高考化学二轮复习 专题14 原电池 化学电源（含解析）

专题14 原电池 化学电源考点一原电池的工作原理考试标准知识条目必考要求加试要求1.原电池的概念aa2.铜锌原电池的原理及电极反应式bb3.原电池的构成条件ab4.原电池的构造与工作原理，盐桥的作用b5.判断与设计简单的原电池c6.原电池的电极反应式及电池反应方程式b7.原电池的正、负极和电子流向的判断c1概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。2工作原理(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Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由Zn片沿导线流向Cu片(2)原理归纳3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：电解质溶液；两电极直接或间接接触；两电极插入电解质溶液中。4盐桥原电池(加试)(1)构造(2)盐桥的组成和作用盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。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。盐桥含饱和KCl溶液，K移向正极，Cl移向负极。(3)单池原电池和盐桥原电池的对比图1和图2两装置的相同点：正负极、电极反应、总反应、反应现象。负极：Zn2e=Zn2正极：Cu22e=Cu总反应：ZnCu2=CuZn2不同点：图1中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。图2中Zn和CuSO4溶液分别在两个池子中，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。关键点：盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。正误辨析正误判断，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)其他条件均相同，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)在铜锌原电池中，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()(6)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()题组一原电池装置的判断及应用1下面装置中，能构成原电池的是_(填序号)。答案2(2015浙江10月选考，16)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：Zn2e=Zn2答案B3在铜锌原电池中，以硫酸铜为电解质溶液，锌为_极，电极上发生的是_(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为_；锌片上观察到的现象为_；铜为_极，电极上发生的是_(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式是_；铜片上观察到的现象是_。原电池总反应的离子方程式为_。答案负氧化Zn2e=Zn2锌片溶解正还原Cu22e=Cu铜极变粗ZnCu2=Zn2Cu题组二原电池正、负极的判断(加试)4下列有关原电池的说法中正确的是()A在内电路中，电子由正极流向负极B在原电池中，相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极C原电池工作时，正极表面一定有气泡产生D原电池工作时，可能会伴随着热能变化答案D解析A项，内电路中不存在电子的移动；B项，若是由铝、镁、氢氧化钠溶液构成的原电池，则负极是铝；C项，若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池，则正极表面析出铜，没有气泡产生。5分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()A中Mg作负极，中Fe作负极B中Mg作正极，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2C中Fe作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2D中Cu作正极，电极反应式为2H2e=H2答案B解析中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；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；中电池总反应为2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，负极反应式为2Al8OH6e=2AlO4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O6e=6OH3H2，B正确；中Cu是正极，电极反应式为O22H2O4e=4OH，D错。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原电池正、负极判断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。题组三盐桥原电池(加试)6(2016绍兴调研)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2H2e=H2D烧杯b中发生的反应为2Cl2e=Cl2答案B解析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：O22H2O4e=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：Zn2e=Zn2。