2019高考化学第6章(化学反应与能量)第2节原电池化学电源考点(1)原电池的工作原理讲与练_第1页
2019高考化学第6章(化学反应与能量)第2节原电池化学电源考点(1)原电池的工作原理讲与练_第2页
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文档简介

1、第六章化学反应与能量李仕才- 老纲耍琳- 高老命融揉n- sr - -1:内客探究:纵观近几年的高灣试题发现”本节主要围绕若原电池工作原理及应用.了解原电池的工件原:进行命题往往段新型能源电池或憋料电池为载协,譜査电极肉判断电极反应的书写、 理,臆写出电极辰应和电池反3电子或电潦的方向、溶蔻卩円的蛮化威计算,盛应用电化学原理解释其些化学现象锌 a 应方程式。:形式探究:本节主要収选择题、填空题形式出现常综台学科内知识进行考查,世了耀常见化学电源的如联靠化学实验现较的判断和分析、定实验的按作要求、髙子方程式的书写、氣化 种类渥其工作原理 a:还原反应问题分析、化学计算等。还可幄与新科学及新技术如

2、新型电池等问题相联系考查口_丿考点一原电池的工作原理1.概念及反应本质: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.构成条件:反应能发生自发进行的氧化还原反应(一般是活泼 性强的金属与电解质溶液反应)电极一般是活泼性不同的两电极(金屈或石墨)闭合回路形成需三个条件;电解质溶液;两电极直接或间接接触*两电极插入电解质溶液中3.工作原理(可用简图表示如下):化学电源2将旷沿导线传递,有电流产生电极反应负极:Zn 2eZn-+正极:Ci?十 2ECU反应类型负极:氧化反应 正极:还原反应电子流向 离子移向外电路中冬电子由軽沿导线方向流向釘?电解 质溶液中阳离子移向住节阴离子移向軽盐桥中

3、 离子流向盐桥中饱和KC1溶液中的C移向负极,K移向 正极电极材料负极:锌片 正极;铜片原电池带盐桥的原电池装置图ZnCus(盐桥二二 -1丿!亍= m 弓0三ta -w亠#C11S0&溶液ZriSO。 溶液CuSO4溶液3电池反应 方程式Zn + Cu2+Zn2+Cu不同点Zn在CuSO,溶液中 直接接触Ci?十,会有 一部分Zn与十直接反应,该装置中 既冇化学能和电能 的转化歩又有亠部分 化学能转化成了热 能,装置的温度会 升高Zn和CuSQ溶液在两个 池子中,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,且持续时间长维辨

4、析判断正误(正确的打“V”,错误的打“X”)1 在原电池中,发生氧化反应的一极是负极。(V)2在原电池中,负极材料的活泼性一定比正极材料强。(X)3.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。(X)4带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。(V)5 任何氧化还原反应均可设计成原电池。(X)6放热反应通过一定的装置可以将化学能变为电能,构成原电池。(X)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。(X)&原电池放电时,电流方向为电池的负极T正极。(X)4:菌别提醒1 只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能

5、转化为电能。52电解质溶液中阴、阳离子的定向移动,与导线中电子的定向移动共同组成了一个完 整的闭合回路。3.电子只能在导线上(外电路)移动,不能在溶液中(内电路)移动;离子只能在溶液中移动,不能在导线上移动。4 在原电池中,电极可能与电解质反应,也可能与电解质不反应;不发生反应的可看作金属发生吸氧腐蚀,如图所示。CuCl2溶液Fe=65 闭合回路的形成也有多种方式,可以是导线连接两个电极,也可以是两电极接触, 如图所示。76.一般条件下,较活泼的金属材料作负极,失去电子,电子经外电路流向正极,再通过溶液中的离子形成的内电路构成回路。但Mg Al 和 NaOH 溶液构成原电池时,Al 作负极;F

