《金新学案》高三化学一轮复习 第六章 第3讲 化学能转化为电能-电池 鲁科

第3讲化学能转化为电能——电池最新展示1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。热点定位1.原电池的工作原理分析，尤其是带盐桥的原电池装置。2.根据所给自发进行的反应设计原电池，并能绘制装置图。3.了解常用化学电源的构造及新型电源的工作原理。4.金属的腐蚀和防护是化学与社会联系的重要窗口，以此为素材考查原电池原理。一、原电池1．概念把

转化为

的装置。2．形成条件(1)

不同的两种金属(或金属与非金属)做两电极。(2)两电极插入同一(或用盐桥连通的不同)

中。(3)两极间形成

。(4)有自发氧化还原反应。

化学能电能有金属活性电解质溶液闭合回路3．原电池的电极名称及电极反应(以下图铜—锌原电池为例)电极材料锌铜电极名称..电极反应Zn―→Zn2＋＋2e－Cu2＋＋2e－―→Cu反应类型....带电粒子定向移动电子流向：..离子流向：....氧化反应负极正极还原反应由负极经导线流向正极阳离子向正极、阴离子向负极定向移动1.两个半电池构成的原电池中，盐桥的作用是什么？【提示】（1）使两个烧杯中的溶液形成一个通路。（2）使溶液保持电中性，氧化还原反应能顺利进行产生持续的电流。二、常见的化学电源1．分类(1)一次电池：锌锰干电池、碱性锌锰电池、锂电池等。(2)二次电池：铅蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等。(3)燃料电池：氢氧燃料电池、甲烷燃料电池等。2．常见的化学电源(1)一次电池(锌锰干电池)酸性碱性电极材料及电极反应式正C：2NH4＋＋2e－―→2NH3↑＋H2↑C：2MnO2＋2H2O＋2e－―→2MnOOH＋2OH－负Zn：Zn―→Zn2＋＋2e－Zn：Zn＋2OH－―→Zn(OH)2＋2e－填充物ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊做电解质溶液，另有MnO2和炭黑KOH代替了酸性锌锰干电池中的NH4Cl电池总反应式Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH优劣比较制作简单，价格便宜，但因发生自放电而存放时间短，电压下降快等电压稳定，持久耐用，但生产工艺要求高(2)二次电池(可充电电池)铅蓄电池是常见的二次电池，负极材料是

，正极材料是

。①放电时的反应负极反应：Pb＋SO42－―→PbSO4＋2e－正极反应：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－―→PbSO4＋2H2O电池反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O②充电时的反应阴极反应：PbSO4＋2e－―→Pb＋SO42－阳极反应：PbSO4＋2H2O―→PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－电解反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4PbPbO2(3)燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。酸性碱性负极反应式2H2―→4H＋＋4e－2H2＋4OH－―→4H2O＋4e－正极反应式O2＋4H＋＋4e－―→2H2OO2＋2H2O＋4e－―→4OH－电池总反应式2H2＋O2===2H2O2．根据下列氧化还原反应设计一个原电池：2FeCl3＋Fe===3FeCl2。要求：(1)画出此原电池的装置图，装置采用烧杯和盐桥。(2)注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。【提示】

(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。三、金属的腐蚀与防护1．金属的腐蚀(1)化学腐蚀与电化腐蚀比较化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与干燥气体或非电解质直接接触不纯金属或合金跟

接触特点

电流产生

电流产生本质金属失电子变成金属阳离子而被氧化(M―→Mn＋＋ne－)金属被

的过程较活泼的金属被.的过程相互关系两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更严重电解质溶液无有氧化氧化(2)电化腐蚀的两种途径比较(以钢铁生锈为例)吸氧腐蚀析氢腐蚀条件金属表面水膜呈.金属表面水膜.电极反应式正O2＋2H2O＋4e－―→4OH－2H＋＋2e－―→H2↑负2Fe―→2Fe2＋＋4e－Fe―→Fe2＋＋2e－

电池反应式2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑弱酸性、中性或碱性酸性较高2.金属的防护(1)

，如不锈钢。(2)

