2019年高考化学一轮复习第6章化学反应与能量转化第3节化学能转化为电能__电池学案鲁科版

1、第3节化学能转化为电能电池考纲定位全国卷5年考情1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害及保护措施。2017年：卷T112016年：卷T11；卷T112015年：卷T11；卷T26(1、2)2014年：卷T122013年：卷T10、T27(5)、T28(5)；卷T11考点1| 原电池及其工作原理(对应学生用书第121页)考纲知识整合1原电池的概念把化学能转化为电能的装置，其本质是发生了氧化还原反应。2原电池的构成(1)有两个活动性不同的电极(常见为金属或石墨)。(2)将电极插入电

2、解质溶液中。(3)两电极间构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。(4)能自发发生氧化还原反应。3工作原理如图是CuZn原电池，请填空：(1)反应原理电极名称负极正极电极材料ZnCu电极反应Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反应类型氧化反应还原反应(2)原电池中的三个方向电子方向：从负极流出沿导线流入正极；电流方向：从正极沿导线流向负极；离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。(3)两种装置的比较图中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2，会有一部分Zn与Cu2直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。图中Zn和CuSO4溶

3、液分别在两个池中，Zn与Cu2不直接接触，不存在Zn与Cu2直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。(4)盐桥作用连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使溶液呈电中性，使原电池不断产生电流。4原电池原理的三个应用(1)设计制作化学电源首先将氧化还原反应分成两个半反应。根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。(2)比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。(3)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加快。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2

4、的反应速率加快。应用体验判断正误 (正确的打“”，错误的打“”)。(1)在化学反应中，所有自发的放热反应均可以设计成原电池。()(2)原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。()(3)MgAl形成的原电池，Mg一定作负极。()(4)Cu、Al、浓HNO3构成的原电池的负极反应为Al3e=Al3。()(5)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应。()(6)相同情况下，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。 ()(7)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动。()(8)化学电源工作时，内电路介质中的阳离子一定向正极迁移。

5、()(9)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。()(10)原电池反应时，电子从负极流出经导线流入正极，然后通过溶液流回负极。()【答案】(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)高考命题点突破命题点1原电池的构成和设计1在如图所示的8个装置中，不能形成原电池的是_(填序号)，并指出原因_。【答案】中不存在两极；两极金属相同；中酒精不是电解质溶液，不导电；中没有构成闭合回路2设计原电池装置证明Fe3的氧化性比Cu2强。(1)负极反应式：_。(2)正极反应式：_。(3)电池总反应方程式：_。(4)在框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：不含

6、盐桥含盐桥【答案】(1)Cu2e=Cu2(2)2Fe32e=2Fe2(3)2Fe3Cu=2Fe2Cu2(4)思维建模原电池设计的思维模板(1)正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。(2)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(如溶解于溶液中的空气)。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。(3)画装置图：注明电极材料与电解质溶液。但应注意盐桥不能画成导线，要

7、形成闭合回路。命题点2原电池原理3(2015天津高考)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是() 【导学号：】A铜电极上发生氧化反应B电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小C电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡CA.Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO不参加电极反应，故甲池的c(SO)基本不变；C.电池工作时，甲池反应为Zn2e=Zn2，乙池反应为Cu22e=Cu，甲池中Zn2会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有6

8、4 g Cu析出，则进入乙池的Zn2为65 g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜。4分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是() 【导学号：】A中Mg作负极，中Fe作负极B中Mg作正极，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2C中Fe作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2D中Cu作正极，电极反应式为2H2e=H2B中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应，失去电子作负极；中室温下Fe在浓HNO3中钝化，Cu和浓HNO3反应，失去电子作负极，则Fe作正极，A、C错误；中电池总反应式为2Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2，负极

