高考总复习原电池(高考总复习).docx

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能量的转化
原电池：将化学能转变为电能的装置。
电能是现代社会应用最广泛、使用最便利、污染最小的一种二次能源，又称电力。
工作原理
设计一种装置，使氧化复原反响所释放的能量直接转变为电能，马上氧化反响和复原反响分别在两个不同的区域进展，并使电子转移经过导线，在肯定条件下形成电流。
电子从负极〔较活泼金属〕流向正极〔较不活泼金属或碳棒〕，负极发生氧化反响，正极发生复原反响。
电极 电极材料
负极 复原性较强的金属
正极 复原性较弱的金属
反响类型氧化反响
复原反响
电子流淌方向
负极向外电路供给电子
正极从外电路得到电子
以下是锌铜原电池装置示意图：
要点诠释：盐桥的作用
4 3
组成：将热的饱和KCl 或 NH NO 琼胶溶液倒入U 形管中(不能产生裂隙)，即可得到
盐桥。将冷却后的U 形管浸泡在 KCl 饱和溶液或 NH
4NO3
饱和溶液中备用。
作用：〔1〕使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。〔2〕平衡电荷。
在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。Zn 失去电子形成的 Zn2+ 进入 ZnSO4 溶液，ZnSO4 溶液因 Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4 则由于 Cu2+ 变为 Cu ， 使得 SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻挡电子从锌片流向铜片，造成电流中断。
由于盐桥〔如 KCl〕的存在，其中阴离子 Cl-向 ZnSO4 溶液集中和迁移，阳离子 K+则向CuSO4 溶液集中和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不连续地进展，始终到锌片全部溶解或 CuSO4 溶液中的 Cu2+几乎完全沉淀下来。假设电解质溶液与 KCl 溶液反响产生沉淀，可用 NH4NO3 代替 KCl 作盐桥。
原电池的组成条件
两个活泼性不同的电极(材料可以是金属或导电的非金属)，分别发生氧化和复原反响。原电池中两极活泼性相差越大，电池电动势就越高。
电解质溶液，电解质中阴离子向负极方向移动，阳离子向正极方向移动，阴阳离子定向移动成内电路。
导线将两电极连接，形成闭合回路。(4)有能自发进展的氧化复原反响。
原电池的推断方法
先分析有无外接电池，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池。
多池相连，但无外电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看做电解池。
原电池的正负极的推断方法
推断依据电极材料
电子流淌方向
电解质溶液中离子定向移动方向
发生的反响反响现象
负极
活泼性较强的金属电子流出极
阴离子移向的负极
氧化反响溶解的极
正极
活泼性较弱的金属或能导电的非金属电子流入极
阳离子移向的正极
复原反响
增重或有气泡放出的极
原电池中带电粒子的移动方向
在原电池构成的闭合电路中，有带电粒子的定向移动。在外电路上电子从负极经导线上流入正极；在内电路上即在电解质溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极。具体状况见图：
例 1．铜锌原电池〔如图〕工作时，以下表达正确的选项是A．正极反响为：Zn—2e-=Zn2+ B．电池反响为：Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu C．在外电路中，电子从负极流向正极 D．盐桥中的K+移向 ZnSO4 溶液
【答案】BC
【解析】Zn 是负极，故A 错；电池总反响和没有形成 原
电池的氧化复原反响一样，故 B 正确；依据闭合回路的电流方向，在外电路中，电子由负极流向正极，故C 正确；在溶液中，阳离子往正极移动，故D 错误。
【总结升华】肯定要记住：原电池工作时，电子沿导线从负极流向正极， 在溶液中阴离子向负极移动。
3 2
例 2. 用铜片、银片、Cu (NO )
溶液、AgNO
溶液、导线和盐桥〔装有琼脂-KNO
的 U 型管〕
3
3
构成一个原电池。以下有关该原电池的表达正确的选项是
①在外电路中，电流由铜电极流向银电极
②正极反响为：Ag++e-=Ag
③试验过程中取出盐桥，原电池仍连续工作
3
④将铜片浸入 AgNO
溶液中发生的化学反响与该原电池反响一样
A. ①② B.②③ C.②④ D.③④
【答案】C
例 3．某同学依据离子反响方程式2Fe3++Fe==3Fe2+来设计原电池。以下设计方案中可行的是
〔 〕
3
电极材料为铁和锌，电解质溶液为FeCl 溶液
3 3
电极材料为铁和石墨，电解质溶液为Fe(NO ) 溶液
2
电极材料为铁和石墨，电解质溶液为FeCl 溶液
3
电极材料为石墨，电解质溶液为FeCl 溶液
【答案】B
【解析】由离子反响方程式可知，设计的原电池中 Fe 为负极，不与电解质溶液反响的导体为正极，含 Fe3+的溶液为电解质溶液，故 B 项可行。
