2021高三化學(xué)人教版一輪教師用書：第6章第2節(jié)原電池化學(xué)電源Word版含答案

第二節(jié)原電池化學(xué)電源考綱定位要點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)1．理解原電池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用，能寫出電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式。2．了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理。原電池工作原理及其應(yīng)用1．原電池的構(gòu)成(1)概念和反應(yīng)本質(zhì)原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其反應(yīng)本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。(2)構(gòu)成條件能發(fā)生自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)(一般是活潑性強(qiáng)的金屬與反應(yīng)電解質(zhì)溶液反應(yīng))電極一般是活潑性不同的兩電極(金屬或石墨)①電解質(zhì)溶液閉合②兩電極直接或間接接觸回路③兩電極插入電解質(zhì)溶液中2．原電池的工作原理如圖是Cu-Zn原電池，請(qǐng)?zhí)羁眨?1)兩裝置的差別Ⅰ中Zn在CuSO4溶液中直接接觸Cu2＋，會(huì)有一部分Zn與Cu2＋直接反①圖應(yīng)，該裝置中既有化學(xué)能和電能的轉(zhuǎn)化，又有一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了熱能，裝置的溫度會(huì)升高，電能效率低。②圖Ⅱ中Zn和CuSO4溶液分別在兩個(gè)池中，Zn與Cu2＋不直接接觸，不存所以僅是化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了電能，電流穩(wěn)定，且持在Zn與Cu2＋直接反應(yīng)的過程，續(xù)時(shí)間長，電能效率高。(2)反應(yīng)原理電極名稱電極材料負(fù)極正極ZnCu電極反應(yīng)Zn－2e－===Zn2＋反應(yīng)類型(3)原電池中的三個(gè)方向Cu2＋＋2e－===Cu還原反應(yīng)氧化反應(yīng)①電子方向：從負(fù)極流出沿導(dǎo)線流入正極。②電流方向：從正極沿導(dǎo)線流向負(fù)極。③離子的遷移方向：電解質(zhì)溶液中，陰離子向負(fù)極遷移，陽離子向正極遷移。(4)鹽橋作用①連接內(nèi)電路，形成閉合回路。②平衡電荷(鹽橋中陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極)，使原電池不斷產(chǎn)生電流。3．原電池原理的應(yīng)用(1)比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱兩種金屬分別作原電池的兩極時(shí)，一般作負(fù)極的金屬比作正極的金屬活。潑(2)加快氧化還原反應(yīng)的速率還原反應(yīng)，設(shè)計(jì)成原電時(shí)加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反應(yīng)(3)設(shè)計(jì)制作化學(xué)電①首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)。②根據(jù)原電反應(yīng)特點(diǎn)，結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)找出正、負(fù)極材料和電一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化Zn與稀硫酸反應(yīng)池時(shí)反應(yīng)速率加快。例如，在速率加快。源池的解質(zhì)溶液。如Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu(NO3)2，負(fù)極用Cu，正極用Ag或C等，AgNO3為電解質(zhì)溶液。[補(bǔ)短板](1)原電池反應(yīng)必須是氧化還原反應(yīng)，但自行發(fā)生的氧化還原反應(yīng)并不一定是電極與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，也可能是電極與溶解的氧氣等發(fā)生反應(yīng)，如將鐵與石墨相連插入食鹽水中。(2)在理解時(shí)加入少量CuSO4溶液，H的物質(zhì)的量要減少。形成原電池可加快反應(yīng)速率時(shí)，要注意對(duì)產(chǎn)物量的理解，Zn與稀硫酸反應(yīng)鋅足量時(shí)，不影響產(chǎn)生H的物質(zhì)的量，但稀2硫酸足量時(shí)，產(chǎn)生2(3)原電池的正極和負(fù)極與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)，不要形成活潑電極一定作負(fù)極的思維定勢(shì)。如在Mg－NaOH(aq)－Al原電池中Al為負(fù)極；在Cu－濃硝酸－Fe(Al)原電池中Cu為負(fù)極[基礎(chǔ)判斷]。(1)在化學(xué)反應(yīng)中，所有自發(fā)的放熱反應(yīng)均可以設(shè)計(jì)成原電池。()(2)在Mg－NaOH(aq)－Al電池中負(fù)極反應(yīng)為Al－3e－＋4OH－===AlO＋－22H2O。()(3)在原電池中，正極本身一定不參與電極反應(yīng)，負(fù)極本身一定要發(fā)生氧化反應(yīng)。()(4)在鋅銅原電池中，因?yàn)橛须娮油ㄟ^電解質(zhì)溶液形成閉合回路，所以有電流產(chǎn)生。()(5)含鹽橋的原電池工作時(shí)，鹽橋中的陽離子向負(fù)極遷移。()[答案](1)×(2)√(3)×(4)×(5)×[知識(shí)應(yīng)用]1．在如圖所示的5個(gè)裝置中，不能形成原電池的是_________(填序號(hào))。③裝置發(fā)生的電極反應(yīng)式為_______________________________________________________________________________________________________________。