2018届一轮复习鲁科版化学能转化为电能——电池学案(1)

2018届一轮复习鲁科版化学能转化为电能——电池学案(1)

化学能转化为电能——电池 考点一　原电池的工作原理 ‎【基础知识梳理】‎ ‎1．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：看是否有能自发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：一般是活泼性不同的两电极。‎ ‎(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。‎ ‎3．工作原理 以锌铜原电池为例 ‎(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 反应类型 电子流向 由Zn片沿导线流向Cu片 盐桥中离子移向 盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向______极，Cl－移向______极 ‎(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。‎ 深度思考 正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极(　　)‎ ‎(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)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生(　　)‎ ‎(5)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(　　)‎ ‎(6)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极(　　)‎ ‎【解题探究】‎ 题组一　原电池的形成条件及正负极的判断 ‎1．有关电化学知识的描述正确的是(　　)‎ A．CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能 B．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成 C．从理论上讲，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池 D．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生 ‎2．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是__________________。‎ ‎3．(2017·福州质检)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↑‎ ‎【反思归纳】‎ ‎1．规避原电池工作原理的3个失分点 ‎(1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。‎ ‎(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。‎ ‎(3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。‎ ‎2．判断原电池正、负极的5种方法 说明　原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。‎ 题组二　应用原电池原理比较金属活动性强弱 ‎4．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：‎ ‎(1)A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极，活动性________；‎ ‎(2)C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C，活动性________；‎ ‎(3)A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡，活动性________；‎ ‎(4)B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应，活动性________；‎ ‎(5)用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出，活动性________。‎ 综上所述，这五种金属的活动性从强到弱的顺序为________________。‎ ‎5．(2016·襄阳一模)有A、B、C、D四种金属，做如下实验：①将A与B用导线连接起来，‎ 浸入电解质溶液中，B不易腐蚀；②将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；③将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化，如果把铜浸入C的盐溶液里，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．A＞B＞C＞D B．C＞D＞A＞B C．D＞A＞B＞C D．A＞B＞D＞C 题组三　聚焦“盐桥”原电池 ‎6．根据下图，下列判断中正确的是(　　)‎ A．烧杯a中的溶液pH降低 B．烧杯b中发生氧化反应 C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑‎ D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎7．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是(　　)‎ A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原 C．检流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．检流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极 ‎8．下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40%NaOH溶液。‎ 下列叙述中正确的是(　　)‎ A．甲组操作时，检流计(G)指针发生偏转 B．甲组操作时，溶液颜色变浅 C．乙组操作时，C2作正极 D．乙组操作时，C1上发生的电极反应为I2＋2e－===2I－‎ 规律总结 当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。‎ 考点二　化学电源 ‎【基础知识梳理】‎ ‎1．日常生活中的三种电池 ‎(1)碱性锌锰干电池——一次电池 正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；‎ 负极反应：__________________________________________________________________；‎ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。‎ ‎(2)锌银电池——一次电池 负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；‎ 正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；‎ 总反应：______________________________________________________________________。‎ ‎(3)二次电池(可充电电池)‎ 铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是__________，正极材料是________。‎ ‎①放电时的反应 a．负极反应：________________________________________________________________；‎ b．正极反应：________________________________________________________________；‎ c．