高中化学6-2必考知识点

第二节原电池和化学电源,1了解原电池的工作原理。2能写出原电池的电极反应式和反应的总方程式。3能根据氧化还原反应方程式设计简单的原电池。4能根据原电池原理进行简单计算。5熟悉常见的化学电源(一次电池、二次电池和燃料电池)，能分析常见化学电池工作原理，了解废旧电池回收的意义。,本专题的学习宜采用实验探究法，即通过对原电池产生电流现象的观察和分析，去发现原电池在实现能量转化过程中存在的矛盾，并设想解决矛盾的思路，从而理解盐桥的作用，并进一步理解原电池正负极的判断，电极反应式的书写，外电路中电子流向及内电路中离子的移动方向的判断。,一、原电池的工作原理1原电池把_转化为_的装置。2构成条件(1)具有两个_不同的电极(金属和金属或金属和非金属)。(2)具有_溶液。(3)形成_(或在溶液中相互_)。,3原电池的两极负极：活泼性_的金属，发生_反应。正极：活泼性_的金属或导体，发生_反应。,4电极反应式的书写和电荷移动方向(见下图)(1)电极反应式的书写负极：_，电极反应式：_。正极：_，电极反应式：_。电池总反应：_。(2)电荷移动方向电子由_释放，经_沿导线流入_，电解质溶液中的_移向正极，在其表面得电子被_，形成一个闭合回路。,二、化学电源1化学电源是能够实际应用的原电池。作为化学电源的电池有_、_和_等。2铅蓄电池是一种二次电池，它的负极是_，正极是_，电解质溶液是30%的H2SO4溶液，它的电池反应式为PbPbO22H2SO4 2PbSO42H2O。3碱性氢氧燃料电池的电极反应：负极：_；正极_；电池总反应为_。,答案：一、1.化学能电能2.活泼性电解质闭合回路接触3.较强氧化较弱还原4.ZnZn2e=Zn2CuCu22e=CuZnCu2=Zn2Cu负极外电路正极阳离子还原二、1.一次电池二次电池(或可充电电池)燃料电池2.铅(Pb)二氧化铅(PbO2)3.2H24OH4e=4H2OO22H2O4e=4OH2H2O2=2H2O,1下列各组金属和溶液，能组成原电池的是()ACu、Cu、稀硫酸BZn、Cu、稀硫酸CCu、Zn、酒精 DZn、Cu、CuSO4溶液答案：BD,2一个原电池的总反应的离子方程式是ZnCu2=Zn2Cu，该反应的原电池的组成正确的是()答案：C,3下图所示的装置能够组成原电池产生电流的是()答案：B,4有关电化学知识的描述正确的是()ACaOH2O=Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能B某原电池反应为Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液C因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中，若能组成原电池，必是铁做负极、铜做正极D理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池,解析：A项，CaOH2O=Ca(OH)2不是氧化还原反应，不能设计成原电池。B项中会发生反应；KClAgNO3=AgClKNO3，生成的AgCl会使盐桥的导电性减弱，所以不能使用KCl，可换成KNO3，选项B错误。选项C中由于铁遇到浓硝酸会发生钝化，而铜可与之发生反应：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O，Cu失电子被氧化，做原电池的负极，所以选项C错误。D正确。答案：D,5将纯锌片和纯铜片按如图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是()A两烧杯中铜片表面均无气泡产生B甲中铜片是正极，乙中铜片是负极C两烧杯中溶液的pH均增大D产生气泡的速率甲比乙慢,解析：甲烧杯中锌与铜用导线连接后浸入稀H2SO4中，形成原电池，乙烧杯中仅发生锌与H2SO4的反应。所以甲烧杯中铜片表面有气泡产生，乙烧杯不构成原电池，两烧杯中c(H)均减小，甲烧杯中产生气泡的速率比乙快。答案：C,6(2009盐城模拟)最近，科学家研制出一种纸质电池，这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体，在一边附着锌，在另一边附着二氧化锰。电池总反应为：Zn2MnO2H2O=ZnO2MnOOH。下列说法不正确的是()A该电池Zn为负极，MnO2为正极B该电池的正极反应为：MnO2eH2O=MnOOHOHC导电时外电路电子由Zn流向MnO2，内电路电子由MnO2流向ZnD电池工作时水分子和OH都能通过薄层纸片答案：C,7铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为稀硫酸。工作时该电池总反应式为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。根据上述情况判断：(1)工作时，电解质溶液的pH_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(2)工作时，电解质溶液中阴离子移向_极。