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化学反应与能量第六章第二节原电池化学电源考纲解读考纲要求备考指南真题追踪命题趋势1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写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。2018·全国卷Ⅱ12，全国卷Ⅲ11；2017·全国卷Ⅰ11，全国卷Ⅱ11，全国卷Ⅲ11；2016·全国卷Ⅱ11，全国卷Ⅲ11；2015·全国卷Ⅰ11，全国卷Ⅱ26本部分知识是全国各地历年出题“热点”，预计2020年高考题将与新能源结合。复习备考时注重新闻相关信息，依据原电池和电解池工作原理并结合氧化还原反应知识熟练掌握电极判断、电极反应式的书写方法。考点1原电池工作原理及其应用栏目导航01夯实考点02考点突破夯实考点11．概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是_______________。2．原电池的构成条件(1)一看反应：看是否有能______进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。(2)二看两电极：一般是________不同的两电极。(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需要三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入__________溶液中。【知识梳理】氧化还原反应自发活泼性电解质3．工作原理(1)以铜－锌原电池为例。简单原电池带盐桥的原电池装置图电极名称负极正极简单原电池带盐桥的原电池电极材料____________电极反应________________________________反应类型____________电子流向、离子移向外电路中，电子由______沿导线方向流向_____；内电路中，电解质溶液中阳离子移向______，阴离子移向______电池反应方程式____________________________不同点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Zn和CuSO4溶液在两个池子中，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，且持续时间长锌片铜片Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu氧化反应还原反应锌片铜片正极负极Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu(2)盐桥的组成和作用。①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。4．原电池正负极的判断方法(1)由组成原电池的电极材料判断。一般是活动性较强的金属为______极，活动性较弱的金属或能导电的非金属为______极。(2)根据电流方向或电子流动方向判断。电流由________极流向______极；电子由______极流向______极。(3)根据原电池中电解质溶液内离子的移动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向______极，阴离子移向______极。(4)根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的______极失电子发生氧化反应，其______极得电子发生还原反应。(5)根据现象判断。一般情况下，溶解的一极为______极，增重或有气体逸出的一极为______极。负正正负负正正负负正负正判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)在原电池中，发生氧化反应的一极是负极()(2)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强()(3)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()(4)带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长()(5)任何氧化还原反应均可设计成原电池()【思维深化】(6)放热反应通过一定的装置均可以由化学能变为电能，构成原电池()(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)原电池放电时，电流方向由电源的负极流向正极()【答案】(1)√(2)×(3)×(4)√(5)×(6)×(7)×(8)×考点突破2原电池工作原理★★★★1．(2018·辽宁大连模拟)图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示()A．铜棒的质量B．c(Zn2＋)C．c(H＋)D．c(SO2－4)【答案】C【解析】铜锌原电池正极(Cu)和负极(Zn)的电极反应式分别是2H＋＋2e－===H2↑、Zn－2e－===Zn2＋。由于铜棒上生成的氢气逸出，铜棒不参与反应，故铜棒的质量保持不变，A项错误；随着放电的进行，溶液中c(Zn2＋)逐渐增大，c(H＋)逐渐减小，故B项错误，C项正确；铜锌原电池的总反应为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，放电过程中c(SO2－4)保持不变，故D项错误。2．根据下图判断，下列说法正确的是()A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大【答案】D【解析】A项，装置Ⅰ中的负极为Zn，错误；B项，装置Ⅱ中的正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，错误；C项，阳离子向正极移动，装置Ⅰ中向左侧移动，错误，故选D。