高三化学复习《化学选修4》第1章 第3节化学能转化为电能——电池鲁教版知识精讲

高三化学复习化学选修4第1章 第3节化学能转化为电能电池鲁教版【本讲教育信息】一. 教学内容：高考第一轮复习化学选修4第1章 化学反应与能量第3节 化学能转化为电能电池1. 原电池的工作原理。2. 化学电源。（1）锌锰干电池（2）铅蓄电池（3）氢氧燃料电池3. 金属的腐蚀与防护（1）金属腐蚀的电化学原理（2）金属的防护二. 教学目的：1. 了解原电池工作原理。2. 掌握根据电极反应判断阴极和阳极、根据电流方向判断电池正极和负极的方法。3. 了解电极反应的概念。4. 了解原电池的实际应用、常见化学电源的种类及工作原理。5. 了解金属腐蚀的电化学原理以及防护的原则。三. 重点和难点1. 原电池的工作原理。2. 电池电极的判断，电极反应和电池反应式的书写。3. 金属腐蚀的电化学原理及金属的防护。四. 考点分析本节内容在高考中的主要考查点是：1. 原电池原理的应用。2. 电池电极的判断。3. 电极反应和电池反应式的书写。4. 金属腐蚀的电化学原理及金属防护措施。五. 知识要点 1. 原电池是_的装置。盐桥既可以使_，又可以使_，其导电原理是_。 2. 在铜锌原电池中，电极反应分别是：正极_，负极_。总反应式是_。 3. 可充电电池放电时是_，将_能转化为_能，充电时是一个_，将_能转化为_能储存起来。 4. 锌锰干电池分为_和_两种干电池，负极上发生的电极反应为_，正极上发生的电极反应为_。 5. 铅蓄电池的结构比较复杂，其电极反应式为：负极_，正极_。 6. 氢氧燃料电池，在酸性条件下电极反应为：负极_，正极_。碱性条件下电极反应为：负极_，正极_。 7. 吸氧腐蚀中，负极上发生的反应为_，正极上发生的反应为_，原电池反应为_。 8. 金属防护的方法主要有_、_、_等。注意： 1. 原电池的工作原理（1）原电池的定义：能把化学能转化为电能的装置叫原电池。原电池反应的本质是氧化还原反应。（2）原电池的电极：负极：电子流出的一极，发生氧化反应的一极，电流流入的一极。正极：电子流入的一极，发生还原反应的一极，电流流出的一极。（3）构成原电池的条件：两个活泼性不同的电极电解质溶液形成闭合回路（或在溶液中接触）知识要点实例概念将化学能转化为电能的装置CuSO4溶液自发反应：CuZnSO4实质化学能转化为电能构成前提能自发地发生氧化还原反应构成条件两个电极电解质溶液“两极”“一液”联成回路能自发地发生氧化还原反应电极构成负极：还原性相对较强的材料正极：还原性相对较弱的材料Zn板负极Cu板正极Zn板负极Cu板正极电极反应负极：失去电子，氧化反应正极：得到电子，还原反应负极：正极：Cu负极：正极：Cu电子流向电流流向外电路：电子由负极流向正极，电流方向相反内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极，电流由负极流向正极外电路：电子由Zn板经导线流向Cu板。内电路：、移向Zn板（负极）；、移向Cu板（正极）外电路：电子由Zn板经导线流向Cu板内电路：盐桥中的移向Zn板，盐桥中的移向Cu板电极反应与反应总式的关系两个电极反应式加合，即得反应总式负极：正极：Cu总式：负极：正极：Cu总式：重要应用制作电池防止金属被腐蚀提高化学反应速率制作干电池、铅蓄电池、新型高能电池；用粗锌代替纯锌制取，反应速率快；Fe与Zn相连接，处于电解质溶液中，Fe受保护可设计和生产种类繁多的化学电池，且提高电池效率 2. 常见化学电源名称电极材料电解质电极反应电池反应酸式锌锰干电池正极：石墨负极：锌NH4Cl和ZnCl2负极：正极：碱性锌锰干电池正极：MnO2负极：锌KOH负极：正极：铅蓄电池正极：PbO2负极：Pb30%H2SO4溶液负极： 正极：PbO24H氢氧燃料电池正极：石墨负极：石墨KOH溶液负极：4H2O4e正极：铝空气海水电池负极：正极： =锌银电池正极：Ag2O负极：ZnKOH溶液负极：正极：=锂电池正极：石墨负极：LiLiAlCl4SOCl2负极：正极： 3. 金属的腐蚀与防护（1）金属的腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。实质：金属原子（M）失去电子而被氧化的过程，即。类型：有电化学腐蚀和化学腐蚀两种。a. 电化学腐蚀：不纯的金属（或合金）接触到电解质溶液发生原电池反应，相对较活泼的金属失去电子而被氧化所引起的腐蚀。以铁为例i 析氢腐蚀：正极反应为：ii 吸氧腐蚀：正极反应为：负极均为：b. 化学腐蚀：金属跟接触到的物质（一般为非电解质）直接发生氧化还原反应而引起的一种腐蚀。（2）金属的防护金属防护的基本思路是防止金属与其他溶液化学物质直接接触，防止金属形成原电池。常用的防护方法有：改变金属的结构；加保护层；电化学保护法。