浙江专版版高考化学大一轮复习 专题七 化学反应与能量变化 课时2 原电池 化学电源学案.docx

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浙江专版版高考化学大一轮复习专题七化学反应与能量变化课时2原电池化学电源学案

课时2　原电池　化学电源

[考纲导航]

知识条目

必考要求

加试要求

选考分布

2015

2016

2017

9月

10月

4月

10月

4月

（1）原电池的概念

a

a

（2）铜锌原电池的原理及电极反应式

b

b

16

17

（3）原电池的构成条件

a

b

17

（4）常见化学电源

b

c

17

17

（5）原电池的构造与工作原理，盐桥的作用

b

17

（6）判断与设计简单的原电池

c

（7）原电池的电极反应式及电池反应方程式

b

17

（8）原电池的正、负极和电子流向的判断

c

（9）银锌电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理与应用价值

b

17

考点一　原电池的工作原理

[主干精讲]

1.概念和反应本质

原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。

2.工作原理

以铜锌原电池为例

（1）反应原理

电极名称

负极

正极

电极材料

锌片

铜片

电极反应

Zn－2e－===Zn2＋

Cu2＋＋2e－===Cu

反应类型

氧化反应

还原反应

盐桥中离子移向

盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极

（2）两个装置的比较

装置Ⅰ中还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，易造成能量损耗；装置Ⅱ盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区，能避免能量损耗。

3.原电池的构成条件

（1）一看反应：

看是否有能自发进行的氧化还原反应发生（一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应）。

（2）二看两电极：

一般是活泼性不同的两电极。

（3）三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：

①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。

4.原电池中的三个方向

（1）电子方向：

电子从电源负极流出经外电路流入电源正极。

（2）电流方向：

电流从电源正极流出经外电路流入电源负极。

（3）离子的迁移方向：

电解质溶液中，阴离子向负极区迁移，阳离子向正极区迁移。

[典例剖析]

【例】　（2015·10月浙江选考）如图所示进行实验，下列说法不正确的是（　　）

A.装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生

B.甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能

C.装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转

D.装置乙中负极的电极反应式：

Zn－2e－===Zn2＋

解析　A项，装置甲的锌片与稀硫酸反应生成氢气，装置乙的锌、铜和稀硫酸构成原电池，在铜片产生气泡，正确；B项，甲装置把化学能转化为热能，乙装置把化学能转化为电能，不正确；C项，装置乙形成原电池，正确；D项，装置乙形成原电池，锌为负极，电极反应式Zn－2e－===Zn2＋，正确。

答案　B

[考点精练]

1.（2016·温州市3月选考模拟）将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，下列叙述正确的是（　　）

A.装置甲中铜片表面产生气泡

B.装置乙溶液中SO

向铜片做定向移动

C.装置乙中电子从铜片经导线流向锌片

D.装置乙中正极的电极反应式：

2H＋＋2e－===H2↑

解析　A项，甲没有形成原电池，铜为金属活动性顺序表H元素之后的金属，不能与稀硫酸反应，甲烧杯中铜片表面没有气泡产生，故A错误；B项，原电池工作时阴离子向负极移动，故B错误；C项，锌为负极，电子从锌经导线流向铜，故C错误；D项，铜片为正极，正极上氢离子得到电子被还原生成氢气，故D正确。