9、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作正极，电极反应式为O22H2O4e=4OH，D错误。5(2018厦门模拟)将反应2Fe32I2Fe2I2设计成如图所示的原电池。下列说法不正确的是 () 【导学号：】A盐桥中的K移向FeCl3溶液B反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应C电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极DA项，甲池中石墨电极为正极，乙池中石墨电极为负极，盐桥中阳离子向正极移动，所以向FeCl3溶液迁移，正确；B项，反应开始时，乙中I失去电子，发生氧

10、化反应，正确；C项，当电流计读数为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，正确；D项，当加入Fe2，导致平衡逆向移动，则Fe2失去电子生成Fe3，作为负极，而乙中石墨成为正极，错误。题后归纳原电池的工作原理简图注：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。若反应为可逆反应，改变条件，平衡移动方向改变时电流方向也改变，正、负极颠倒。命题点3原电池原理的应用6M、N、P、E四种金属，已知：MN2=NM2；M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出；N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电

11、极反应为E22e=E，N2e=N2。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是 () 【导学号：】APMNEBENMPCPNME DEPMNA由知，金属活动性：MN；M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：PM；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：NE。7把符合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示)(1)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中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是_。(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H

12、2的体积V(L)与时间t(min)的关系是_。(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是_。【解析】(1)a中加入CuSO4，消耗一部分Zn，Cu、Zn形成原电池，反应速率加快，所以a放出H2的量减少，但速率加快。(2)a中加入CuSO4消耗Zn，但不影响产生H2的量，速率也加快。(3)CH3COONa与H2SO4反应后生成弱酸CH3COOH，从而减慢反应速率，但产生H2的量没发生变化。【答案】(1)A(2)B(3)C考点2| 常见化学电源及其工作原理(对应学生用书第123页)方法思路突破1化学电源中电极反应书写的一般方法思路(1)明确两极的反应物。(2)

13、明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物。(3)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物。(4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。注意：H在碱性环境中不存在；O2在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H，生成H2O，在中性或碱性环境结合H2O，生成OH；若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。2示例与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为FeO3e4H2O=Fe(

14、OH)35OH，Zn作负极材料的电极反应式为Zn2e2OH=Zn(OH)2，该电池总反应的离子方程式为2FeO8H2O3Zn=2Fe(OH)33Zn(OH)24OH。电源分类突破一次电池碱性锌锰干电池负极材料：Zn电极反应：Zn2OH2e=ZnOH2O正极材料：碳棒电极反应：MnO22H2O2e=Mn(OH)22OH总反应：ZnMnO2H2O=ZnOMn(OH)2锌银电池负极材料：Zn电极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2正极材料：Ag2O电极反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH总反应：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag对点训练1(2018兰州模拟)被称为“软电池”的纸质电池，采用一

15、个薄层纸片(在其一边镀锌，在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为ZnMnO2H2O=ZnOMn(OH)2。下列说法正确的是() 【导学号：】A该电池的正极为锌B该电池反应中二氧化锰起催化剂作用C当0.1 mol Zn完全溶解时，流经电解液的电子个数约为1.2041023D电池正极反应式为MnO22e2H2O=Mn(OH)22OHDA项，由电池反应知，Zn元素化合价由0变为2，Zn失电子作负极，错误；B项，该电池中二氧化锰参加反应且作氧化剂，错误；C项，电子不进入电解质溶液，电解质溶液导电是通过离子定向移动形成电流，错误；D项，正极上二氧化锰得

16、电子发生还原反应，电极反应式为MnO22e2H2O=Mn(OH)22OH，正确。二次电池充电电池1铅蓄电池是一种二次电池总反应式为PbPbO22H2SO42PbSO42H2O2二次电池充电时的电极连接典例导航(2016全国卷)锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2ZnO24OH2H2O=2Zn(OH)。下列说法正确的是() 【导学号：】A充电时，电解质溶液中K向阳极移动B充电时，电解质溶液中c(OH)逐渐减小C放电时，负极反应为：Zn4OH2e=Zn(OH)D放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)审题指导2ZnO24OH2H2O2