(3)电流方向从_极流向_极。(4)写出负极的电极反应式：_。,答案：(1)增大(2)负(3)正负,8(2009皖南八校模拟)依据氧化还原反应：2Ag(aq)Zn(s)=Zn2(aq)2Ag(s)设计的原电池如图所示。请回答下列问题：,(1)电极X的材料是_(填电极材料名称)，电解质溶液Y是_。(2)银电极为电池的_极，X电极的电极反应式为_。(3)外电路中电子是从_(填电极材料名称，下同)电极流向_电极。,解析：由题给氧化还原反应可知，Zn为还原剂，Ag为氧化剂，故在该原电池中Zn为负极即X电极，Ag电极为正极，电解质溶液Y为AgNO3溶液，负极反应式为Zn2e=Zn2；外电路中电子由负极(Zn)流向正极(Ag)。答案：(1)锌AgNO3溶液(2)正Zn2e=Zn2(3)锌银,1.原理图示,说明：在原电池装置中，电子由负极经导线流向正极，阳离子在正极上获得电子，通过电路中的电子和溶液中的离子的移动而形成回路，传导电流，电子并不进入溶液也不能在溶液中迁移。原电池将一个完整的氧化还原反应分为两个半反应，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，一般将两个电极反应中得失电子的数目写为相同，相加便得到总反应方程式。,阴离子要移向负极，阳离子要移向正极。这是因为：负极失电子，生成大量阳离子积聚在负极附近，致使该极附近有大量正电荷，所以溶液中的阴离子要移向负极；正极得电子，该极附近的阳离子因得电子生成电中性的物质而使该极附近带负电荷，所以溶液中的阳离子要移向正极。不参与电极反应的离子从微观上讲发生移动，但从宏观上讲其在溶液中各区域的浓度基本不变。,2原电池的判断方法(1)先分析有无外接电源，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池。(2)然后依据原电池的形成条件分析判断，主要是“四看”：,案例精析【例1】(2009江苏南京高三检测)关于右图所示的原电池，下列说法正确的是()A电子从锌电极通过电流表流向铜电极B盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移C锌电极发生还原反应，铜电极发生氧化反应D铜电极上发生的电极反应是2H2e=H2,解析由原电池装置图可知，负极为Zn，发生反应：Zn2e=Zn2；正极为Cu，发生反应：Cu22e=Cu。盐桥中的阴离子向ZnSO4溶液中迁移，阳离子向CuSO4溶液中迁移。所以正确答案为A项。答案A,(2008广东高考)用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂KNO3的U型管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是()在外电路中，电流由铜电极流向银电极正极反应为：Age=Ag实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片侵入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同,ABC D解析：该原电池中Cu作负极，Ag作正极，负极反应式为Cu2e=Cu2，正极反应式为Age=Ag，因此对；在外电路中，电子由Cu电极流向Ag电极，而电流方向与电子流向相反，所以错；没有盐桥，原电池不能继续工作，所以错。无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，所以对。答案：C,1.正负极的判断(1)从构造方面判断：一般相对活泼的金属作负极；相对不活泼的金属作正极。(2)从工作原理角度判断：电子流出，电流流入，电解质溶液中阴离子移向的极负极：电子流入，电流流出，电解质溶液中阳离子移向的极正极。(3)从电池反应角度判断：失电子，发生氧化反应的极负极；得电子，发生还原反应的极正极。,(4)从电极反应的现象判断：一般情况下，不断溶解、质量减少的极负极；有气体生成或质量增加的极正极。注意：不要形成“活泼金属一定作负极”的思维定势，如下图甲池中Mg作负极：Mg2e=Mg2，Al作正极：2H2e=H2；乙池中由于镁不与强碱反应而Al和NaOH溶液的反应能自发进行，所以Al作负极；Al3e4OH= 2H2O，Mg作正极：2H2O2e=H22OH。,2电极反应式的书写(1)一般电极反应式的书写,(2)复杂电极反应式的书写：如CH4酸性燃料电池中，负极反应式为：CH42O2=CO22H2O总反应式2O28H8e=4H2O正极反应式CH42H2O8e=CO28H负极反应式,特别提醒原电池中正负极的电极反应式作为一种特殊的离子方程式，对于强弱电解质的书写形式，没有严格的规定，但必须遵循原子守恒和电荷守恒规律。