【典型例题】 例1. 从理论上说氧化还原反应都可以设计为原电池，试根据反应：，设计一个原电池并写出电极反应。分析：联想铜、锌、硫酸原电池的正、负极和电池总反应：，分析氧化还原反应：，Cu被氧化，因而作负极；被还原，作电解质；再选择一种比铜更不活泼的金属或石墨作正极，即可构成原电池。答案：正极（石墨）：负极（Cu）： 例2. 碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：下列说法错误的是（ ）A. 电池工作时，锌失去电子B. 电池正极的电极反应式为：C. 电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D. 外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减少6.5g分析：锌为电极，在反应中失去电子；电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极，而电子定向移动的方向应为电流的反方向，故C错误。根据电子守恒可知D项正确。由该电池反应的总反应式和原电池的原理写出正极反应式，可知B正确。答案：C 例3. 如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为（ ）A. B. C. D. 分析：、实质均为原电池装置，中Fe为正极，被保护；、中Fe为负极，均被腐蚀，但相对来说，Fe和Cu的金属活动性较Fe和Sn的差别大，故CuFe原电池中Fe被腐蚀得最快。中因铁不纯而发生微小原电池反应。答案：C 例4. 有X、Y、Z、W四种金属。已知的碱性大于，可使Z氧化，W可与热水反应产生，X不能与热水反应，把X的金属片插入稀硫酸，让金属丝Z与X接触，则X的溶解速率加快，这四种金属活动性强弱的关系一定是（ ）A. XYB. ZYC. WZD. ZX分析：由金属的氢氧化物的碱性判断金属活动性的前提条件是：主族元素的最高价氧化物的水化物碱性越强，则金属的活动性越强。实际上是比较金属的还原性。的碱性大于的碱性，没有提到主族元素的最高价氧化物的水化物，所以不能确定X和Y的活动性大小，可使Z氧化不能确定X和Z的金属性的大小，如、，W可与热水反应产生，X不能与热水反应，可判断金属性WX，另外，XZ，因此，WZ。答案：C 例5. 阿波罗号宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应为：，电解质溶液为KOH溶液，反应保持在较高温度，使蒸发，则下列叙述中正确的是（ ）A. 此电池能发出蓝色火焰B. 为正极，为负极C. 工作时，电解质溶液的pH不断减小D. 电极反应为负极：；正极：分析：原电池是将化学能转变为电能的装置。显然选项A不正确。由于电池反应为：，通的一极失电子为电池负极，发生反应：，通的一极得电子为电池正极，发生反应：。整个过程中介质KOH并没有消耗，由于不断蒸发，pH基本保持不变。答案：D例6. 家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是（ ）A. B. C. D. 分析：洗过的铁锅在空气中放置，可发生吸氧腐蚀。负极发生的反应为，正极发生的反应为，总反应式为=，而又被氧化为红褐色的。答案：D 例7. （2020天津）下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是（ ）A. a电极是负极B. b电极的电极反应为：C. 氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D. 氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置分析：依据原电池原理判断：a电极通入发生氧化反应，作负极，其电极反应为；b电极通入发生还原反应，作正极，其电极反应为；氢氧燃料电池的产物为，无污染，具有良好的应用前景，且氧化剂（来自空气）不必储存在电池内，由上知B项不正确。答案：B【模拟试题】 1. 关于如图所示装置的叙述，正确的是（ ）A. 铜是阳极，铜极上有气泡产生B. 铜极质量逐渐减少C. 电流从锌极经导线流向铜片D. 氢离子在铜极表面被还原 2. 将Mg条、Al条平行插入一定浓度的NaOH溶液中，用电器连接成原电池。此电池工作时，下列叙述中正确的是（ ）A. Mg比Al活泼，Mg失去电子被氧化成B. Al条表面虽有氧化膜，但可不必处理C. 该电池的内、外电路中，电流均是由电子定向移动形成的D. Al是电池负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀析出 3. 