6、e、Cu 和浓 HNO 构成原电池时,Cu 作负极。规律为:与电解质溶液能发生氧化还原反应的金属作负极。基础小题快练d、原电池的构成条件和正负极的判断稀硫酸稀硫酸81.在如图所示的8 个装置中,属于原电池的是CFe二三=一三二=_二二酒精稀H2SO4CuCbJM 稀也SOq三三=耳一=一二一_三三二!-9A.B.C.D.答案:D2.有关电化学知识的描述正确的是()A. CaO HbO=Ca(OH),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 Cu+ 2AgNO=Cu(NO2+ 2Ag,装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl 饱和溶液C. 原电池的两

7、极一定是由活动性不同的两种金属组成D. 缠有铜丝的铁片放入 CuSO 溶液中也能形成原电池解析:CaO HO=Ca(OH)不是氧化还原反应;KCl 和 AgNO 反应生成 AgCl 沉淀易阻止原电池反应的发生;作电极的不一定是金属,如石墨棒也可作电极。答案:D3.分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是()空气A. 中 Mg 作负极,中 Fe 作负极B. 中 Mg 作正极,电极反应式为 6H2O+ 6e=6OH+ 3HdC. 中 Fe 作负极,电极反应式为 Fe 2e-=F+D. 中 Cu 作正极,电极反应式为 2H + 2e_=Hf解析:中 Mg 不与 NaOH 溶液反应,而 Al 能

8、和 NaOH 溶液反应失去电子, 故 Al 是负极;中 Fe 在浓硝酸中钝化,Cu 和浓硝酸反应失去电子作负极,A、C 错;中电池总反应为2Al + 2NaOHF 2fO=2NaAIO+f,负极反应式为 2Al + 8OH 6e=2AlQ + 4fO,两者相减得到正极反应式为 6fO+ 6e=6OH+ 3H4, B 正确;中 Cu 是正极,电极反应式为Q + 2HzO+ 4e=4OH, D 错。答案:B4.原电池正、负电极的极性不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关。下列由不同材料组成的原电池,电极反应正确的是()A.由 Fe、Cu 与稀硫酸组成的原电池,10其负极反应式为Fe 3e=F

9、+B.由 Al、Mg 与氢氧化钠溶液组成的原电池, 其负极反应式为 Mg- 2e + 2OH=Mg(OH2C.由 Pb、Cu 与氯化铁溶液组成的原电池,其正极反应式为Cu 2e-=Cu+D.由 Al、Cu 与浓硝酸组成的原电池,其负极反应式为Cu 2e=CIJ+解析:由 Fe、Cu 与稀硫酸组成的原电池,Fe 作负极,电极反应式为 Fe 2=F+,A 错误;由 Al、Mg 与氢氧化钠溶液组成的原电池,电池总反应为 2AI + 2HaO+ 2NaOH=2NaAQ+ 3H2f,Al 作负极,电极反应式为 Al 3e+ 4OH =AlQT+ 2fO, B 错误;由 Pb Cu 与氯 化铁溶液组成的原

10、电池,正极为Cu,电极反应式为 Fe3*+ e=F+, C 错误;由 Al、Cu 与浓硝酸组成的原电池,Al 遇浓硝酸钝化,Cu 作负极,电极反应式为 Cu 2e=C,D 正确。答案:D二、原电池工作原理5.下列有关原电池的说法中正确的是()A. 在内电路中,电子由正极流向负极B. 在原电池中,一定是相对较活泼的金属作负极,不活泼的金属作正极C. 原电池工作时,正极表面一定有气泡产生D. 原电池工作时,可能会伴随着热能变化解析:A 项,内电路中不存在电子的移动;B 项,若是由铝、镁、氢氧化钠溶液构成的原电池,则负极是铝;C 项,若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池,则正极表面析出铜,没有气泡产

11、生。答案:D6.在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y,外电路中电子流向如图所示,关于该装置的下列说法正确的是()11A. 外电路的电流方向为 XT外电路TYB.若两电极分别为铁和碳棒,则铁棒上进行的电极反应式为2H + 2e_=HfC.X 极上发生的是还原反应,Y 极上发生的是氧化反应D.若两电极都是金属,则它们的活动性顺序是XY解析:该装置是原电池,外电路中电子从 X 电极流向 Y 电极,电流的流向与此相反,即12YT外电路TX, A 项错误;若两电极分别为铁和碳棒,则铁棒是负极,发生氧化反应:Fe-2e_=F(e+, B 项错误;X 是负极,负极上发生氧化反应; Y 是正极,正极

