2024屆高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第32講 原電池　化學(xué)電源(基礎(chǔ)課)（共68張）

第32講原電池化學(xué)電源(基礎(chǔ)課)第四部分化學(xué)反應(yīng)原理第六章化學(xué)反應(yīng)與能量

1.了解原電池的構(gòu)成和能量轉(zhuǎn)化形式。2.理解原電池的工作原理(電極反應(yīng)與電池反應(yīng))及應(yīng)用。3.了解常見化學(xué)電源的工作原理及電極反應(yīng)。知識點一原電池的工作原理及應(yīng)用必備知識梳理關(guān)鍵能力訓(xùn)練011．原電池的構(gòu)成(1)概念和反應(yīng)本質(zhì)原電池是把______能轉(zhuǎn)化為____能的裝置，其反應(yīng)本質(zhì)是______________。化學(xué)電氧化還原反應(yīng)(2)一般構(gòu)成條件反應(yīng)能發(fā)生__________的氧化還原反應(yīng)(一般是活潑性強(qiáng)的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))電極一般是活潑性______的兩電極(金屬或石墨)閉合回路①電解質(zhì)溶液；②兩電極直接或間接______；③兩電極插入____________中自發(fā)進(jìn)行不同接觸電解質(zhì)溶液2.原電池的工作原理如圖是Cu-Zn原電池，請?zhí)羁眨?1)兩裝置的反應(yīng)原理電極名稱負(fù)極正極電極材料__________電極反應(yīng)______________________________________________反應(yīng)類型______反應(yīng)______反應(yīng)鹽橋中離子移向鹽橋中裝有含KCl飽和溶液的瓊脂，工作時K＋移向____極，Cl－移向____極ZnCuZn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu氧化還原正負(fù)(2)原電池中的三個方向①電子方向：從____極流出沿導(dǎo)線流入____極。②電流方向：從____極沿導(dǎo)線流向____極。③離子的遷移方向：電解質(zhì)溶液中，陰離子向____極遷移，陽離子向____極遷移。鹽橋溶液中陰離子向____極遷移，陽離子向____極遷移。(3)鹽橋的作用①連接內(nèi)電路，形成閉合回路。②平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。負(fù)正正負(fù)負(fù)正負(fù)正3．原電池原理的應(yīng)用(1)比較金屬活動性強(qiáng)弱兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作______的金屬比作______的金屬活潑。(2)加快氧化還原反應(yīng)的速率一個______進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計成原電池時反應(yīng)速率_______。例如，在Zn與稀硫酸反應(yīng)時加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反應(yīng)速率加快。負(fù)極正極自發(fā)加快(3)設(shè)計制作化學(xué)電源負(fù)極正極電極材料1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)任何放熱反應(yīng)均可設(shè)計成原電池。(

)(2)原電池中電子移動方向：負(fù)極→導(dǎo)線→正極→電解質(zhì)→負(fù)極。(

)(3)任何原電池的兩極材料是不同的。(

)(4)原電池工作時電解質(zhì)溶液中陽離子向正極遷移。(

)(5)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)。(

)[答案]

(1)×

(2)×

(3)×

(4)√

(5)×2．對于Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋反應(yīng)，設(shè)計為原電池，負(fù)極反應(yīng)式為____________________，正極反應(yīng)式為_____________________。[答案]

Cu－2e－===Cu2＋

2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋

原電池的工作原理及其電極判斷1．某興趣小組設(shè)計的簡易原電池裝置如圖所示。該電池工作時，下列說法正確的是(

)A．鋅片為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)B．電子流向：碳棒→

→鋅片C．溶液中的SO

向鋅片遷移D．正極反應(yīng)為2H＋－2e－===H2↑[答案]

C2．(2022·廣州模擬)某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)查閱相關(guān)資料知氧化性：Cr2O

>Fe3＋，設(shè)計了鹽橋式的原電池(如圖所示)。鹽橋中裝有瓊脂與飽和K2SO4溶液。下列敘述中正確的是(

)3．(2022·大連月考)控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I(xiàn)2設(shè)計成如圖所示的原電池。下列判斷不正確的是(

)A．反應(yīng)開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．反應(yīng)開始時，甲中石墨電極上Fe3＋被還原C．電流表讀數(shù)為零時，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)D．電流表讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負(fù)極D

[依反應(yīng)方程式知，甲池發(fā)生還原反應(yīng)(Fe3＋→Fe2＋)，乙池則發(fā)生氧化反應(yīng)，A項正確；甲中石墨電極上Fe3＋＋e－===Fe2＋，B項正確；電流表讀數(shù)為零，則電路中無電流通過，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，C項正確；電流表讀數(shù)為零，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，加入FeCl2固體，平衡左移，乙中石墨電極為正極，D項錯誤。]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，陽離子可通過陽離子交換膜移向正極。