7如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变化)()A杠杆为导体或绝缘体时，均为A端高B端低B杠杆为导体或绝缘体时，均为A端低B端高C当杠杆为导体时，A端低B端高D当杠杆为导体时，A端高B端低答案C解析当杠杆为导体时，构成原电池，Fe作负极，Cu作正极，电极反应式分别为负极：Fe2e=Fe2，正极：Cu22e=Cu，铜球质量增加，铁球质量减少，杠杆A端低B端高。8控制适合的条件，将反应2Fe32I2Fe2I2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电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极答案D解析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；电流计读数为零时，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；在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe32I2Fe2I2向左移动，I2被还原为I，乙中石墨为正极，D不正确。平衡移动与盐桥作用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，电流计示数为零；当电流计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。题组四原电池原理的应用应用一判断金属的活动性9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_。_。答案(1)AB(2)CD(3)AC(4)DB(5)BEACDBE10(2016浙江乐清芙蓉中学高一5月月考)有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验，A、B用导线相连后，同时插入稀H2SO4中，A极为负极C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4中，电子由C导线DA、C相连后，同时浸入稀H2SO4，C极产生大量气泡B、D相连后，同时浸入稀H2SO4中，D极发生氧化反应，则四种金属的活动性顺序为()AABCD BCABDCACDB DBDCA答案C比较金属活动性顺序的思维模型(1)思路归纳依据原理，判断正负极，比较活动性。(2)方法归纳根据原电池：一般情况下，负极大于正极。根据电解池：易得电子的金属阳离子，相应金属的活动性较弱。根据金属活动性顺序表。应用二设计原电池，画出装置图11请运用原电池原理设计实验，验证Cu2、Fe3氧化性的强弱。请写出电极反应式，负极：_，正极：_，并在方框内画出实验装置图，要求用烧杯和盐桥，并标出外电路电子流向。答案Cu2e=Cu22Fe32e=2Fe2“装置图”常见失分点提示(1)不注明电极材料名称或元素符号。(2)不画出电解质溶液(或画出但不标注)。(3)误把盐桥画成导线。(4)不能连成闭合回路。提醒只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池将化学能转化成电能。考点二常见化学电源考试标准知识条目必考要求加试要求1.常见化学电源bc2.银锌电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理与应用价值b1碱性锌锰电池一次电池电池组成：锌、碳棒、二氧化锰、氯化锌、氯化铵特点：用途广泛正极反应：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH；负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2；总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。2银锌钮扣电池一次电池电池组成：锌、氧化银、氢氧化钾溶液特点：放电平稳，电流大负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH；总反应：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。3铅蓄电池二次电池电池组成：铅、二氧化铅、硫酸特点：广泛用于机动车辆铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。(1)放电时的反应负极反应：PbSO2e=PbSO4；正极反应：PbO24HSO2e=PbSO42H2O。(2)充电时的反应阴极反应：PbSO42e=PbSO；阳极反应：PbSO42H2O2e=PbO24HSO；总反应：PbO2Pb2H2SO42PbSO42H2O。4镍氢电池二次电池电池组成：贮氢合金，泡沫氧化镍、氢氧化钾溶液特点：寿命长、性能好，比能量高(1)放电时的反应负极反应：MHeOH=MH2O正极反应：NiO(OH)eH2O=Ni(OH)2OH(2)充电时的反应阴极反应：MH2Oe=MHOH阳极反应：Ni(OH)2OHe=NiO(OH)H2O总反应：NiO(OH)MHNi(OH)2M说明(1)MH表示贮氢合金M中吸收结合的氢。(2)可逆电池的充、放电不能理解为可逆反应。5氢氧燃料电池电池组成：铂碳/氢气、铂碳/氧气，氢氧化钾溶液(或H2SO4溶液)特点：用于航天飞机、牵引车等。