2020高二化学 1.3化学能转化为电能――电池学案 鲁科版选修4

1.3 化学能转化为电能电池 学案（鲁科版选修4） 学习目标1.熟练掌握原电池的工作原理并能正确书写电极反应式。2.能正确分析可充电电池与燃料电池的工作原理。3.掌握金属的腐蚀原理及防护措施。题型一原电池的工作原理例1如图是Zn和Cu形成的原电池，则下列结论中正确的是()铜为阳极，锌为阴极；铜极上有气泡；SO向铜极移动；若有0.5 mol电子流经导线，则可产生0.25 mol气体；电子的流向是铜到锌；正极反应式：Cu2eCu2。A B C D解析中Cu为正极，Zn为负极，中SO向负极(Zn极)移动，中电子的流向是ZnCu，中正极反应式：2H2eH2，故错。答案B变式训练1如下图所示，将两烧杯用导线相连，Pt、Cu、Zn、C分别为四电极，当闭合开关后，以下表述正确的是()ACu极为原电池负极 BCu极附近显碱性CC极发生氧化反应 D电子流向为C极流向Pt极答案B解析如题图，右端为原电池，负极：ZnZn22e正极：2H2eH2左端为电解池，阴极(Cu电极)：2H2eH2阳极(Pt电极)：2ClCl22e可知Cu极附近H放电使电极附近的溶液显碱性。题型二化学电源1有关可充电电池的考查方法点拨：解此类题目，首先要看清放电和充电反应的方向，再分析透彻反应的得失电子情况，判断放电时的正、负极，然后抓住其本质，即：负极发生氧化反应，失电子，化合价升高，正极发生还原反应，得电子，化合价降低；或充电时的阴阳极，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，从而得出结论。例2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：Cd2NiOOH2H2O放电充电Cd(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)2OHNiOOHH2OeB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Cd(OH)2，故负极附近溶液的碱性变小，C错；从电子与离子形成的闭合回路易知OH向(Cd)负极移动，D错。Cd(OH)2，故负极附近溶液的碱性变小，C错；从电子与离子形成的闭合回路易知OH向(Cd)负极移动，D错。答案A变式训练2铅蓄电池的工作原理为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。研读下图，下列判断不正确的是()AK闭合时，d极的电极反应式：PbSO42H2OPbO24HSO2eB当电路中转移0.2 mol电子时，中消耗的H2SO4为0.2 molCK闭合时，中SO向c极迁移DK闭合一段时间后，可单独作为原电池，d极为正极答案C解析由图示关系可知，池为原电池，池为电解池，a极为正极，b极为负极，K闭合后，c极为阴极，d极为阳极，因电极材料为PbSO4，结合铅蓄电池的工作原理，可判断d极发生的电极反应为PbSO42H2OPbO24HSO2e，A项正确；由题给方程式可判断，当电路中转移0.2 mol电子时，中消耗的H2SO4为0.2 mol，B项正确；电解池工作时，阴离子移向阳极，即d极，故C项错误；因池反应为2PbSO42H2OPbPbO22H2SO4，因此K闭合一段时间后，池可作为原电池对外供电，其中析出的铅附着在c极上作负极，析出的PbO2附着在d极上作正极，D项正确。2有关燃料电池的考查方法点拨：在燃料电池中，可燃物一定在负极反应，助燃物一定在正极反应，然后再根据原电池的工作原理进行分析是解此类题的关键。例3一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2。下列对该燃料电池说法正确的是()A在熔融电解质中，O2由负极移向正极B电池的总反应式：2C4H1013O2=8CO210H2OC通入空气的一极是负极，电极反应为O24e2O2D通入丁烷的一极是负极，电极反应为C4H1026e13O24CO25H2O答案B解析本题主要考查原电池的工作原理。由丁烷燃烧的化学反应方程式：2C4H1013O2=8CO210H2O，可知原电池的负极发生氧化反应，对应物质的化合价升高：C4H1013O24CO25H2O26e；原电池正极发生还原反应，对应物质的化合价降低：O24e2O2，显然在熔融电解质中O2从正极移向负极。变式训练3某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H，其基本结构见下图，电池总反应可表示为2H2O2=2H2O，下列有关说法正确的是()A电子通过外电路从b极流向a极Bb极上的电极反应式为O22H2O4e4OHC每转移0.1 mol电子，便消耗1.12 L的H2DH由a极通过固体酸电解质传递到b极答案D解析在原电池中电子通过外电路从负极流向正极，A错；b电极上发生的电极反应应为O24H4e2H2O，B错；C选项中未说明标准状况下是1.12 L；在原电池中阳离子向正极移动，而阴离子向负极移动，故只有D正确。题型三金属的腐蚀例4为了探究金属腐蚀的条件和快慢，某课外学习小组用不同的细金属丝将三根大小相同的普通铁钉分别固定在如图所示的三个装置内，并将这些装置在相同的环境中放置相同的一段时间，下列对实验结果的描述不正确的是()A实验结束时，装置甲左侧的液面一定会下降B实验结束时，装置甲左侧的液面一定比装置乙的低C实验结束时，铁钉b腐蚀最严重D实验结束时，铁钉c几乎没有被腐蚀解析甲中发生化学腐蚀：Fe2HCl=FeCl2H2；乙中发生析氢腐蚀，Cu为正极，铁钉为负极；丙中的铁钉不被腐蚀，因为浓H2SO4对铁产生钝化作用。答案B变式训练4如图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)，下列叙述正确的是()Aa中铁钉附近呈现红色 Bb中铁钉上发生还原反应Ca中铜丝上发生氧化反应 Db中铝条附近有气泡产生答案B解析铁铜组成原电池铁作负极，铁铝组成原电池铁作正极，a中铁被氧化，正极铜丝周围氧气得电子发生还原反应，生成氢氧根离子使酚酞变红，b中铁钉上氧气得电子发生还原反应，生成氢氧根离子使酚酞变红，铝条失电子变为铝离子，无气泡产生。题型四金属的防护例5下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是()A纯银器表面在空气中因电化学腐蚀渐渐变暗B当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用C在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极保护法D可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀解析纯银器表面在空气中易生成硫化物而失去光泽，属于化学腐蚀；当镀锡铁制品镀层破损时，由于铁比锡活泼，形成原电池时，铁作原电池的负极，加快铁的腐蚀；锌比铁活泼，当在海轮外壳上连接锌块后，锌失电子而海轮外壳被保护；要采用电解原理保护金属，应将金属与电源的负极相连，即作电解池的阴极。综合上述分析，可知C正确。答案C变式训练5如何防止铁的腐蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁腐蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：序号内容实验现象1常温下将铁丝放在干燥空气中一个月干燥的铁丝表面依然光亮2常温下将铁丝放在潮湿空气中一小时铁丝表面依然光亮3常温下将铁丝放在潮湿的空气中一个月铁丝表面已变得灰暗4将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时铁丝表面略显灰暗5将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时铁丝表面已变得灰暗6将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时铁丝表面灰暗程度比实验5严重回答以下问题：(1)上述实验中发生了电化学腐蚀的是_(填实验序号)；在电