2011届高考化学原电池原理及应用复习

第四节原电池原理及其应用1.了解原电池原理，学会判断原电池的正负极，能正确书写原电池电极反应式。了解金属腐蚀的一般规律，了解金属的防护方法。2．掌握原电池原理、正负极的判断、电极反应式的书写以及金属的腐蚀与保护的应用。此类试题内容主要包括：(1)原电池、化学电源的概念；(2)电极反应式的书写；(3)保护金属的方法及其应用。此考点属于高考热点，试题的主要形式有：(1)选择题，主要考查原电池的基本概念以及原电池电极反应式的书写。(2)实验题，主要考查原电池、金属腐蚀等知识的综合运用能力。复习目标展示知识点1原电池问题1：原电池的有关概念？形成条件？原电池的工作原理？电极反应式的书写？【思维延伸】通常的氧化还原反应中电子直接在氧化剂和还原剂之间进行转移，相当于短路，反应时有热量放出来，并不能得到电流。而原电池将氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，并用外电路连接，电子是通过导线由还原剂转移给氧化剂，所以形成了电流。知识点2化学电源问题2：常见的化学电源举例，其对应的电极反应和总反应式的表示方法？2．碱性锌锰干电池——一次电池负极反应：Zn＋2OH－－2e－Zn(OH)2；正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－2MnOOH＋2OH－；总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O2MnOOH＋Zn(OH)2。3．银锌电池——一次电池负极反应：Zn＋2OH－－2e－ZnO＋H2O；正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－2Ag＋2OH－；总反应式：Zn＋Ag2OZnO＋2Ag。4．铅蓄电池——二次电池负极反应：Pb－2e－+PbSO4；正极反应：PbO2＋2e－＋4H＋＋PbSO4＋2H2O；总反应式：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。5．氢氧燃料电池(酸性介质中)负极反应：2H2－4e－4H＋；正极反应：O2＋4H＋＋4e－2H2O；总反应式：2H2＋O22H2O。24SO24SO放电充电知识点3原电池原理的应用问题3：原电池原理的主要应用有哪两个方面，金属的腐蚀和防护方法？制造新型的化学电源。【思维延伸】吸氧腐蚀和析氢腐蚀的共同点是负极反应都是铁失电子，不同的是正极反应，吸氧腐蚀中正极反应为氧气得电子与水生成氢氧根，而析氢腐蚀则是水中的氢离子得电子,变为氢气。考点1原电池正负极的判断与电极反应式的书写1．正负极的判断在书写原电池的电极反应式时，首先应正确判断原电池的两个电极哪一个是正极，哪一个是负极。常用的判断方法有：(1)根据电子流动方向判断。在原电池中，电子流出的一极是负极；电子流入的一极是正极。(2)根据两极材料判断。一般活泼性较强金属为负极；活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。(3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。(4)根据原电池两极发生的变化来判断。负极总是失去电子，发生氧化反应，正极总是得到电子发生还原反应。(5)根据现象判断。溶解的一极为负极，质量增加或放出气体的一极为正极。2．电极反应式的书写书写电极反应式时，按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，首先正确判断出电极反应产物，然后结合反应物及转移电子数量写出反应式,再结合质量守恒、电荷守恒配平各电极反应式。两电极反应式相加则得总反应式。(1)根据两个电极反应式，写出总反应式。使两个电极反应式得失电子数相等后，将两式相加，消去相同的化学式。(2)根据总反应式写电极反应式一般分四个步骤：①列物质，标得失；②选离子，配电荷；③配个数，巧用水；④两式加，验总式。要点深化1．关于蓄电池电极反应式的书写放电时作为原电池，充电时作为电解池，将放电时的负极反应返回去即是充电时的阴极反应，放电时的正极反应返回去即是充电时阳极反应。以放电时为例，书写蓄电池电极反应式的一般步骤：(1)确定正、负极及其对应电极产物。方法：化合价升高的为负极，化合价降低的为正极。(2)根据化合价变化确定电子的得与失。方法：化合价升高数＝失电子数;化合价降低数＝得电子数。(3)确定参与电极反应的其他物质，此步的确定是难点。2．书写燃料电池电极反应式的步骤类似于蓄电池，书写燃料电池电极反应式时还要注意以下几点(1)电池的负极一定是可燃性气体，失电子，发生氧化反应也称阳极；电池的正极一定是助燃性气体，得电子，发生还原反应也称为阴极。(2)电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用(3)电极反应式必须遵循原子守恒、电荷守恒规律。(4)在碱性电解质中，电极反应式中不能出现H＋，在酸性电解质溶液中，电极反应式中不能出现OH－。(5)正、负两极的电极反应式在得失电子守恒的条件下，相叠加后的电池反应必是燃料反应和燃料产物与电解质溶液反应的叠加反应式。【例1】电瓶车所用电池一般为铅蓄电池，这是一种典型的可充电电池，电池总反应式为：Pb＋PbO2＋4H＋＋2PbSO4＋2H2O则下列说法正确的是()A．放电时：负极板上发生了还原反应B．放电时：正极反应是Pb－2e－＋PbSO4C．充电时：铅蓄电池的负极应与充电器电源的正极相连D．充电时：阳极反应是PbSO4－2e－＋2H2OPbO2＋＋4H＋242SO放电充电242SO24SOD解析：铅蓄电池在放电时，负极为Pb，失去电子发生氧化反应，正极为PbO2，得到电子发生还原反应，故A、B错误；铅蓄电池在充电时，是电解池的装置，与充电器电源正极相连的叫阳极，即它放电时的正极，阳极失去电子转移到充电器电源的正极，故C错误，D正确。1．(广东省高考题)科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化成氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为()A．H2＋2OH－2H2O＋2e－B．O2＋4H＋＋4e－2H2OC．H2－2e－2H＋D．O2＋2H2O＋4e－4OH－解析：H3PO4是酸性介质，则电极反应式中不能出现OH－。答案：C变式练习考点2金属的腐蚀与防护1．化学腐蚀与电化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟化学物质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化，腐蚀过程没有电流产生较活泼金属被氧化，腐蚀过程有电流产生联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍2.