2019届一轮复习人教版原电池反应及应用学案

2019届一轮复习人教版原电池反应及应用学案

原电池反应及应用 连线高考 本专题内容是每年高考的必考内容。主要从金属电化学腐蚀及防护或用之以比较金属的活泼性、电极反应和电极判断等方面命题。考查的形式从定性到定量、从判断到推理，重点考查学生的各种能力。虽然以后高考难度不会太大，但对考生的能力要求会越来越高。‎ 重点、难点探源 一、 原电池 ‎1、工作原理：（以锌铜原电池为例）。‎ 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 电子流向 由锌片沿导线流向铜片 ‎2、原电池构成条件 ‎⑴两个活泼性不同的电极。⑵将电极插入电解质溶液中。⑶用导线连接电极构成闭合回路。⑷能自发进行氧化还原反应。‎ 二、常见的化学电源 ‎1、一次电池（碱性锌锰电池）‎ Zn+2OH-+2H2O===Zn(OH)2+2MnOOH 负极：Zn+2OH--2e-=== Zn(OH)2‎ 正极：2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-‎ ‎2、二次电池（可充电电池）‎ ‎3、燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。‎ 酸性 碱性 负极反应式 ‎2H2-4e-===4H+‎ ‎2H2+4OH--4e-===4H2O 正极反应式 O2+4H++4e-===2H2O O2+2H2O+4e-===4OH-‎ 电池总反应式 ‎2H2+O2===2H2O 追踪高考 ‎1．【2017年4月浙江选考】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)2‎ D．放电前后电解质溶液的pH保持不变 ‎【答案】D ‎【解析】A、活泼金属Zn为负极，Ag2O为正极，选项A正确；B、Ag2‎ O电极为正极，正极上得到电子，发生还原反应，选项B正确；C、Zn为负极，电极反应式为：Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2，选项C正确；D、电极总反应式为：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，放电后水消耗了，氯氧化钾的浓度增大，电解质溶液的pH增大，选项D错误。答案选D。‎ ‎2．【2016年高考海南卷】某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解溶质溶液。下列说法正确的是（双选）‎ A．Zn为电池的负极 B．正极反应式为2FeO42−+ 10H++6e−=Fe2O3+5H2O C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变 D．电池工作时向负极迁移 ‎【答案】AD ‎【解析】A．根据化合价升降判断，Zn化合价只能上升，故为负极材料，K2FeO4为正极材料，正确；B．KOH溶液为电解质溶液，则正极电极方程式为2FeO42− +6e−+8H2O =2Fe(OH)3+10OH−，错误；C．该电池放电过程中电解质溶液浓度减小，错误；D．电池工作时阴离子OH−向负极迁移，正确；故选AD。‎ 指点迷津 一、原电池正负极的判断和电极反应式的书写 ‎1、原电池正、负极的判断 ‎2、电极反应式的书写 ‎⑴一般电极反应式的书写 ‎⑵复杂电极反应式的书写规律 如CH4酸性燃料电池中，电极反应式为：‎ CH4+2O2===CO2+2H2O……总反应式 ‎2O2+8H++8e-===4H2O……正极反应式 CH4+2H2O-8e-===CO2+8H+……负极反应式 二、原电池工作原理的应用 ‎1、比较金属活动性强弱——“负弱正强”‎ 原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属（或非金属）作正极。‎ 如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A极溶解，而B极上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，则可以断定金属活动性A＞B。‎ ‎2、加快化学反应速率 由于形成了原电池，导致反应速率加快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu—Zn原电池，加快反应进行。‎ ‎3、用于金属的防护——“损负护正”‎ 使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。‎ ‎4、设计制作化学电源 设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件：‎ ‎⑴首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。‎ ‎⑵根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料（负极就是失电子的物质，正极用比负极活泼性差的金属即可，也可以用石墨）及电解质溶液。‎ ‎①电极材料的选择——“弱负弱正”‎ 在原电池中，选择活泼性较强的金属作为负极，活泼性较弱的金属或非金属作为正极，并且原电池的电极必须导电。一般来说，负极应该跟电解质溶液发生反应。‎ ‎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，或者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）。