高考化学一轮专题复习 第六章 第2讲 原电池 化学电源课件 新人教版.ppt

第2讲原电池化学电源 考点突破题型透析 学科素养技能提升 考点二化学电源 新型化学电源的高考命题角度及解题指导 考纲要求 第六章化学反应与能量 考点三原电池原理的应用 备选素材 考纲要求 1 了解原电池的工作原理 能写出电极反应式和电池反应方程式 2 了解常见化学电源的种类及其工作原理 考点一原电池及其工作原理 知识梳理思维深化 1 概念把 能转化为 能的装置 2 工作原理以锌铜原电池为例 化学 电 知识梳理思维深化 考点一原电池及其工作原理 锌片 铜片 氧化反应 还原反应 Cu 正 负 3 原电池的构成条件 1 一看反应 看是否有能 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 知识梳理思维深化 考点一原电池及其工作原理 自发进行 1 正误判断 1 所有的氧化还原反应都能设计成原电池 2 只有金属才能做原电池的电极 3 原电池的两极中较活泼的金属一定为负极 4 锌铜原电池工作时 外电路电子由负极流向正极 5 在原电池中 电子流出的一极是负极 被还原 6 原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能 提示 1 2 3 4 5 6 知识梳理思维深化 考点一原电池及其工作原理 2 下列装置可以形成原电池的是 并写出形成原电池的电极材料及电极反应式 正极 负极 提示 B银片 2Ag 2e 2Ag铜片 Cu 2e Cu2 知识梳理思维深化 考点一原电池及其工作原理 3 盐桥电池的构成有什么特点 提示 1 一般情况下 金属插入其可溶性盐溶液中 组成负极和正极 2 为使溶液保持电中性 盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路 3 盐桥电池的两个电极材料可以不同 也可以相同 但环境绝对不同 知识梳理思维深化 考点一原电池及其工作原理 4 盐桥有什么作用 提示 1 使整个装置构成闭合回路 代替两溶液直接接触 知识梳理思维深化 考点一原电池及其工作原理 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 某原电池反应为Cu 2AgNO3 Cu NO3 2 2Ag 装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液C 原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成D 理论上说 任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池 CaO H2O Ca OH 2不是氧化还原反应 KCl和AgNO3反应生成AgCl沉淀易阻止原电池反应的发生 作电极的不一定是金属 如石墨棒也可作电极 题组设计思维建模 题组一原电池原理的考查 解析 答案 D 2 下图为一原电池装置 下列叙述中正确的是 A 铜离子在铜片表面被还原B 盐桥中的K 移向ZnSO4溶液C 电流从锌片经导线流向铜片D 铜是阳极 铜片上有气泡产生 该原电池装置中Zn片作负极 Zn 2e Zn2 Cu作正极 Cu2 2e Cu 盐桥中的K 移向正极 Cl 移向负极 电子从Zn片流向Cu片 电流从Cu片流向Zn片 解析 答案 图显 隐 题组设计思维建模 题组一原电池原理的考查 A 3 将如图所示实验装置的K闭合 下列判断正确的是 A Cu电极上发生还原反应B 电子沿Zn a b Cu路径流动D 片刻后可观察到滤纸b点变红色 A项 Zn作原电池的负极 Cu作原电池的正极 Cu电极发生还原反应 B项 电子流向是负极到正极 但a b这一环节是在溶液中导电 是离子导电 电子并没沿此路径流动 C项 硫酸根离子浓度基本保持不变 D项 滤纸a点是阴极 氢离子放电 溶液中氢氧根离子浓度大于氢离子浓度 显碱性 试纸变红色 解析 答案 图显 隐 题组设计思维建模 题组一原电池原理的考查 A 规避原电池工作原理的4个易失分点 1 只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能 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 4 原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数 题组设计思维建模 4 分析如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6H2O 6e 