2024届新高考化学热点冲刺复习：原电池　化学电源

2024届新高考化学热点冲刺复习原电池化学电源1.原电池及组成条件氧化还原电极名称负极正极电极材料

片

片

电极反应Zn-2e-

=Zn2+Cu2++2e-

=Cu电极质量变化

反应类型

反应

反应

2.两种原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)锌铜减小增大氧化还原电极名称负极正极电子流向由

极沿导线流向

极

盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液,K+移向

极,Cl-移向

极

装置差异比较原电池Ⅰ:随反应的进行,温度升高,化学能转化为电能和热能,两极反应在相同区域,部分Zn与Cu2+直接反应,使电池效率降低;原电池Ⅱ:随反应的进行,温度不变,化学能只转化为

,两极反应在不同区域,Zn与Cu2+隔离,电池效率提高,电流稳定

负正正负电能[微点拨]盐桥的组成和作用(1)盐桥中装有含饱和KCl(或KNO3)溶液的琼胶。(2)原电池装置中盐桥连接两个“半电池装置”,其中盐桥的作用有三种:①连接内电路,通过离子的定向移动,构成闭合回路;②隔绝正、负极反应物,避免直接接触,导致电流不稳定;③维持电极区溶液的电荷平衡。3.原电池中的三个移动方向(1)电子方向:从

极流出沿导线流入

极。

(2)电流方向:从

极沿导线流向

极。

(3)离子迁移方向:电解质溶液中,阴离子向

极迁移,阳离子向

极迁移。

负正负正负正4.原电池原理的四大应用(1)比较金属的活动性强弱原电池中,活动性较强的金属一般作

,活动性较弱的金属(或导电的非金属)一般作

。

(2)加快化学反应速率氧化还原反应形成原电池时,反应速率加快。(3)用于金属的防护将需要保护的金属制品作原电池的

而受到保护。如要保护一个铁质的输水管道不被腐蚀,可用导线将其与一块

相连,

作原电池的负极。负极正极正极比铁活泼的常见金属如锌块锌块(4)设计制作原电池装置负极正极电极材料如根据Cu+2Ag+

=Cu2++2Ag设计原电池:AgNO3CuSO4[解析]铁在浓硝酸中会发生钝化,失去与硝酸反应的机会,不能作负极,而活动性弱的铜可与浓硝酸发生反应,铜作负极。(3)在原电池中,正极本身一定不参加电极反应,负极本身一定要发生氧化反应(

)[解析]燃料电池中正、负极(如Pt电极)不参加反应,而是燃料参加反应。1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)常温下CuO+H2SO4

=CuSO4+H2O能自发进行,故可以设计成原电池(

)(2)因为铁的活动性强于铜,所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池,必是铁作负极、铜作正极(

)×××[解析]原电池工作时,电解质溶液中的阴离子向负极移动。(6)某原电池反应为Cu+2AgNO3

=2Ag+Cu(NO3)2,装置中的盐桥内可以是含琼脂的饱和KCl溶液(

)[解析]盐桥中的离子不能与电解质溶液中的离子发生反应。(4)实验室制备H2时,用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与稀硫酸反应效果更佳(

)(5)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(

)√××2.在如图所示的4个装置中,不能形成原电池的是

(填序号),并指出原因:

。①④①中酒精是非电解质;④中未形成闭合回路1.用如图所示装置探究原电池的工作原理,下列说法错误的是

(

)A.甲图中锌片质量减轻,铜棒上有气体产生B.乙图中正极上发生的反应为2H++2e-

=H2↑C.丙图中Zn片上发生氧化反应,溶液中的Cu2+向铜电极移动D.若乙图与丙图中锌片减轻的质量相等,则两装置中还原产物的质量比为1∶32题组一

原电池的组成及工作原理A[解析]甲图中没有形成完整的回路,不能形成原电池,锌与稀硫酸发生反应,锌的质量减轻,锌片上有气泡产生,A错误;乙图中构成原电池,铜为正极,溶液中的氢离子在正极发生还原反应,电极反应式为2H++2e-

=H2↑,B正确;丙图中构成原电池,活泼金属锌作负极,发生氧化反应,铜为正极,溶液中的Cu2+向正极移动,C正确;乙图与丙图中负极反应相同,都为Zn-2e-

=Zn2+,乙图与丙图中正极上的反应分别为2H++2e-

=H2↑、Cu2++2e-

=Cu,若乙图与丙图锌片减轻的质量相等,即失去电子的物质的量相等,依据得失电子守恒计算乙图与丙图中还原产物的质量比为2∶64=1∶32,D正确。2.