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2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O24e4H=2H2OO22H2O4e=4OH电池总反应式2H2O2=2H2O正误辨析正误判断，正确的打“”，错误的打“”(1)在碱性锌锰电池中，正极碳棒不参与电极反应，起导电作用()(2)银锌钮扣电池工作一段时间后，溶液的pH不会发生很大变化()(3)在原电池中，一般情况下，阴离子移向负极，阳离子移向正极，而在铅蓄电池中，SO向两极均移动()(4)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()题组一常见电池考查1(2016浙江乐清市芙蓉中学高一5月月考)人造地球卫星用到的一种高能电池银锌电池，它在放电时的电极反应为Zn2OH2e=ZnOH2O，Ag2OH2O2e=2Ag2OH。据此判断，氧化银是()A负极，被氧化 B负极，被还原C正极，被还原 D正极，被氧化答案C2(2016杭州高一第二学期期末考试押题卷)氢氧燃料电池是一种新能源电池，如图为氢氧燃料电池示意图。下列说法不正确的是()A该装置能将化学能转化为电能BA极是正极，B极是负极C电子由A极通过导线流向B极D产物为无污染的水，属于环境友好电池答案B题组二燃料电池电极反应式的书写3以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。(1)酸性介质(如H2SO4)负极：_；正极：_；总反应式： _。答案CH48e2H2O=CO28H2O28e8H=4H2OCH42O2=CO22H2O(2)碱性介质(如KOH)负极：_；正极：_；总反应式： _。答案CH48e10OH=CO7H2O2O28e4H2O=8OHCH42O22OH=CO3H2O(3)固体电解质(高温下能传导O2)负极：_；正极：_；总反应式： _。答案CH48e4O2=CO22H2O2O28e=4O2CH42O2=CO22H2O(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下负极：_；正极：_；总反应式： _。答案CH48e4CO=5CO22H2O2O28e4CO2=4COCH42O2=CO22H2O题组三可逆电池的考查4一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池(如下图所示)的碳电极。该电池的电解质溶液为6 molL1的KOH溶液。(1)写出放电时的正、负极电极反应式。(2)写出充电时的阴、阳极电极反应式。答案(1)负极：H22e2OH=2H2O；正极：2NiO(OH)2H2O2e=2Ni(OH)22OH。(2)阴极：2H2O2e=H22OH；阳极：2Ni(OH)22OH2e=2NiO(OH)2H2O技巧点拨负极与阴极颠倒，正极与阳极颠倒，即得各,自电极反应式。题组四新型电池的考查5(2016浙江4月选考，17)MgH2O2电池是一种化学电源，以Mg和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如下。下列说法不正确的是()A石墨电极是该电池的正极B石墨电极上发生还原反应CMg电极的电极反应式：Mg2e=Mg2D电池工作时，电子从Mg电极经导线流向石墨电极，再出石墨电极经电解质溶液流向Mg电极答案D解析Mg易失电子发生氧化反应而作负极，石墨电极是该电池的正极，故A正确；H2O2在石墨电极上得电子发生还原反应，故B正确；Mg易失电子发生氧化反应而作负极，电极反应为Mg2e=Mg2，故C正确；电池工作时，电子从负极Mg电极经导线流向石墨电极，但是电子不会经过电解质溶液，故D错误。6(2016绍兴第一中学高一下学期期末考试)如图为某种甲醇燃料电池示意图，工作时电子流向如图所示。下列判断正确的是()AX为氧气B电极A反应式：CH3OH6eH2O=CO26HCB电极附近溶液pH增大D电池工作时，溶液中电子由电极B流向电极A答案C解析根据图示中电子的流向可知左边A电极通入的是燃料甲醇；右边B电极通入的是氧气，A错误；电极A是负极，失去电子，发生氧化反应，由于电解质溶液为碱性，所以电极反应式：CH3OH6e8OH=CO6H2O，B错误；B电极上发生的电极反应是O24e2H2O=4OH，由于反应产生OH，所以附近溶液碱性增强，溶液的pH增大，C正确；电子只能通过导线传递，不能在溶液中传递，D错误。专题强化练1(2016绍兴选考适应性考试)某研究性学习小组设计了用化学电源使LED灯发光的装置，示意图如下。下列说法不正确的是()A锌是负极，电子从锌片经导线流向铜片B氢离子在铜片表面被还原C锌质量减少65 g时，铜电极表面析出氢气是22.4 LD装置中存在“化学能电能光能”的转换答案C解析该装置组成原电池，Zn为负极，Cu为正极，电子由锌片经导线流向铜片，A项正确；H在铜片上得电子被还原，产生H2，B项正确；电池工作时，化学能转换为电能，LED灯发光，则是电能转换为光能，D项正确；未标明状态，故C项错误。2(2016宁波效实中学高一下学期期中)下列关于实验现象的描述不正确的是()A铜锌组成的原电池中电子是从锌经过导线流向铜B把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡C把铜片插入FeCl3溶液中，在铜片表面出现一层铁D把锌片放入盛有盐酸的试管中，加入几滴CuCl2溶液，气泡放出速率加快答案C3(2016浙江乐清芙蓉中学高二5月月考)某原电池装置如图所示。下列说法正确的是()A石墨棒为负极 B铁片的质量减少C硫酸被氧化 D电子从石墨棒流向铁片答案B4(2016金华十校9月高三模拟)下列装置都伴随有能量变化，其中是由化学能转变为电能的是()答案D解析电解水是电能转化成化学能；水力发电是机械能转化成电能；太阳能热水器是太阳能转化成热能；干电池是化学电源，工作时化学能转化成电能。5(2016温州8月选考模拟)某氢氧燃料电池，以多孔碳棒为电极，电解质为H2SO4溶液，示意图如下。