第四节原电池原理及其应用

学科:化学年级：高二版本：人教版期数：1319本周教学内容：第四节原电池原理及其应用【基础知识精讲】以铜锌原电池为例，理解原电池的工作原理：负极发生氧化反应，正极发生还原反应.紧抓这个基本原理去解决各种类型的原电池问题.【重点难点解析】重点：①原电池原理；②金属的腐蚀原理与防护.难点：金属的电化学腐蚀与防护.1.正确判定原电池2.原电池正极和负极的确定(1)由两极的相对活泼性确定.(2)由电极现象确定.通常情况下，在原电池中某一电极若不断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，此为原电池的负极；若原电池中某一电极上有气体生成，电极的质量不断增加或不变，该电极发生还原反应，此为原电池的正极.3.原电池工作原理：以Cu-Zn原电池为例.负极(锌板)：Zn-2e=Zn2+被氧化，锌板不断溶解；正极(铜板)：2H+2e=H2↑被还原，表面置出气泡.电子流动方向：负极(Zn)经导线正极(Cu).Cu-Zn原电池发生的总反应跟锌和酸的反应是一致的，但电子却经外接导线发生迁移，形成持续的电流，使化学能转化为电能.构成原电池的反应必须能自发地进行氧化还原反应.从理论上讲，任何一个氧化还原反应都可设计成原电池，只不过要求氧化反应和还原反应必须在两极上分别进行，使与两极连接的导线里，产生持续电流.【难题巧解点拨】例1：把a,b,c,d4块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池.若a,b相连时，a为负极；c,d相连时，d上产生大量气泡；a，c相连时，电流由c经导线流向a；b、d相连时，电子由d经导线流向b，则此4种金属的活动性由强到弱的顺序为()A.a＞b＞c＞dB.a＞c＞d＞bC.c＞a＞b＞dD.b＞d＞c＞a分析：根据原电池原理，较活泼的金属为负极，被氧化溶解；相对不活泼的金属为正极，冒气泡或析出金属.电子由负极经外电路流向正极，电流方向与电子方向相反等进行推断可得：a＞c＞d＞b答案为B.例2下列装置能够组成原电池，产生电流的是()分析：根据构成原电池的条件必须同时满足：(1)要有活泼性不同的两个电极.(2)要有电解质溶液.(3)要有导线，能形成闭合回路.用此条件进行判断：在A中两个电极的金属相同，不符合条件，在(D)中没有电解质溶液，乙醇是非电解质.故只有B、C符合条件答案：BC例3：银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可表示为：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+2H2O此电池放电时，负极上发生反应的物质是()A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.Zn分析：根据原电池工作原理，负极上发生氧化反应.元素化合价会升高，所以在放电过程中被氧化的是Zn，即Zn为负极.答案:为D【命题趋势分析】常考知识点：1.原电池的概念、工作原理2.电极反应和电池反应3.原电池原理的应用4.结合物理的电学、工农业生产.【典型热点考题】1.将锌片和铜片用导线连接置于同一稀H2SO4溶液中，下列各叙述正确的是()A.正极附近SO2-4浓度逐渐增大B.负极附近SO2-4的浓度逐渐减小C.负极附近SO2-4的浓度逐渐增大D.正负极附近SO2-4的浓度基本不变本题参考答案：D2.锌与100ml1mol·L-1盐酸反应的实验中，若设想向溶液中加入少量的①醋酸钠，或②溴化铜，或③醋酸铜(均为可溶性)，并测定生成H2的速率(ml·min-1)，预计三种方案的速率大小是()A.①＞③＞②B.③＞②＞①C.②＞③＞①D.①＞②＞③本题参考答案：C3.如图所示的装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡.小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液.(1)片刻后可观察到的现象是()A.铁圈和银圈左右摇摆不定B.保持平衡状态不变C.铁圈向下倾斜D.银圈向下倾斜(2)产生上述现象的原因是.本题参考答案：(1)D(2)加CuSO4溶液后，构成Fe-Ag原电池，Fe溶解、减轻，Cu2+在银圈上得电子，沉积在其上，增重.4.