答案　D

2.（2016·浙江金华、温州、台州部分学校高一下3月联考）对原电池的电极名称，下列叙述中错误的是（　　）

A.电子流入的一极为正极

B.较不活泼的一极一般为正极

C.电子流出的一极为负极

D.发生氧化反应的一极为正极

解析　A项，电子流入的一极为正极，A正确；B项，较不活泼的一极一般为正极，B正确；C项，电子流出的一极为负极，C正确；D项，发生氧化反应的一极为负极，D错误。

答案　D

3.（2015·浙江省桐乡一中联盟学校高一下期末）某学生用锌片、铜片、发光二极管、滤纸、导线等在玻璃片制成如图所示的原电池，当滤纸用醋酸溶液润湿时，二极管发光。

下列有关该电池的说法正确的是（　　）

A.铜片上的电极反应：

Cu2＋＋2e－===Cu

B.外电路中电子由铜片经导线流向锌片

C.电池工作时电能直接转化为化学能

D.该电池工作时，若有13克锌被溶解，则铜片上产生标况下4.48LH2

解析　A项，在该装置图中，Zn、Cu及电解质溶液构成原电池。

由于金属活动性：

Zn>Cu，所以Zn为负极，失去电子，Cu为正极，在正极上溶液中的H＋得到电子，变为H2，错误；B项，外电路中电子由负极Zn片经导线流向Cu片，错误；C项，电池工作时，将化学能转化为电能，错误；D项，该电池工作时，若有13克锌被溶解，n（Zn）＝m÷M＝13g÷65g/mol＝0.2mol，则由于在整个闭合回路中电子转移数目相等，所以铜片上产生标况下V（H2）＝nVm＝0.2mol×22.4L/mol＝4.48L，正确。

答案　D

【归纳总结】

原电池正、负极判断的七种方法

（1）由组成原电池的两极材料判断。

一般相对较活泼的金属为负极，相对不活泼的金属或能导电的非金属为正极。

（但也有一些并不与活泼性一致，如Mg、Al在酸性介质中，Mg作负极，而在碱性介质中，Al作负极）

（2）根据电流方向或电子流动方向判断。

在外电路，电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。

（3）根据原电池里电解质溶液中离子的定向移动方向判断。

在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。

（4）根据原电池两极发生的变化来判断。

原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应。

（5）X极增重或减轻。

工作后，X极质量增加，说明X极有物质析出，X极为正极；反之，X极质量减少，说明X极金属溶解，X极为负极。

（6）X极有气体产生。

工作后，X极上有气体产生，一般若发生了析出H2的电极反应，说明X极为正极。

（7）根据X极附近pH的变化来判断。

析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，因而工作后，X极附近pH增大了，说明X极为正极。

考点二　化学电源

[主干精讲]

1.锌银电池（一次电池）

锌银电池负极是Zn，正极是Ag2O，电解质溶液是KOH溶液，其电极反应如下：

负极：

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2；

正极：

Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－；

电池总反应式：

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag。

2.碱性锌锰电池（一次电池）

碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液，其电极反应为：

负极：

Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2；

正极：

2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－；

电池总反应式：

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2。

3.铅蓄电池（二次电池）

（1）组成：

正极：

PbO2；负极：

Pb；电解质：

H2SO4溶液。

（2）工作原理：

铅蓄电池是最常见的二次电池，其电极反应分为放电和充电两个过程。

①放电过程的电极反应、总反应：

负极：

Pb－2e－＋SO

===PbSO4；

正极：

PbO2＋2e－＋4H＋＋SO

===PbSO4＋2H2O；

总反应：

Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。

②充电过程的电极反应、总反应：

阴极：

PbSO4＋2e－===Pb＋SO

（还原反应）；

阳极：

PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋4H＋＋SO

（氧化反应）。

总反应：

2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。

③铅蓄电池的充、放电过程：

Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O。

4.氢氧燃料电池

（1）两个惰性电极（铂碳电极），负极上通H2，正极上通O2，电解质溶液是KOH溶液。

（2）电极反应：

负极：

2H2－4e－＋4OH－===2H2O；

正极：

O2＋4e－＋2H2O===4OH－；

总反应式：

2H2＋O2===2H2O。

5.新型燃料电池—甲醇/空气燃料电池

（1）负极是钯碳/甲醇，正极是铂烧结镍/空气，电解质溶液是KOH溶液。

（2）电极反应：

负极：

2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO

＋12H2O；

正极：

3O2＋12e－＋6H2O===12OH－；

总反应式：

2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。

[典例剖析]

【例1】　（2017·4月浙江选考）银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag，其工作示意图如下。

下列说法不正确的是（　　）

A.Zn电极是负极

B.Ag2O电极发生还原反应

C.Zn电极的电极反应式：

Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2

D.放电前后电解质溶液的pH保持不变

解析　根据给出原电池原理反应，从化合价角度分析，Zn化合价升高失去电子为负极，电解质为KOH，电极方程式为Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2，A、C正确；Ag2O化合价降低为正极，被还原，B正确；总反应显示反应过程中消耗水，原溶液显碱性，所以碱性减弱，pH增大。