12、上发生还原反应,C 项错误;原电池中较活泼的金属作负极,较不活泼的金属或导电的非金属作正极,该原电 池中 X 是负极,Y 是正极,所以若两极都是金属,则它们的活动性顺序为XY D 项正确。答案:D7工业上常将铬镀在其他金属表面,同铁、镍组成各种性质的不锈钢,在如图装置中,上产生大量有色气体,则下列叙述正确的是()A.图 1 为原电池装置,Cu 电极上产生的是 O2B.图2装置中Cu电极上发生的电极反应式为:Cu 2e-=Cu+C.由实验现象可知:金属活动性CuCrD.两个装置中,电子均由Cr 电极流向 Cu 电极解析:图 1 为原电池装置,铜为正极,氢离子得电子生成氢气;图 2 装置中铜电极上

13、无 气体产生,铬电极上产生大量有色气体,说明铜为负极,铬电极为正极,负极发生Cu- 2e=C;由图 1 根据原电池原理知金属铬的活动性比铜强;图 1 中,电子由 Cr 经导线流向Cu,图 2 中电子由 Cu 极经导线流向 Cr。答案:B&某兴趣小组同学利用氧化还原反应:2KMn(4 10FeSQ + 8fSQ=2MnSO 5Fe2(SQ)3+ KaSQ + 8HQ 设计如下原电池,盐桥中装有饱和&SQ 溶液。下列说法正确的是()观察到图 1 装而图 2 装置中铜电极上无气体产生, 铬电极13A. b 电极上发生还原反应B.外电路电子的流向是从a 到 b14c.电池工作时,盐桥中

14、的 s6移向甲烧杯D. a 电极上发生的反应为:MnQ + 8H+ 5e=Mn+ 4H2O解析:由题干反应方程式知 FeSO 失去电子,故 b 发生氧化反应,A 错误;由上述分析 可知,a 为正极,电子由负极流向正极,即从b 流向 a, B 错误;原电池中阴离子向负极移动,则盐桥中的 SO移向乙烧杯中,C 错误。答案:D9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()leuA. 铜电极上发生氧化反应B.电池工作一段时间后,甲池的c(SO2)减小C 电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加D.阴阳离子分另通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡

15、解析:由锌铜原电池原理可知,锌电极为负极,失电子,发生氧化反应,铜电极为正极,得电子,发生还原反应,A 项错误;阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,两池中 c(SO4)不变,B 项错误;电池工作过程中 Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池,乙池中Cu2+ 2e=Cu 其溶液中的离子转换为 CU2+TZn2+,摩尔质量 M(OT)M(Zn2+),乙池溶液的总质量2亠增加,C 项正确;阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,电池工作过程中Zn 由甲池通过阳离子交换膜进入乙池保持溶液的电荷平衡,阴离子并不通过交换膜,D 项错误。答案:C原电池原理的四大应用i 比较金属的活动性强弱原电池中,一般活动

16、性强的金属作负极,而活动性弱的金属(或非金属)作正极。1 mol - L-1CuSO4(aq)15如有两种金属 A 和 B,用导线将 A 和 B 连接后,插入到稀硫酸中,一段时间后,若观察到 A 溶解,而 B 上有气体放出,则说明 A 作负极,B 作正极,则可以判断金属活动性AB2 加快化学反应速率如 Zn 与稀硫酸反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO 溶液,形成 Zn-Cu 原电池,使产生氢气的速率增大。3 用于金属的防护如要保护铁制闸门, 可用导线将其与锌块相连,使锌作负极,铁制闸门作正极,从而使铁制闸门受到保护。4 设计化学电源设计原电池时要紧扣构成原电池的条件,首先将已知氧化还原反

17、应拆分为两个半反应,然后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(负极是失电子的物质,正极用比负极活动性差的金属或导电的非金属如石墨)及电解质溶液。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应含有与电极材料相同的阳离子。如在Cu Zn 构成的原电池中,负极 Zn浸泡在含有 Zn2+的电解质溶液中,而正极 Cu 浸泡在含有 Cu1 2+的电解质溶液中。1 下列关于电化学的叙述错误的是()A. 生铁中含有碳,抗腐蚀能力比纯铁弱B.