，如电镀、喷漆。(3)电化学保护法：①

；

②

。改变金属的组成结构在金属表面覆盖保护层牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极保护法1．(2009年广东高考)出土的锡青铜(铜锡合金)文物常有Cu2(OH)3Cl覆盖在其表面。下列说法正确的是(多选)(

)A．锡青铜的熔点比纯铜高B．在自然环境中，锡青铜中的锡可对铜起保护作用C．锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快D．生成Cu2(OH)3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程【解析】合金的熔点比成分金属的低，A错；金属的电化学腐蚀属于化学反应，D错。【答案】

BC2．(2009年北京高考)下列叙述不正确的是(

)A．铁表面镀锌，铁作阳极B．船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀C．钢铁吸氧腐蚀的正极反应：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－D．工业上电解饱和食盐水的阳极反应：2Cl－―→Cl2↑＋2e－【解析】选项A，铁作阳极，铁要溶解，铁应该作阴极。选项B，Zn的活泼性比Fe强，Zn失去电子而保护了船体。选项C，钢铁发生吸氧腐蚀时，O2在正极获得电子。选项D，Cl－的失电子能力强于OH－，电解饱和食盐水时，Cl－在阴极失去电子变为Cl2。【答案】

A3．(2009年福建高考)控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是(

)A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3+被还原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，乙中的石墨电极为负极【解析】由反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2可知，反应开始时甲中Fe3＋发生还原反应，乙中I－发生氧化反应；电流计读数为零，说明单位时间内由甲流向乙的电子数与由乙流向甲的电子数相等，生成Fe3＋的物质的量与消耗的Fe3＋相等，则反应达到了平衡状态，此时在甲中溶入FeCl2固体，则平衡向逆反应方向移动，乙中I2发生还原反应，则乙中石墨电极为正极；故选D。【答案】

D4．(2008年海南高考)关于铅蓄电池的说法正确的是(

)A．在放电时，正极发生的反应是Pb(s)＋SO42－(aq)―→PbSO4(s)＋2e－B．在放电时，该电池的负极材料是铅板C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小D．在充电时，阳极发生的反应是PbSO4(s)＋2e－―→Pb(s)＋SO42－(aq)【解析】

A项中电池放电时正极应发生还原反应，电极反应为：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－―→PbSO4＋2H2O；C项中电池充电时硫酸的浓度应不断增大；D项中电池充电时阳极应发生氧化反应。【答案】

B一、原电池的工作原理1．原理图示[以(－)Zn|CuSO4|Cu(＋)原电池为例]电池总反应方程式：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu外电路：电子从负极流出，最后流回正极，电流从正极流出，最后流向负极。内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极。外电路、内电路共同形成闭合电路，形成电流，从而使化学能转化为电能。2．原电池的判断(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”：【应用指南】

(1)考查原电池工作原理时误判“阳离子移向负极、阴离子移向正极”是常见的错误！阳离子应移向正极，阴离子移向负极。(2)构成原电池的条件之一为：“有活泼性不同的金属或非金属导体”，燃料电池的电极一般为惰性电极，但两电极通入的气体分别为正、负极电极材料。(2010年镇江质检)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(

)①在外电路中，电流由铜电极流向银电极②正极反应为：Ag＋＋e－―→Ag③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A．①②B．②③C．②④D．③④【思路点拨】依据原电池工作原理，确定电流方向、电极反应和原电池反应，并明确盐桥的作用。【尝试解答】该原电池发生的反应是氧化还原反应：Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag，④正确；Cu为负极，Ag为正极，外电路中电流从银电极流向铜电极，①错；正极反应为2Ag＋＋2e－―→2Ag，负极反应为：Cu―→Cu2＋＋2e－，②正确；撤掉盐桥，原电池处于断路状态，不能继续工作，③错。【答案】

C【拓展训练】

1．关于如右图所示装置的叙述，正确的是(

)A．铜是阳极，铜片上有气泡产生B．铜片质量逐渐减少C．电流从锌片经导线流向铜片D．氢离子在铜片表面被还原【解析】铜是正极，原电池正极发生还原反应：2H＋＋2e－―→H2↑，A不正确，D正确，故铜片质量不变，B不正确。电流由正极(铜片)经导线流向锌片(负极)，C不正确。【答案】