[答案]②④負(fù)極：Fe－2e－===Fe2＋，正極：2H＋＋2e－===H2↑2．依據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設(shè)計(jì)的原電池如圖所示(鹽橋?yàn)槭⒂蠯NO3瓊脂的U形管)。(1)電極X的材料是________；電解質(zhì)溶液Y是________(填化學(xué)式)。(2)銀電極為電池的________極，其電極反應(yīng)為_________________________________________________________________________________________。(3)鹽橋中的NO移向________溶液。－3命題點(diǎn)1原電池的工作原理1．(2019·武漢調(diào)研)下列裝置為某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)的Cu-Zn原電池，下列說法錯(cuò)誤的是()甲乙A．裝置甲中電子流動(dòng)方向?yàn)椋築．裝置乙比裝置甲提供的電流更穩(wěn)定C．裝置乙鹽橋中有瓊膠的Na2CO3飽和溶液D．若裝置乙中鹽橋用鐵絲替代，反應(yīng)原理發(fā)生改變C[裝置甲中Zn電極為負(fù)極，Cu電極為正極，電子從負(fù)極流出經(jīng)導(dǎo)線流入Zn→電流表→Cu，A項(xiàng)正確；裝置甲中Zn與CuSO4溶液直接反應(yīng)生成的Cu會(huì)附著在Zn電極乙為帶有Zn→電流表→Cu可用裝正極，故電子流動(dòng)方向：上，使電池效率降低，裝置鹽橋的原電池，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在兩池中分別發(fā)生，提供的電流更穩(wěn)定，B項(xiàng)正確；裝置乙鹽橋中若用裝有瓊膠的Na2CO3飽和溶液，則CO23－向ZnSO4溶液中遷移，ZnSO4溶液中會(huì)C項(xiàng)錯(cuò)誤；產(chǎn)生沉淀，若裝置乙中鹽橋用鐵絲替代，則形成兩個(gè)串聯(lián)的原電池，反應(yīng)原理改變，D項(xiàng)正確。]2．(2019·海淀區(qū)模擬)全釩電池以惰性材料作電極，在電解質(zhì)溶液中發(fā)生的原電池反應(yīng)為VO(黃色)＋V(紫色)＋2H===VO2(藍(lán)色)＋HO＋V3＋(綠色)。2＋＋＋2＋2下列說法不正確的是()A．正極反應(yīng)為VO＋2H＋－＋e===VO2＋HO＋2＋2B．負(fù)極C．反應(yīng)D．原電池使用過程中溶液的pH逐漸增大C[由電池總反應(yīng)VO(黃色)＋V2＋(紫色)＋2H＋===VO2＋(藍(lán)色)＋H2O＋V(綠色)可得，VO為正活性物質(zhì)，V為負(fù)極的活性物質(zhì)，所以左室為正極2＋附近的溶液由紫色逐漸變?yōu)榫G色每生成1molH2O時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.5mol＋3＋2極的＋2室，右室為負(fù)極室。正極反應(yīng)為VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O，A項(xiàng)正確；負(fù)＋2極反應(yīng)為V－e－===V3＋，所以負(fù)極附近溶液的顏色由紫色逐漸變?yōu)榫G色，B項(xiàng)2＋正確；由電極反應(yīng)VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O可知，反應(yīng)每生成1molH2O＋2時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1mol，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由原電池總反應(yīng)可知，反應(yīng)過程中H＋被不斷消耗，3．(2019·廈門模擬)將反應(yīng)2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I(xiàn)2設(shè)計(jì)成如圖所示的原電池。所以溶液的pH逐漸增大，D項(xiàng)正確。]下列說法不正確的是()A．鹽橋中的K移向FeCl3溶液＋B．反應(yīng)C．電D．電開始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl固體，乙中石墨電極為負(fù)極2D[A項(xiàng)，甲池中石墨電極為正極，乙池中石墨電極為負(fù)極，鹽橋中陽離子向正極移動(dòng)，所以K向FeCl3溶液遷移，正確；B項(xiàng)，反應(yīng)開始時(shí)，乙中I失＋－去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，正確；C項(xiàng)，當(dāng)電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，說明沒有電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，反應(yīng)達(dá)到平衡，正確；D項(xiàng)，當(dāng)加入Fe2＋，導(dǎo)致平衡逆向移動(dòng)，則Fe2＋失去電子生成Fe3＋，作為負(fù)極，而乙中石墨成為正極，錯(cuò)誤。]原電池的工作原理簡圖注意：①若有鹽橋，鹽橋中的陰離子移向負(fù)極區(qū)，陽離子移向正極區(qū)。②若有交換膜，離子可選擇性通過交換膜，如陽離子交換膜，陽離子可通過交換膜移向正極。命題點(diǎn)2原電池原理的應(yīng)用4．等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b，分別加入過量的稀HSO中，同時(shí)向a中滴入24少量的CuSO4溶液，如圖表示產(chǎn)生H的體積(V)與時(shí)間(t)的關(guān)系，其中正確的是2()ABCDD[a中Zn與CuSO4溶液反應(yīng)置換出Cu，Zn的量減少，產(chǎn)生2但Zn、Cu和稀H2SO4形成D項(xiàng)圖示符合要求。5．M、N、P、E四種金屬，已知：①M(fèi)＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用導(dǎo)線連接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量氣泡逸出；③N、E用導(dǎo)線連接放入的硫酸鹽溶液中，電極反應(yīng)為E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。