原電池原理的應(yīng)用4．M、N、P、E四種金屬，已知：①M(fèi)、N用導(dǎo)線連接插入稀H2SO4中，N為正極；②M、P用導(dǎo)線連接放入硫酸氫鈉溶液中，M表面有大量氣泡逸出；③N、E用導(dǎo)線連接放入E的硫酸鹽溶液中，電極反應(yīng)為E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。則這四種金屬的還原性由強(qiáng)到弱的順序是(

)A．P>M>N>E B．E>N>M>PC．P>N>M>E D．E>P>M>NA

[由①可知還原性：M>N，由②可知還原性：P>M，由③可知還原性：N>E，故可推知還原性：P>M>N>E，A正確。]5．(2022·長沙模擬)向兩份過量的鋅粉a、b中分別加入一定量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時間t(min)的關(guān)系正確的是(

)B

[加入CuSO4溶液，Zn置換出Cu，形成原電池，加快反應(yīng)速率，由于鋅粉過量、H2SO4定量，則產(chǎn)生H2的體積一樣多，故選B。]6．請運(yùn)用原電池原理設(shè)計實驗，驗證Cu2＋、Ag＋氧化性的強(qiáng)弱。請寫出電極反應(yīng)式，負(fù)極__________________，正極_________________，并在方框內(nèi)畫出實驗裝置圖，要求用燒杯和鹽橋，并標(biāo)出外電路電子流向。[答案]

Cu－2e－===Cu2＋

2Ag＋＋2e－===2Ag

知識點二常見化學(xué)電源02必備知識梳理關(guān)鍵能力訓(xùn)練1．化學(xué)電源優(yōu)劣判斷標(biāo)準(zhǔn)電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少(比能量)或者輸出功率的大小(比功率)，以及電池可儲存時間的長短。2．一次電池(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)如下：負(fù)極：____________________________________；正極：__________________________________________________；總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)22MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－(2)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：________________________；正極：________________________________________；總反應(yīng)：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。8Li－8e－===8Li＋3．二次電池(1)鉛酸蓄電池總反應(yīng)為Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O。(2)鋰離子電池一種鋰離子電池，其負(fù)極材料為嵌鋰石墨(LixCy)，正極材料為LiCoO2(鈷酸鋰)，電解質(zhì)溶液為LiPF6(六氟磷酸鋰)的碳酸酯溶液(無水)，其總反應(yīng)為LixCy＋Li1－xCoO2

LiCoO2＋Cy。放電時電極反應(yīng)式為負(fù)極：________________________________；正極：____________________________________________。LixCy－xe－===xLi＋＋CyLi1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2充電時電極反應(yīng)式為陰極：________________________________；陽極：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋。Cy＋xLi＋＋xe－===LixCy

二次電池充放電時的電極連接即正極接正極，負(fù)極接負(fù)極。4．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＋

________________________正極反應(yīng)式______________________O2＋2H2O＋4e－===4OH－電池總反應(yīng)式2H2＋O2===2H2OO2＋4H＋＋4e－===2H2O2H2＋4OH－－4e－===4H2O

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，注意介質(zhì)的參與。

常見化學(xué)電源中電極反應(yīng)式的書寫

化學(xué)電源中電極反應(yīng)式書寫的一般方法(1)明確兩極的反應(yīng)物。(2)明確直接產(chǎn)物：根據(jù)負(fù)極氧化、正極還原，明確兩極的直接產(chǎn)物。(3)確定最終產(chǎn)物：根據(jù)介質(zhì)環(huán)境和共存原則，找出參與的介質(zhì)粒子，確定最終產(chǎn)物。(4)配平：根據(jù)電荷守恒、原子守恒配平電極反應(yīng)式。注意：①H＋在堿性環(huán)境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性環(huán)境中結(jié)合H＋生成H2O，在中性或堿性環(huán)境中結(jié)合H2O生成OH－；③若已知總反應(yīng)式時，可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式，然后在得失電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式，即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。1．已知銀鋅電池的總反應(yīng)為(電解質(zhì)為KOH)：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，則負(fù)極反應(yīng)式為________________________________________，正極反應(yīng)式為_______________________________。[答案]

Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2

Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－2．已知鎳鎘二次電池(電解質(zhì)溶液為KOH溶液)的總反應(yīng)為Cd＋2NiOOH＋2H2O

Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。則放電時負(fù)極反應(yīng)為__________________________________________________________，正極反應(yīng)為____________________________；充電時陽極反應(yīng)為__________________________。[答案]

Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2

2NiOOH＋2e－＋2H2O===2Ni(OH)2＋2OH－

2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O3．以甲醇為燃料，寫出下列介質(zhì)中的電極反應(yīng)式

化學(xué)電源的工作原理4．(2022·宿遷模擬)某二次鋰硫電池能量密度高、成本低，其工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是(

)A．放電時電子由Li經(jīng)導(dǎo)線、用電器、導(dǎo)線到正極B．放電時正極反應(yīng)可能為Li2S8＋14Li＋＋14e－===8Li2SC．充電時，該電池的總反應(yīng)為8Li2S===16Li＋S8D．用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗1.4g鋰時，鉛酸蓄電池消耗1.8g水D

[根據(jù)圖中信息可知放電時負(fù)極鋰失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Li－e－===Li＋，Li＋移向正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)：S8＋2e－===S

，S

＋2Li＋===Li2S8，3Li2S8＋2Li＋＋2e－===4Li2S6，2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，Li2S4＋2Li＋＋2e－===2Li2S2，Li2S2＋2Li＋＋2e－===2Li2S，根據(jù)電極反應(yīng)式結(jié)合電子轉(zhuǎn)移進(jìn)行計算。負(fù)極反應(yīng)為Li－e－===Li＋，用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗1.4g鋰時，消耗的鋰為0.2mol，外電路流過0.2mol電子時，鉛酸蓄電池充電反應(yīng)2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4，消耗水0.2mol×18g/mol＝3.6g，D錯誤。]5．(2022·濟(jì)南模擬)NiOOH-Zn電池(KOH為電解液)的工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是(

)A．工作時，OH－向負(fù)極移動B．工作一段時間后，電解液pH減小C．負(fù)極電極反應(yīng)式為Zn－2e－＋4OH－===ZnO

＋2H2OD．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時，電解液質(zhì)量增加6.4gD

[由題干圖示信息可知，Zn轉(zhuǎn)化為ZnO

，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Zn－2e－＋4OH－===ZnO

＋2H2O，則Zn作負(fù)極，NiOOH轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－，NiOOH作正極。當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時，由負(fù)極反應(yīng)可知，Zn溶解了0.1mol，由正極反應(yīng)可知，電解質(zhì)溶液減少了0.2g，電解液質(zhì)量增加65g/mol×0.1mol－0.2g＝6.3g，D錯誤。]6．研究發(fā)現(xiàn)，在酸性乙醇燃料電池中加入硝酸，可使電池持續(xù)大電流放電，其工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是(

)A．加入HNO3降低了正極反應(yīng)的活化能B．電池工作時正極區(qū)溶液的pH降低C．1molCH3CH2OH被完全氧化時有3molO2被還原D．負(fù)極反應(yīng)為CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋B

[乙醇燃料電池中，通入乙醇的一極為負(fù)極，電極反應(yīng)式為CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋，通入氧氣的一極為正極，由工作原理圖可知，正極發(fā)生反應(yīng)HNO3＋3e－＋3H＋===NO↑＋2H2O，4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，二者加合可得O2＋4e－＋4H＋===2H2O，則HNO3在正極起催化作用，據(jù)此分析解答。HNO3在正極起催化作用，作催化劑，則加入HNO3降低了正極反應(yīng)的活化能，故A正確；電池工作時正極區(qū)的總反應(yīng)為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，則溶液中氫離子濃度減小，pH增大，故B錯誤；根據(jù)得失電子守恒可知，1molCH3CH2OH被完全氧化時，轉(zhuǎn)移12mol電子，則有3molO2被還原，故C正確；由分析知，負(fù)極反應(yīng)為CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋，故D正確。]

原電池原理在科研、生產(chǎn)中的應(yīng)用7.(2022·鎮(zhèn)江模擬)Ag催化刻蝕Si晶片的反應(yīng)原理如圖所示。刻蝕液由一定濃度的HF和H2O2混合而成，刻蝕時間為2～16min，由Ag薄膜覆蓋的部分硅晶片被刻蝕掉，剩余部分就形成了硅納米線。下列說法錯誤的是(

)A．該刻蝕過程利用了原電池原理，Si作負(fù)極B．Ag極發(fā)生的反應(yīng)為H2O2＋2e－＋2H＋===2H2OC．Si極附近溶液pH增大D．每刻蝕14gSi，有2.0mol電子遷移到Ag電極C

