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2019-2020年高二化学 第一单元 原电池原理与化学电源 【知识网络梳理】 原电池装置特点：化学能转化为电能形成条件两个活泼性不同的电极电解质溶液（一般与活泼性强的电极发生氧化还原反应）形成闭合回路（或在溶液中接触）反应原理氧化反应2n-2e-2n2+还原反应2H+2e-H2主要应用金属腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀条件、现象、本质、联系防护方法改变金属的内部组织结构在金属表面覆盖保护层电化学保护法制造新化学电源 【基础知识导学】 一、原电池的基础知识 1概念 原电池指把化学能转化成电能的装置。 2构成条件 （1）具有活泼性不同的两种电极材料（金属和金属或金属和非金属）。 （2）与电解质溶液接触。 （3）有导线相连组成的闭合回路，或具备将化学能转化成电能的条件。 3电极名称及电极反应 负极：较活泼金属，电子流出的极，发生氧化反应。 正极：不活泼金属（或非金属，导体），电子流入的极，发生还原反应。 原电池的正负极的判断方法： （1）由组成原电池的两极电极材料判断。一般是活泼性较强的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 （2）根据电流方向或电子流动方向判断。电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。 （3）根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。 （4）根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的负极总是失电子发生氧化反应，其正极总是得电子发生还原反应。 （5）根据现象判断。溶解的一极为负极，增重或有气泡放出的一极为正极。 4工作原理 较活泼金属发生氧化反应，电子由较活泼金属通过导线流入不活泼金属，溶液中氧化性较强的阳离子在不活泼金属上得到电子被还原。 5原电池原理的应用 （1）加快反应的进行。（2）判断金属的纯度：在“ZnCuH2SO4”构成的原电池中，锌极失去电子发生氧化反应而溶解，溶液中的氢离子在铜极上得到电子发生还原反应，放出氢气。若在锌极上也有氢气放出，则说明锌极是不纯的。（3）比较金属的活泼性：将未知的两种金属分别作为电极，或将一种未知的金属与一种已知金属分别作为电极，选择合适的电解质溶液构成原电池，其中被溶解的一极金属活泼性相对于另一极的金属的活泼性要强。（4）金属的腐蚀和防护。 二、化学电源 （1） 干电池（NH4Cl糊状物为电解质）。 负极（锌筒）：Zn-2e-Zn2+ 正极（石墨）：2NH4+2MnO2+2e-2NH3+Mn2O3+H2O 总反应：Zn+2NH4+2MnO2Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O （2） 银锌电池（电解质为KOH）。 负极：Zn+2OH-2e-Zn（OH）2（或Zn+2OH-2e-ZnO+H2O） 正极：Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH- 总反应：Zn+Ag2O+H2OZn（OH）2+2Ag（或 Zn+Ag2OZnO+2Ag） （3） 海水电池（电解质溶液为海水）。 负极：4Al-12e-4Al3+ 正极：3O2+6H2O+12e-12OH- 总反应：4Al+3O2+6H2O4Al（OH）3 （4） 铅蓄电池（电解质溶液为稀硫酸）。 负极（Pb）：Pb+SO42-2e-PbSO4 正极（PbO2）：PbO2+4H+ SO42-+2e-PbSO4+2H2O 总反应：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O （5） 锂电池（非水有机溶剂电解液）。 负极：2Li-2e-2Li+正极：I2+2e-2I- 总反应：2Li+I22LiI （6）燃料电池（电解质溶液一般为40%的KOH溶液）。 负极：CH410OH-8e-CO2-37H2O 正极：4H2O2O28e-8OH- 总反应：CH42O22KOHK2CO33H2O 说明 （1）自发进行的氧化还原反应，理论上可组成原电池。 （2）原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。 （3）电解质溶液中的离子定向移动（阴离子移向负极、阳离子移向正极），跟外电路共同组成闭合回路。 （4）燃料电池是众多化学电池中的一种，它的名称与它的特点有很大的关系，这是一种类似于物质的燃烧作为原电池反应的原型，但事实上与物质的燃烧还是有很大的区别，其中有可燃物参加氧化反应的电极被称为负极，有助燃物参加还原反应的电极被称为正极，但在电池中并没有真正燃烧反应。而且可燃物和助燃物（即还原剂和氧化剂）无须像其他电池那样储藏在电池内部。 【知识迷航指南】 如何书写电极反应方程式和电池反应方程式？ 原电池电极反应方程式的书写：（1）“负氧正还”，即负极发生氧化反应（失电子），正极发生还原反应（得电子）。（2）要注意溶液的酸碱性，适当的在电极方程式两边添加H+、OH-、H2O，以遵循电荷守恒和质量守恒。（3）要注意电极反应产物是否与电解质溶液发生反应。对于较复杂的原电池的电极反应式，我们可先写出总反应方程式和某一极的电极反应方程式，再用总反应减去该极反应即得另一极反应方程式，注意电子守恒。 【典型例题解析】 图7-1例1如图7-1所示的装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液。片刻后可观察到的现象是 A.铁圈和银圈左右摇摆不定 B.保持平衡状态不变 C.铁圈向下倾斜 D.银圈向下倾斜 解析铁圈和银圈两种活泼性不同的金属相互连接组成闭合回路，放入CuSO4溶液中，构成了原电池，活泼金属铁作负极失电子生成Fe2+进入溶液中质量减轻：Fe - 2e-Fe2+，电子传给了银圈，溶液中的Cu2+在银圈上得电子生成铜单质而增重：Cu2+2e-Cu，所以铁圈向上倾斜，银圈向下倾斜。 答案D 例2把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡；b、d相连时，b极上有大量气泡产生，则四种金属的活泼性顺序由强到弱为 A.abcdB.acdb C.cabdD.bdca 解析根据原电池原理，作为负极的金属的活泼性比正极金属的活泼性强。电子流动方向是负极流向正极，电流方向与电子流动的方向相反，溶液中的H+在正极上得电子生成H2，因此可依次作出如下判断：活泼性ab，cd，ac，db，综合得到结论：金属活泼性：acdb，所以B项正确。 答案B 例3（xx年广东）一种新燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料说法正确的是 A.在熔融电解质中，O2-由负极移向正极 B.电池的总反应是：2C4H10+13O2 8CO2+10H2O C.通入空气的一极是正极，电极反应为：O2+4e-2O2- D.通入丁烷的一极是正极、电极反应为：C4H10+26e-+13O24CO2+5H2O 解析该燃料电池利用丁烷、氧气的反应：2C4H10+13O28CO2+10H2O依据原电池反应规律：还原剂C4H10在负极被氧化，所以D错误；氧化剂O2在正极被还原O2+4e-2O2-。电子由负极流出沿外电路流入正极，所以阴离子（O2-）向负极移动。所以A错误。 答案BC 图7-2例4将Mg条、Al条平行插入一定浓度的NaOH溶液中，用导线、电流表连接成原电池（图7-2），此电池工作时，下列叙述中正确的是 A.Mg比Al活泼，Mg 失去电子被氧化成Mg2+ B.负极反应式为：Al-3e-+4OH-AlO2-+2H2O C.该电池的内外电路中，电流均是由电子定向移动形成的 D.Al是电池正极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀析出 解析在碱性溶液中，铝的活泼性强于镁，铝作负极，Al-3e-Al3+，Al3+继续和OH-反应生成AlO2-，即Al-3e-+4OH-AlO2-+2H2O。 答案B 【单元同步训练】 一、选择题 1以下现象与电化学腐蚀无关的是 A.黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿 B.生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈 C.铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈 D.银质奖牌久置后表面变暗 2下列各变化中属于原电池反应的是 A.在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护层 B.