6OH 3H2 C 中Fe作负极 电极反应式为Fe 2e Fe2 D 中Cu作正极 电极反应式为2H 2e H2 解析 答案 题组二原电池正 负极判断 题组设计思维建模 图显 隐 B 5 原电池正 负电极的极性不仅与电极材料的性质有关 也与电解质溶液有关 下列由不同材料组成的原电池 电极反应正确的是 A 由Fe Cu与稀硫酸组成的原电池 其负极反应式为Fe 3e Fe3 B 由Al Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池 其负极反应式为Mg 2e 2OH Mg OH 2C 由Pb Cu与氯化铁溶液组成的原电池 其正极反应式为Cu 2e Cu2 D 由Al Cu与浓硝酸组成的原电池 其负极反应式为Cu 2e Cu2 解析 答案 题组设计思维建模 题组二原电池正 负极判断 D 1 原电池正 负极判断方法 题组设计思维建模 2 原电池正负极判断的注意点 1 原电池正 负极的判断基础是自发进行的氧化还原反应 如果给出一个化学反应方程式判断正 负极 可以直接根据化合价的升降来判断 发生氧化反应的一极为负极 发生还原反应的一极为正极 2 判断电极时 不能简单地依据金属的活泼来判断 要看反应的具体情况 如 a Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子 Al作负极 Mg作正极 b Fe Al在浓HNO3中钝化后 比Cu等金属更难失电子 Cu等金属作负极 Fe Al作正极 题组设计思维建模 6 2015 安徽无为中学模拟 控制合适的条件 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 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 题组设计思维建模 题组三原电池与化学平衡的移动 解析 答案 图显 隐 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 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 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 题组设计思维建模 题组三原电池与化学平衡的移动 向B烧杯中逐滴加入浓盐酸 向B烧杯中逐滴加入40 NaOH溶液结果发现电流表指针均发生偏转 试回答下列问题 1 两次操作中指针为什么发生偏转 2 两次操作过程中指针偏转方向为什么相反 试用化学平衡移动原理解释之 3 操作 过程中C1棒上发生的反应为 题组设计思维建模 题组三原电池与化学平衡的移动 4 操作 过程中C2棒上发生的反应为 5 操作 过程中 盐桥中的K 移向 烧杯溶液 填 A 或 B 解析 答案 题组设计思维建模 题组三原电池与化学平衡的移动 1 2014 高考北京卷 下列电池工作时 O2在正极放电的是 解析 答案 高考真题明确考向 B 2 2014 高考新课标 卷 2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系 下列叙述错误的是 A a为电池的正极B 电池充电反应为LiMn2O4 Li1 xMn2O4 xLiC 放电时 a极锂的化合价发生变化D 放电时 溶液中Li 从b向a迁移 根据题给装置图判断 b电极为原电池的负极 电极反应式为Li e Li a电极为原电池的正极 A正确 电池充电反应为LiMn2O4 Li1 xMn2O4 xLi B正确 放电时 a极锰的化合价发生变化 C错误 放电时 溶液中Li 从b向a迁移 D正确 解析 答案 图显 隐 高考真题明确考向 C 3 2014 高考福建卷 某原电池装置如图所示 电池总反应为2Ag Cl2 2AgCl 下列说法正确的是 A 正极反应为AgCl e Ag Cl B 放电时 交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C 若用NaCl溶液代替盐酸 则电池总反应随之改变D 当电路中转移0 01mole 时 交换膜左侧溶液中约减少0 02mol离子 解析 答案 图显 隐 高考真题明确考向 D 反应是在酸性电解质溶液中进行的 通入氯气的一极是正极 反应式为Cl2 2e 2Cl A错误 放电时 左侧Ag是负极 负极反应式为Ag e Ag 然后发生反应Ag Cl AgCl 白色沉淀 B错误 由于盐酸中H 只是移动 没有参与反应 故可以用氯化钠代替 总反应不变 C错误 根据负极反应可知 每有0 01mol电子转移 减少0 01molCl 同时有0 