1、1第 3 节 化学能转化为电能电池考纲定位 全国卷 5 年考情1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害及保护措施。2017 年：卷 T112016 年：卷 T11；卷 T112015 年：卷 T11；卷 T26(1、2)2014 年：卷 T122013 年：卷 T10、T 27(5)、T 28(5)；卷 T11考点 1| 原电池及其工作原理(对应学生用书第 121 页)考纲知识整合1原电池的概念把化学能转化为电能的装置，其本质是发生了氧化还原反应。2原电池的构成(1)有两个活动性
2、不同的电极(常见为金属或石墨)。(2)将电极插入电解质溶液中。(3)两电极间构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。(4)能自发发生氧化还原反应。3工作原理如图是 CuZn 原电池，请填空：(1)反应原理电极名称 负极 正极电极材料 Zn Cu电极反应 Zn2e =Zn2 Cu2 2e =Cu反应类型 氧化反应 还原反应(2)原电池中的三个方向电子方向：从负极流出沿导线流入正极；2电流方向：从正极沿导线流向负极；离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。(3)两种装置的比较图中 Zn 在 CuSO4溶液中直接接触 Cu2 ，会有一部分 Zn 与 Cu2 直接反应，该装置
3、中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。图中Zn 和 CuSO4溶液分别在两个池中，Zn 与 Cu2 不直接接触，不存在 Zn 与 Cu2 直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。(4)盐桥作用连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使溶液呈电中性，使原电池不断产生电流。4原电池原理的三个应用(1)设计制作化学电源首先将氧化还原反应分成两个半反应。根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。(2)比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。(3)加快氧化还原反应的速率一个自发
4、进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率加快。例如，在 Zn 与稀H2SO4反应时加入少量 CuSO4溶液能使产生 H2的反应速率加快。应用体验判断正误 (正确的打“” ，错误的打“”)。(1)在化学反应中，所有自发的放热反应均可以设计成原电池。( )(2)原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。( )(3)MgAl 形成的原电池，Mg 一定作负极。( )(4)Cu、Al、浓 HNO3构成的原电池的负极反应为 Al3e =Al3 。( )(5)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应。( )(6)相同情况下，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时
5、间长。 ( )(7)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。( )(8)化学电源工作时，内电路介质中的阳离子一定向正极迁移。( )(9)实验室制备 H2时，用粗锌(含 Cu、Fe 等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳。( )(10)原电池反应时，电子从负极流出经导线流入正极，然后通过溶液流回负极。( )【答案】 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)3高考命题点突破 命题点 1 原电池的构成和设计1在如图所示的 8 个装置中，不能形成原电池的是_(填序号)，并指出原因_。【答案】 中不存在两极；两极金属相同；中酒精不是电解质溶液，不
6、导电；中没有构成闭合回路2设计原电池装置证明 Fe3 的氧化性比 Cu2 强。(1)负极反应式：_。(2)正极反应式：_。(3)电池总反应方程式：_。(4)在框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：不含盐桥含盐桥【答案】 (1)Cu2e =Cu2(2)2Fe3 2e =2Fe2(3)2Fe3 Cu= =2Fe2 Cu 24(4)思维建模 原电池设计的思维模板1 正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属 如石墨等 作为正极。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应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与
7、负极发生反应 如溶解于溶液中的空气 。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行 中间连接盐桥 ，则两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。3 画装置图：注明电极材料与电解质溶液。但应注意盐桥不能画成导线，要形成闭合回路。 命题点 2 原电池原理3(2015天津高考)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是( ) 【导学号：95160165】A铜电极上发生氧化反应B电池工作一段时间后，甲池的 c(SO )减小24C电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡C A.Cu 作正极，电