D二、原电池电极的判断及电极反应式的书写1．正、负极判断判断依据负极正极电极材料活泼性较强的金属活泼性较弱的金属或能导电的非金属电子流动方向电子流出极电子流入极电解质溶液中离子定向移动方向阴离子移向的极阳离子移向的极发生的反应氧化反应还原反应反应现象溶解的极增重或有气泡放出的极如CH4酸性燃料电池中，负极反应式为：CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应式2O2＋8H＋＋8e－―→4H2O……正极反应式CH4＋2H2O―→CO2＋8H＋＋8e－……负极反应式【应用指南】

(1)原电池正、负极判断的基础是氧化还原反应。如果给出一个方程式让判断正、负极，可以直接根据化合价的升降变化来判断，发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。(2)判断原电池的正、负极时，除考虑电极材料金属活性强弱外，还要注意电解质溶液与两极材料能否自发反应等因素，如Mg－Al(NaOH溶液)电池中，Al为负极材料。(2009年海南高考)Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为________，发生的电极反应为_________；(2)电池正极发生的电极反应为___________________；(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是_____________，反应的化学方程式为_______________________；(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是_____。【答案】锂Li―→Li＋＋e－(2)2SOCl2＋4e－―→4Cl－＋S＋SO2(3)出现白雾，有刺激性气体生成SOCl2＋H2O===2HCl↑＋SO2↑(4)锂是活泼金属，易与H2O、O2反应；SOCl2也可与水反应【拓展训练】

2.(2009年广东高考)可用于电动汽车的铝－空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是(

)A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al＋3OH－―→Al(OH)3↓＋3e－C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极【解析】

B项，以NaOH为电解液时，不应生成Al(OH)3沉淀，而应生成[Al(OH)4]－。C项，电解液的pH应减小。D项，电子通过外电路从负极流向正极。【答案】

A3．如图所示装置中，观察到电流计指针偏转；M棒变粗；N棒变细，由此判断表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是(

)【解析】在装置中电流计指针发生偏转，说明该装置构成了原电池，根据正负极的判断方法，溶解的一极为负极，增重的一极为正极，所以M棒为正极，N棒为负极，且电解质溶液能析出固体，则只有C项正确。【答案】

C三、原电池原理的应用1．加快化学反应速率由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反应且有电流产生，因而反应速率加快。如Zn与稀H2SO4反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。2．比较金属活动性强弱若有两种金属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极溶解，而B极上有气体放出，则说明A被氧化成阳离子而失去电子作负极，B作正极，则可以断定金属A的金属活动性比B的强。3．用于金属的防护如要保护一个铁闸，可用导线将其与一锌块相连，使锌作原电池的负极，铁闸作正极。4．设计原电池设计原电池时要紧扣原电池的三个条件。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。①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选择与电极材料具有相同金属元素的阳离子。②电极材料的选择电池中的负极材料必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，一般是活泼的金属材料。正极材料为金属活泼性较负极弱的材料或氧化性较强的物质，并且，原电池的电极必须导电。(3)构成闭合回路。5．寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源。【应用指南】设计原电池确定正极材料时主要有以下两种情况：(1)电解质溶液中的成分发生正极反应时，正极材料只要保证金属活动性比负极材料差即可。(2)正极材料发生电极反应时，正极材料的载体一般为惰性电极，如燃料电池中正极材料的载体一般为石墨或铂电极。已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、盐酸。按要求回答下列问题：(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因：_________________________。(2)用一个离子方程式说明Fe3＋的氧化性比Cu2＋的强：______________________________________。用所给材料设计出一个原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。【名师解析】

(1)铜、铝导线连接一起在潮湿空气中易发生电化学腐蚀。(2)用反应2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋可证明氧化性Fe3＋>Cu2＋。设计原电池时，应用Cu作负极，选择比铜还不活泼的金属或碳棒作为正极，含Fe3