如图所示，在大试管里放入一段光亮无锈的弯成螺旋状的铁丝，把试管倒插入水中，把这个装置这样放置约一周后，观察到铁丝发生的变化是，原因是.试管里的水面会上升，最终上升高约为，原因是.本题参考答案：铁丝表面形成一片红褐色铁锈；发生吸氧腐蚀；试管体积的51；铁和氧气反应，时间足够时铁消耗空气中全部O2，在空气中O2约占总体积的51.5.熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：负极反应式：2CO+2CO2-3-4e→4CO2正极反应式：；总电池反应式：.本题参考答案：O2+2CO2+4e2CO2-3；2CO+O22CO2本周强化练习：【同步达纲练习】1.关于铜、锌和稀H2SO4构成的原电池的说法正确的是()A.锌是正极，铜是负极B.H+在溶液里流向铜片C.电流由锌流向铜D.电子经外电路由锌流向铜2.铁钉和炭棒用导线连接后，浸入到0.01mol·L-1NaCl溶液中，可能发生的是()A.炭棒上有H2析出B.炭棒附近产生OH-C.炭棒上有O2析出D.铁钉被氧化3.下列四组原电池，其中放电后，电解质溶液质量增加，且在正极有单质生成的是()A.Cu、Ag、AgNO3溶液B.Zn、Cu稀H2SO4C.Fe、Zn、CuSO4溶液D.Fe、C、Fe2(SO4)3溶液4.实验中欲制得H2，最好的方法是()A.纯锌与稀H2SO4B.纯锌和浓H2SO4C.纯锌与稀盐酸D.粗锌(含铜杂质)与稀H2SO45.钢铁在潮湿的空气中发生电化腐蚀时，正极发生的主要反应是()A.Fe-2e=Fe2+B.2H2O+O2+4e=4OH-C.4OH--4e=2H2O+O2D.2H++2e=H2↑6.埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下，腐蚀最慢的是()A.在含铁元素较多的酸性土壤中B.在潮湿疏松透气的土壤中C.在干燥致密不透气的土壤中D.在含碳粒较多的潮湿透气中性土壤中.7.铜铁在锈蚀过程中，下列五种变化可能发生的是()①Fe由+2价转化为+3价②氧气被还原③产生H2④Fe(OH)3失水形成Fe2O3、H2O⑤杂质碳被氧化而除去.A.①②B.③④C.①②③④D.①②③④⑤8.有a,b,c,d四种金属，将a,b用导线连结起来，浸入电解质溶液中，b不易腐蚀；将a,d分别投入等浓度的盐酸中，d比a反应剧烈；将铜浸入b的盐溶液中，无明显变化；将铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出.据此推知它们的活动性由强到弱的顺序为()A.dcabB.dabcC.dbacD.badc9.据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池的容量更大，而且没有污染，其总反应式为：2Zn+O22ZnO所用原料为锌粒、电解液和空气.则下列叙述中，正确的是()A.锌为正极，空气进入负极反应B.负极反应为Zn-2eZn2+C.正极发生氧化反应D.电解液肯定不是强酸10.燃料电池是燃料(如H2、CO、CH4等)跟氧气或空气起反应，将化学能转变为电能的装置，电解液为强碱溶液.()下列关于甲烷燃料电池的说法中，正确的是()A.负极反应为：CH4+10OH--8e=CO2-3+7H2OB.负极反应为：O2+2H2O+4e4OH-C.随着放电进行，溶液中的阴离子向负极移动D.随着放电进行，溶液的PH不变.11.常用的钮扣电池为银锌电池，它分别以锌和氧化银为电极.放电时锌极上的电极反应是：Zn+2OH--2eZn(OH)2，氧化银极上的反应是：Ag2O+H2O+2eAg+2OH-，下列判断中，正确的是()A.锌是负极，发生氧化反应，氧化银是正极，发生还原反应B.锌是正极，发生氧化反应，氧化银是负极，发生还原反应C.锌是负极，发生还原反应，氧化银是正极，发生氧化反应D.锌是正极，发生还原反应，氧化银是负极，发生氧化反应12.以下现象与电化腐蚀无关的是()A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈C.铁质器件附有铜质配件，在接触处易生锈D.银质奖牌久置后表面变暗13.阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池，其电池反应式为：2H2+O22H2O，电解液为KOH溶液，反应保持在较高温度使水蒸发，下列叙述中正确的是()A.