01molH 通过离子交换膜进入右侧 D正确 4 2013 高考江苏卷 Mg H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器 该电池以海水为电解质溶液 示意图如下 该电池工作时 下列说法正确的是 A Mg电极是该电池的正极B H2O2在石墨电极上发生氧化反应C 石墨电极附近溶液的pH增大D 溶液中Cl 向正极移动 该电池中Mg电极为负极 A项错误 石墨电极为正极 H2O2得电子发生还原反应 电极反应式为 H2O2 2e 2OH 电极附近溶液pH增大 B项错误 C项正确 溶液中Cl 移向Mg电极 即Cl 应向负极移动 D项错误 解析 答案 图显 隐 高考真题明确考向 C 考点二化学电源 知识梳理思维深化 1 一次电池 碱性锌锰干电池总反应 Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 Zn Zn 2OH 2e 碳棒 2MnO2 2H2O Zn OH 2 2e 2MnOOH 2OH 2 二次电池 以铅蓄电池为例 1 放电时的反应 负极 氧化反应 知识梳理思维深化 考点二化学电源 正极 还原反应 总反应 Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l 2 充电时的反应 阴极 还原反应 阳极 氧化反应 总反应 2PbSO4 s 2H2O l Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 知识梳理思维深化 考点二化学电源 3 燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池 可分为酸性和碱性两种 知识梳理思维深化 考点二化学电源 2H2 4e 4H 2H2 4OH 4e 4H2O O2 4H 4e 2H2O O2 2H2O 4e 4OH 1 原电池反应中 两极材料本身一定发生反应吗 提示 不一定 如燃料电池 两极是铂电极 本身不参与反应 参与反应的是H2和O2 2 可充电电池充电时电极与外接电源的正负极如何连接 提示 应将可充电电池的负极接外电源的负极 正极接外电源的正极 3 依据铅蓄电池充 放电原理 说明在放电时电解液中H2SO4的浓度将如何改变 提示 铅蓄电池在放电时总反应 Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l 从电池总反应式可知 随着电池放电 H2SO4不断被消耗 因此 其浓度逐渐变小 知识梳理思维深化 考点二化学电源 4 氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时 工作一段时间后 电解质溶液的浓度如何变化 溶液的pH如何变化 当氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时 又会如何变化 提示 无论以KOH溶液作电解质溶液还是以H2SO4溶液作电解质溶液 总反应均为2H2 O2 2H2O 所以反应一段时间后 因为有H2O的生成而使电解质溶液的浓度均降低 但KOH溶液作电解质溶液时pH减小 H2SO4溶液作电解质溶液时pH增大 知识梳理思维深化 考点二化学电源 1 Li Al FeS电池是一种正在开发的车载电池 该电池中正极的电极反应式为 2Li FeS 2e Li2S Fe 有关该电池的下列说法中 正确的是 A Li Al在电池中作为负极材料 该材料中Li的化合价为 1价B 该电池的电池反应式为 2Li FeS Li2S FeC 负极的电极反应式为Al 3e Al3 D 充电时 阴极发生的电极反应式为 Li2S Fe 2e 2Li FeS 由正极的电极反应式知 在负极上Li失去电子被氧化 所以Li Al在电池中作为负极材料 该材料中Li的化合价为0价 A错误 负极的电极反应式为 2Li 2e 2Li C错误 该电池的电池反应式为正 负电极的电极反应式之和 2Li FeS Li2S Fe B正确 由于充电时阴极发生还原反应 所以阴极的电极反应式为 2Li 2e 2Li D错误 题组设计思维建模 题组一化学电源中电极反应的书写 解析 答案 B 2 研究人员最近发明了一种 水 电池 这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电 在海水中电池总反应可表示为 5MnO2 2Ag 2NaCl Na2Mn5O10 2AgCl 下列 水 电池在海水中放电时的有关说法正确的是 A 正极反应式 Ag Cl e AgClB 