[Si晶片上Si轉(zhuǎn)化為H2SiF6，Si元素化合價升高，Si作負(fù)極，Ag作正極，結(jié)合分析可知，A、B正確；在Si電極上發(fā)生反應(yīng)Si＋6HF－4e－===SiF

＋6H＋，故Si極附近溶液pH減小，C錯誤；根據(jù)兩電極反應(yīng)式，每刻蝕14g(即0.5mol)Si，有2.0mol電子遷移到Ag電極，D正確。]8．(2022·唐山模擬)某課題研究小組設(shè)計如圖所示裝置(電極材料均為鉑)，該裝置可將工業(yè)廢水中的乙胺(CH3CH2NH2)轉(zhuǎn)化成無毒無害物質(zhì)。下列分析錯誤的是(

)A．電極M為電池的正極B．電池工作時，左側(cè)溶液pH保持不變C．電極N的電極反應(yīng)式為2CH3CH2NH2＋8H2O－30e－===4CO2↑＋N2↑＋30H＋D．為了保證電池效率，該電池工作時溫度不易過高B

[由題圖可知，電極M為原電池的正極，酸性條件下空氣中的氧氣在正極得到電子結(jié)合H＋生成水，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，電極N為負(fù)極，在微生物的作用下，乙胺在水分子作用下失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳、氮?dú)夂蜌潆x子，電極反應(yīng)式為2CH3CH2NH2＋8H2O－30e－===4CO2↑＋N2↑＋30H＋。由正、負(fù)極電極反應(yīng)可知，左側(cè)溶液pH變大，B錯誤。]真題感悟·明確考向031．(2022·湖南選擇性考試，T8)海水電池在海洋能源領(lǐng)域備受關(guān)注，一種鋰-海水電池構(gòu)造示意圖如下，下列說法錯誤的是(

)A．海水起電解質(zhì)溶液作用B．N極僅發(fā)生的電極反應(yīng)：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑C．玻璃陶瓷具有傳導(dǎo)離子和防水的功能D．該鋰-海水電池屬于一次電池13245B

[鋰海水電池的總反應(yīng)為4Li＋2H2O＋O2===4LiOH,M極上Li失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則M電極為負(fù)極，電極反應(yīng)為Li－e－===Li＋，N極為正極，電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－。]132452．(2022·全國乙卷，T12)Li-O2電池比能量高，在汽車、航天等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。近年來科學(xué)家研究了一種光照充電Li-O2電池(如圖所示)。光照時，光催化電極產(chǎn)生電子(e－)和空穴(h＋)，驅(qū)動陰極反應(yīng)(Li＋＋e－===Li)和陽極反應(yīng)(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)對電池進(jìn)行充電。下列敘述錯誤的是(

)A．充電時，電池的總反應(yīng)Li2O2===2Li＋O2B．充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān)C．放電時，Li＋從正極穿過離子交換膜向負(fù)極遷移D．放電時，正極發(fā)生反應(yīng)O2＋2Li＋＋2e－===Li2O213245C

[放電時，金屬鋰電極為負(fù)極，光催化電極為正極，Li＋從負(fù)極穿過離子交換膜向正極遷移，C錯誤。]132453．(2022·浙江1月選考，T21)pH計是一種采用原電池原理測量溶液pH的儀器。如圖所示，以玻璃電極(在特制玻璃薄膜球內(nèi)放置已知濃度的HCl溶液，并插入Ag-AgCl電極)和另一Ag-AgCl電極插入待測溶液中組成電池，pH與電池的電動勢E存在關(guān)系：pH＝

。下列說法正確的是(

)13245A．如果玻璃薄膜球內(nèi)電極的電勢低，則該電極反應(yīng)式為AgCl(s)＋e－===Ag(s)＋Cl－(0.1mol·L－1)B．玻璃膜內(nèi)外氫離子濃度的差異不會引起電動勢的變化C．分別測定含已知pH的標(biāo)準(zhǔn)溶液和未知溶液的電池的電動勢，可得出未知溶液的pHD．pH計工作時，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能132451324C

[A項，玻璃薄膜球內(nèi)電極電勢低，則該極為負(fù)極，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，錯誤；B項，pH計是測量溶液pH的儀器，玻璃膜內(nèi)外氫離子濃度差異會引起電動勢的變化，錯誤；D項，pH計采用原電池原理，工作時化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，錯誤。]523414．(2021·山東等級考，T10)以KOH溶液為離子導(dǎo)體，分別組成CH3OH－O2、N2H4－O2、(CH3)2NNH2－O2清潔燃料電池，下列說法正確的是(

)A．放電過程中，K＋均向負(fù)極移動B．放電過程中，