镀锌铁表面有划损时，也能阻止铁被氧化 C.红热的铁丝与冷水接触，表面形成蓝黑色保护层 D.浓硝酸比稀硝酸更能氧化金属铜 3图7-3为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述正确的是 A.a电极是负极 B.b电极的电极反应为：4OH-4e-2H2O O2 C.电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 图7-3 4在理论上可用于设计原电池的化学反应是 A.2Al（s）+2NaOH（aq）+2H2O（l）2NaAlO2（aq）+3H2（g） B.Ba（OH）28H2O（s）+2NH4Cl（s）BaCl2（aq）+2NH3H2O（aq）+8H2O（l） C.CaC2（s）+2H2O（l）Ca（OH）2（s）+C2H2（g） D.FeCl3（aq）+3H2O（l）Fe（OH）3（s）+3HCl（aq） 5生物体中细胞膜内的葡萄糖，细胞膜外的富氧液体及细胞膜构成微型的生物原电池，下列有关判断正确的是 A.负极发生的电极反应可能是：O24e-2H2O4OH- B.正极发生的电极反应可能是：O24e-2O2- C.负极反应主要是C6H12O6生成CO2或 HCO3- D.正极反应主要是 C6H12O6生成 CO2或 CO32- 6某原电池总反应离子方程式为2Fe3+Fe3Fe2+，能实现该反应的原电池是 A.正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液 B.正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为Fe（NO3）2溶液 C.正极为Fe，负极为Zn，电解质溶液为Fe2（SO4）3溶液 D.正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液 7锂电池是新一代高能电池，目前已研究出多种锂电池。某种锂电池的总反应式为：Li+MnO2LiMnO2。下列说法中正确的是 A.Li是正极，MnO2是负极 B.放电时负极的反应：Li-e-Li+ C.放电时正极的反应：MnO2-+e-MnO2 D.电池放电时，产生高锰酸根离子 二、综合题 8如图7-4所示，烧杯中都盛有稀硫酸。 图7-4 （1）中反应的离子方程式为； （2）中的电极反应：Fe：，Sn：Sn极附近溶液的pH（填“增大”、“减小”或“不变”）； （3）中被腐蚀的金属是，其电极反应式为。 比较（1）、（2）、（3）中纯铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是。 9市场上出售的“热敷袋”其主要成分为铁屑、炭粉、木屑和少量氯化钠、水等。热敷袋启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量，使用完后，会发现有大量铁锈存在。请回答下列问题： （1）热敷袋产生热量的来源是 。 （2）炭粉的主要作用是 。 （3）加入NaCl的主要作用是 。 （4）写出生成铁锈的有关方程式 。 （按生成过程分步写，不可合并成总式） 10将洁净的金属片A、B 、C、D 分别放置在浸有盐溶液的滤纸上面并压紧（如图7-5所示）。在每次实验时，记录电压指针的移动方向和电压表的读数如下表所示： 图7-5 金属 电子流动方向 电压/V A AFe +076 B FeB -018 C CFe +132 D DFe +028 已知构成原电池两电极的金属活泼性相差越大，电压表读数越大。请判断： （1）A、B、C、D四种金属中活泼性最强的是（用字母表示）。 （2）若滤纸改用NaOH溶液浸润一段时间后，则在滤纸上能看到有白色物质析出，后迅速变为灰绿色，最后变成褐色。则滤纸上方的金属片为（用字母表示），此时对应的电极反应式为：负极 ，正极 。 11从某铝镁合金上剪下一小片（其质量为20g），立即投入盛有20mL 5mol/L氢氧化钠溶液的烧杯中。 （1） 由反应开始到反应结束，可能观察到烧杯中的现象依次为 。 （2）反应开始时，合金片表面产生气泡较慢，其原因是，一段时间后反应速率相当快，其原因是 。 （3）写出合金片与溶液反应时可能形成的微电池的负极材料是，正极的电极反应式： 。 （4）若要利用该反应来测定合金中铝的质量分数，还应测定哪些数据（如有多种可能，请逐一写出）？答： 。