每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子C Na 不断向 水 电池的负极移动D AgCl是还原产物 本题考查电化学 意在考查电极反应式的书写 电子转移情况和溶液中离子的移动情况 电池的正极得电子 A错误 阳离子向正极移动 C错误 Ag化合价升高形成AgCl AgCl是氧化产物 D错误 解析 答案 题组设计思维建模 题组一化学电源中电极反应的书写 B 加减法 书写电极反应式 1 先确定原电池的正负极 列出正负极上的反应物质 并标出相同数目电子的得失 2 根据氧化还原反应原理写出电极反应式 负极反应负极失去电子发生氧化反应 注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存 若不共存 则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式 题组设计思维建模 正极反应正极得到电子发生还原反应 当正极上的反应物质是O2时 若电解质溶液为中性或碱性 则水必须写入正极反应式中 O2生成OH 写为O2 2H2O 4e 4OH 若电解质溶液为酸性 则H 必须写入正极反应式中 O2生成水 写为O2 4H 4e 2H2O 3 写出电池总反应方程式结合电子守恒将正负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式 题组设计思维建模 3 以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法 1 酸性条件燃料电池总反应式 CH4 2O2 CO2 2H2O 燃料电池正极反应式 O2 4H 4e 2H2O 2 得燃料电池负极反应式 2 碱性条件燃料电池总反应式 CH4 2O2 2NaOH Na2CO3 3H2O 燃料电池正极反应式 O2 2H2O 4e 4OH 2 得燃料电池负极反应式 题组二燃料电池电极反应式的书写 题组设计思维建模 3 固体电解质 高温下能传导O2 燃料电池总反应式 CH4 2O2 CO2 2H2O 燃料电池正极反应式 O2 4e 2O2 2 得燃料电池负极反应式 4 熔融碳酸盐 如 熔融K2CO3 环境下电池总反应式 CH4 2O2 CO2 2H2O 正极电极反应式 O2 2CO2 4e 2 得燃料电池负极反应式 答案 题组设计思维建模 题组二燃料电池电极反应式的书写 4 肼 N2H4 空气燃料电池是一种碱性燃料电池 电解质溶液是20 30 的KOH溶液 下列说法中 不正确的是 A 该电池放电时 通入肼的一极为负极B 电池每释放1molN2转移的电子数为4NAC 通入空气的一极的电极反应式是 O2 2H2O 4e 4OH D 电池工作一段时间后 电解质溶液的pH将不变 解析 答案 题组设计思维建模 题组二燃料电池电极反应式的书写 D 图显 隐 该碱性燃料电池的总反应方程式为 N2H4 O2 N2 2H2O N2H4中N化合价升高发生氧化反应为负极反应 A正确 每生成1molN2转移电子4mol B项正确 碱性条件下O2放电结合水电离产生的H 生成OH O2 2H2O 4e 4OH C项正确 从总反应可知放电过程生成H2O KOH溶液浓度降低 pH降低 D项错误 5 2015 郑州模拟 CO无色无味有毒 世界各国每年均有不少人因CO中毒而失去生命 一种CO分析仪的工作原理如图所示 该装置中电解质为氧化钇 氧化钠 其中O2 可以在固体介质NASICON中自由移动 下列说法中错误的是 A 负极的电极反应式为 CO O2 2e CO2B 工作时电极b作正极 O2 由电极a向电极b移动C 工作时电子由电极a通过传感器流向电极bD 传感器中通过的电流越大 尾气中CO的含量越高 解析 答案 题组设计思维建模 题组二燃料电池电极反应式的书写 图显 隐 B 根据题意可知 a电极为负极 电极反应式为 CO O2 2e CO2 b电极为正极 电极反应式为 O2 4e O2 总反应为2CO O2 2CO2 工作时电子由电极a通过传感器流向电极b O2 由电极b向电极a移动 传感器中通过的电流越大 说明单位时间内通过的电子越多 尾气中CO的含量越高 燃料电池电极反应式的书写第一步 写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致 若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应 如甲烷燃料电池 电解质为NaOH溶液 的反应式为 CH4 2O2 CO2 2H2O CO2 2NaOH Na2CO3 H2O 式 式得燃料电池总反应为 CH4 2O2 2NaOH Na2CO3 3H2O 