17、Zn(OH)负极：2Zn4e8OH=2Zn(OH)阴极：2Zn(OH)4e=2Zn8OH正极：O24e2H2O=4OH阳极：4OH4e=O22H2O放电时阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移；充电时阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移。消耗1 mol O2转移4 mol e。【答案】C(1)充电时，OH向_极移动。(2)放电时，负极附近的溶液的pH变_(填“大”或“小”)。(3)充电时，阳极反应式为_。【答案】(1)阳(2)小(3)4OH4e=O22H2O对点训练2(2018信阳市一模)某充电宝锂离子电池的总反应为xLiLi1xMn2O4LiMn2O4，某手机镍氢电池总反应为NiOOHMHMNi(

18、OH)2(M为储氢金属或合金)，有关上述两种电池的说法不正确的是() 【导学号：】A锂离子电池放电时，Li向正极迁移B镍氢电池放电时，正极的电极反应式：NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OHC如图表示用锂离子电池给镍氢电池充电D锂离子电池充电时，阴极的电极反应式：LiMn2O4xe=Li1xMn2O4xLiDA项，锂离子电池放电时阳离子移向正极，所以Li向正极迁移，故A正确；B项，放电时，正极发生还原反应，方程式为NiOOHeH2O=Ni(OH)2OH，故B正确；C项，题图表示用锂离子电池为放电过程，而镍氢电池为充电过程，故负极Li接M极发生MHe=MH，故C正确；D项，锂离子电池充电时，阴极

19、的电极反应式：Lie=Li，故D错误。3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请回答下列问题：(1)放电时，负极反应式为_，正极反应式为_。(2)充电时，阴极反应式为_，阳极反应式为_。(3)放电时，K向_极迁移，负极的溶液pH的变化为_。(4)充电时，镍镉电池的阴极应与外接电源的_极相连。【答案】(1)Cd2e2OH=Cd(OH)22NiOOH2e2H2O=2Ni(OH)22OH(2)Cd(OH)22e=Cd2OH2Ni(OH)22OH2e=2NiOOH2H2O(3)正减小(4)负题后归纳可充电电池的分析方法(1)

20、充电电池是既能将化学能转化为电能(放电)，又能将电能转化为化学能(充电)的一类特殊电池。 需要注意的是充电、放电的反应不能理解为可逆反应。(2)充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应恰与放电时的正极反应相反，充电时的阴极反应恰与放电时的负极反应相反。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。介质酸性碱性负极反应式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O24H4e=2H2OO22H2O4e=4OH电池总反应式2H2O2=2H2O注：燃料电池的电极不参加电极反应通入的燃料发生负极反应，O2发生正极反应。书写电极反应时，注意介质参与的反应

21、。2燃料电池中的常见燃料有烃(CH4、C2H6)、烃的衍生物(甲醇、乙醇)、CO、金属(Al、Li等)，燃料在电池中的负极反应。3以CO为燃料气，请分别写出电解质符合下列条件的正、负极的电极反应式和总反应式(填入表格中)。电解质电极反应式或总反应式酸性介质正极负极总反应碱性介质正极负极总反应固体氧化物(其中O2可以在固体介质中自由移动)正极负极总反应熔融碳酸盐(CO)正极负极总反应【答案】O24e4H=2H2O2CO4e2H2O=2CO24H2COO2=2CO2O24e2H2O=4OH2CO4e8OH=2CO4H2O2COO24OH=2CO2H2OO24e=2O22CO4e2O2=2CO22C

22、OO2=2CO2O24e2CO2=2CO2CO4e2CO=4CO22COO2=2CO2对点训练4如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。下列说法不正确的是 () 【导学号：】A电流由O2所在的铂电极流出BO2所在的铂电极处发生还原反应C该电池的负极反应式为CH3CH2OH3H2O12e=2CO212HD微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量C燃料电池，燃料在负极反应，氧气在正极反应。氧气在正极发生还原反应，电流由正极流向负极，A、B正确；由图可知负极反应物为CH3CH2OH(碳元素的化合价平均显2)，生成物为CH3COOH