如图所示为锌铜原电池。下列叙述中正确的是(

)A.盐桥的作用是传导离子B.外电路电子由铜片流向锌片C.锌片上的电极反应式为Zn2++2e-

=ZnD.外电路中有0.2mol电子通过时,铜片表面质量增加约3.2gA[解析]“双液”原电池中,盐桥连接左、右两个烧杯中的溶液,传导离子,起到导电作用,A正确;锌的活泼性强于铜,则锌片作负极,铜片作正极,在外电路中,电子由负极流向正极,则电子由锌片流向铜片,B错误;锌片是负极,发生失去电子的氧化反应,电极反应式为Zn-2e-

=Zn2+,C错误;铜片是正极,电极反应式为Cu2++2e-

=Cu,外电路中通过0.2mol电子时,铜片上析出0.1molCu,其质量为0.1mol×64g·mol-1=6.4g,D错误。[规律小结]判断原电池正、负极的五种方法 (1)在原电池中,把发生氧化反

应的电极称为负极,把发生还

原反应的电极称为正极。 (2)原电池的正极和负极与电

极材料的性质有关,也与电解

质溶液有关,不要形成“活泼

电极一定作负极”的思维定式。题组二原电池原理的应用1.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:由此可判断这四种金属的活动性顺序是

(

)A.a>b>c>d

B.b>c>d>a

C.d>a>b>c

D.a>b>d>cC实验装置部分实验现象

a极质量减少;b极质量增加

b极有气体产生;c极无变化

d极溶解;c极有气体产生电流从a极流向d极[解析]把四个实验从左到右分别编号为①②③④,则由实验①可知,a作原电池负极,b作原电池正极,金属活动性:a>b;由实验②可知,b极有气体产生,c极无变化,则活动性:b>c;由实验③可知,d极溶解,则d作原电池负极,c作正极,活动性:d>c;由实验④可知,电流从a极流向d极,则d极为原电池负极,a极为原电池正极,活动性:d>a。综上所述可知活动性:d>a>b>c。实验装置部分实验现象

a极质量减少;b极质量增加

b极有气体产生;c极无变化

d极溶解;c极有气体产生电流从a极流向d极[解析]根据反应原理:2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)可知,X应为铜电极,而Y应为硝酸银溶液。由于反应中铜元素化合价升高,而银元素的化合价降低,则银电极为正极,铜电极为负极。

CuAgNO3正Ag++e-

=AgCu(NO3)2[易错警示]

1.原电池的工作原理2.原电池中电极反应式的书写1.一次电池(放电后不可再充电)碱性锌锰干电池负极反应:

;

正极反应:

;

总反应:Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2银锌纽扣电池负极反应:

。

正极反应:

;

总反应:Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2AgZn+2OH--2e-

=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-

=2MnOOH+2OH-Zn+2OH--2e-

=Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e-

=2Ag+2OH-2.二次电池(放电后可再充电使活性物质获得再生,重复使用)铅酸蓄电池是最常见的二次电池,其正极材料为PbO2,负极材料为Pb,电解质溶液为30%的稀H2SO4溶液。总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2H2O(l)+2PbSO4(s)二次电池,放电时电池的负极,在充电时,连接外接电源的负极;放电时电池的正极,在充电时,连接外接电源的正极。

酸性碱性负极反应式

正极反应式

电池总反应式

特点燃料电池的电极作催化剂,燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应3.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。2H2-4e-

=4H+2H2+4OH--4e-

=4H2OO2+4H++4e-

=2H2OO2+2H2O+4e-

=4OH-2H2+O2

=2H2O电解质电极反应式或总反应式①酸性介质正极

负极

总反应

②碱性介质正极

负极

总反应

(2)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)。O2+4e-+4H+

=2H2O2CO-4e-+2H2O=2CO2+4H+2CO+O2

=2CO2O2+4e-+2H2O=4OH-

电解质电极反应式或总反应式③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

正极

负极

总反应

(2)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)。O2+4e-=2O2-2CO-4e-+2O2-

=2CO22CO+O2

=2CO2

2CO+O2

=2CO2(2)若使反应Fe+2Fe3+

=3Fe2+以原电池方式进行,可用锌、铁作电极材料(

)[解析]反应Fe+2Fe3+

=3Fe2+以原电池方式进行,若锌、铁作电极材料,则发生的反应不再是原反应,而是反应Zn+2Fe3+

=2Fe2++Zn2+。[解析]燃料电池工作时,并不是燃料在电池中燃烧,而是化学能直接转化为电能。1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能(

)××[解析]碱性条件下负极反应为2H2-4e-+4OH-

=4H2O。

(3)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2-4e-

=4H+(

)√××√2.

