高考原电池

基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练第一节原电池化学电源基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练[考纲展示]1．了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池总反应式。2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练一、原电池的工作原理1．概念2．工作原理(以锌铜原电池为例)基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练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电子流向由沿导线流向3．构成条件(1)能自发地发生反应。(2)电解质溶液(构成电路或参加反应)。(3)由还原剂和导体构成负极系统，由氧化剂和导体构成极系统。(4)形成(两电极接触或用导线连接)。闭合回路锌片铜片氧化还原正基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练二、化学电源1．一次电池(碱性锌锰干电池)基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练2．二次电池(可充电电池)铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是，正极材料是。(1)放电时的反应①负极反应：Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)②正极反应：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)③电池总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)PbO2Pb基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练(2)充电时的反应①阴极反应：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)②阳极反应：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)③电池总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练3．燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。酸性碱性负极反应式2H2－4e－===4H＋===4H2O正极反应式===2H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－电池总反应式2H2＋O2===2H2OO2＋4e－＋4H＋2H2＋4OH－－4e－基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练1．理解原电池概念的2个方面：(1)能量转化：化学能转化为电能；(2)反应本质：氧化还原反应。2．掌握原电池的两极反应类型：(1)负极：发生氧化反应；(2)正极：发生还原反应。3．熟记原电池构成的3个条件：(1)两个活泼性不同的电极(常见为金属或石墨)；(2)两电极插入电解质溶液中；(3)形成闭合回路。4．明确原电池原理的4个应用：(1)加快氧化还原反应的速率；(2)比较金属活动性强弱；(3)用于金属的防护；(4)制作化学电源。基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练考点一原电池的构成及电极反应式的书写1．原电池的构成2．正、负极的判断基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练3．电极反应式的书写(1)一般电极反应式的书写基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练(2)复杂电极反应式的书写如CH4酸性燃料电池中，电极反应式为：CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应式2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正极反应式CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……负极反应式基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练【特别提醒】(1)负极本身不一定都参加反应，如燃料电池中，作为负极的材料本身并不参加反应。(2)不注意电解质溶液的成分，容易误写电极反应式，如Al负极，在酸性溶液中生成Al3＋，在碱性溶液中生成AlO－2。(3)电子从负极经外电路流向正极，但电子不能通过电解液，是通过阴阳离子的移动形成闭合回路。(4)用总电极反应减去一极的电极反应时，须在两式电子转移数相等的前提下进行。基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练以色列科学家达尼埃尔·谢赫特曼因发现“准晶体”独获诺贝尔化学奖。某准晶体W由一定比例的铁、铜、铝组成，取两小块该准晶体：一块投入烧杯①中，注入浓氢氧化钠溶液浸没固体；另一块投入烧杯②中，注入稀硫酸浸没固体。下列分析合理的是()A．在烧杯①中，若构成微型电池，负极反应式为2Al－6e－===2Al3＋，正极反应式为6H2O＋e－===6OH－＋3H2↑B．在烧杯②中，若铁、铜构成微型电池，则铁为负极；若铝、铁构成微型电池，则铁为正极C．在烧杯①中，若构成微型电池，铁为负极，铜为正极，正极反应式为2H2O＋e－===2OH－＋H2↑D．在烧杯②中，固体最终完全溶解，溶液呈蓝色。向溶液中滴加KSCN溶液，溶液不变色基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练【解析】本题在新情境下考查原电池的基本原理，解题关键是要明确原电池工作时两极相应的氧化还原反应。碱性条件下，铝能与NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2，因此烧杯①中负极反应式为2Al－6e－＋8OH－===2AlO－2＋4H2O，A项错误；非强氧化性酸溶液作电解质时，活泼金属易失电子，为原电池的负极，B项正确；烧杯①中，铁与铜都不能与NaOH溶液反应，作原电池的正极，C项错误；烧杯②中铜不能与稀硫酸发生反应，固体不可能完全溶解，D项错误。【答案】B基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练【技巧点拨】本题重点考查原电池的基本原理，包括正、负极的判断和电极反应式的书写。书写电极反应式的前提是能判断原电池的正、负极反应产物，判断的关键是关注电解质的介质环境，如本题铝在酸性条件下氧化产物是Al3＋，碱性条件下的氧化产物是AlO－2，又如燃料电池中正极上通入的气体是氧气，若在酸性介质中，则与介质中的H＋结合形成H2O，若是碱性介质，则与H2O反应生成OH－。