工作时，电解质溶液的PH逐渐增大B.工作时，能见到浅蓝色火焰C.工作时，H2为正极，O2为负极D.电极反应式为：负极：2H2+4OH--4e=4H2O正极：O2+2H2O+4e4OH-14.铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解液为H2SO4，工作时的反应为：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，下列结论正确的是()A.Pb为正极被氧化B.PbO2为负极被还原C.SO2-4只向PbO2处移动D.电解液密度不断减小E.溶液的PH不断减小15.锌锰干电池的正极是石墨炭棒，它放电时的总反应可表示为：Zn(固)+2MnO2+2NH+4Zn2++Mn2O3(固)+2NH3+H2O，在电池放电时，正极表面发生反应的物质是()A.ZnB.石墨C.MnO2和NH+4D.Zn2+和NH316.锂电池是一种新型高能电池，它以轻质、高能而受到普遍重视，目前已研制成功了多种锂电池.某种锂电池的总反应可表示为：Li+MnO2=LiMnO2，若该电池提供0.5C电量(1mol电子的电量为96500C)，则消耗正极材料的质量(其它损失不计)约为()A.3.63×105gB.3.5gC.4.51×10-4gD.43.5g17.纯锌跟稀H2SO4反应速率很小，为了加快锌的溶解和放出H2的速率，并且使产生H2的量不变，当稀H2SO4过量时，可向其中加少量()A.CuSO4溶液B.CuS固体C.铜D.镁条18.下列关于实验现象的描述不正确的是()A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀H2SO4中，铜片表面出现气泡B.把铜片插入FeCl3溶液中，在铜片表面出现一层铁C.把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴CuCl2溶液，气泡放出速率加快D.把铜片和铝片连接一起浸入浓HNO3中，铝片表面有气泡产生.【素质优化训练】1.铅蓄电池(原电池)工作时，总反应为Pb+PbO2+2HS2O4=2PbSO4+2H2O，由此可以判断：(1)原电池的电极材料：正极为，负极为.(2)两极的电极反应式：正极为，负极为.(3)工作一段时间后，蓄电池里电解溶液的PH(填“变大”“变小”或“不变”).2.1991年我国首创以铝、空气和海水电池为能源的新型海水航标灯.它以海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流，只要把灯放入海水中数分钟，就发出耀眼的闪光，其能量比干电池高20～50倍.根据以上叙述，填写这种电池两极的电极反应式：(1)负极：.(2)正极：.3.称取三份锌，分盛三支试管，在试管甲里加入PH=3的盐酸50ml，在试管乙里加入PH=3的醋酸50ml，在试管丙里加入PH=3的醋酸50ml及少量铜粉，塞上导管塞子，定时测定生成H2的体积.若反应终了时，生成H2一样多，且锌没有剩余.(1)用“＞”“、”“=”或“＜”回答以下问题：①参加反应的锌的质量为：.②反应完毕，需反应时间的多少为：.(2)简答：①反应所需时间最长的一种酸的原因是：.②乙、丙反应所需时间是否相等?答：.其原因是：.4.如何利用Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2设计一个原电池，画出装置图，写出电极的反应式.5.电子表所用电池的两极材料为Zn和Ag2O，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应是：Zn+2OH--2e=ZnO+H2OAg2O+H2O+2e=Ag+2OH-总反应式为：Ag2O+Zn=2Ag+ZnO下列判断正确的是()A.Zn为正极，Ag2O为负极B.Zn为负极，Ag2O为正极C.原电池工作时，负极区溶液的PH减小D.原电池工作时，负极区溶液的PH增大6.由Cu片，Zn片和300ml稀H2SO4组成的原电池中，若锌片只发生电化腐蚀，则当铜片上共放出3.36L(标况)的气体时，H2SO4恰好用完，产生这些气体消耗锌g，有个电子通过了导线，原稀H2SO