总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。‎ ‎②充电时的反应 a．阴极反应：_________________________________________________________________；‎ b．阳极反应：_________________________________________________________________；‎ c．总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。‎ 注：可逆电池的充、放电不能理解为可逆反应。‎ ‎2．“高效、环境友好”的燃料电池 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。‎ 种类 酸性 碱性 负极反应式 ‎2H2－4e－===4H＋‎ 正极反应式 O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 电池总反应式 ‎2H2＋O2===2H2O 备注 燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用 深度思考 ‎1．可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎2．(1)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________(填“减小”、“增大”或“不变”，下同)，溶液的pH_______________________。‎ ‎(2)氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________(填“减小”、“增大”或“不变”，下同)，溶液的pH________。‎ ‎【解题探究】‎ ‎1．镍镉(Ni－Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A．充电时阳极反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O B．充电过程是化学能转化为电能的过程 C．放电时负极附近溶液的碱性不变 D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动 ‎2．有一种MCFC型燃料电池，该电池所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3。电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，负极反应：H2＋CO－2e－===H2O＋CO2。下列说法正确的是(　　)‎ A．电路中的电子经正极、熔融的K2CO3、负极后再到正极，形成闭合回路 B．电池放电时，电池中CO的物质的量将逐渐减少 C．正极反应为：2H2O＋O2＋4e－===4OH－‎ D．放电时CO向负极移动 ‎3．铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正、负极板是惰性材料，电池总反应式为 Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO2PbSO4＋2H2O 请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：‎ ‎(1)放电时：正极的电极反应式是____________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 电解液中H2SO4的浓度将变________；当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加________g。‎ ‎(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按如图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成________，B电极上生成________，此时铅蓄电池的正极、负极的极性将__________________。‎ 反思归纳 可充电电池常考查内容 ‎(1)充、放电时电极的判断。‎ ‎(2)充、放电时电极反应及反应类型的判断。‎ ‎(3)充、放电时离子(外电路中电子的移动方向的判断)。‎ ‎(4)充、放电时电解质溶液离子浓度的变化，特别是酸、碱性的变化。‎ 考点三　金属的腐蚀与防护 ‎【基础知识梳理】‎ ‎1．金属腐蚀的本质 金属原子____________变为____________，金属发生____________。‎ ‎2．金属腐蚀的类型 ‎(1)化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属跟__________________接触 不纯金属或合金跟______________接触 现象 ‎______电流产生 ‎________电流产生 本质 金属被______‎ 较活泼金属被______‎ 联系 两者往往同时发生，________腐蚀更普遍 ‎(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析：‎ 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 电极 反应 负极 正极 总反应式 联系 ‎____________更普遍 ‎3.金属的防护 ‎(1)电化学防护 ‎①牺牲阳极的阴极保护法—__________原理 a．________极：比被保护金属活泼的金属；‎ b．________极：被保护的金属设备。‎ ‎②外加电流的阴极保护法—________原理 a．________极：被保护的金属设备；‎ b．________极：惰性金属或石墨。‎ ‎(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。‎ ‎(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。‎ 深度思考 ‎1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样(　　)‎ ‎(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(　　)‎ ‎(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋(　　)‎ ‎(4)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用(　　)‎ ‎(5)外加电流的阴极保护法，构成了电解池；牺牲阳极的阴极保护法构成了原电池。二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀(　　)‎ ‎2．写出钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀生成铁锈的原理。‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎【解题探究】‎ 题组一　腐蚀快慢与防护方法的比较 ‎1．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为(　　)‎ A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥‎ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥‎ ‎2．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是(　　)‎ A．图1中，铁钉易被腐蚀 B．图2中，滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，没有蓝色沉淀出现 C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀 D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极 反思归纳 ‎1．