加快氧化复原反响的速率
2 4 4 2
例如：在锌与稀H SO 反响时参加少量 CuSO 溶液能使产生H 的速率加快。
比较金属活动性强弱
2 4
例如：有两种金属 a 和 b，用导线连接后插入到稀H SO 中，观看到 a 极溶解，b 极上有气泡产生。依据现象推断出a 是负极，b 是正极，由原电池原理可知，金属活动性a＞b。3．用于金属的防护
将要保护的金属设计成原电池的正极，得到保护。例如：在钢〔铁〕闸门上连接上锌块， 由于锌比铁活泼，可使钢闸门受到保护。
4．原电池的设计
设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：
首先将的氧化复原反响拆分为两个半反响；
依据原电池的电极反响特点，结合两个半反响找出正、负极材料及电解质溶液。
①电极材料的选择
在原电池中，选择复原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必需导电。电池中的负极必需能够与电解质溶液或其中溶解的物质反响。
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响，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反响〔如空气中的氧气〕。但假设两个半反响分别在两个容器中进展〔中间连接盐桥〕，则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料一样的阳离子。如在铜—锌—硫酸铜构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有 Zn2+的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有 Cu2+的电解质溶液中。
按要求画出原电池装置图。例 4．依据以下试验事实：
(1) X+Y2+ = X2+ + Y
Z + 2H O〔冷水〕=Z(OH) + H ↑
2 2 2
Z2+离子的氧化性比 X2+弱
由 Y、W 作电极组成的原电池负极反响为：Y—2e－=Y2+，由此可知，X、Y、Z、W 的复原性由强到弱的挨次是
A．X > Y > Z > W B．Y > X > W > Z
C．Z > X > Y > W D．Z > Y > X > W
【答案】C
【解析】(1)X 能将 Y2+复原说明 X 的复原性强于Y。(2)Z 能与冷水作用，说明Z 肯定为活泼性很强的金属。(3)Z2+氧化性比 X2+弱说明 Z 的金属性强于X。(4)在原电池中 Y 做负极，故Y 的活泼性强于W。
〔一〕电池的评价
比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。比功率：电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。
质量轻、体积小而输出电能多、功率大、可储存时间长的电池，更适合使用者的需要。
〔二〕有用电池的特点
(1)能产生比较稳定而且较高电压的电流； (2)安全、耐用且便于携带，易于维护； (3)能够适用于各种环境；
(4)便于回收处理，不污染环境或对环境的污染影响较小； (5)能量转换率高。
〔三〕几种常见的电池
1、一次电池：放电之后不能充电，内部的氧化复原反响是不行逆的。干电池：一次电池中电解质溶液制成胶状，不流淌。
碱性锌锰电池
2
构成：负极是锌，正极是 MnO ，电解质是 KOH 负极：Zn+2OH－－2e－=Zn(OH) ；
2
正极：2MnO +2H O+2e－=2MnOOH+2OH－
2 2
总反响式：Zn+2MnO +2H O=2MnOOH+Zn(OH)
2 2 2
特点：比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电。
2、二次电池
①铅蓄电池
放电电极反响：
负极：Pb(s)+SO 2－(aq)－2e－＝PbSO (s)；
4 4
正极：PbO (s)+4H+(aq)+SO 2－(aq)+2e－＝PbSO (s)+2H O(l)
2 4 4 2
总反响式：Pb(s)+PbO (s)+2H SO (aq)＝2PbSO (s)+2H O(l)
2 2 4 4 2
充电电极反响：
阳极：PbSO (s)+2H O(l)－2e－=PbO (s)+4H+(aq)+SO 2－(aq)；
4 2 2 4
阴极：PbSO (s)+2e－=Pb(s)+SO 2－(aq)
4 4
总反响：2PbSO (s)+2H O(l)=Pb(s)+PbO (s)+2H SO
(aq)
4 2
总反响方程式：
2 2 4
Pb (s)+ PbO2(s) +2H2SO4(aq) 2PbSO4(s) +2H2O(l)
说明：
a 负极
K 1
阴极 正极 阳极
K 2
b
电池的正负极分别和电源的正负极相连
c 各极的 pH 变化看各电极反响，电池的 pH 变化看电池总反响
②镍一镉碱性蓄电池
负极：Cd+2OH－－2e－=Cd(OH) ；
2
正 极 ： 2NiO(OH)+2H O+2e －
=2Ni(OH)
+2OH－
2 2
总 反 应 式 ： Cd +2NiO(OH)+2H O 2Ni(OH) + Cd(OH)
2 2 2
