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2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 專題7.2 原電池 化學(xué)電源講案（含解析） 復(fù)習(xí)目標(biāo)： 1、 了解原電池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。 2、 了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理。 基礎(chǔ)知識回顧： 一、原電池概念及原理 1、原電池 把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 2、構(gòu)成條件及判斷 （1）具有兩個活性不同的電極(金屬和金屬或金屬和非金屬)。 （2）具有電解質(zhì)溶液。 （3）形成閉合電路 (或在溶液中相互接觸)。 ★☆判斷 3．原電池工作原理示意圖 原電池的工作原理和電子流向可用下列圖示表示： 【說明】 ①在原電池裝置中，電子由負極經(jīng)導(dǎo)線流向正極，陽離子在正極上獲得電子，通過電路中的電子和溶液中的離子的移動而形成回路，傳導(dǎo)電流，電子并不進入溶液也不能在溶液中遷移。 ②原電池將一個完整的氧化還原反應(yīng)分為兩個半反應(yīng)，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，一般將兩個電極反應(yīng)中得失電子的數(shù)目寫為相同，相加便得到總反應(yīng)方程式。 ③陰離子要移向負極，陽離子要移向正極。這是因為：負極失電子，生成大量陽離子積聚在負極附近，致使該極附近有大量正電荷，所以溶液中的陰離子要移向負極；正極得電子，該極附近的陽離子因得電子生成電中性的物質(zhì)而使該極附近帶負電荷，所以溶液中的陽離子要移向正極。 ④不參與電極反應(yīng)的離子從微觀上講發(fā)生移動，但從宏觀上講其在溶液中各區(qū)域的濃度基本不變。 【典型例題1】用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線和鹽橋(裝有瓊脂－KNO3的U型管)構(gòu)成一個原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是( ) ①在外電路中，電流由銅電極流向銀電極 ②正極反應(yīng)為：Ag＋＋e－=Ag ③實驗過程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作 ④將銅片侵入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同 A．①②　　　 B．②③ C．②④ D．③④ 【遷移訓(xùn)練1】【廣東省百所高中xx屆高三聯(lián)合考試】我國科學(xué)家發(fā)明的一種可控鋰水電池的工作原理如 圖所示。下列有關(guān)說法不正確的是 A．電池工作時，鋰離子向正極移動　　 B．有機電解質(zhì)可用水溶液代替 C．電池總反應(yīng)為2Li + 2H2O====2LiOH + H2↑ D．該裝置不僅可提供電能，還可得到清潔的氫氣 【答案】B 二、原電池的應(yīng)用 1、加快氧化還原反應(yīng)的速率 一個自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計成原電池時反應(yīng)速率增大。例如，在Zn與稀H2SO4反應(yīng)時加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反應(yīng)速率加快。 2、比較金屬活動性強弱 兩種金屬分別做原電池的兩極時，一般做負極的金屬比做正極的金屬活潑。 3、用于金屬的防護 使被保護的金屬制品做原電池正極而得到保護。例如，要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅做原電池的負極。 化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕 定義 金屬與接觸到的干燥氣體(如O2、Cl2、SO2等)或非電解質(zhì)液體(如石油)等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕 不純金屬(或合金)接觸到電解質(zhì)溶液所發(fā)生的原電池反應(yīng)，較活潑金屬失去電子被氧化而引起的腐蝕 吸氧腐蝕(主要) 析氫腐蝕 條件 金屬與物質(zhì)直接接觸 水膜中溶有O2，顯弱酸性或中性 水膜酸性較強 本質(zhì) 金屬被氧化而腐蝕 較活潑金屬被氧化而腐蝕 現(xiàn)象 無電流產(chǎn)生 有微弱電流產(chǎn)生 反應(yīng)式 2Fe＋3Cl2=2FeCl3 負極：Fe－2e－===Fe2＋ 正極：2H2O＋O2＋4e－=4OH－ 正極：2H＋＋2e－=H2↑ 聯(lián)系 兩種腐蝕往往同時發(fā)生，只是電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍、危害更大 【特別提示】　判斷金屬腐蝕的快慢，首先要確定金屬腐蝕的類型及該金屬在“兩池”中所作的電極種類，并按下列規(guī)律進行判斷。 （1）金屬腐蝕由快到慢的規(guī)律為： 電解池陽極>原電池負極>化學(xué)腐蝕>原電池正極>電解池陰極 （2）同一種金屬在相同濃度的不同電解質(zhì)溶液中的腐蝕快慢規(guī)律為： 強電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液； 對于同一種電解質(zhì)來說，電解質(zhì)溶液濃度越大腐蝕越快；構(gòu)成原電池時，活潑性不同的兩種金屬，活潑性差別越大，作負極的金屬腐蝕越快。 3、設(shè)計制作化學(xué)電源 設(shè)計原電池時要緊扣原電池的構(gòu)成條件。具體方法是： （1）首先將已知氧化還原反應(yīng)拆分為兩個半反應(yīng)； （2）根據(jù)原電池的電極反應(yīng)特點，結(jié)合兩個半反應(yīng)找出正負極材料及電解質(zhì)溶液。 ①電極材料的選擇 在原電池中，選擇還原性較強的物質(zhì)作為負極；氧化性較強的物質(zhì)作為正極。并且，原電池的電極必須導(dǎo)電。電池中的負極必須能夠與電解質(zhì)溶液反應(yīng)。 ②電解質(zhì)溶液的選擇 電解質(zhì)溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應(yīng)，或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負極發(fā)生反應(yīng)(如空氣中的氧氣)。但如果兩個半反應(yīng)分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋)，則左右兩個容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)選擇與電極材料相同的陽離子。如在銅——鋅——硫酸構(gòu)成的原電池中，負極金屬鋅浸泡在含有Zn2＋的電解質(zhì)溶液中，而正極銅浸泡在 （3）按要求畫出原電池裝置圖。 【特別提醒】 應(yīng)用原電池原理可以設(shè)計任一自發(fā)的氧化還原反應(yīng)的電池，但有的電流相當(dāng)微弱。同時要注意電解質(zhì)溶液不一定參與反應(yīng)，如燃料電池，水中一般要加入NaOH、H2SO4或Na2SO4等。 【典型例題2】有A、B、C、D、E五塊金屬片，進行如下實驗：①A、B用導(dǎo)線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，A極為負極；②C、D用導(dǎo)線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，電流由D→導(dǎo)線→C；③A、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)生氧化反應(yīng)；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>E C．C>A>B>D>E D．B>D>C>A>E 【遷移訓(xùn)練2】根據(jù)下列氧化還原反應(yīng)設(shè)計一個原電池：2FeCl3＋Fe=3FeCl2 要求：（1）畫出此原電池的裝置圖，裝置可采用燒杯和鹽橋。 （2）注明原電池的正、負極和外電路中電子的流向。 （3）寫出兩個電極上發(fā)生的電極反應(yīng)。 三、化學(xué)電源 化學(xué)電源是能夠?qū)嶋H應(yīng)用的原電池。作為化學(xué)電源的電池有一次電池、二次電池和燃料電池等。 1、堿性鋅錳干電池——一次電池 總反應(yīng)式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。 正極反應(yīng)：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－； 負極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。 2、鋅銀電池——一次電池 負極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正極反應(yīng)：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－； 總反應(yīng)式：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。 3、二次電池(可充電電池) 鉛蓄電池是最常見的二次電池，負極材料是Pb，正極材料是PbO2。 （1）放電時的反應(yīng) ①負極反應(yīng)：Pb＋SO－2e－===PbSO4； ②正極反應(yīng)：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O； ③總反應(yīng)：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。 （2）充電時的反應(yīng) ①陰極反應(yīng)：PbSO4＋2e－===Pb＋SO； ②陽極反應(yīng)：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO； ③總反應(yīng)：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。 4、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。 種類 酸性 堿性 負極反應(yīng)式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正極反應(yīng)式 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 電池總反應(yīng)式 2H2＋O2===2H2O 【典型例題3】【陜西省xx屆高三下學(xué)期第一次聯(lián)考理綜試題】鎂一過氧化氫燃料電池具有比能量高、安 全方便等優(yōu)點，其總反應(yīng)為Mg+H2O2+H2SO4 MgSO4+2H2O，結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。下列關(guān)于該電池的 敘述正確的是 A．電池內(nèi)部可以使用MnO2作填料 B．電池工作時，H+向Mg電極移動 C．電池工作時，正極的電板反應(yīng)式為Mg—2e— Mg2+ D．電池工作時，電解質(zhì)溶液的pH將不斷變大 【遷移訓(xùn)練3】LiSOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4SOCl2。 電池的總反應(yīng)可表示為4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。 請回答下列問題： （1）電池的負極材料為__________，發(fā)生的電極反應(yīng)為________________________。 （2）電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)為_________________________________________。 考點詳析： 考點一：原電池的兩極判斷及電極方程式的書寫 1、思維導(dǎo)圖 【說明】原電池的正極與負極與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)，不要形成活潑電極一定作負 極的思維定勢。 原電池正負極判斷 （1）根據(jù)電極材料判斷 負極——活潑性較強的金屬 正極——活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬 注：活潑金屬不一定做負極，如Mg、Al在NaOH溶液中，Al做負極。 （2）根據(jù)電子流動方向或電流方向或電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向移動方向判斷 負極——電子流出極，電流流入極或陰離子定向移向極 正極——電子流入極，電流流出極或陽離子定向移向極 （3）根據(jù)兩極發(fā)生的變化判斷 負極——失去電子，化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng) 正極——得到電子，化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng) （4）根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象判斷 負極——會逐漸溶解，質(zhì)量減小 正極———有氣泡逸出或質(zhì)量增加 【特別提示】　原電池正負極判斷的基礎(chǔ)是氧化還原反應(yīng)。如果給出一個方程式讓判斷正、負極，可以直接根據(jù)化合價的升降變化來判斷，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負極，發(fā)生還原反應(yīng)的一極為正極。 2、電極反應(yīng)式書寫 原電池反應(yīng)的基礎(chǔ)是氧化還原反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式的步驟如下： （1）確定原電池的正、負極，以及兩電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)。在原電池中，負極是還原性材料失去電子被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)。正極反應(yīng)要分析電極材料的性質(zhì)：若電極材料是強氧化性材料，則是電極材料得電子被還原，發(fā)生還原反應(yīng)；若電極材料是惰性的，再考慮電解質(zhì)溶液中的陽離子是否能與負極材料反應(yīng)。能發(fā)生反應(yīng)則是溶液中的陽離子得電子，發(fā)生還原反應(yīng)；若不能與負極材料反應(yīng)，則考慮空氣中的氧氣，氧氣得電子，發(fā)生還原反應(yīng)。 （2）弱電解質(zhì)、氣體或難溶解物均以化學(xué)式表示，其余以離子符號表示，保證電荷守恒，質(zhì)量守恒及正、負極得失電子數(shù)相等的規(guī)律，一般用“=”而不用“―→”。 （3）正負極反應(yīng)式相加得到原電池總反應(yīng)式，通常將總反應(yīng)式減去較易寫出的電極反應(yīng)式，從而得到較難寫出的電極反應(yīng)式。 【典型例題4】分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結(jié)論正確的是 (　　) A．①②中Mg作負極，③④中Fe作負極 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↑ 【遷移訓(xùn)練4】【山東省濟南一中xx屆高三12月月考】糕點包裝中常見的脫氧劑組成為還原性鐵粉、氯 化鈉、炭粉等，其脫氧原理與鋼鐵的吸氧腐蝕相同。下列分析正確的是 A．脫氧過程是吸熱反應(yīng)，脫氧的同時可降低溫度，延長糕點保質(zhì)期 B．脫氧過程中鐵做原電池正極，電極反應(yīng)為：Fe—2e— = Fe2+ C．脫氧過程中碳做原電池負極，電極反應(yīng)為：2H2O + O2 + 4e— = 4OH— D．含有1．12g鐵粉的脫氧劑，理論上最多能吸收氧氣336mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況） 考點二：燃料電池 1、化學(xué)電源中電極反應(yīng)式書寫的一般程序——“加減法”書寫電極反應(yīng)式 （1）先確定原電池的正負極，列出正負極上的反應(yīng)物質(zhì)，并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失。 （2）注意負極反應(yīng)生成的陽離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存。若不共存，則該電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負極反應(yīng)式；若正極上的反應(yīng)物質(zhì)是O2，且電解質(zhì)溶液為中性或堿性，則水必須寫入正極反應(yīng)式中，且O2生成OH－，若電解質(zhì)溶液為酸性，則H＋必須寫入正極反應(yīng)式中，O2生成水。 （3）正負極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)的總反應(yīng)式。若已知電池反應(yīng)的總反應(yīng)式，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、燃料電池電極反應(yīng)式的書寫 根據(jù)燃料電池的特點，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是O2，隨著電解質(zhì)溶液的不同，其電極反應(yīng)有所不同，其實，我們只要熟記以下四種情況： （1）酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O （2）堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ （3）固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)環(huán)境下電極反應(yīng)式：O2＋4e－===2O2－ （4）熔融碳酸鹽(如：熔融K2CO3)環(huán)境下電極反應(yīng)式：O2＋2CO2＋4e－===2CO。 根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式寫出電池的負極反應(yīng)式 電池的總反應(yīng)和正、負極反應(yīng)之間有如下關(guān)系：電池的總反應(yīng)式＝電池正極反應(yīng)式＋電池負極反應(yīng)式 電池的總反應(yīng)式－電池正極反應(yīng)式＝電池負極反應(yīng)式，注意在將兩個反應(yīng)式相減時，要約去正極的反應(yīng)物O2。 