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第2讲化学能与电能的转化[考试说明]知识内容考试要求(1)原电池的概念a(2)铜锌原电池的原理及电极反应式b(3)原电池的构成条件b(4)常见化学电源c(5)原电池的构造与工作原理，盐桥的作用b(6)判断与设计简单的原电池c(7)原电池的电极反应式及电池反应方程式b(8)原电池的正、负极和电子流向的判断c(9)银锌电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理与应用价值b(10)电解池的概念b续表知识内容考试要求(11)电解CuCl2溶液的原理及电极反应式b(12)电解池的构成条件b(13)原电池、电解池的判断c(14)电解池的构造与工作原理b(15)电解池的电极反应式与电解反应方程式b(16)金属冶炼、氯碱工业、电镀在生产生活中的应用b(17)金属腐蚀的危害a(18)金属发生电化学腐蚀的基本原理c(19)金属的防护b原电池原理及其应用[学生用书P43]1．原电池的工作原理如图是两种锌铜原电池示意图：(1)反应原理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池反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu(2)原电池中的三个方向①电子流动方向：从负极流出沿导线流入正极；②电流流动方向：从正极沿导线流向负极；③离子迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。2．原电池正、负极的判断(1)根据电极材料。一般是较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。(2)根据电子流动方向或电流方向。电子流动方向：由负极→正极；电流方向：由正极→负极。(3)根据原电池电解质溶液中离子的移动方向。在原电池的电解质溶液内，阳离子向正极移动，而阴离子向负极移动。(4)根据原电池两极发生的变化。原电池的负极失电子，发生氧化反应；而正极得电子，发生还原反应。3．不同介质下电极反应式的书写技巧和步骤电极反应式属于以离子反应表达的氧化还原半反应，要遵循离子方程式拆分物质的规则。(1)先写出电极反应式的主要框架(待配平)①酸性电解液负极：还原剂－xe－―→氧化产物＋H＋正极：氧化剂＋xe－＋H＋―→还原产物②非酸性电解质(或液)(包括碱溶液、熔融碳酸盐及氧化物)负极：还原剂－xe－＋阴离子―→氧化产物正极：氧化剂＋xe－―→阴离子＋还原产物(2)依据化合价变化分别计算氧化剂、还原剂与电子的比例。(3)根据电荷守恒配平离子，最后根据原子守恒配平其余物质。题组一原电池原理的应用1．如图所示进行实验，下列说法不正确的是()A．装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生B．甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能C．装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转D．装置乙中负极的电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋解析：选B。装置甲为锌片与稀硫酸反应装置，可观察到锌片上有气泡；装置乙为铜锌原电池，锌片、铜片和硫酸形成的原电池中，铜片为原电池正极，该极上氢离子得电子生成氢气，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故装置乙的铜片上也可观察到有气泡产生，锌片为原电池负极，锌失电子，负极上的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，电子由负极经导线流向正极，整个电路形成回路，产生电流，化学能转变为电能，锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转。故A、C、D正确。甲装置不是原电池，能量变化不是化学能转化为电能，没有产生电流，而乙装置是原电池，原电池中的能量变化为化学能转化为电能，B不正确。2．(2017·浙江4月选考，T17)银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。其工作示意图如下。下列说法不正确的是()A．Zn电极是负极B．Ag2O电极发生还原反应C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2D．放电前后电解质溶液的pH保持不变解析：选D。由银锌电池的反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag知，Zn的化合价升高，被氧化，作负极，其电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2。因总反应消耗H2O，使得OH－的浓度增大，所以放电前后电解质溶液的pH增大。题组二电极反应式的考查3．MgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是()A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋B．正极反应式为Ag＋＋e－===AgC．电池放电时Cl－由正极向负极迁移D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑解析：选B。该电池中Mg作负极，失去电子发生氧化反应，生成Mg2＋，A项正确；正极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，B项错误；电池放电时，Cl－从正极向负极移动，C项正确；在负极，Mg会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，D项正确。4．(2018·浙江4月选考，T17)锂(Li)空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是()A．金属锂作负极，发生氧化反应B．Li＋通过有机电解质向水溶液处移动C．正极的电极反应：O2＋4e－===2O2－D．电池总反应：4Li＋O2＋2H2O===4LiOH答案：C介质对电极反应式书写的影响(1)中性溶液中，反应物若是H＋得电子或OH－失电子，则H＋或OH－均来自水的电离。(2)酸性溶液中，反应物或生成物中均没有OH－。(3)碱性溶液中，反应物或生成物中均没有H＋。(4)水溶液中不能出现O2－。化学电源[学生用书P44]新型电池是对电化学原理的综合考查，在新高考中依托新型电池考查的电化学原理知识有以下几点。1．判断电极(1)放电时正、负极的判断①负极：元素化合价升高或发生氧化反应的物质；②正极：元素化合价降低或发生还原反应的物质。(2)充电时阴、阳极的判断①阴极：放电时的负极在充电时为阴极；②阳极：放电时的正极在充电时为阳极。2．微粒流向(1)电子流向①电解池：电源负极―→阴极，阳极―→电源正极；②原电池：负极―→正极。提示：无论是电解池还是原电池电子均不能流经电解质溶液。