但如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料 ‎ 相同的阳离子。如在Cu—Zn—硫酸构成的原电池中，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。‎ ‎⑶按要求画出原电池装置图。‎ 如根据2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+设计原电池：‎ 负极：Cu—2e-===Cu2+ 正极：2Fe3++2e-===2Fe2+‎ 易错地带 一、原电池正负极的判断和电极反应式的书写 ‎1、负极本身不一定都参加反应，如燃料电池中，作为负极的材料本身并不参加反应。‎ ‎2、电子从负极经外电路流向正极，但电子不能通过电解液，是通过阴阳离子的移动形成闭合回路。‎ ‎3、电极反应式书写的关键：注意电解质溶液的性质，看电解质溶液是否参加电极反应。如Al作负极，酸性条件生成Al3+，而碱性条件生成AlO2-。‎ 二、原电池工作原理的应用 ‎1、能设计原电池的反应一定是放热的氧化还原反应，吸热反应不可能将化学能转化为电能。‎ ‎2、利用原电池原理可加快制氢气的速率，但可能影响生成氢气的量。需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决于酸的量。‎ ‎3、设计原电池时，负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以。‎ 强化突破 ‎1．下列有关电池的说法不正确的是(　　)‎ A．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅 B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从锌电极流向铜电极 C．氢氧燃料电池工作时，氢气在负极被氧化 D．原电池中一定发生了氧化还原反应 ‎2．铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是(　　)‎ A．一段时间后，铜棒上有红色物质析出 B．正极反应为：Zn－2e－===Zn2＋‎ C．在外电路中，电流从负极流向正极 D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液 ‎3．某小组为研究原电池原理，设计如图装置，下列叙述正确的是(　　)‎ A．若X为Fe，Y为Cu，铁为正极 B．若X为Fe，Y为Cu，电子由铜片流向铁片 C．若X为Fe，Y为C，碳棒上有红色固体析出 D．若X为Cu，Y为Zn，锌片发生还原反应 ‎4．化学家正在研究尿素动力燃料电池，尿液也能发电。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电，尿素燃料电池结构如图所示，下列关于描述正确的是(　　)‎ A．电池工作时H＋移向负极 B．该电池用的电解质溶液是KOH溶液 C．甲电极反应式：CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2＋N2＋6H＋‎ D．电池工作时，理论每净化1 mol CO(NH2)2，消耗‎33.6 L O2‎ ‎5．关于如图微生物燃料电池结构示意图的说法：①微生物促进了电子的转移　②微生物所在电极区放电时发生还原反应　③放电过程中，H＋从正极区移向负极区　④正极反应式为：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O正确的是(　　)‎ A．④ B．①③‎ C．①④ D．②③‎ ‎6．甲烷燃料电池采用铂作电极，电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过，其基本结构如右图，电池总反应为：CH4＋2O2===CO2＋2H2O。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．电子由a极流出经过负载流向b极 B．电解质溶液中H＋移向a极 C．每转移1 mol e－，消耗‎1.6 g CH4‎ D．b极上的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ ‎7.铁镍蓄电池充放电时的总反应：Fe＋Ni2O3＋3H2OFe(OH)2＋2Ni(OH)2，下列有关该电池的说法不正确的是(　　)‎ A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2‎ C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低 D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O ‎8．(2017·深圳模拟)如图所示，是原电池的装置图。请回答：‎ ‎（1）若C为稀H2SO4溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且做负极，则A电极上发生的电极反应式为________________________；反应进行一段时间后溶液C的pH将________(填“升高”“降低”或“基本不变”)‎ ‎（2）若需将反应：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如上图所示的原电池装置，则A(负极)极材料为______，B(正极)极材料为______，溶液C为________。‎ ‎（3）若C为CuCl2溶液，Zn是________极，Cu极发生_______反应，电极反应为_______。