8、极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO 不参加电24极反应，故甲池的 c(SO )基本不变；C.电池工作时，甲池反应为 Zn2e =Zn2 ，乙池24反应为 Cu2 2e =Cu，甲池中 Zn2 会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有 64 g Cu 析出，则进入乙池的 Zn2 为 65 g，溶液总质5量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜。4分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( ) 【导学号：95160166】A中 Mg 作负极，中 Fe 作负极B中 Mg 作正极，电极反应式为 6H2O6e =6OH 3
9、H 2C中 Fe 作负极，电极反应式为 Fe2e =Fe2D中 Cu 作正极，电极反应式为 2H 2e =H2B 中 Mg 不与 NaOH 溶液反应，而 Al 能和 NaOH 溶液反应，失去电子作负极；中室温下 Fe 在浓 HNO3中钝化，Cu 和浓 HNO3反应，失去电子作负极，则 Fe 作正极，A、C 错误；中电池总反应式为 2Al2NaOH6H 2O=2NaAl(OH)43H 2，负极反应式为2Al8OH 6e =2Al(OH)4 ，二者相减得到正极反应式为6H2O6e =6OH 3H 2， B 正确；中 Cu 作正极，电极反应式为O22H 2O4e =4OH ，D 错误。5(2018厦
10、门模拟)将反应 2Fe3 2I 2Fe 2 I 2设计成如图所示的原电池。下列说法不正确的是 ( ) 【导学号：95160167】A盐桥中的 K 移向 FeCl3溶液B反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应C电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流计读数为零后，在甲中溶入 FeCl2固体，乙中石墨电极为负极D A 项，甲池中石墨电极为正极，乙池中石墨电极为负极，盐桥中阳离子向正极移动，所以向 FeCl3溶液迁移，正确；B 项，反应开始时，乙中 I 失去电子，发生氧化反应，正确；C 项，当电流计读数为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，正确；D 项，当加入 Fe2 ，导致平衡逆向移动，
11、则 Fe2 失去电子生成 Fe3 ，作为负极，而乙中石墨成为正极，错误。6题后归纳 原电池的工作原理简图注：若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。若反应为可逆反应，改变条件，平衡移动方向改变时电流方向也改变，正、负极颠倒。 命题点 3 原电池原理的应用6M、N、P、E 四种金属，已知：MN 2 =NM 2 ；M、P 用导线连接放入NaHSO4溶液中，M 表面有大量气泡逸出；N、E 用导线连接放入 E 的硫酸盐溶液中，电极反应为 E2 2e =E，N2e =N2 。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是
12、 ( )【导学号：95160168】APMNE BENMPCPNME DEPMNA 由知，金属活动性：MN；M、P 用导线连接放入 NaHSO4溶液中，M 表面有大量气泡逸出，说明 M 作原电池的正极，故金属活动性：PM；N、E 构成的原电池中，N 作负极，故金属活动性：NE。7把符合题意的图像填在横线上(用 A、B、C、D 表示)(1)将等质量的两份锌粉 a、b 分别加入过量的稀硫酸，同时向 a 中加入少量的 CuSO4溶液，产生 H2的体积 V(L)与时间 t(min)的关系是_。(2)将过量的两份锌粉 a、b 分别加入定量的稀硫酸，同时向 a 中加入少量的 CuSO4溶液，产生 H2的体
13、积 V(L)与时间 t(min)的关系是_。(3)将(1)中的 CuSO4溶液改成 CH3COONa 溶液，其他条件不变，则图像是_。【解析】 (1)a 中加入 CuSO4，消耗一部分 Zn，Cu、Zn 形成原电池，反应速率加快，所以 a 放出 H2的量减少，但速率加快。(2)a 中加入 CuSO4消耗 Zn，但不影响产生 H2的量，速率也加快。(3)CH3COONa 与 H2SO4反应后生成弱酸 CH3COOH，从而减慢反应速率，但产生 H2的量没发生变化。7【答案】 (1)A (2)B (3)C考点 2| 常见化学电源及其工作原理(对应学生用书第 123 页)方法思路突破1化学电源中电极反
14、应书写的一般方法思路(1)明确两极的反应物。(2)明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物。(3)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物。(4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。注意：H 在碱性环境中不存在；O 2 在水溶液中不存在，在酸性环境中结合 H ，生成 H2O，在中性或碱性环境结合 H2O，生成 OH ；若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。2示例与 MnO2Zn 电池类似，K 2FeO4Zn 也可以组成碱性电池