則這四種金屬的順序是(H的量減少，原電池，加快反應(yīng)速率，]E還原性由強(qiáng)到弱的)A．P>M>N>EC．P>N>M>EB．E>N>M>PD．E>P>M>NA[由①知，金屬活動(dòng)性：M>N；M、P用導(dǎo)線連接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量氣泡逸出，說明N作負(fù)極，故金屬活動(dòng)性：N>E。]6．設(shè)計(jì)原電池裝置證明Fe的氧化性比Cu2＋強(qiáng)。M作原電池的正極，故金屬活動(dòng)性：P>M；N、E構(gòu)成的原電池中，3＋(1)負(fù)極反應(yīng)式：(2)正極反應(yīng)式：________________________________________________。(3)電池總反應(yīng)方程式：__________________________________________。________________________________________________。(4)在框中畫出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液：①不含鹽橋②含鹽橋[答案](1)Cu－2e－===Cu2＋(2)2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋(3)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋(4)①②原電池設(shè)計(jì)的一般思路(1)正、負(fù)極材料的選擇：根據(jù)氧化還原關(guān)系找出正、負(fù)極材料，一般選擇活潑性較強(qiáng)的金屬作為負(fù)極；活潑性較弱的金屬或可導(dǎo)電的非金屬(如石墨等)作為正極。(2)電解質(zhì)溶液的選擇：電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)(如溶解于溶液中的空氣)。但如果氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋)，則兩個(gè)容器中的電解質(zhì)溶液一般選擇與電極材料相同的陽離子溶液。(3)畫裝置圖：注明電極材料與電解質(zhì)溶液意鹽橋不能畫成導(dǎo)線，1．一次電(1)堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池的負(fù)極是Zn，正極是MnO2，電解質(zhì)是KOH，其電極反應(yīng)如池下：負(fù)極：Zn＋2OH－2e－===Zn(OH)2；－正極：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2?？偡磻?yīng)：(2)銀鋅電池銀鋅電池的負(fù)極是Zn，正極是Ag2O，電解質(zhì)是KOH，其電極反應(yīng)如下：負(fù)極：Zn＋2OH－2e－===Zn(OH)2；－正極：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；總反應(yīng)：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。(3)鋰電池鋰電池是用金屬鋰作負(fù)極，石墨作正極，電解質(zhì)溶液由四氯化鋁鋰(LiAlCl4)溶解在亞硫酰氯(SOCl2)中組成。其電極反應(yīng)如下：負(fù)極：8Li－8e－===8Li＋；正極：3SOCl2＋8e－===6Cl－＋SO＋2S；2－3總反應(yīng)：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。2．二次電池鉛蓄電池是最常見的二次電池，總反應(yīng)為Pb(s)＋PbO2(s)＋放電2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)充電[補(bǔ)短板](1)二次電池充電時(shí)的電極連接即正極接正極，負(fù)極接負(fù)極。(2)充電時(shí)的電極反應(yīng)與放電時(shí)的電極反應(yīng)過程相反，充電時(shí)的陽極反應(yīng)與放電時(shí)的正極反應(yīng)相反，充電時(shí)的陰極反應(yīng)與放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)相反。3．燃料電池燃料電池中的常見燃料有氫氣、烴(CH4、C2H6)、烴的衍生物(甲醇、乙醇)、CO、金屬(Al、Li等)，燃料在電池中的負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。以氫氧燃料電池為例介質(zhì)酸性堿性負(fù)極反應(yīng)式2H2－4e－===4H＋2H2＋4OH－－4e－===4H2O正極反應(yīng)式O2＋4H＋＋4e－===2H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－2H2＋O2===2H2O電池總反應(yīng)式注意：①燃料電池的電極不參加電極反應(yīng)，通入的燃料發(fā)生負(fù)極反應(yīng)，O2發(fā)生正極反應(yīng)。②書寫電極反應(yīng)式時(shí)，注意介質(zhì)參與的反應(yīng)。[知識(shí)應(yīng)用]1．某堿性蓄電池的總反應(yīng)式為放電Fe＋NiO23＋3H2OFe(OH)2＋2Ni(OH)2。充電寫出充、放電時(shí)電極反應(yīng)式：(1)放電時(shí)：負(fù)極：_____________________________________________________。(2)充電時(shí)：____________________________________________，_____________________________________________________。____________________________________________，正極：陰極：陽極：[答案](1)Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2NiO23＋2e－＋3H2O===2Ni(OH)2＋2OH－(2)Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===NiO23＋3H2O2．以甲醇為燃料，寫出下列介質(zhì)中的電極反應(yīng)式酸性溶液或正極：_______