,案例精析【例2】(2008宁夏高考)一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是()ACH3OH(g)O2(g)2e=H2O(l)CO2(g)2H(aq)BO2(g)4H(aq)4e=2H2O(l)CCH3OH(g)H2O(l)6e=CO2(g)6H(aq)DO2(g)2H2O(l)4e=4OH,解析正极发生还原反应，负极发生氧化反应，首先根据题意写出电池总反应式和正极反应式，用总反应式减正极反应式即得负极反应式。总反应式：2CH3OH(g)3O2(g)=2CO2(g)4H2O(l)，正极反应式：O2(g)4H(aq)4e=2H2O(l)，故负极反应式：CH3OH(g)H2O(l)6e=CO2(g)6H(aq)。答案C,氢能源是21世纪极具发展前景的新能源之一，它既是绿色能源，又可循环使用。请在如图中的两个空格中填上循环过程中反应物和生成物的分子式，以完成理想的氢能源循环体系图(循环中接受太阳能的物质在自然界中广泛存在)。,(1)从能量转换的角度看，过程上应是_能转化为_能。(2)过程的完成可以在不同的电解质溶液中进行，试分别写出符合下列要求的电极反应式：以稀硫酸为电解质：正极：_。以氢氧化钠溶液为电解质：负极：_。当电解质为熔融ZrO2(掺杂有Y2O3)的晶体(在高温下电离，以金属阳离子和O2导电)时，正极：_，负极：_。,解析：根据燃料电池的工作原理及题中信息，可知该电池为氢氧燃料电池，总化学反应方程式为2H2O2=2H2O，生成的水在催化剂和太阳能的作用下又分解成H2和O2，这样循环使用，因此H2是一种可以再生的新能源。在上述反应中H2在负极上失电子，被氧化，O2在正极上得电子，被还原，结合生成的离子(如H、O2)在相应电解质溶液中能否共存，不难写出电极反应式。答案：(1)化学能电能(2)O24e4H=2H2O2H24e4OH=4H2OO24e=2O22H24e2O2=2H2O,1.加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。2比较金属活动性强弱两种金属分别做原电池的两极时，一般做负极的金属比做正极的金属活泼。,3用于金属的防护使被保护的金属制品做原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌做原电池的负极。4设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：(1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；,(2)根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液。电极材料的选择在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应。,电解质溶液的选择电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。如在铜锌硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2的溶液中。,(3)按要求画出原电池装置图。如根据以下反应设计的原电池：,特别提醒应用原电池原理可以设计任一自发的氧化还原反应的电池，但有的电流相当微弱。同时要注意电解质溶液不一定参与反应，如燃料电池，水中一般要加入NaOH、H2SO4或Na2SO4等。,案例精析【例3】铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式_。(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应_；负极反应_。,(3)腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2、Fe3和Fe2的浓度均为0.10 molL1。请参照下表给出的数据和药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3和Fe2的实验步骤：_。,(4)某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。请从上表提供的药品中选择两种(水可任选)，设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。有关反应的化学方程式_，劣质不锈钢腐蚀的实验现象_。,解析依据Fe2、Fe3、Cu2沉淀时溶液的pH，利用Fe3的水解能力强，加入CuO与溶液中的H作用调节pH，促进Fe3的水解，使Fe(OH)3沉淀，从而达到分离Cu2和Fe3的目的。(1)FeCl3与Cu发生反应：2FeCl3Cu=CuCl22FeCl2。(2)依据上述氧化还原反应，设计的原电池为：Cu作负极，C(石墨)为正极，FeCl3溶液作电解质溶液。其中负极反应：Cu2e=Cu2正极反应：2Fe32e=2Fe2,(3)根据沉淀Fe2、Fe3和Cu2的pH确定。首先将溶液中的Fe2氧化成Fe3，然后利用Fe3的水解：Fe33H2OFe(OH)33H，往溶液中加入CuO时 ，CuO与H作用从而使上述平衡右移。