3、燃料电池
电极
电池 酸性电解质反响

碱性电解质
负极 2H
－4e－＝4H+
2H +4OH－－4e－＝4H O
2 2 2
氢 氧
燃 料 正极电池
总反响
O2+4H++4e－＝2H2O 2H +O ＝2H O
O2+2H2O+4e－＝4OH－ 2H +O ＝2H O
2 2 2
2 2 2
负极 CH
+ 2H
O－8e－=CO
+ 8H+
CH +10OH－－8e－=CO
2－+7H O
4 2 2 4 3 2
甲 烷
燃 料 正极电池
2O2 + 8H+ + 8e－＝4H2O
2O2+4H2O+8e－=8OH－
总反响
CH + 2O
= CO
+ 2H O
CH +2O
+2KOH=K CO
+3H O
4 2 2 2 4 2 2 3 2
负极
甲 醇
燃 料 正极
电池
2CH3OH + 2H2O－12e－ = 2CO2 +
12H+
3O2 +12H+ +12e－＝6H2O
2CH3OH +16OH－－12e－=2CO 2－+12H O
3 2
3O2+6H2O+12e－=12OH－
总反响
2CH
OH + 3O
= 2CO
+ 4H O
2CH
OH+3O +4KOH=2K CO
+6H O
3 2 2 2 3 2 2 3 2
除氢气外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧气外， 空气中的氧气也可作氧化剂。
燃料电池的能量转化率高于 80％，远高于燃烧过程〔仅 30％左右〕，有利于节约能源。燃料电池有宽阔的进展前途。
〔四〕正确书写电极反响式
(1)列出正、负电极上的反响物质，在等式的两边分别写出反响物和生成物。(2)标明电子的得失。
使质量守恒。
电极反响式书写时留意：
①负极反响生成物的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。假设不共存，则该电解质溶液中的阴离子应当写入负极反响式；
②假设正极上的反响物质是 O2，且电解质溶液为中性或碱性，则H2O 必需写入正极反响式， 且生成物为 OH－；假设电解液为酸性，则 H+必需写入反响式中，生成物为H2O。
③电极反响式的书写必需遵循离子方程式的书写要求。
正负极反响式相加得到电池反响的总的化学方程式。假设能写出总反响式，可以减去较易
写出的电极反响式，从而写出较难书写的电极方程式。留意相加减时电子得失数目要相等。例 5．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反响式为：
Zn (s)+2MnO2 (s)+2H2O (1)==Zn(OH)2 (s)+2MnOOH (s)
例 5. 以下说法错误的选项是〔 〕
电池工作时，锌失去电子
电池正极的电极反响式为：2MnO2 (s)+2H2O (1)+2e－==2MnOOH (s)+2OH－ C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D．外电路中每通过 mol 电子，锌的质量理论上削减 g
【答案】C
(aq)
例 6．锂离子电池的总反响为：Li C+Li
x
1﹣x
CoO
2
C+LiCoO ；
2
锂硫电池的总反响为：2Li+S
Li S。有关上述两种电池说法正确的选项是〔
2
〕
【解析】该电池工作时，Zn 应为负极，失去电子，故 A 正确。原电池正极发生得电子反响， 即复原反响，故 B 正确。电子应由原电池的负极流出，通过外电路流向正极，故C 错误。由于 Zn 失去 2 mol 电子时，自身消耗的质量为 65 g，则失去 mol 电子，理论上消耗 g，故 D 正确。
A．锂离子电池放电时，Li+向负极迁移 B．锂硫电池充电时，锂电极发生复原反响C．理论上两种电池的比能量一样 D．图中表示用锂离子电池给锂硫电池充电
【思路点拨】电池充电的实质是把放电时发生的变化再复原的过程，即放电是原电池、充电 是电解的过程，解决该类题目时，先分清原电池放电时的正、负极，再依据电池充电时阳极接正极、阴极接负极的原理进展分析。
【答案】B
【解析】A、原电池中阳离子向正极移动，则锂离子电池放电时，Li+向正极迁移，故 A 错误； B、锂硫电池充电时，锂电极与外接电源的负极相连，锂电极上Li+得电子发生复原反响，故 B 正确；
x
2
C、比能量是参与电极反响的单位质量的电极材料放出电能的大小，锂硫电池放电时负极为Li，锂离子电池放电时负极为 Li C，两种电池的负极材料不同，所以比能量不同，故 C 错误； D、用锂离子电池给锂硫电池充电时，Li 为阴极，应与负极 C 相连，S 为阳极应与正极 LiCoO
相连，故D 错误； 应选B。
【总结升华】原电池中应留意的 3 个“方向”：
外电路中电子移动方向：负极→正极，电流方向：正极→负极；
电池内部离子移动方向：阴离子→负极，阳离子→正极；
盐桥中(含饱和 KCl 溶液)离子移动方向：K+→正极，Cl-→负极。例 7．某固体酸燃料电池以CsHSO4 固体为电解质传递H+，其根本构造见以下图，电池总反响可表示为： 2H2＋O2＝2H2O，以下有关说法正确的选项是
A．电子通过外电路从b 极流向a 极
B．b 极上的电极反响式为： O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