答案　D

【例2】　（2016·浙江4月学考）Mg－H2O2电池是一种化学电源，以Mg和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如下。

下列说法不正确的是（　　）

A.石墨电极是该电池的正极

B.石墨电极上发生还原反应

C.Mg电极的电极反应式：

Mg－2e－===Mg2＋

D.电池工作时，电子从Mg电极经导线流向石墨电极，再由石墨电极经电解质溶液流向Mg电极

解析　根据Mg－H2O2电池示意图得出，镁为负极，石墨为正极。

A项，石墨电极是该电池的正极，A项正确；B项，石墨为正极，电极上发生还原反应，B项正确；C项，Mg电极为负极，电极反应式：

Mg－2e－===Mg2＋，C项正确；D项，电子不能通过电解质溶液，溶液中为离子导电，D项不正确。

答案　D

[考点精练]

1.[2017·义乌市群星外国语高三（上）期中]爱迪生电池在充电和放电时发生的反应：

Fe＋NiO2＋2H2O

Fe（OH）2＋Ni（OH）2，下列该蓄电池推断不正确的是（　　）

A.放电时，Fe参与负极反应，NiO2参与正极反应

B.充电时，阴极上的电极反应式为：

Fe（OH）2＋2e－===Fe＋2OH－

C.该蓄电池的电极必须浸入某种碱性电解质溶液中

D.放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动

解析　A.放电是原电池，由电池总反应式可知放电时Fe元素的化合价升高，被氧化，应为原电池的负极，NiO2参与正极反应，故A正确；B.充电是电解池，由方程式可知此电池为碱性电池，反应方程式中不能出现H＋，所以充电时阴极和阳极的电极反应式就分别为：

Fe（OH）2＋2e－===Fe＋2OH－、Ni（OH）2＋2OH－－2e－===NiO2＋2H2O，故B正确；C.由方程式可知此电池为碱性电池，反应方程式中不能出现H＋，只能浸在碱性电解质溶液中，故C正确；D.放电时是原电池，负极：

Fe－2e－＋2OH－===Fe（OH）2，正极：

NiO2＋2e－＋2H2O===Ni（OH）2＋2OH－。

电解质溶液中的阴离子向负极方向移动，故D错误。

答案　D

2.以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。

（1）酸性介质（如H2SO4）

负极：

___________________________________________________________；

正极：

___________________________________________________________；

总反应式：

_______________________________________________________。

（2）碱性介质（如KOH）

负极：

_________________________________________________________；

正极：

__________________________________________________________；

总反应式：

______________________________________________________。

（3）固体电解质（高温下能传导O2－）

负极：

_________________________________________________________；

正极：

_________________________________________________________；

总反应式：

_____________________________________________________。

（4）熔融碳酸盐（如熔融K2CO3环境下）

负极：

_________________________________________________________；

正极：

_________________________________________________________；

总反应式：

_____________________________________________________。

答案　

（1）CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋

2O2＋8e－＋8H＋===4H2O

CH4＋2O2===CO2＋2H2O

（2）CH4－8e－＋10OH－===CO

＋7H2O

2O2＋8e－＋4H2O===8OH－

CH4＋2O2＋2OH－===CO

＋3H2O

（3）CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O

2O2＋8e－===4O2－

CH4＋2O2===CO2＋2H2O

（4）CH4－8e－＋4CO

===5CO2＋2H2O

2O2＋8e－＋4CO2===4CO

CH4＋2O2===CO2＋2H2O

【方法技巧】

电极反应式书写方法和步骤

1.利用共存原则，确定电极产物

因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。

碱性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H＋参加反应；当电解质溶液呈酸性时，不可能有OH－参加反应。