(2)离子流向①电解池：阳离子移向阴极，阴离子移向阳极；②原电池：阳离子移向正极，阴离子移向负极。3．书写电极反应式(1)放电时电极反应式的书写①依据条件，指出参与负极和正极反应的物质，根据化合价的变化，判断转移电子的数目；②根据守恒书写负极(或正极)反应式，特别应注意电极产物是否与电解质溶液共存。(2)充电时电极反应式的书写充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时负极反应的逆过程。1．(2019·浙江4月选考，T12)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是()A．甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－C．丙：锌筒做负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降答案：A2．(2017·浙江11月选考，T17)金属(M)空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是()A．金属M做电池负极B．电解质是熔融的MOC．正极的电极反应O2＋4e－＋2H2O===4OH－D．电池反应2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2解析：选B。由原电池中阴离子移向负极，阳离子移向正极，结合题图可知金属M做电池负极，电解质溶液是碱性溶液，负极的电极反应为M－2e－===M2＋，正极的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，电池总反应为2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2。3．(2018·浙江11月选考，T17)最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是()A．右边吸附层中发生了还原反应B．负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2OC．电池的总反应是2H2＋O2===2H2OD．电解质溶液中Na＋向右移动，ClO－4向左移动解析：选C。观察“全氢电池”的工作原理图示可知，将氢气送到燃料电池的负极，经过催化剂的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，左边吸附层是H2进入的一极，属于负极，发生氧化反应，则右边吸附层为正极，发生还原反应，A选项正确；H2进入的一极是负极，由于是在NaOH溶液的环境中，所以负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O，B选项正确；电子经外电路，由燃料电池的负极到达正极，与氢离子(质子)结合为H2，所以不存在2H2＋O2===2H2O，电池的总反应是HClO4＋NaOH===NaClO4＋H2O(H2在反应前后被消去)，C选项不正确；在原电池中，由于右侧消耗氢离子(质子)，左侧产生氢离子(质子)，为了平衡电荷，电解质溶液中Na＋向右移动，ClO－4向左移动，D选项正确。书写电极反应式时的三个原则(1)共存原则：因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。碱性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H＋参加反应；当电解质溶液呈酸性时，不可能有OH－参加反应。(2)得氧失氧原则：得氧时，在反应物中加H2O(电解质为酸性时)或OH－(电解质为碱性或中性时)；失氧时，在反应物中加H2O(电解质为碱性或中性时)或H＋(电解质为酸性时)。(3)中性吸氧反应成碱原则：在中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立起来的原电池反应，其反应的最后产物是碱。电解原理及其应用金属的腐蚀与防护[学生用书P44]1．电解池(1)以用惰性电极电解CuCl2溶液为例：总反应方程式：CuCl2=====电解Cu＋Cl2↑。(2)电解池中电子和离子的移动注意：电子只在导线中移动，不可流经溶液。2．牢记电解池的电极反应及其放电顺序(1)阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞……(2)阴离子在阳极上的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞……3．判断电解池阴、阳极的“四方法”(1)根据所连接的外加电源判断，与直流电源正极相连的为阳极，与直流电源负极相连的为阴极。(2)根据电子流动方向判断，电子流动方向：由电源负极流向阴极，由阳极流向电源正极。(3)根据电解池里电解质溶液中离子的移动方向判断，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。(4)根据电解池两极上的现象判断，一般情况下：①阴极上的现象：析出金属(质量增加)或有无色气体(H2)放出；②阳极上的现象：有非金属单质生成，呈气态的有Cl2、O2或电极质量减小(活性电极作阳极)。4．掌握电解的四大类型及规律类型电极反应特点实例电解物质电解液浓度pH电解液复原电解水型阴极：4H＋＋4e－===2H2↑阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑NaOHH2O增大增大加H2OH2SO4减小Na2SO4不变电解电解质型电解质的阴、阳离子HCl电解质减小增大通HCl气体分别在两极放电CuCl2加CuCl2放H2生碱型阴极：H2O放H2生成碱阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大通HCl气体放O2生酸型阴极：电解质阳离子CuSO4减小加CuO或放电阳极：H2O放O2生成酸CuCO35．金属的腐蚀与防护(1)两种防护方法①加防护层(2)金属腐蚀的快慢规律电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞一般化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀。(3)防腐措施效果比较外加电流的阴极保护法＞牺牲阳极的阴极保护法＞有一般防腐条件的防护＞未采取任何防护措施。题组一电解原理及其应用1．[2018·浙江4月选考，T30(一)]以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]水溶液为原料，通过电解法可以制备四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]，装置如图所示。(1)收集到(CH3)4NOH的区域是______(填a、b、c或d)。(2)写出电池总反应：__________________________________________________。答案：(1)d(2)2(CH3)4NCl＋2H2O=====通电2(CH3)4NOH＋H2↑＋Cl2↑2．[2017·浙江11