pH将逐渐增大，Fe3转化成Fe(OH)3沉淀而除去。,(4)不锈钢在CuSO4中发生置换反应：CuSO4Fe=FeSO4Cu从而在不锈钢的表面析出了红色Cu，这样构成了CuFe原电池，加快了不锈钢的腐蚀。验证的方法是先使CuO与H2SO4作用生成CuSO4，然后把劣质不锈钢放入CuSO4溶液中，观察表面是否有红色物质存在。,答案(1)2Fe3Cu=2Fe2Cu2(2)装置图正极反应：2Fe32e=2Fe2负极反应：Cu2e=Cu2,(3)通入足量氯气将Fe2氧化成Fe3；加入CuO调节溶液的pH至3.24.7；过滤除去Fe(OH)3(4)CuOH2SO4=CuSO4H2O，CuSO4Fe=FeSO4Cu不锈钢表面有红色物质生成,根据下列氧化还原反应设计一个原电池：2FeCl3Fe=3FeCl2要求：(1)画出此原电池的装置图，装置可采用烧杯和盐桥。(2)注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。(3)写出两个电极上发生的电极反应。,解析：根据原电池的构成条件发生还原反应的物质作正极(或在正极上发生还原反应)，发生氧化反应的物质作负极(或在负极上发生氧化反应)。在上述反应里，固体铁中铁元素的化合价升高，发生氧化反应，应作原电池的负极；FeCl3中铁元素的化合价降低，发生还原反应，但因FeCl3易溶于水，不能直接作电极，所以要选用一种活动性比铁弱且与FeCl3溶液不反应的固体作辅助电极，这里可以采用石墨棒或银棒等。左、右两个半电池中电解质溶液依次为FeCl2、FeCl3溶液，两个半电池要用装有饱和KCl溶液的盐桥沟通。,答案：(1)装置图如下：(2)电池的正负极及外电路中电子的流向如图所示。(3)负极(Fe)：Fe2e=Fe2正极(C或Ag)：2Fe32e=2Fe2,【例1】(2009天津)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。右下图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸咐气体的能力强，性质稳定。请回答：,(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是_，在导线中电子流动方向为_(用a、b表示)。(2)负极反应式为_。(3)电极表面镀铂粉的原因为_。(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一，金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：.2LiH2 2LiH.LiHH2O=LiOHH2,反应中的还原剂是_，反应中的氧化剂是_。已知LiH固体密度为0.82 g/cm3，用锂吸收224 L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸收的 H2体积比为_。由生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃烧，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为_mol。,解析(4)由2LiH2 2LiH，V(LiH) 103 LmL10.195 L，据LiHH2O=LiOHH2，20 mol20 mol则n(e)20 mol80%232 mol。,答案(1)由化学能转变为电能由a到b(2)2H24OH4e=4H2O(或H22OH2e=2H2O)(3)增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，加快电极反应速率(4)LiH2O1/1148或8.7110432,(2006重庆)铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正、负极极板是惰性材料，电池总反应式为：,请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：(1)放电时：正极的电极反应式是_；电解液中H2SO4的浓度将变_；当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加_g。(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按右图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成_、B电极上生成_，此时铅蓄电池的正、负极的极性将_。,解析：(1)铅蓄电池放电时起原电池作用，其正极应是PbO2得电子生成Pb2，在硫酸存在条件下生成难溶的PbSO4，所以电极反应式为PbO22e4H =PbSO42H2O。由电池总反应式可以看出，硫酸参加反应后其浓度将变小。当外电路通过1 mol电子时，根据Pb