2.利用化合价变化确定得失电子数

依据负极（或正极）反应物和产物化合价的变化，计算出负极反应失电子数和正极反应得电子数。

3.利用电解质中的微粒调整电极反应两侧电荷相等，用电解质中的阳离子或阴离子调整电荷守恒的关键有三点。

第一：

选准离子、酸性溶液选H＋、碱性溶液选OH－、熔融氧化物选O2－、熔融碳酸盐选CO

、锂电池选Li＋。

第二：

确定离子在电极反应式中的位置。

第三：

确定离子的数目。

4.利用守恒配平其它物质系数。

课后限时训练

（时间：

45分钟）

一、选择题

1.（2016·桐乡一中高一下期中）干电池原理示意图如下，电池总反应为：

Zn＋2NH

===Zn2＋＋2NH3↑＋H2↑，下列说法正确的是（　　）

A.碳为电池的正极

B.Zn极上发生还原反应

C.Zn2＋移向该电池的负极

D.反应2NH

＋2e－===2NH3↑＋H2↑在负极上发生

解析　根据题意可知，C为正极，A项正确；Zn为负极，发生氧化反应，B项错误；溶液中Zn2＋向电池的正极移动，C项错误；正极（C）上发生的反应为2NH

＋2e－===2NH3↑＋H2↑，D项错。

答案　A

2.（2017·杭州长河高中高三月考）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，其中与实验现象相符的是（　　）

M

N

P

A

Zn

Cu

NaOH溶液

B

Cu

Fe

稀盐酸

C

Ag

Zn

AgNO3溶液

D

Al

Fe

CuSO4溶液

解析　A.锌是负极溶解变细，故A错误；B.铁是负极失电子溶解变细，M电极生成氢气不会变粗，故B错误；C.锌是负极溶解N电极变细，银是正极溶液中银离子得到电子析出银M变粗，故C正确；D.铝是负极失电子发生氧化反应变细，铁是正极溶液中铜离子析出铜N极变粗，故D错误。

答案　C

3.[2017·嘉兴当湖中学高二（上）期中]如图所示，铜片和锌片用导线连接后插入番茄里，锌片是（　　）

A.阳极B.正极

C.阴极D.负极

解析　铜片和锌片用导线连接后插入番茄里，构成了原电池，活泼金属作负极，金属Zn的活泼性大于Cu，所以锌片为负极，

答案　D

4.2017·宁波选考适应性考试）锌空气电池（原理如图）适宜用作城市电动车的动力电源。

该电池放电时Zn转化为ZnO。

该电池工作时，下列说法正确的是（　　）

A.Zn电极是该电池的正极

B.Zn电极的电极反应：

Zn＋H2O－2e－===ZnO＋2H＋

C.OH－向石墨电极移动

D.氧气在石墨电极上发生还原反应

解析　A项：

放电时Zn转化为ZnO，发生氧化反应，故Zn电极为该电池的负极，错误；B项：

根据图片可知，电解液为碱性，故Zn电极的电极反应式为：

Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，错误；C项：

放电时，阴离子移向负极，即OH－向Zn电极移动，错误；D项：

电池工作时，正极发生还原反应，正确。

答案　D

5.[2017·绍兴市嵊州高中高二（上）期末]某种氢氧燃料电池的电解质溶液为KOH溶液。

下列有关该电池的叙述不正确的是（　　）

A.正极反应式为：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B.工作一段时间后，电解质溶液中KOH的物质的量不变

C.该燃料电池的总反应式为：

2H2＋O2===2H2O

D.该电池工作时每消耗1molO2，有2mol电子转移

解析　A.正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故A正确；B.负极电极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O，正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，KOH不参加反应，所以氢氧化钾的物质的量不变，故B正确；C.电池反应式与氢气燃烧方程式相同，为2H2＋O2===2H2O，故C正确；D.正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，所以该电池工作时每消耗1molO2，有4mol电子转移，故D错误。

答案　D

6.（2016·金华武义市高二期中）电池是人类生产和生活中的重要的能量来源，各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。