负极上通入的是气体燃料时，碳元素对应的产物为CO2，CO2则不与介质反应，反应产物仍是CO2，若为碱性介质，CO2与OH－反应最终生成CO2－3。基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练1．石墨层间化合物氟化石墨与非水系电解质组合可制成高能量密度、高能输出功率、长储存周期、高安全性能的新型电池。该电池以氟化石墨和锂作电极，用溶有LiClO4的有机溶剂作电解质。电池总反应式：nLi＋(CF)n===nLiF＋nC。则下列说法正确的是()A．Li是负极，负极发生还原反应B．放电过程中，Li＋从负极区通过外电路向正极区迁移C．LiClO4在有机溶剂中不能电离D．氟化石墨作正极，电极反应式为(CF)n＋nLi＋＋ne－===nC＋nLiF基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练解析：在原电池中，易失去电子的物质作负极(或在负极区参加负极反应)，故Li作负极，负极发生氧化反应，A选项错误；原电池在放电过程中，负极失去的电子经外电路转移到正极，在电解质溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极，这样形成了闭合回路，但是带电粒子只能在电解质溶液中移动，不能进入外电路，B选项错误；有机溶剂不能导电，故要形成闭合回路，LiClO4在有机溶剂中必定会发生电离，C选项错误。答案：D基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练2．镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低等特点。一般研究的镁燃料电池可分为镁－空气燃料电池、镁－海水燃料电池、镁－过氧化氢燃料电池和镁－次氯酸盐燃料电池。其中，镁－次氯酸盐燃料电池的工作原理如图所示，下列有关说法不正确的是()A．放电过程中OH－移向正极B．电池的总反应式为Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2↓＋Cl－C．镁燃料电池中镁均为负极，发生氧化反应D．镁－过氧化氢燃料电池，酸性电解质中正极反应式为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练解析：本题以镁燃料电池为背景考查了原电池原理、不同条件下电极反应式的书写。镁燃料电池，镁作负极，失电子，产物由电解质溶液决定，若为酸性溶液，生成Mg2＋，若为碱性溶液，生成Mg(OH)2。ClO－在正极反应，由图可知有Cl－和OH－生成：ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－，OH－向负极移动，生成Mg(OH)2。答案：A基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练考点二原电池工作原理的应用1．比较金属的活动性强弱原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或非金属)作正极。如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一般时间后，若观察到A极溶解，而B极上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，则可以断定金属活动性AB。基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练2．加快化学反应速率由于形成了原电池，导致反应速率加快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu­Zn原电池，加快反应进行。3．用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练4．设计制作化学电源设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件。(1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。(2)根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料(负极就是失电子的物质，正极用比负极活泼性差的金属即可，也可以用石墨)及电解质溶液。①电极材料的选择在原电池中，选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或非金属作为正极，并且原电池的电极必须导电。一般来说，负极应该跟电解质溶液发生反应。基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练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负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如在Cu­Zn­硫酸构成的原电池中，负极Zn浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极Cu浸泡在含有Cu2＋的电解质溶液中。基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练(3)按要求画出原电池装置图。如根据2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋设计原电池：负极：Cu－2e－===Cu2＋正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练【特别提醒】(1)能设计成原电池的反应一定是放热的氧化还原反应，吸热反应不可能将化学能转化为电能。(2)利用原电池原理可加快制氢气的速率，但可能影响生成氢气的量。需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决于酸的量。(3)设计原电池时，负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以。基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组课时规范训练原电池原理广泛应用于科技、生产和生活中，请回答以下问题：(1)肼(N2H4)又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。肼——空气燃料电池是一种碱性燃料电池，产物无污染，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。肼——空气燃料电池放电时：正极的电极反应式是______________；负极的电极反应式是__________。(2)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以N2、H2为电极反应物，以HCl－NH4Cl为电解质溶液制造新型燃料电池。试写出该电池的正极反应式________________________。(3)请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱。请画出实验装置图并写出电极反应式。基础知识梳理实验典例探究感悟考点透析高考真题重组