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专题三化学反应与能量变化第17讲原电池及其应用目标导航复习目标1.理解原电池的构成、工作原理及应用。2.能写出电极反应式和电池总反应式。3.了解常见化学电源的种类及其工作原理。4.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。知识体系课前思考问题1：原电池正、负极判断方法有哪些？[答案](1)由原电池的电极材料判断：如果两极是由活泼性不同的金属作电极，一般情况下相对活泼的金属是负极，活泼性较弱的金属是正极(要注意特殊条件，如Mg－Al－NaOH电池，Al是负极；Al－Cu－浓硝酸电池，Cu是负极)；如果两个电极是由金属和非金属导体(或金属氧化物导体)作电极，金属是负极，非金属导体(或金属氧化物导体)是正极。(2)根据氧化还原反应判断：发生氧化反应的电极为负极；发生还原反应的电极为正极。(3)根据电子或电流的流向判断：电子流出或电流流入的电极为负极，反之为正极。(4)根据原电池里电解质溶液中离子的流动方向判断：阳离子移向的电极为正极，阴离子移向的电极为负极。(5)根据原电池的两极发生的现象判断：一般溶解或质量减轻的电极为负极，有气体生成或金属析出的电极为正极。问题2：若燃料电池正极上发生反应的物质都是O2，当电解质不同，常见的电极反应有哪几种情况？[答案](1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(3)固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：O2＋4e－===2O2－(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3课前8min栏目导航考点透视质量验收课前8min1.(2019·湖北鄂州模拟)研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。下列有关说法错误的是()A.d为锌块，铁片不易被腐蚀B.d为锌块，铁片上电极反应为2H＋＋2e－===H2↑C.d为石墨，铁片腐蚀加快D.d为石墨，石墨上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－B[解析]①中性或碱性环境下一般发生吸氧腐蚀，电极反应式：(正极)O2＋4e－＋2H2O===4OH－、(负极)Fe－2e－===Fe2＋。②原电池中较活泼的金属为负极，负极失电子发生氧化反应；活泼性较差的金属或非金属导体为正极，正极得电子发生还原反应。2.(2018·中原名校第五次联考)一种碱性“二甲醚(CH3OCH3)燃料电池”具有启动快、能量密度高、效率高等优点，其电池总反应为CH3OCH3＋3O2＋4OH－===2CO2－3＋5H2O，下列说法不正确的是()A.电池正极可用多孔碳材料制成B.电池负极发生的反应为CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2－3＋12H＋C.理论上，1mol二甲醚放电量是1mol甲醇放电量的2倍D.电池工作时，OH－向电池负极迁移B[解析]A正确；电解质溶液呈碱性，负极反应为CH3OCH3－12e－＋16OH－===2CO2－3＋11H2O，B不正确；1mol二甲醚(CH3OCH3)放电转移电子12mol,1mol甲醇放电转移电子6mol，C正确；电池工作时，阴离子向电池的负极迁移，D正确。3.(2018·安徽芜湖一模)以熔融Na2CO3为电解质、H2和CO混合气为燃料的电池，原理如右图所示。下列说法正确的是()A.b是电池的负极B.a电极的电极反应式为CO＋CO2－3－2e－===2CO2、H2＋CO2－3－2e－===H2O＋CO2C.电子由a电极经熔融Na2CO3向b电极移动D.a、b两极消耗的气体的物质的量之比是1∶1B[解析]b极上氧气得电子与二氧化碳反应生成碳酸根离子，则b是电池的正极，选项A错误；a为负极，负极上一氧化碳和氢气被氧化生成二氧化碳和水，电极反应为CO＋CO2－3－2e－===2CO2、H2＋CO2－3－2e－===H2O＋CO2，选项B正确；电子由负极a经外电路流向正极b，选项C错误；电极a反应为CO＋CO2－3－2e－===2CO2、H2＋CO2－3－2e－===H2O＋CO2，电极b反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3，则a、b两极消耗的气体的物质的量之比是2∶3，选项D错误。4.(2018·皖江名校联盟摸底)随着各地治霾力度的加大，大力发展高性能燃料电池汽车成为研究课题。图1是某课题组设计的液体燃料电池示意图。下列有关叙述不正确的是()DA.该电池的优点是不产生污染气体，且液体燃料便于携带B.电池内部使用的是阴离子交换膜，OH－经交换膜移向负极C.该燃料电池的电极材料采用多孔纳米碳材料(如图2)，目的是增大接触面积，增加吸附量D.该电池中通入N2H4的电极为正极，电极反应式为N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O[解析]该燃料电池中，联氨和空气中的氧气反应生成氮气和水，不会造成大气污染，同时液态联氨便于携带，A正确；该原电池中，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，氢氧根离子移向负极，所以离子交换膜要选取阴离子交换膜，B正确；C正确；通入N2H4的电极为负极，发生氧化反应，电极反应式为N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O，D错误。考点透视考点1原电池的工作原理基础梳理1.原电池：是把能转化为的装置。以锌铜原电池为例。装置图化学电能电极反应式负极：___________________(氧化反应)正极：___________________(还原反应)负极：___________________(氧化反应)正极：___________________(还原反应)离子迁移方向阳离子向极迁移；阴离子向极迁移盐桥作用及离子移向①连接内电路形成闭合回路②维持两电极电势差(平衡电荷)(盐桥中K＋向极移动，Cl－向极移动)③减少能量损耗正负正负Zn－2e－===Zn2＋2H＋＋2e－===H2↑Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu2.