题组设计思维建模 第二步 写出电池的正极反应式 根据燃料电池的特点 一般在正极上发生还原反应的物质都是O2 电解质溶液不同 其电极反应有所不同 其实 我们只要熟记以下四种情况 1 酸性电解质溶液环境下电极反应式 O2 4H 4e 2H2O 2 碱性电解质溶液环境下电极反应式 O2 2H2O 4e 4OH 3 固体电解质 高温下能传导O2 环境下电极反应式 O2 4e 2O2 题组设计思维建模 4 熔融碳酸盐 如 熔融K2CO3 环境下电极反应式 O2 2CO2 4e 第三步 根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式 电池的总反应式 电池正极反应式 电池负极反应式 注意在将两个反应式相减时 要约去正极的反应物O2 题组设计思维建模 1 2014 高考大纲全国卷 右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池 MH Ni电池 下列有关说法不正确的是 A 放电时正极反应为 NiOOH H2O e Ni OH 2 OH B 电池的电解液可为KOH溶液C 充电时负极反应为 MH OH H2O M e D MH是一类储氢材料 其氢密度越大 电池的能量密度越高 高考真题明确考向 解析 答案 图显 隐 C 在金属氢化物镍电池 MH Ni电池 中 MH M为零价 H为零价 在负极发生反应 MH OH e M H2O NiOOH在正极发生反应 NiOOH H2O e Ni OH 2 OH 电解液可为KOH溶液 A B正确 充电时 阴极反应式为M H2O e MH OH C错误 MH中氢密度越大 单位体积电池所储存电量越多 即电池能量密度越高 D正确 2 2013 高考新课标 卷 银质器皿日久表面会逐渐变黑 这是生成了Ag2S的缘故 根据电化学原理可进行如下处理 在铝质容器中加入食盐溶液 再将变黑的银器浸入该溶液中 一段时间后发现黑色会褪去 下列说法正确的是 A 处理过程中银器一直保持恒重B 银器为正极 Ag2S被还原生成单质银C 该过程中总反应为2Al 3Ag2S 6Ag Al2S3D 黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl 根据电化学原理可知 Al为负极 电极反应为 2Al 6e 2Al3 银器为正极 电极反应为 3Ag2S 6e 6Ag 3S2 溶液中反应为 2Al3 3S2 6H2O 2Al OH 3 3H2S 三反应相加可得该过程的总反应为 2Al 3Ag2S 6H2O 2Al OH 3 6Ag 3H2S 故B正确 C D错误 银器表面黑色的Ag2S变成了Ag 质量必然减小 A错误 解析 答案 高考真题明确考向 B 3 2013 高考课标 卷 ZEBRA 蓄电池的结构如图所示 电极材料多孔Ni NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔 下列关于该电池的叙述错误的是 A 电池反应中有NaCl生成B 电池的总反应是金属钠还原三价铝离子C 正极反应为 NiCl2 2e Ni 2Cl D 钠离子通过钠离子导体在两电极间移动 结合蓄电池装置图 利用原电池原理分析相关问题 A项 在负极Na失电子生成Na 正极反应为NiCl2 2e Ni 2Cl 故电池反应中有NaCl生成 B项 电池的总反应是金属钠还原二价镍离子 C项 正极上NiCl2发生还原反应 电极反应为NiCl2 2e Ni 2Cl D项 钠在负极失电子 被氧化生成Na Na 通过钠离子导体在两极间移动 解析 答案 图显 隐 高考真题明确考向 B 4 2013 高考安徽卷 热激活电池可用作火箭 导弹的工作电源 一种热激活电池的基本结构如图所示 其中作为电解质的无水LiCl KCl混合物受热熔融后 电池即可瞬间输出电能 该电池总反应为PbSO4 2LiCl Ca CaCl2 Li2SO4 Pb 下列有关说法正确的是 A 正极反应式 Ca 2Cl 2e CaCl2B 放电过程中 Li 向负极移动C 每转移0 1mol电子 理论上生成20 7gPbD 常温时 在正负极间接上电流表或检流计 指针不偏转 解析 答案 图显 隐 高考真题明确考向 仔细分析题给信息 结合原电池工作原理进行分析判断 A项 分析电池总反应 Ca在反应中失电子 所以Ca应作负极 PbSO4中的Pb2 得电子生成单质铅 所以正极反应物应是PbSO4 所以A项错误 B项 放电过程中 负极失电子 电子通过导线流向正极 所以正极表面聚集大量电子 能够吸引电解质中的阳离子向正极移动 所以B项错误 C项 根据方程式知 每转移0 1mol电子 生成0 05mol铅 