C．每转移 mol 电子，消耗 L 的H2
D．H＋由 a 极通过固体酸电解质传递到b 极
【答案】D
【解析】该氢氧燃料电池的 a 极通入 H2，故为负极，b 极通入 O2，为正极。这样电子通过
外电路应由a 极流向b 极，故A 选项错误；酸性电解质存在下，B 选项中b 极上的电极反响为 O2+4e-+4H+=2H2O ；C 选项没有说明是标准状况下；D 选项是正确的，H2 在 a 极失电子变
成 H+，由固体酸电解质传递至b 极。
C．放电时 OH－向正极移动
D．总反响为：2Li＋2H O
2
2LiOH＋H ↑
2
争论人员研制出一种锂水电池，可作为和潜艇的储藏电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以 LiOH 为电解质，使用时参加水即可放电。关于该电池的以下说法不正确的选项是A．水既是氧化剂又是溶剂 B．放电时正极上有氢气生成
【答案】C
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。以下说法正确的选项是
2 2
以 NaCl 溶液或 NaOH 溶液为电解液时，正极反响都为：O ＋2H O＋4e－＝4OH－
以 NaOH 溶液为电解液时，负极反响为：Al＋3OH－－3e－＝Al(OH)3↓
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
【答案】A
一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反响为： CH3CH2OH－4e－+ H2O = CH3COOH + 4H＋。以下有关说法正确的选项是
检测时，电解质溶液中的H+向负极移动
假设有 电子转移， 氧气
电池反响的化学方程式为：CH CH OH + O = CH COOH + H O
3 2 2 3 2
D．正极上发生的反响为：O2 + 4e－
【答案】C
+ 2H2O = 4OH－
2 2 2
某固体酸燃料电池以 CaHSO4 固体为电解质传递H＋，其根本构造见以下图，电池总反响可表示为：2H ＋O ＝2H O，以下有关说法正确的选项是
2 2
A．电子通过外电路从 b 极流向 a 极 B．b 极上的电极反响式为：O ＋2H O＋4e－
＝4OH－
2
C．每转移 mol 电子，消耗 L 的H D．H＋由 a 极通过固体酸电解质传递到b 极
【答案】D
右图是某同学设计的原电池装置，以下表达中正确的选项是
A．电极Ⅰ上发生复原反响，作原电池的负极B．电极Ⅱ的电极反响式为： Cu2+＋2e－= Cu
C．该原电池的总反响为： 2Fe3+＋Cu= Cu2+＋2Fe2+ D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子
：Mg+2MnO +H O
2 2
Mg(OH) +Mn O 。以下说法不正确
2
2 3
的是
【答案】C
D．正极的电极反响为：2MnO ＋H O＋2e－
2
2
Mn O ＋2OH－
2 3
A．镁为负极，发生氧化反响 B．可以选择碱性溶液作为电解质 C．反响后正极和负极四周溶液的pH 均上升
【答案】C
放电
：锂离子电池的总反响为：Li C+Li CoO 充电 C+LiCoO
放电
充电
Li S
2
x 1-x 2 2
锂硫电池的总反响为：2Li+S
有关上述两种电池说法正确的选项是A．锂离子电池放电时，Li+向负极迁移 B．锂硫电池充电时，锂电极发生复原反响C．理论上两种电池的比能量一样 D．右图表示用锂离子电池给锂硫电池充电
【答案】B
锂离子电池：
【解析】比能量：参与电极反响的单位质量的电极材料放出电能的大小称为该电池的比能量。
某小组为争论电化学原理，设计如图2 装置。以下表达不正确的选项是
A．a 和 b 不连接时，铁片上会有金属铜析出
B．a 和 b 用导线连接时，铜片上发生的反响为：Cu2＋＋2e－＝ Cu C．无论a 和 b 是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色渐渐变成浅绿色
D．a 和b 分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动
【答案】D
右图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。电池的一个点极由有机光敏燃料(S)涂覆在TiO
纳米晶体外表制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反响为：
TiO /S ¾h¾n® TiO /S* TiO /S* ¾¾® TiO /S+ +e-
2 2 (激发态) 2 2
I- +2e- ¾¾® 3I-
3
以下关于该电池表达错误的选项是：

2TiO
2
/S+ + 3I- ¾¾® 2TiO
2

/S+I-
3
A．电池工作时，是将太阳能转化为电能 B．电池工作时，I－离子在镀铂导电玻璃电极上放电C．电池中镀铂导电玻璃为正极 D．电池的电解质溶液中I－和 I3—的浓度不会削减
【答案】B
以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池构造示意图如下图。关于该电池的表达正确的选项是