析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁腐蚀为例)析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强(pH4.3)水膜酸性很弱或中性电极反应负极Fe－2e－Fe2＋正极2H＋＋2e－H2↑O2＋2H2O＋4e－4OH－总反应式Fe＋2H＋Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O2Fe(OH)23.金属防护的几种重要方法(1)改变金属内部的组成结构，将金属制成合金，增强抗腐蚀能力。(2)在金属表面覆盖保护层，使金属和周围物质隔离开来。(3)电化学保护法：利用原电池原理将需要保护的金属作为电池的正极而受到保护或利用电解池原理将需要保护的金属作为电解池的阴性而受到保护。要点深化金属腐蚀的一般规律(1)电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。(2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。(3)活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。(4)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。(5)由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液，故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式；另外，只有在金属活动性顺序表中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属腐蚀时只能是吸氧腐蚀。【例2】下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是()①纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗②当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用③在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法④可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀A．①③B．②④C．①②③D．③解析：①项，纯银器在空气中放置，不发生电化学腐蚀，久置会缓慢生成硫化银而变黑，为化学腐蚀，①正确；②项，当镀层破损时，Sn－Fe可形成原电池，Fe被腐蚀，②错；③项Fe与锌块形成原电池，Zn作负极，从而保护Fe正极，所以③正确；④项外加电源保护法钢管应该与直流电源的负极相连，若接直流电源的正极，则会加速其腐蚀，④错。A2．钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为：2Fe＋2H2O＋O22Fe(OH)2。以下说法正确的是()A．负极发生的反应为：2Fe－4e－2Fe2＋B．正极发生的反应为：2H2O＋O2＋2e－4OH－C．原电池是将电能转变为化学能的装置D．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀解析：发生的原电池反应为:2Fe＋2H2O＋O22Fe(OH)2。负极反应为：2Fe－4e－2Fe2＋，故A正确；B项，正极反应：2H2O＋O2＋4e－4OH－；C项，电池是将化学能转化成电能的装置；D项，在空气与水交界处更容易发生电化学腐蚀。答案：A客观题电化学内容是历年高考的重点之一，也是高考的重要创新点。根据原电池判断金属活动性强弱、原电池的工作原理、电极产物的判断和计算以及新型电池的电极反应与应用是该部分的重点内容，也将会是高考的热点。【考题一】银锌电池的电极分别是Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH,它的充电和放电过程可以表示为:2Ag＋Zn(OH)2Ag2O＋Zn＋H2O，下列叙述中，正确的是()A．在放电过程中，电池负极区溶液pH减小B．在充电过程中，溶液的pH逐渐增大C．在放电过程中，电子由Ag2O经外电路流向Zn极D．充电时，Ag2O电极发生氧化反应，Zn极发生还原反应放电充电AD审题视点：(1)两极的材料Ag2O和Zn，Zn为比较活泼的金属，Ag2O具有氧化性。(2)电解质溶液为强碱KOH。(3)注意反应式中充电和放电的方向。(4)注意充电和放电反应的产物。思路点拨：本题考查点为原电池的相关知识和运用。对考生的演绎推理能力有一定要求。对银锌电池,作原电池使用时的电极反应为：负极Zn－2e－＋2OH－Zn(OH)2正极Ag2O＋2e－＋H2O2Ag＋2OH－当银锌电池充电时(电解)，电极反应为：阴极Zn(OH)2＋2e－Zn＋2OH－阳极2Ag－2e－＋2OH－Ag2O＋H2O放电时,负极区OH－消耗,故c(OH－)减小,从而溶液的pH减小。故A正确；充电时,阳极消耗OH－,而阴极区生成等量的OH－,故溶液中(OH－)保持不变,溶液的pH也保持不变。故B不正确;放电时,Zn为负，Ag2O为正极,电子由Zn极经外电路流向Ag2O极(溶液中阳离子由Zn极向Ag2O极运动,阴离子由Ag2O极向Zn极运动，完成电子运动的循环)。故C不正确;充电时,Zn极为阴极，Zn(OH)2发生还原反应；Ag2O为阳极,Ag发生氧化反应，故D正确。高分解密①不能正确理解电极反应与环境的关系，从而不能正确书写电极反应式，也就无法判断电极附近溶液的pH变化。事实上，根据题目给定的化学方程式，就可以确定该电池的电解质溶液是碱性物质。因为在酸性条件下，Zn、Zn(OH)2、Ag2O都是不能存在的(事实上，高能电池和新型燃料电池一般都选择碱性环境)。②审题不仔细，将原电池和电解池搞反了，自然也就无法判断电子运动的方向和电极反应了。主观题燃料电池是现代社会中具有发展前景的新型电源。要重点掌握其工作原理和类型，对这部分知识的考查经常以信息题的形式出现，只要领会了反应原理，自然融会贯通。【考题二】(1)今有2H2＋O22H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是正极通的应是，电极反应式为。KOHH2O2负极：2H2＋4OH－－4e－4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－4OH－(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式为、。(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？,负极：2H2－4e－4H+正极：O2＋4H＋＋4e－2H2O(3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质，则电极反应式为：、____________________。负极：CH4＋10OH－－8e－23CO(1)变小，(2)变大正极：2O2＋4H2O＋8e－8OH－高分解密解答该题时，最容易出现的错误是不能理解溶液的酸碱性对电极