15、，K 2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为 FeO 3e 4H 2O=Fe(OH)35OH ，Zn 作负极材料的电极反应式为24Zn2e 2OH =Zn(OH)2，该电池总反应的离子方程式为 2FeO 8H 2O3Zn= =2Fe(OH)2433Zn(OH) 24OH 。电源分类突破一次电池碱性锌锰干电池负极材料：Zn电极反应：Zn2OH 2e =ZnOH 2O正极材料：碳棒电极反应：MnO 22H 2O2e =Mn(OH)22OH 总反应：ZnMnO 2H 2O=ZnOMn(OH) 2锌银电池负极材料：Zn电极反应：Zn2OH 2e =Zn(OH)2正极材料：Ag 2O电极反应：A
16、g 2OH 2O2e =2Ag2OH 总反应：ZnAg 2OH 2O=Zn(OH)22Ag对点训练1(2018兰州模拟)被称为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片(在其一边镀8锌，在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为 ZnMnO 2H 2O=ZnOMn(OH) 2。下列说法正确的是( )【导学号：95160169】A该电池的正极为锌B该电池反应中二氧化锰起催化剂作用C当 0.1 mol Zn 完全溶解时，流经电解液的电子个数约为 1.2041023D电池正极反应式为 MnO22e 2H 2O=Mn(OH)22OH D A 项，由电池反应知
17、，Zn 元素化合价由 0 变为2，Zn 失电子作负极，错误；B 项，该电池中二氧化锰参加反应且作氧化剂，错误；C 项，电子不进入电解质溶液，电解质溶液导电是通过离子定向移动形成电流，错误；D 项，正极上二氧化锰得电子发生还原反应，电极反应式为 MnO22e 2H 2O=Mn(OH)22OH ，正确。二次电池充电电池1铅蓄电池是一种二次电池总反应式为PbPbO 22H 2SO4 2PbSO42H 2O 放 电 充 电2二次电池充电时的电极连接典例导航(2016全国卷)锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为 KOH溶液，反应为 2ZnO 24OH 2H 2O=2Zn(OH) 。下列
18、说法正确的是( ) 24【导学号：95160170】A充电时，电解质溶液中 K 向阳极移动B充电时，电解质溶液中 c(OH )逐渐减小C放电时，负极反应为：Zn4OH 2e =Zn(OH)249D放电时，电路中通过 2 mol 电子，消耗氧气 22.4 L(标准状况)审题指导 2Zn O 24OH 2H 2O 2Zn(OH) 放 电 充 电 24负极：2Zn4e 8OH =2Zn(OH) 阴极：2Zn(OH) 4e =2Zn8OH 24 24正极：O 24e 2H 2O=4OH 阳极：4OH 4e =O22H 2O放电时阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移；充电时阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁
19、移。消耗 1 mol O2转移 4 mol e 。【答案】 C(1)充电时，OH 向_极移动。(2)放电时，负极附近的溶液的 pH 变_(填“大”或“小”)。(3)充电时，阳极反应式为_。【答案】 (1)阳 (2)小 (3)4OH 4e =O22H 2O对点训练2(2018信阳市一模)某充电宝锂离子电池的总反应为xLiLi 1 xMn2O4 LiMn2O4，某手机镍氢电池总反应为 NiOOHMH MNi(OH) 2(M 为储放 电 充 电 放 电 充 电氢金属或合金)，有关上述两种电池的说法不正确的是( ) 【导学号：95160171】A锂离子电池放电时，Li 向正极迁移B镍氢电池放电时，正极
20、的电极反应式：NiOOHH 2Oe =Ni(OH)2OH C如图表示用锂离子电池给镍氢电池充电D锂离子电池充电时，阴极的电极反应式：LiMn 2O4 xe =Li1 xMn2O4 xLiD A 项，锂离子电池放电时阳离子移向正极，所以 Li 向正极迁移，故 A 正确；B 项，放电时，正极发生还原反应，方程式为 NiOOHe H 2O=Ni(OH)2OH ，故 B 正确；C 项，10题图表示用锂离子电池为放电过程，而镍氢电池为充电过程，故负极 Li 接 M 极发生MH e =MH，故 C 正确；D 项，锂离子电池充电时，阴极的电极反应式：Li e =Li，故 D 错误。3已知某镍镉电池的电解质溶
21、液为 KOH 溶液，其充、放电按下式进行：Cd2NiOOH2H 2O Cd(OH)22Ni(OH) 2放 电 充 电请回答下列问题：(1)放电时，负极反应式为_，正极反应式为_。(2)充电时，阴极反应式为_，阳极反应式为_。(3)放电时，K 向_极迁移，负极的溶液 pH 的变化为_。(4)充电时，镍镉电池的阴极应与外接电源的_极相连。【答案】 (1)Cd2e 2OH =Cd(OH)22NiOOH2e 2H 2O=2Ni(OH)22OH (2)Cd(OH)22e =Cd2OH 2Ni(OH)22OH 2e =2NiOOH2H 2O(3)正 减小 (4)负题后归纳 可充电电池的分析方法1 充电电池
22、是既能将化学能转化为电能 放电 ，又能将电能转化为化学能 充电 的一类特殊电池。 需要注意的是充电、放电的反应不能理解为可逆反应。2 充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应恰与放电时的正极反应相反，充电时的阴极反应恰与放电时的负极反应相反。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。介质 酸性 碱性负极反应式 2H24e =4H 2H24OH 4e =4H2O正极反应式 O24H 4e =2H2O O22H 2O4e =4OH电池总反应式 2H2O 2=2H2O注：燃料电池的电极不参加电极反应通入的燃料发生负极反应，O 2发生正极反应。书写电极反应时，注意介质参与的反应。2燃料电池中的常见燃料有烃(CH 4、C 2H6)、烃的衍生物(甲醇、乙醇)、CO、金属