其质量为10 35g 所以C项错误 D项 根据题给信息 该电池为热激活电池 常温下 无水LiCl KCl为固态 没有自由移动的离子 该装置不能形成闭合回路 处于非工作状态 所以没有电流产生 即电流表或检流计的指针不会发生偏转 D 考点三原电池原理的应用 知识梳理思维深化 1 比较金属的活动性强弱原电池中 一般活动性强的金属作 而活动性弱的金属 或非金属 作 2 加快化学反应速率一个 进行的氧化还原反应 设计成原电池时反应速率 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 负极 正极 自发 增大 4 设计制作化学电源 1 首先将氧化还原反应分成两个半反应 2 根据原电池的反应特点 结合两个半反应找出正 负极材料和电解质溶液 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 知识梳理思维深化 考点三原电池原理的应用 1 有A B C D E五块金属片 进行如下实验 A B用导线相连后 同时浸入稀H2SO4溶液中 A极为负极 C D用导线相连后 同时浸入稀H2SO4溶液中 电流由D 导线 C A C相连后 同时浸入稀H2SO4溶液中 C极产生大量气泡 B D相连后 同时浸入稀H2SO4溶液中 D极发生氧化反应 用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液 E先析出 据此 判断五种金属的活动性顺序是 A A B C D EB A C D B EC C A B D ED B D C A E 金属与稀H2SO4溶液组成原电池 活泼金属为负极 失去电子发生氧化反应 较不活泼的金属为正极 H 在正极表面得到电子生成H2 电子运动方向由负极 正极 电流方向则由正极 负极 在题述原电池中 A B原电池 A为负极 C D原电池 C为负极 A C原电池 A为负极 B D原电池 D为负极 E先析出 E不活泼 综上可知 金属活动性 A C D B E 题组设计思维建模 题组一判断金属活动性 解析 答案 B 2 四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池 相连时 外电路电流从 流向 相连时 为正极 相连时 上有气泡逸出 相连时 的质量减少 据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是 A B C D 相连时 外电路电流从 流向 说明 为负极 相连时 为负极 相连时 上有气泡 说明 为负极 相连时 的质量减少 说明 为负极 综上所述可知 这四种金属活动性由大到小的顺序为 B正确 解析 答案 题组设计思维建模 题组一判断金属活动性 B 比较金属活泼性的 三种方法 1 根据原电池 一般情况下 负极大于正极 2 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 3 根据金属活动性顺序表 题组设计思维建模 3 2015 文登模拟 将镉 Cd 浸在氯化钴 CoCl2 溶液 发生反应的离子方程式为 Co2 aq Cd s Co s Cd2 aq aq表示溶液 如将该反应设计为如图的原电池 则下列说法一定错误的是 A Cd作负极 Co作正极B 原电池工作时 电子从负极沿导线流向正极C 根据阴阳相吸原理 盐桥中的阳离子向负极 甲池 移动D 甲池中盛放的是CdCl2溶液 乙池中盛放的是CoCl2溶液 将该反应设计为原电池时 Cd作负极 电极反应为Cd 2e Cd2 Co作正极 电极反应为Co2 2e Co 盐桥中的阳离子向正极 乙池 移动 解析 答案 题组二原电池的设计 题组设计思维建模 图显 隐 C 4 2015 合肥模拟 根据氧化还原反应 2Ag aq Cu s Cu2 aq 2Ag s 设计的原电池如图所示 其中盐桥为琼脂 饱和KNO3盐桥 请回答下列问题 1 电极X的材料是 电解质溶液Y是 2 银电极为电池的 极 写出两电极的电极反应式 银电极 X电极 题组设计思维建模 题组二原电池的设计 3 外电路中的电子是从 电极流向 电极 4 盐桥中向CuSO4溶液中迁移的离子是 填序号 根据题给原电池反应可知 负极材料为铜 正极材料为Ag 1 铜AgNO3溶液 2 正2Ag 2e 2AgCu 2e Cu2 3 铜 X Ag 4 B 解析 答案 题组设计思维建模 题组二原电池的设计 5 据 中国环境报 报道 由美国宾夕法尼亚州立大学的科学家洛根率领的一个研发小组宣布 他们研制出一种新型微生物燃料电池 不仅可以产生氢 作为清洁能源 也可以净化有机废水 这项技术的出现有望把污水处理变成一个有利可图的产业 