电极反应式为_。M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是_。答案xS2e=S(或2NaxS2e=Na2Sx)导电和

19、隔离钠与硫题组二可充电电池4(二次电池的理解与应用)镍镉(NiCd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd2NiOOH2H2OCd(OH)22Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是()A充电时阳极反应：Ni(OH)2OHe=NiOOHH2OB充电过程是化学能转化为电能的过程C放电时负极附近溶液的碱性不变D放电时电解质溶液中的OH向正极移动答案A解析放电时Cd的化合价升高，Cd做负极，Ni的化合价降低，NiOOH做正极，则充电时Cd(OH)2做阴极，Ni(OH)2做阳极，电极反应式为Ni(OH)2OHe=NiOOHH2O，A项正确；

20、充电过程是电能转化为化学能的过程，B项错误；放电时负极电极反应式为Cd2OH2e=Cd(OH)2，Cd电极周围OH的浓度减小，C项错误；放电时OH向负极移动，D项错误。5(2020安徽A10联盟联考)用氟硼酸(HBF4，属于强酸)溶液代替硫酸溶液做铅蓄电池的电解质溶液，可使铅蓄电池在低温下工作时的性能更优良，反应方程式为PbPbO24HBF42Pb(BF4)22H2O，Pb(BF4)2为可溶于水的强电解质，下列说法中正确的是()A放电时，负极反应为PbO24HBF42e=Pb(BF4)22BF2H2OB充电时，当阳极质量减少23.9 g时转移0.2 mol电子C放电时，PbO2电极附近溶液的p

21、H增大D充电时，Pb电极的电极反应式为PbO24H2e=Pb22H2O解析：选C。放电时，负极反应为Pb2e=Pb2，A项错误；充电时，阳极反应为Pb22e2H2O=PbO24H，当阳极质量增加23.9 g时转移0.2 mol电子，B项错误；放电时，正极反应为PbO24H2e=Pb22H2O，PbO2电极附近溶液的pH增大，C项正确；充电时，Pb电极的电极反应式为Pb22e=Pb，D项错误。6*(2018哈师大附中、东北师大附中、辽宁省实验中学一模)一种突破传统电池设计理念的镁锑液态金属储能电池工作原理如图所示，该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。

22、该电池工作一段时间后，可由太阳能电池充电。下列说法不正确的是()A放电时，Mg(液)层的质量减小B放电时正极反应为：Mg22e=MgC该电池充电时，MgSb(液)层发生还原反应D该电池充电时，Cl向中层和下层分界面处移动答案C解析A项，放电时，负极Mg失电子生成镁离子，则Mg(液)层的质量减小，正确；B项，正极镁离子得电子得到Mg，则放电时正极反应为：Mg22e=Mg，正确；C项，该电池充电时，MgSb(液)层为阳极，阳极发生失电子的氧化反应，错误；D项，该电池充电时，阴离子向阳极移动，即Cl向中层和下层分界面处移动，正确。题组三燃料电池7.(2020惠州模拟)金属锂燃料电池是一种新型电池，比

23、锂离子电池具有更高的能量密度。它无电时也无需充电，只需更换其中的某些材料即可，其工作示意图如下，下列说法正确的是()A放电时，通入空气的一极为负极B放电时，电池反应为4LiO2=2Li2OC有机电解液可以是乙醇等无水有机物D在更换锂电极的同时，要更换水性电解液解析：选D。A.放电时，Li电极为负极，错误；B.放电时，电池反应为4LiO22H2O=4LiOH，错误；C.因为有锂存在，就不能用乙醇，锂和乙醇反应，错误；D.水性电解液中不断消耗水并有LiOH生成，随着反应的进行，形成LiOH的饱和溶液，不利于Li的流动，所以在更换锂电极的同时，要更换水性电解液，正确。8*(2018苏州联考)科学家设

24、计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如下图所示。下列说法错误的是()A电极a为电池的负极B电极b上发生的电极反应：O24H4e=2H2OC电路中每通过4 mol电子，在正极消耗44.8 L H2SD每17 g H2S参与反应，有1 mol H经质子膜进入正极区答案C解析根据题目可知，该电池为燃料电池，根据燃料电池的特点，通氧气的一极为正极，故电极b为正极，电极a为负极，A项正确；电极b为正极，氧气得电子生成水，B项正确；从装置图可以看出，电池总反应为2H2SO2=S22H2O，电路中每通过4 mol电子，正极应该消耗1 mol

25、 O2，负极应该有2 mol H2S反应，但是题目中没有给定标准状况下，所以不一定是44.8 L，故C错误；17 g H2S即0.5 mol H2S，每0.5 mol H2S参与反应会消耗0.25 mol O2，根据正极反应式O24H4e=2H2O，可知有1 mol H经质子膜进入正极区，故D正确。9(2020试题调研)Mg次氯酸盐燃料电池的工作原理为 MgClOH2O = Mg(OH)2Cl。下列有关说法错误的是()A镁做负极材料，发生氧化反应B放电时，所有阴离子都向负极迁移C负极反应式为Mg2OH2e=Mg(OH)2D消耗12 g镁时转移1 mol电子解析：选B。A项，从已知燃料电池的工作原理知，镁发生氧化反应，做负极材料，正确；B项，正极反应式为ClO2eH2O=Cl2OH，次氯酸根离子在正极参加反应，所以ClO不会向负极迁移，错误；C项，由总反应式知，负极上镁被氧化生成氢氧化镁，正确；D项，12 g Mg完全反应时转移1 mol电子，正确。