最近,我国科研人员发明了一种新型的锌离子热充电电池,可以利用人体产生的低热量充电。该电池以Zn和VO2-PC为电极材料,实现了低热量发电。放电时,VO2结合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,原理如图所示。下列说法正确的是(

)A.分离器可以为阴离子交换膜B.充电时,阳极电极反应式为ZnxVO2·yH2O+2xe-

=VO2+xZn2++yH2OC.放电时,电流从Zn极流向VO2-PC极D.充电时,锌离子从较高温一侧移至低温一侧D[解析]放电时,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-

=Zn2+,VO2结合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,说明Zn2+从负极移向正极,则分离器可以是阳离子交换膜,但不能是阴离子交换膜,A错误;充电时,阳极发生氧化反应,电极反应式为ZnxVO2·yH2O-2xe-

=VO2+xZn2++yH2O,B错误;放电时,电流由正极流向负极,即电流从VO2-PC极流向Zn极,C错误;充电时,Zn2+由较高温区向左侧低温区迁移,并在Zn电极得电子被还原为Zn,D正确。1.化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是

(

)A.甲:Zn2+向Cu电极方向移动,Cu电极附近溶液中H+浓度增加B.乙:正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-C.丙:锌筒作负极,发生氧化反应,锌筒会变薄D.丁:使用一段时间后,电解质溶液的酸性减弱,导电能力下降题组一一次电池A[解析]Zn比Cu活泼,形成原电池时,Zn作负极,电极反应为Zn-2e-

=Zn2+;Cu作正极,电极反应式为2H++2e-

=H2↑,故Cu电极附近溶液中H+浓度减小。2.

K-O2电池结构如图,a和b为两个电极,其中之一为单质钾片。关于该电池,下列说法错误的是 (

)A.隔膜允许K+通过,不允许O2通过B.放电时,电流由b电极沿导线流向a电极;充电时,b电极为阳极C.产生1Ah电量时,生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D.用此电池为铅酸蓄电池充电,消耗3.9g钾时,铅酸蓄电池消耗0.9g水D[解析]由图可知,a电极为原电池的负极,单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子,电极反应式为K-e-

=K+,b电极为正极,氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾;金属性强的金属钾易与氧气反应,为防止钾与氧气反应,电池所选择隔膜应允许K+通过,不允许O2通过,故A正确。由分析可知,放电时,a为负极,b为正极,电流由b电极沿导线流向a电极;充电时,b电极应与直流电源的正极相连,作电解池的阳极,故B正确。

[方法技巧]化学电源中电极反应式的书写方法(1)拆分法①写出原电池的总反应,如2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+。②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应,注明正、负极,并依据质量守恒、电荷守恒及得失电子守恒配平两个半反应:正极:2Fe3++2e-

=2Fe2+;负极:Cu-2e-

=Cu2+。(2)加减法①写出总反应,如xLi+Li1-xMn2O4

=LiMn2O4。②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。如xLi-xe-

=xLi+(负极)。③利用总反应与上述的一极反应式相减,得到另一个电极的反应式,即Li1-xMn2O4+xLi++xe-

=LiMn2O4(正极)。题组二新型可充电电池1.

Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e-

=Li)和阳极反应(Li2O2+2h+

=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是(

)A.充电时,电池的总反应为Li2O2

=2Li+O2B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移D.放电时,正极发生反应O2+2Li++2e-

=Li2O2C[解析]充电时光照光催化电极产生电子和空穴,驱动阴极反应(Li++e-

=Li)和阳极反应(Li2O2+2h+

=2Li++O2),则充电时总反应为Li2O2

=2Li+O2,结合图示,充电时金属Li电极为阴极,光催化电极为阳极;则放电时金属Li电极为负极,光催化电极为正极。由上述分析,充电时电池的总反应为Li2O2

=2Li+O2,A正确;充电时,光照光催化电极产生电子和空穴,阴极反应与电子有关,阳极反应与空穴有关,故充电效率与光