下列说法正确的是()Aa电极是该电池的负极Bb电极的电极反应式：H22e=2HCb电极上发生还原反应D电池工作时，SO移向a电极答案B解析由题图可知，a电极通O2为电池的正极；b电极为负极发生氧化反应，反应式为H22e=2H；电池工作时，SO由a极(正极)移向b极(负极)。6下图所示的装置能够组成原电池并产生电流的是()答案B解析依据构成原电池的必要条件分析：A中两电极相同；C中没有构成闭合回路；D中酒精是非电解质。在B装置中虽然铁与NaCl溶液不能反应，但NaCl溶液中溶有O2，铁在其中可以发生吸氧腐蚀，因此B装置可以构成原电池并产生电流。7(2016台州9月选考质量评估)下图为水果电池的示意图，下列说法正确的是()A锌片作负极，质量逐渐减少B电子由铜片沿导线流向锌片C铜电极逐渐溶解D该装置能够将电能转化为化学能答案A解析A项，锌比铜活泼，所以Zn作负极，发生氧化反应，失去电子，生成的Zn2进入溶液中，所以质量减少，正确；B项，Zn作负极，则Cu作正极，所以电子从锌片沿导线流向铜片，错误；C项，铜极发生还原反应，溶液中的氢离子在铜电极上发生还原反应，生成氢气，所以Cu不溶解，错误；D项，该装置是原电池，工作时把化学能转化为电能，错误。8(2016浙江省名校协作体高三试题)某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是()A电子由Zn电极流出，经KOH溶液流向正极B正极反应式为2FeO10H6e=Fe2O35H2OC该电池放电过程中电解质溶液浓度不变D电池工作时OH向负极迁移答案D解析A项，电子由负极(Zn)流出，经导线流向正极，错误；B项，电解液为KOH溶液，故正极电极反应式为2FeO6e5H2O=Fe2O310OH，错误；C项，该电池的总反应为3Zn2FeO5H2O=Fe2O33Zn(OH)24OH，由方程式可知KOH浓度增大，错误；D项，电池工作时阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，正确。9(2016浙江选考测试)两电极用导线连接插入电解质溶液中(不考虑溶液中溶解的氧气的影响)，你认为不能构成原电池的是()选项ABCD电极材料ZnFeCuAl电极材料CuZnAgC电解质溶液CuCl2溶液H2SO4溶液CuSO4NaOH溶液答案C10(2016温州市十校联合体高二下学期期末)将一张滤纸剪成四等份，用铜片、锌片、发光二极管、导线在玻璃片上连接成如图所示的装置，在四张滤纸上滴入稀H2SO4直至全部润湿。下列叙述正确的是()A锌片上有气泡，铜片溶解BZn片发生还原反应C电子都是从铜片经外电路流向锌片D该装置至少有两种形式的能量转换答案D解析A项，锌为负极，铜为正极，正极上生成氢气，错误；B项，锌为负极，发生氧化反应，错误；C项，电子从锌极经外电路流向铜极，错误；D项，该装置存在电能与化学能、电能与光能的转化，正确。11(2016杭州西湖高级中学高二5月月考)下列铜锌原电池装置中，电极材料、灯光、烧杯等均相同，能使小灯泡最亮且持续时间最长的是()答案C12(加试题)(2016绍兴第一中学高二下学期期末考试)甲醇、空气和强碱溶液作电解质的手机燃料电池中所发生的反应为2CH3OH3O24OH2CO6H2O，下列有关说法正确的是()A放电时，CH3OH参与反应的电极为正极B放电时，每通入标况下11.2 L O2完全反应转移电子数为1 molC放电时，电解质溶液的pH逐渐增大D放电时，负极反应为CH3OH6e8OH=CO6H2O答案D解析A项，放电时，CH3OH被氧化变为CO，因此其反应的电极为负极，错误；B项，放电时，每通入标况下11.2 L O2转移电子的物质的量：(11.2 L22.4 Lmol1)42 mol，错误；C项，放电时，由于消耗OH，溶液中c(OH)减小，因此电解质溶液的pH逐渐减小，错误；D项，放电时，通入CH3OH的电极是负极，发生氧化反应，负极反应为CH3OH6e8OH=CO6H2O，正确。13(加试题)下图所示的装置不是原电池的是()答案D解析选项D的装置中，两个电极活泼性不同，且有导线相连，又有电解质溶液，但没有形成闭合回路，所以不能构成原电池。14(加试题)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应式为3Zn2K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，下列叙述不正确的是()A放电时，负极反应为Zn2e2OH=Zn(OH)2B充电时，阳极反应为Fe(OH)33e5OH=FeO4H2OC放电时，每转移3 mol 电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化D放电时，正极附近溶液碱性增强答案C解析该电池放电时负极发生氧化反应：Zn2e2OH=Zn(OH)2，A正确；正极发生还原反应：FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH，电极附近溶液碱性增强，D正确，C不正确；充电时阳极发生氧化反应：Fe(OH)33e5OH=FeO4H2O，B正确。15(加试题)锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：(1)外电路的电流方向是由_极流向_极(填字母)。(2)电池正极反应式为_。(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？_(填“是”或“否”)，原因是_。答案(1)ba(2)MnO2eLi=LiMnO2(3)否电极Li是活泼金属，能与水反应解析(1)活泼金属锂作电池负极，失去的电子由负极(a极)经过导线流向正极(b极)，电流方向由b极流向a极。(2)负极上Li失去电子生成Li：Lie=Li；正极上MnO2得到电子同时结合迁入的Li生成LiMnO2：MnO2eLi=LiMnO2。(3)Li是活泼金属，易与水反应，因此不能用水代替电池中的混合有机溶剂。