阅读上述信息 回答下列问题 1 洛根设计的电池装置 一个圆柱形的树脂玻璃密闭槽 里面装有8条负极石墨棒 它们围绕着一个正极棒 密闭槽中间以质子交换膜间隔 密闭槽外部以铜线组成闭合电路 作为电子流通的路径 工作时 只需要把污水注入反应槽 然后细菌酶就可以将污水中的有机物分解 在此过程中释放出电子和质子 该过程中 释放出的电子通过 填 溶液 或 铜线 流向 填 正极 或 负极 质子流向 填 正极 或 负极 密闭槽中的质子交换膜的作用是 写出正极反应式 提示 正极反应有氧气参与 题组设计思维建模 题组二原电池的设计 2 这种燃料电池的燃料是废水中的有机化合物 这些有机化合物在负极附近被细菌分解 分解的产物除电子和质子外还有 填序号 A 二氧化碳B 氢气C 氧气D 氮气 3 这种新型微生物燃料电池最适宜处理的废水是 填序号 A 硫酸厂废水B 畜牧厂的废水C 电镀厂废水D 生活污水 1 洛根设计的这种微生物燃料电池装置中 膜 的作用是允许穿过特殊的离子 这种微生物燃料电池装置的 膜 是为了让氢离子穿过 负极附近细菌分解污水中的有机化合物 失去的电子沿外电路的导线到达正极 而氢离子从溶液中穿过 膜 到达正极 在正极电子 氢离子和氧气一起生成水 2 在负极附近细菌分解氧化有机化合物 其产物之一是氢离子 而有机化合物中含有碳元素和氢元素 氢元素转化为氢离子 化合价没有变化 而碳元素的化合价应该升高 所以产物中还有二氧化碳 3 这种新型微生物燃料电池的燃料 原料 是有机化合物 所以污水中必须有有机化合物 解析 答案 题组设计思维建模 题组二原电池的设计 1 铜线正极正极使质子穿过到达正极O2 4H 4e 2H2O 2 A 3 BD 2013 高考广东卷节选 能量之间可相互转化 电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能 而原电池可将化学能转化为电能 设计两种类型的原电池 探究其能量转化效率 限选材料 ZnSO4 aq FeSO4 aq CuSO4 aq 铜片 铁片 锌片和导线 1 完成原电池甲的装置示意图 见图 并作相应标注 要求 在同一烧杯中 电极与溶液含相同的金属元素 2 铜片为电极之一 CuSO4 aq 为电解质溶液 只在一个烧杯中组装原电池乙 工作一段时间后 可观察到负极 3 甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是 其原因是 高考真题明确考向 解析 图显 隐 1 由题给材料及用品 结合原电池的形成条件可知可以组合的原电池是 锌铜 锌铁 铁铜原电池 由图示所给电子移动方向可知左边为负极 相对活泼金属 右边为正极 相对不活泼金属 则组装的原电池可以如图所示 2 由所给的电极材料可知 当铜片作电极时 铜片一定是正极 则负极是比铜活泼的金属 失电子发生氧化反应 反应的现象是电极逐渐溶解 3 以Zn和Cu作电极为例 如果不用盐桥则Zn与CuSO4反应 置换出的Cu附着在Zn表面 阻碍了Zn与CuSO4的接触 不能提供稳定的电流 解析 答案 高考真题明确考向 1 答案不唯一 合理即可 2 电极逐渐溶解 3 甲可以避免活泼金属如Zn和CuSO4的接触 从而提供稳定电流 高考中的新型电池 有 氢镍电池 高铁电池 锌 锰碱性电池 我国首创的 海洋电池 燃料电池 如新型细菌燃料电池 氢氧燃料电池 丁烷燃料电池 甲醇质子交换膜燃料电池 CO燃料电池 锂离子电池 银锌电池 纽扣电池 等 这些电池一般具有高能环保 经久耐用 电压稳定 比能量 单位质量释放的能量 高等特点 取材于这些知识点的试题 由于题材广 信息新 陌生度大 所以 大多数考生对这类试题感到难 而难在何处又十分迷茫 实际上这些题目主要考查的是学生迁移应用的能力 具体有以下几种考查角度 新型化学电源的高考命题角度及解题指导 角度一新型电池 放电 即原电池反应 时正极 负极的判断 知识基础 在Zn Cu 稀硫酸 原电池中 较活泼的金属材料作负极 较不活泼的金属材料或非金属材料作正极 负极 Zn 2e Zn2 正极 2H 2e H2 解题指导 新型化学电源的高考命题角度及解题指导 典例1 2015 哈尔滨月考 一种新型燃料电池 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 下列对该燃料电池说法不正确的是 A 在熔融电解质中 O2 移向负极B 电池的总反应是 2C4H10 13O2 8CO2 10H2OC 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 13O2 4CO2 5H2O 由原电池原理知阴离子移向负极 A正确 