下列描述中，不符合生产实际的是（ ）A. 电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极B. 电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极C. 电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极D. 在镀件上电镀锌，用锌作阳极 4. 关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是（ ）A. 电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠B. 若在阳极附近的溶液中滴加KI溶液，溶液呈棕色C. 若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色D. 电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性 5. 埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种情况下，被腐蚀的速度最慢的是（ ）A. 在含铁元素较多的酸性土壤中B. 在潮湿疏松透气的土壤中C. 在干燥致密不透气的土壤中D. 在含碳粒较多、湿潮透气的土壤中 6. a、b、c三种金属分别放入稀中，只有c产生，a、b同时放入a的硝酸盐溶液中，a的质量增加，则离子氧化能力的顺序是（ ）A. B. C. D. 7. 将铁片和银片用导线联接插入硫酸铜溶液中，当线路中有0.2mol的电子发生转移时，负极的质量变化是（ ）A. 增加0.8gB. 增加6.4gC. 减轻5.6gD. 增加5.6g 8. 将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加少量溶液，下列各图中产生的体积VL与时间t min的关系，基本正确的是（ ） 9. 已知空气锌电池的电极反应为：锌片：石墨：据此判断，锌片是（ ）A. 负极，并被氧化B. 负极，并被还原C. 正极，并被氧化D. 正极，并被还原 10. 下列防腐措施中，属于电化学保护法的是（ ）A. 用氧化剂使金属表面生成致密稳定的氧化物保护膜B. 在金属中加入一些铬或镍制成金属合金C. 在轮船的船壳水线以下部分，装上一锌锭D. 金属表面喷漆 11. 随着人们生活质量的不断提高，废电池进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是（ ）A. 利用电池外壳的金属材料B. 防止电池中汞、镉和铅等金属离子对土壤和水源的污染C. 不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他的物品D. 回收其中石墨电极 12. 氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是。根据此反应式判断，下列叙述中正确的是（ ）A. 电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大B. 电池放电时，镍元素被氧化C. 电池充电时，氢元素被氧化D. 电池放电时，在负极放电 13. 铁钉与碳棒用导线连接后，浸入到0.01mol/L的食盐溶液中，可能发生的反应是（ ）A. 碳棒上放出B. 碳棒附近产生C. 碳棒上放出D. 铁钉被氧化 14. 把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞混合液的U型管中，如图所示，最终可在A极观察到酚酞变红。问A是原电池正极还是负极？代表锌还是代表铁？写出电极上的反应式和总反应式。 15. 如图所示，在大试管里放入一段光亮无锈的弯成螺旋状的铁丝，把试管倒入水中，把这个装置这样放置约一周后，观察到铁丝发生的变化是_原因是_试管里的水面会上升，最终上升高约为_，原因是_。 16. 常用干电池是锌围成的圆铜作负极，石墨粉和二氧化锰粉包围在碳棒的周围并压成圆筒形作正极，内充糊状的、。工作时某一种阳离子在正极放电产生两种气体，一种气体分子可被氧化，且生成和，另一气体显碱性。试写出干电池工作时的电极反应式，注明反应类型：负极_，反应类型_；正极_，反应类型_。 17. 燃料电池是目前正在探索的一种新型电池。它主要是利用燃料在燃烧过程中把化学能直接转化为电能，目前已经使用氢氧燃料电池的基本反应是x极：y极：回答下列问题：（1）x是_，发生_反应。（2）y是_，发生_反应。总反应方程式为_。（3）若反应后得到5.4g液态水，此时氢氧燃料电池转移的电子数是_。 1