下列有关电池的叙述正确的是（　　）

A.构成电池的两极必须是活泼性不同的金属

B.锌锰干电池工作时，电池内部的电流方向由碳棒流向锌筒

C.甲醇燃料电池工作时，甲醇在负极发生氧化反应

D.银锌钮扣电池工作时，电子由锌极流出经过溶液后流向银极

解析　A.构成原电池的两个电极可能都是金属，也可能是金属和导电的非金属，故A错误；B.锌锰干电池中，锌是负极，石墨棒是正极，电流方向是由正极石墨棒流向负极锌筒，故B错误；C.负极发生气氧化反应，所以甲醇在负极发生氧化反应，故C正确；D.电子沿导线流动，而不在溶液中流动，所以电子由锌极流出经过导线后流向银极，故D错误。

答案　C

7.（2016·湖州市高二期中）银锌电池广泛用做各种电子仪器的电源，它的电池反应是：

Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn（OH）2，则负极上发生反应的物质是（　　）

A.AgB.Zn（OH）2

C.Ag2OD.Zn

解析　银锌电池其放电过程可表示为Ag2O＋Zn＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag，锌失电子发生氧化反应，做原电池负极。

答案　D

8.（2016·温州十校高二联考）热激活电池可用作火箭、导弹的工作电池。

一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质为无水LiCl—KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。

该电池的总反应方程式为：

PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。

下列有关说法正确的是（　　）

A.正极反应式：

Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2

B.放电过程中，Li＋向钙电极移动

C.外电路中，电子由硫酸铅电极经导线流向钙电极

D.常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转

解析　该电池的负极为钙电极，正极为硫酸铅正极，电解质为无水LiCl—KCl混合物，电池工作时，负极Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2，外电路中，电子由钙电极经导线流向硫酸铅电极，电解质中的Li＋向正极（硫酸铅电极）移动，常温下LiCl—KCl混合物未熔融，电池不工作。

答案　D

9.（2016·嘉兴市高二期末）普通锌锰干电池的简图（如图所示），它是用锌皮制成的锌筒作电极兼做容器，中央插一根碳棒，碳棒顶端加一铜帽。

在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液；该电池工作时的总反应为：

Zn＋2NH

＋2MnO2===[Zn（NH3）2]2＋＋Mn2O3＋H2O，关于锌锰干电池的下列说法中正确的是（　　）

A.当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原

B.电池负极的电极反应式为：

2MnO2＋2NH

＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O

C.该电池碳棒可用铜棒代替，但是工作电压会下降

D.外电路中每通过0.1mol电子，锌的质量理论上减小6.5g

解析　A.普通锌锰干电池是一次电池，不能充电，故错误；B.根据原电池工作原理，负极应失电子，Zn＋2NH

－2e－===[Zn（NH3）2]2＋＋2H＋，故错误；C.两极金属性差别越大，电压越大，铜是金属，碳是非金属，因此碳棒换成铜棒，电压会降低，故正确；D.根据选项B的电极反应式，每通过0.1mol电子消耗锌的质量是65×0.1/2g＝3.25g，故错误。

答案　C

10.（2016·浙江省金华一中高二下期中）美国G－TEC燃料电池以利用民用燃气为原料气，其结构如下图，有关该电池的说法不正确的是（　　）

A.电池工作时，电流由负荷的a流向b

B.电池工作一段时间后，电解质物质的量理论上保持不变

C.通入空气的一极的电极反应式是：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

D.外电路中每通过0.2mol电子，所消耗的燃料体积不小于2.24L（标况下）

解析　外电路中电流由电池的正极流向负极，A项正确；电解质仅为传导作用，没有变化，B项正确；通入空气的一极是O2得到电子生成O2－，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，C项错误；因2H2＋O2===2H2O，2CO＋O2===2CO，故外电路中每通过0.2mol电子时，需消耗的氢气或一氧化碳均为2.24L，D项正确。

答案　C

11.（2015·浙江绍兴柯桥中学月考）如图所示的装置能够组成原电池产生电流的是（　　）

解析　构成原电池的条件：

（1）具有活泼性不同的两个电极，且形成闭合回路，

（2）插入到电解质溶液中，（3）构成闭合回路。

答案　B

二、非选择题

12.（2016·江西省丰城九中期末）原电池是化学对人类的一项重大贡献。