反应过程溶液中c(Cu2＋)______(填“变大”“变小”或“不变”)。‎ ‎（4）CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下：‎ 电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，则c电极是________(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为________________________。‎ 若线路中转移2 mol电子，则上述CH3OH燃料电池，消耗的O2在标准状况下的体积为________L。‎ ‎【参考答案】‎ ‎1．【解析】太阳能电池的主要材料是高纯度的晶体硅，A项错误；铜锌原电池工作时，电子沿外电路由负极(锌)流向正极(铜)，B项正确；氢氧燃料电池工作时，氢气在负极失去电子被氧化，C项正确；由原电池的工作原理可知原电池中一定发生了氧化还原反应，D项正确。‎ ‎【答案】A ‎2．【解析】Cu为正极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，铜棒上有红色物质析出，A项正确，B项错误；在外电路中，电流从正极流向负极，C项错误；CuSO4溶液中c(Cu2＋)降低，故盐桥中的K＋移向CuSO4溶液，D项错误。‎ ‎【答案】A ‎3．【解析】Fe比Cu活泼，Fe作负极，电子从Fe流向Cu，故A、B两项错误；若X为Fe，Y为C，电解质溶液为硫酸铜，则正极C上析出Cu，故C正确；Zn比Cu活泼，Zn作负极发生氧化反应，故D错误。‎ ‎【答案】C ‎4．【解析】A项，原电池中阳离子向正极移动，则电池工作时H＋移向正极，错误；B项，该原电池是酸性电解质，质子交换膜只允许氢离子通过，错误；C项，负极上是CO(NH2)2失电子生成二氧化碳和氮气，则负极反应式：CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2＋N2＋6H＋，正确；D项，电池的总反应式：2CO(NH2)2＋3O2===2CO2＋2N2＋4H2O，每净化1 mol CO(NH2)2，消耗1.5 mol O2，则在标准状况下氧气为‎33.6 L，由于没说明是标准状况，所以氧气的体积不能求算，错误。‎ ‎【答案】C ‎5．【解析】①在微生物作用下Cm(H2O)n转化为CO2促进电子的转移，正确；②微生物在右侧， 右侧电极为电源的负极，所以微生物所在电极区放电时发生氧化反应，错误；③根据电流的方向，放电过程中，H＋从负极区移向正极区，错误；④电池左侧为电池的正极区，MnO2在H＋‎ 条件下发生得电子反应，所以正极反应式为：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，④正确。‎ ‎【答案】C ‎6．【解析】甲烷在负极通入，发生氧化反应，电子由a极流出经过负载流向b极，A项正确；电解质溶液中阳离子H＋移向正极b极，B项错误；甲烷中碳元素是－4价，反应中转化为＋4价CO2,1 mol甲烷失去8 mol电子，每转移1 mol e－，消耗‎2 g CH4，C项错误；氢离子移向正极，则b极上的电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，D项错误。‎ ‎【答案】A ‎7. 【解析】A项，根据方程式可知，生成物是氢氧化亚铁和氢氧化镍，则电池的电解液为碱性溶液，原电池中正极得到电子，则根据方程式可知正极为Ni2O3、负极为Fe，正确；B项，电池放电时，负极铁失去电子转化为氢氧化亚铁，电极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，正确；C项，电池充电过程中，阴极是氢氧化亚铁得到电子转化为铁和氢氧根离子，因此阴极附近溶液的pH升高，错误；D项，电池充电时，阳极失去电子，根据方程式可知该极是氢氧化镍失去电子转化为Ni2O3，即电极反应式为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O，正确。‎ ‎【答案】C ‎8．【解析】（1）铁作负极，则该原电池反应是铁与稀硫酸置换氢气的反应，所以正极反应是氢离子得电子生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；溶液中氢离子放电，导致溶液中氢离子浓度减小，pH升高；‎ ‎（2）Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如题图所示的原电池装置，根据方程式中物质发生的反应类型判断，Cu发生氧化反应，作原电池的负极，所以A材料是Cu，B极材料是比Cu不活泼的导电物质如石墨、Ag等即可。溶液C中含有Fe3＋，如FeCl3溶液；‎ ‎（3）Zn比较活泼，在原电池中做负极，Cu做正极，正极发生还原反应，Cu2＋在正极得到电子变成Cu，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，Cu2＋发生了反应，则c(Cu2＋)变小；‎ ‎（4）根据图中的电子流向知c是负极，是甲醇发生氧化反应：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋，线路中转移2 mol电子时消耗氧气0.5 mol，标况下体积为‎11.2 L。‎ ‎【答案】（1）2H＋＋2e－===H2↑　升高 ‎（2）Cu　石墨　FeCl3溶液 ‎（3）负　还原　Cu2＋＋2e－===Cu　变小 ‎（4）负极　CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　11.2‎