23、(碳元素的化合价平均显0)，由质子交换膜可知溶液呈酸性，负极的电极反应式为CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H，C项错误。5(1)燃料电池是一种高效低污染的新型电池。燃料电池所用燃料可以是氢气，也可以是其他燃料，如甲烷、肼等。如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：电池的负极是_(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为_。电池工作一段时间后电解质溶液的pH_(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)肼分子(H2NNH2)可以在氧气中燃烧生成氮气和水，利用肼、氧气与KOH溶液组成碱性燃料电池，请写出该电池的负极反应式：_，正极反应式：_，总反应式：_。(3)以甲醇(CH3OH)为

24、燃料，空气为氧化剂，以熔融K2CO3为电解质环境的燃料电池，负极反应式为_，正极反应式为_。【解析】(1)甲烷失去电子，甲烷在负极通入，因此电池的负极是a电极，该极的电极反应式为CH410OH8e=CO7H2O。由于反应后产生Na2CO3，即电池工作过程中消耗OH，因此电池工作一段时间后电解质溶液的pH减小。(2)肼在负极发生失去电子的氧化反应，该电池负极反应式为N2H44e4OH=4H2ON2。(3)甲醇为燃料在负极发生氧化反应，空气中的O2在正极上发生还原反应，但注意电解质中CO的参与。【答案】(1)aCH410OH8e=CO7H2O减小(2)N2H44e4OH=4H2ON2O24e2H2

25、O=4OHN2H4O2=N22H2O(3)CH3OH6e3CO=4CO22H2OO26e3CO2=3CO方法技巧燃料电池电极反应书写技巧(1)首先写出正极反应式酸性电解质溶液环境下电极反应式：O24H4e=2H2O；碱性电解质溶液环境下电极反应式：O22H2O4e=4OH；固体氧化物电解质(高温下能传导O2)环境下电极反应式：O24e=2O2；熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式：O22CO24e=2CO。(2)根据总反应式减去正极反应式确定负极反应式。考点3| 金属的腐蚀与防护(对应学生用书第125页)考纲知识整合1金属腐蚀(1)本质金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应

26、。可表示为Mne=Mn。(2)类型类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟具有腐蚀性的化学物质接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍2.电化学腐蚀的分类以钢铁的腐蚀为例进行分析：类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强(pH4.3)，如NH4Cl溶液水膜酸性很弱或呈中性，如NaCl溶液电极材料及反应负极Fe：Fe2e=Fe2正极C：2H2e=H2C：O22H2O4e=4OH总反应式Fe2H=Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀更普遍提醒：铁锈的成分为：Fe2O3xH2O，其形成过程还涉及如下反应：

27、4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3；2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(铁锈)(3x)H2O。3金属的防护(1)电化学防护牺牲阳极的阴极保护法原电池原理a负极：比被保护金属活泼的金属；b正极：被保护的金属设备。外加电流的阴极保护法电解原理a阴极：被保护的金属设备；b阳极：惰性金属。(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。提醒：牺牲阳极的阴极保护法中所说的阳极是指原电池的负极，即发生氧化反应的电极常称为阳极。应用体验判断正误 (正确的打“”，错误的打“”)。(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样

28、。 ()(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均可以发生析氢腐蚀。()(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3。()(4)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用。 ()(5)外加电流的阴极保护法，构成了电解池；牺牲阳极的阴极保护法构成了原电池。二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀。 ()(6)地下钢管可以通过地下连接铜板以防止钢管被腐蚀。()【提示】(1)(2)(3)(4)(5)(6)高考命题点突破命题点1金属腐蚀的类型和快慢判断1如图所示，各烧杯中盛有海水，铁(含杂质C)在其中被腐蚀由快到慢的顺序为() 【导学号：】ABC DC是原电池，是电解池，金属被腐蚀由快到慢的顺序是：电解池的阳极原电池的负极化学腐蚀原电池的正极电解池的阴极。2.如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH4久置的雨水和生铁片。实验时观察到：开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试