3．(2018·河南信阳质检)分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑原电池电极反应式的书写★★★★【答案】B【解析】②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C项错误；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO－2＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B项正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D项错误。4．(2018·鄂东南示范高中联考)如图是Li/FeS2电池的装置，该电池具有比能量高、互换性强、绿色环保和贮存时间长等优点。(1)Li/FeS2电池中，金属锂作______极(填“正”或“负”)。(2)电池放电反应为FeS2＋4Li===Fe＋4Li＋＋2S2－。该反应可认为分两步进行；第一步反应是FeS2＋2Li===2Li＋＋FeS2－2，则第二步正极的电极反应式为_____________________________。【答案】(1)负(2)FeS2－2＋2e－===2S2－＋Fe5．[2015·全国卷Ⅱ，26(1)(2)]酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。(1)该电池的正极反应式为__________________________________________，电池反应的离子方程式为_________________________________________。(2)维持电流强度为0.5A，电池工作5分钟，理论上消耗锌________g。(已知F＝96500C·mol－1)【答案】(1)MnO2＋e－＋H＋===MnOOHZn＋2MnO2＋2H＋===Zn2＋＋2MnOOH(2)0.05【解析】(1)根据酸性锌锰干电池的构造可知，放电时负极Zn失去电子生成Zn2＋，正极MnO2得到电子生成MnOOH，从而可写出正极和负极的电极反应式，然后在遵循电子守恒的前提下，将两极反应式相加可得电池反应的离子方程式。(2)电池工作5分钟，通过的电量Q＝0.5A×5min×60s·min－1＝150C，因此通过电子的物质的量n(e－)＝QF＝150C96500C·mol－1≈1.554×10－3mol，则理论消耗Zn的质量是m(Zn)＝1.554×10－3mol2×65g·mol－1＝0.05g。“三步”完成电极反应式的书写6．X、Y、Z、M、N代表五种金属，有以下反应：①Y与M用导线连接放入稀硫酸中，M上冒气泡；②M、N为电极，与N的盐溶液组成原电池，电子从M极流出，经过外电路，流入N极；③Z＋2H2O(冷水)===Z(OH)2＋H2↑；④水溶液中，X＋Y2＋===X2＋＋Y。则这五种金属的活动性由强到弱的顺序为()A．Z＞X＞Y＞M＞NB．Z＞Y＞X＞M＞NC．Z＞X＞Y＞N＞MD．X＞Y＞M＞N＞Z原电池工作原理的应用★★★★【答案】A【解析】①Y与M用导线连接放入稀硫酸中，M上冒气泡，证明M为原电池的正极，所以活动性：Y＞M；②在原电池反应中，电子流出的电极为负极，电子流入的电极为正极，由于电子从M极流出，经过外电路流入N极，所以活动性：M＞N；③Z＋2H2O(冷水)===Z(OH)2＋H2↑，证明Z的活动性很强，是题目提供的所有的元素中最强的；④水溶液中，X＋Y2＋===X2＋＋Y，则证明活动性：X＞Y。所以这五种金属的活动性由强到弱的顺序为Z＞X＞Y＞M＞N。7．(2019·广东肇庆模拟)某校化学兴趣小组进行探究性活动，将氧化还原反应：2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2，设计成盐桥原电池。提供的试剂：FeCl3溶液、KI溶液；其他用品任选。请回答下列问题：(1)请画出设计的原电池装置图，并标出电极材料、电极名称及电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极反应式为___________________________________。(3)反应达到平衡时，外电路导线中________(填“有”或“无”)电流通过。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中电极变为________(填“正”或“负”)极。【答案】(1)如下图所示(2)2I－－2e－===I2(3)无(4)负【解析】(1)先分析氧化还原反应，找出正负极反应，即可确定正负极区电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极是负极，I－失电子。(3)反应达到平衡时，无电子流动，故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时FeCl2溶液失电子，变成负极。如何设计原电池设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件：(1)必须是能自发进行且放热的氧化还原反应。(2)根据氧化还原关系找出正负极材料(负极是失电子的物质，正极用比负极活动性差的金属，也可以用石墨)及电解质溶液。①电极材料的选择：选择活动性较强的金属作负极(通常跟电解质溶液反应)；活动性较弱的金属或非金属作正极，并且原电池的电极必须能导电。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应含有与电极材料相同元素的阳离子(如在Cu－Zn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)。(3)按要求画出原电池装置示意图。如根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池如下：