判断金属腐蚀快慢的规律 ‎(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。‎ ‎(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。‎ ‎(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。‎ ‎(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。‎ ‎2．两种保护方法的比较 外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。‎ 题组二　正确判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀 ‎3．(2016·郑州高三模拟)一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下表。‎ pH ‎2‎ ‎4‎ ‎6‎ ‎6.5‎ ‎8‎ ‎13.5‎ ‎14‎ 腐蚀快慢 较快 慢 较快 主要产物 Fe2＋‎ Fe3O4‎ Fe2O3‎ FeO 下列说法错误的是(　　)‎ A．当pH＜4时，碳钢主要发生析氢腐蚀 B．当pH＞6时，碳钢主要发生吸氧腐蚀 C．当pH＞14时，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O D．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓 ‎4．利用下图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是(　　)‎ A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀 B．一段时间后，a管液面高于b管液面 C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小 D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋‎ 题组三　高考对金属腐蚀与防护的考查 ‎5．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎(1)验证铁的吸氧腐蚀，可以将铁钉放入试管中，用盐酸浸没(　　)‎ ‎(2015·福建理综，8D)‎ ‎(2)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀(　　)‎ ‎(2015·江苏，11C)‎ ‎(3)(　　)‎ ‎(2015·四川理综，3C)‎ ‎6．(2015·上海，14)研究电化学腐蚀及防护的装置如下图所示。下列有关说法错误的是(　　)‎ A．d为石墨，铁片腐蚀加快 B．d为石墨，石墨上电极反应为O2＋2H2O＋4e－―→4OH－‎ C．d为锌块，铁片不易被腐蚀 D．d为锌块，铁片上电极反应为2H＋＋2e－―→H2↑‎ 答案解析 考点一 基础知识梳理 ‎1．氧化还原反应 ‎3．(1)(从左到右，从上到下)Zn－2e－===Zn2＋‎ Cu2＋＋2e－===Cu　氧化反应　还原反应　正　负 深度思考 ‎(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×‎ 解题探究 ‎1．C ‎2．②④⑥⑦‎ ‎3．B　[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错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。]‎ ‎4．(1)A>B　(2)C>D　(3)A>C　(4)D>B(5)B>E　A>C>D>B>E ‎5．C ‎6．B　[由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，烧杯a中c(OH－)增大，溶液的pH升高；烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋。]‎ ‎7．D　[由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；检流计读数为零时，Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态，C正确；D项，在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2‎ 向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。]‎ ‎8．D 考点二 基础知识梳理 ‎1．(1)Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2‎ ‎(2)Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag ‎(3)Pb　PbO2‎ ‎①Pb＋SO－2e－===PbSO4‎ PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ‎②PbSO4＋2e－===Pb＋SO PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ‎2．(从左到右，从上到下)2H2＋4OH－－4e－===4H2O O2＋4e－＋4H＋===2H2O 深度思考 ‎1.‎ ‎2．(1)减小　减小　(2)减小　增大 解题探究 ‎1．A ‎2．D　[电子不能通过熔融的K2CO3，故A项错误；该电池的正极反应为O2＋4e－＋2CO2===2CO，根据电子守恒，放电时负极消耗CO与正极生成CO的物质的量相等，电池中CO的物质的量不变，故B、C错误；放电时阴离子向负极移动，D项正确。]‎ ‎3．(1)PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O　小　48‎ ‎(2)Pb　PbO2　对换 考点三 基础知识梳理 ‎1．失去电子　金属阳离子　氧化反应 ‎2．(1)(从左到右，从上到下)非金属单质直接　电解质溶液　无　有微弱　氧化　氧化　电化学(2)水膜酸性较强(pH≤4.3)　水膜酸性很弱或呈中性Fe－2e－===Fe2＋‎ ‎2H＋＋2e－===H2↑　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑‎ ‎2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2　吸氧腐蚀 ‎3．(1)①原电池　负　正　②电解　阴　阳 深度思考 ‎1．(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√‎ ‎2．铁锈的形成 负极：2Fe－4e－===2Fe2＋‎ 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ ‎2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2‎ ‎4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3‎ ‎2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O 解题探究 ‎1．C ‎2．C　[A项，图1中，铁钉处于干燥环境，不易被腐蚀；B项，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋与K3[Fe(CN)6]反应生成KFe[Fe(CN)6]蓝色沉淀；D项，为牺牲阳极的阴极保护法，镁块相当于原电池的负极。]‎ ‎3．C　[C项正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。]‎ ‎4．C　[根据装置图判断，左边铁丝发生吸氧腐蚀，右边铁丝发生析氢腐蚀，其电极反应为 左边　负极：Fe－2e－===Fe2＋‎ 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ 右边　负极：Fe－2e－===Fe2＋‎ 正极：2H＋＋2e－===H2↑‎ a、b处的pH均增大，C错误。]‎ ‎5．(1)×　(2)√　(3)√　‎ ‎6．D