【典型例題5】以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書寫方法： （1）酸性條件 燃料電池總反應(yīng)式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O ① 燃料電池正極反應(yīng)式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O ② ①－②2，得燃料電池負極反應(yīng)式：____________________________________。 （2）堿性條件 燃料電池總反應(yīng)式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O ① 燃料電池正極反應(yīng)式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ ② ①－②2，得燃料電池負極反應(yīng)式：______________________________________。 （3）固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－) 燃料電池總反應(yīng)式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O ① 燃料電池正極反應(yīng)式：O2＋4e－===2O2－ ② ①－②2，得燃料電池負極反應(yīng)式：_____________________________________。 （4）熔融碳酸鹽(如：熔融K2CO3)環(huán)境下 電池總反應(yīng)式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O ① 正極電極反應(yīng)式：O2＋2CO2＋4e－===2CO ② ①－②2，得燃料電池負極反應(yīng)式：____________________________________。 【遷移訓(xùn)練5】【廣東省廣州市番禺區(qū)xx年高考統(tǒng)考試題（一）】查處酒后駕駛采用的“便攜式乙醇測量儀” 以燃料電池為工作原理，在酸性環(huán)境中，理論上乙醇可以被完全氧化為CO2，但實際乙醇被氧化為X，其 中一個電極的反應(yīng)式為：CH3CH2OH—2e—→X+2H+．下列說法中正確的是（　?。? A．電池內(nèi)部H+由正極向負極移動 B．另一極的電極反應(yīng)式為：O2+4e—+2H2O=4OH— C．乙醇在正極發(fā)生反應(yīng)，電子經(jīng)過外電路流向負極 D．電池總反應(yīng)為：2CH3CH2OH + O2→2CH3CHO + 2H2O 考點三：可充電電池 1、對可充電電池充電和放電兩過程認識：放電是原電池反應(yīng)，充電是電解池反應(yīng) 2、對可充電電池電極極性和材料的判斷： 判斷電池放電時電極極性和材料，可先標(biāo)出放電（原電池）總反應(yīng)式電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，失去電子的一極為負極，該物質(zhì)即為負極材料；得到電子的一極為正極，該物質(zhì)即為正極材料。 若判斷電池充電時電極極性和材料，方法同前，失去電子的一極為陽極，該物質(zhì)即為陽極材料；得到電子的一極為陰極，該物質(zhì)即為陰極材料。 3、對溶液中離子的移動方向判斷： 放電時，陰離子移向負極，陽離子移向正極； 充電時，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極。 4、可充電電池充電時與電源的連接： 可充電電池用完后充電時，原電池的負極與外電源的負極相連，原電池的正極與外電源的正極相連。 5、對可充電電池某電極是發(fā)生氧化還是還原反應(yīng)及某元素被氧化還是被還原的判斷： 可根據(jù)電極反應(yīng)式進行分析， 放電（原電池）的負極及充電（電解池）的陽極均失去電子，發(fā)生了氧化反應(yīng)，其變價元素被氧化； 放電（原電池）的正極及充電（電解池）的陰極均得到電子，發(fā)生了還原反應(yīng)，其變價元素被還原。 6、可充電電池電極反應(yīng)式的書寫方法： 書寫可充電電池電極反應(yīng)式，一般都是先書寫放電的電極反應(yīng)式。 書寫放電的電極反應(yīng)式時，一般要遵守三步： 第一，先標(biāo)出原電池總反應(yīng)式電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，指出參與負極和正極反應(yīng)的物質(zhì)； 第二，寫出一個比較容易書寫的電極反應(yīng)式（書寫時一定要注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存）； 第三，在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去寫出的電極反應(yīng)式即得另一電極反應(yīng)式。 充電的電極反應(yīng)與放電的電極反應(yīng)過程相反，充電的陽極反應(yīng)為放電正極反應(yīng)的逆過程，充電的陰極反應(yīng)為放電負極反應(yīng)的逆過程。 【典型例題6】【xx年高考天津卷第6題】已知：鋰離子電池的總反應(yīng)為：LixC+Li1-xCoO2C+LiCoO2 鋰硫電池的總反應(yīng)為：2Li+SLi2S 有關(guān)上述兩種電池說法正確的是 A．鋰離子電池放電時，Li+向負極遷移 B．鋰硫電池充電時，鋰電極發(fā)生還原反應(yīng) C．理論上兩種電池的比能量相同 D．右圖表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電 【遷移訓(xùn)練6】【廣東省肇慶中學(xué)xx屆高三11月考】市場上經(jīng)常見到的標(biāo)記為Li-ion的電池。它的負極 材料是金屬鋰和碳的復(fù)合材料（碳作為金屬鋰的載體），電解質(zhì)為一種能傳導(dǎo)Li+的高分子材料。這種鋰離 子電池的電池反應(yīng)式為： Li+2Li0.35NiO2 2Li0.85NiO2，下列說法不正確的是（　?。? A．放電時，負極的電極反應(yīng)式：Li-e-=Li+　 B．充電時，Li0．85NiO2既發(fā)生氧化反應(yīng)又發(fā)生還原反應(yīng) C．該電池既能用酸溶液又能用堿溶液作電解質(zhì)溶液。 D．放電過程中Li+向正極移動 【答案】C