18、用锡焊接的铁质器件,焊接处易生锈C. 在铁制品上镀铜时,镀件为阳极,铜盐为电镀液D. 铁管上镶嵌锌块,铁管不易被腐蚀解析:A、B 项都是原电池原理,更易腐蚀;铁制品上镀铜,阳极应为铜,C 错误;D 项是牺牲阳极的阴极保护法。答案:C2有 A、B、C、D E 五块金属片,进行如下实验: A、 B 用导线相连后,同时浸入稀 H2SQ 溶液中,A 极为负极;C D 用导线相连后,同时浸入稀H2SQ 溶液中,电流由 导线C;A、C 相连后,同时浸入稀 H2SQ4溶液中,C 极产生大量气泡;B D 相连后,同 时浸入稀 HSQ溶液中,D 极发生氧化反应;用惰性电极电解含B 离子和 E 离子的溶液,E先析

19、出。据此,判断五种金属的活动性顺序是( )A. ABCDEB. ACDBEC. CABDED. BDCAE16TC,说明 C 为负极,金属活动性: CDA C 相连后,同时浸入稀 H2SQ 溶液中,C 极产 生大量气泡,说明 C 为正极,金属活动性: AC;B D 相连后,D 极发生氧化反应,说明 D 为负极,金属活动性:DB;用惰性电极电解含 B 离子和 E 离子的溶液,E 先析出,说明 还原性 B巳由此可知,金属活动性:ACDBE B 项正确。答案:B3.定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时,为了加快反应速率又不影响生成的总量,可采取的措施是()A. 加入少量稀 NaQH 溶液B. 加入少量 CH

20、CQQN 固体C. 加入少量 NHHSQ 固体D. 加入少量 CuSQ 溶液解析:A 中加入 NaQH 溶液,消耗盐酸,氢气的生成量会减少,错误;B 中加入 CHCQQ会结合,生成醋酸,减慢反应速率,错误;C 中加入 NHHSQ 固体,增加了 的量,生成的氢气会增多,错误;D 中加入少量 CuSQ 溶液,Zn 置换出少量 Cu 附着在锌表面,形成原电池可以加快反应速率,并且没有影响氢气的生成量,正确。答案:D4. 某原电池总反应为 Cu+ 2Fe3+=CU+ 2Fe2+,下列能实现该反应的原电池是()1ABCD电极材料Cu.CFe、ZnCu.Ag电解液FeCl3Fe(NO3)2CuSO4Fl?

21、(SO4 ) 3解析:由题意知,Cu 为负极材料,正极材料的金属活动性必须弱于Cu,其中 B D 项符合该条件;由 Fe3+得电子生成 Fe2+知,电解质溶液中必须含有Fe3+,同时符合上述两条件的只有 D 项。答案:D解析:A、B 相连时,A 为负极,金属活动性:AB;C D 相连时,电流由 “导线1718将等质量的两份锌粉 a、b 分别加入过量的稀硫酸中,同时向 a 中加入少量的 CuSO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 CuSO 溶液,产生 H2的体积 V(L)与时间 t(min)的关系是_ 。(3) 将 中的 CuSO 溶液改成 CHCOON 溶液,其他条件不变,则图象是 _ 。解析:(1)a 中加入 CuSO,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CuSO消耗Zn, 但不影响产生 H2的量, 速率也 加快。(3)CHsCOON与 fSQ 反应后生成弱酸 CHCOOH 从而减慢反应速率,但产生 f 的量没 发生变化。答案:(1)A

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