原电池反应就是一个氧化还原反应 只是氧化反应和还原反应分别在两极进行 由丁烷的燃烧反应知 该电池的总反应为 2C4H10 13O2 8CO2 10H2O 且丁烷失电子 O2得电子 故选D 解析 答案 D 新型化学电源的高考命题角度及解题指导 角度二新型电池 放电 即原电池反应 时正极 负极上电极反应式的书写 知识基础 铅蓄电池 Pb PbO2 H2SO4溶液 电极反应的书写 新型化学电源的高考命题角度及解题指导 解题指导 首先分析物质得失电子的情况 然后再考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应 对于较为复杂的电极反应 可以利用 总反应式 较简单一极的电极反应式 较复杂一极电极反应式 的方法解决 新型化学电源的高考命题角度及解题指导 典例2 2015 江西八校联考 被称之为 软电池 的纸质电池 采用一个薄层纸片作为传导体 在其一边镀锌 而在其另一边镀二氧化锰 在纸内的离子 流过 水和氧化锌组成的电解液 电池总反应为Zn 2MnO2 H2O ZnO 2MnOOH 下列说法正确的是 A 该电池的正极为锌B 该电池反应中二氧化锰起催化剂作用C 当0 1molZn完全溶解时 流经电解液的电子个数为1 204 1023D 电池正极反应式为2MnO2 2e 2H2O 2MnOOH 2OH 解析 答案 D D D 由总反应式可知 二氧化锰为氧化剂而不是催化剂 锌为还原剂 应为原电池的负极 A B错 电子只能经外电路流动 而不能在电解液中流动 电解液内电流的形成是由于阴 阳离子的定向移动 C错 电池负极反应式为Zn 2e 2OH ZnO H2O 用总反应式减去负极反应式得正极反应式为2MnO2 2e 2H2O 2MnOOH 2OH 新型化学电源的高考命题角度及解题指导 角度三新型电池 充电 即电解反应 时阴极 阳极的判断 知识基础 充电的实质就是把放电时发生的变化再复原的过程 如铅蓄电池 新型化学电源的高考命题角度及解题指导 解题指导 首先应搞明白原电池放电时的正 负极 再根据电池充电时阳极接正极 阴极接负极的原理 即可以看成是放电时的负极与充电时的阴极互为逆反应 放电时的正极与充电时的阳极互为逆反应 然后进行分析 新型化学电源的高考命题角度及解题指导 典例3 2015 湖南永州模拟 市场上经常见到的标记为Li ion的电池称为 锂离子电池 它的负极材料是金属锂和碳的复合材料 碳作为金属锂的载体 电解质为一种能传导Li 的高分子材料 这种锂离子电池的电池反应式为 下列说法不正确的是 A 放电时 负极的电极反应式 Li e Li B 充电时 Li0 85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应C 该电池不能用水溶液作为电解质D 放电过程中Li 向负极移动 A项 Li从零价升至正价 失去电子 作为负极 正确 B项 反应逆向进行时 反应物只有一种 故化合价既有升又有降 所以既发生氧化反应又发生还原反应 正确 C项 由于Li可以与水反应 故电解质应为非水材料 正确 D项 原电池中阳离子应迁移至正极得电子 错误 解析 答案 D 新型化学电源的高考命题角度及解题指导 角度四新型电池充 放电时 电解质溶液中离子移动方向的判断 知识基础 原电池中 阳离子移向正极 阴离子移向负极 如Zn Cu 稀H2SO4 电池中 H 移向Cu极 SO移向Zn极 电解池中 阳离子移向阴极 阴离子移向阳极 符合带电微粒在电场中的运动规律 解题指导 首先应分清电池是放电还是充电 再判断出正 负极或阴 阳极 进而即可确定离子的移动方向 新型化学电源的高考命题角度及解题指导 典例4 2015 长沙模拟 LiFePO4电池具有稳定性高 安全 对环境友好等优点 可用于电动汽车 电池反应为 FePO4 LiLiFePO4 电池的正极材料是LiFePO4 负极材料是石墨 含Li 导电固体为电解质 下列有关LiFePO4电池说法不正确的是 A 可加入硫酸以提高电解质的导电性B 放电时电池内部Li 向正极移动C 充电过程中 电池正极材料的质量减小D 放电时电池正极反应为 FePO4 Li e LiFePO4 由于Li能和稀H2SO4 H2O反应 因此电解质不能用硫酸 放电过程为原电池原理 在原电池中 阴离子向负极移动 阳离子向正极移动 充电过程是电解的过程 电解池的阳极失电子 即LiFePO4 e Li FePO4 因此阳极材料 LiFePO4 质量会减小 将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正极反应 综合上述分析可知B C D正确 解析 新型化学电源的高考命题角度及解题指导 答案 A