形成条件原电池的设计(1)将氧化还原反应拆分成两个电极反应：还原剂－ne－―→氧化产物、氧化剂＋ne－―→还原产物。(2)结合电极反应式找正、负极材料和合理的电解质溶液：还原剂为负极材料或在负极上反应的物质，正极材料为活泼性较弱的金属或石墨等，氧化剂为电解质溶液中的离子。(3)形成闭合回路时可用盐桥。最后画出原电池装置图。举题悟法类型1原电池工作原理(2018·福建龙岩模拟)有关右下图所示装置的叙述不正确的是()A.该装置是利用氧化还原反应将化学能转化成电能B.铁片质量逐渐减小，碳棒上有气泡产生C.电流由铁片经导线沿外电路流向碳棒D.该装置总反应式为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑C[解析]负极上Fe失去电子，正极上氢离子得到电子，则铁片质量逐渐减小，碳棒上有气泡产生，故B正确；电流由碳棒经导线流向铁片，故C错误。铜锌原电池(如右下图)工作时，下列叙述正确的是()A.铜作负极，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋B.电池总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuC.在外电路中，电子从正极流向负极D.盐桥中的Cl－移向CuSO4溶液B[解析]锌作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，铜作正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，A错误、B正确；外电路中电子从负极流向正极，C错误；原电池中，阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移，即Cl－移向ZnSO4溶液，D错误。类型2比较金属的活泼性(2018·湖北沙市中学)有A、B、C、D四种金属。将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B为正极；将A、D分别投入等浓度盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液中，无明显变化，如果把铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是()A.DCABB.DABCC.DBACD.BADCB[解析]两种活动性不同的金属和电解质溶液构成原电池，较活泼的金属作负极，较不活泼的金属作正极，将A与B用导线连接起来浸入电解质溶液中，B为正极，所以A的活动性大于B；金属和相同浓度的酸反应时，活动性强的金属反应剧烈，将A、D分别投入等浓度盐酸中，D比A反应剧烈，所以D的活动性大于A；较活泼金属能置换出较不活泼的金属，将铜浸入B的盐溶液中，无明显变化，说明B的活动性大于铜，如果把铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出，说明铜的活动性大于C。所以金属的活动性顺序为D＞A＞B＞C。有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电流由D→导线→C；③A、C用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，C极产生大量气泡；④B、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此判断五种金属的活动性顺序是()A.ABCDEB.ACDBEC.CABDED.BDCAEB[解析]金属与稀硫酸组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H＋在正极表面得到电子生成H2，电子运动方向：负极→正极，电流方向：正极→负极。在题述原电池中，金属活动性：①AB、②CD、③AC、④DB、⑤BE。综上可知，金属活动性ACDBE。原电池正、负极的判断方法考点2常见的化学电源基础梳理1.一次电池——干电池(1)NH4Cl、ZnCl2和淀粉作电解质溶液负极：Zn－2e－===Zn2＋正极：2NH＋4＋2e－===2NH3↑＋H2↑、2MnO2＋H2===Mn2O3＋H2O电池总反应：Zn＋2MnO2＋2NH4Cl===ZnCl2＋Mn2O3＋2NH3↑＋H2O(2)碱性锌锰干电池(电解质：KOH)负极(Zn)：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2正极(MnO2)：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)22.二次电池(可充电电池)铅蓄电池的充放电过程：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)放电充电2PbSO4(s)＋2H2O(l)铅蓄电池(负极：；正极：；电解质：H2SO4溶液)(1)放电过程负极：_______________________________________(反应)正极：______________________________________________________(反应)总反应：_________________________________________________PbPbO2氧化还原Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)(2)充电过程(是放电反应的逆过程)阴极：__________________________________(接电源的极，反应)阳极：____________________________________________________(接电源的____极，________反应)总反应：______________________________________________________负还原正氧化PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)=====通电Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)3.常见的燃料电池燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类原电池。电解质一般又分为酸性、碱性两种。可燃性物质与氧气组成的原电池的总反应式等同于可燃物在氧气中燃烧。(1)氢氧燃料