1、届高考化学总复习第6章化学反应与能量变化第2讲原电池化学电源配套练习新人教版第2讲原电池化学电源【2019备考】最新考纲：1.理解原电池的构成、工作原理及应用。2.能书写电极反应和总反应方程式。3.了解常见化学电源的种类及其工作原理。考点一原电池的工作原理及其应用(频数：难度：)1概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。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：电解质溶液；两电极直接或间接接触；两
2、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片自发发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应，也可能是电极与溶解的氧气等发生反应，如将铁与石墨相连插入食盐水中。4原电池原理的应用(1)加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。(2)比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。(3)设计制作化
3、学电源首先将氧化还原反应分成两个半反应。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。1(RJ必修2P42“实践活动”改编)如图所示是一位同学在测试水果电池，下列有关说法错误的是()A若金属片A是正极，则该金属片上会产生H2B水果电池的化学能转化为电能C此水果发电的原理是电磁感应D金属片A、B可以一个是铜片，另一个是铁片答案C2(溯源题)(2016上海化学，8)图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示_。铜棒的质量c(Zn2)c(H)c(SO)答案探源：本考题源于教材RJ选修4 P71“图41锌铜原电池装置”，对原电池的工作原理进行了
4、考查。题组一原电池基础1基础知识判断，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)CaOH2O=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()(6)在内电路中，电子由正极流向负极()(7)某原电池反应为Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液()答案(1)(2)(
5、3)(4)(5)(6)(7)2课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是()A原电池是将化学能转化成电能的装置B原电池由电极、电解质溶液和导线等组成C图中电极a为铝条、电极b为锌片时，导线中会产生电流D图中电极a为锌片、电极b为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片解析D项，电极a为负极，电子由负极(锌片)流出。答案D【反思归纳】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
6、)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。题组二原电池原理的应用3用a、b、c、d四种金属按表中所示的装置进行实验，下列叙述中正确的是()甲乙丙实验装置现象a不断溶解c的质量增加a上有气泡产生A.装置甲中的b金属是原电池的负极B装置乙中的c金属是原电池的阴极C装置丙中的d金属是原电池的正极D四种金属的活泼性顺序：dabc解析甲中a溶解说明a是负极，活泼性ab，A错误；原电池用正极或负极命名电极，B错误，由乙中现象知活泼性bc；丙中d是负极，活泼性da，C错误；综上可知D正确。答案D4某学校研究性学习小组欲以镁条、铝片为电极，以稀NaOH溶液为电解质溶液设计原电池。(1)给你一只电
7、流表，请你画出该原电池的示意图，并标出正负极。(2)一段时间后，铝片发生的电极反应式是_；镁条表面只有极少量的气泡产生，则镁电极产生的主要反应的电极反应式为_。解析铝能够与NaOH溶液反应，所以作原电池的负极，而镁与NaOH溶液不反应，故作原电池的正极。答案(1)如图所示(2)Al4OH3e=AlO2H2O2H2O2e=H22OH【规律总结】原电池设计程序在设计原电池装置时，首先要书写出总氧化还原反应的离子方程式，确定原电池的正、负极，再把总反应的离子方程式拆写成氧化反应(负极反应)和还原反应(正极反应)。热点说明：相对于常规原电池，盐桥原电池能减少副反应，提高电池的供电效率。一些原电池装置考
8、查题，常带有盐桥，正确理解盐桥作用，注意盐桥中的离子移向是解题关键。1盐桥的构成盐桥里的物质一般是强电解质而且不与两池中电解质反应，教材中常使用装有饱和KCl琼脂溶胶的U形管，离子可以在其中自由移动，这样溶液是不致流出来的。2盐桥的作用(1)连接内电路，形成闭合回路；(2)平衡电荷，使原电池不断产生电流。3单池原电池和盐桥原电池的对比图1和图2两装置的比较相同点正负极、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
9、能转化成了热能，装置的温度会升高。图2中Zn和CuSO4溶液在两个池子中，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，而氧化剂在正极区模型解题盐桥原电池装置分析1一定条件下，实验室利用如图所示装置，通过测电压求算Ksp(AgCl)。工作一段时间后，两电极质量均增大。下列说法正确的是()A右池中的银电极作负极B正极反应为Age=AgC总反应为AgCl=AgClD盐桥中的NO向右池方向移动解析若“右池中的银电极作负极”，Ag失去电子被氧化为Ag：Age=Ag，电极质量减轻，不符合题干中的信息“两电极
10、质量均增大”，A项错误。该装置图很容易让考生联想到盐桥电池，抓住“两电极质量均增大”判断，若左池Ag失去电子被氧化为Ag，Ag再结合溶液中的Cl生成AgCl：AgeCl=AgCl，即左池的银失去电子作负极；此时右池电解质溶液中的Ag在银电极表面得到电子被还原为Ag：Age=Ag，即右池的银电极为正极；两个电极反应式相加得到总反应：AgCl=AgCl；综上所述，B项错误，C项正确。根据“阴阳相吸”可判断盐桥中的NO向负极方向(即左池)移动，D项错误。答案C2事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是_(填序号，下同)。aC(s)H2O(g)=CO(g)
11、H2(g)H0b2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H0cNaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)H0若以KOH溶液为电解质溶液，依据所选反应设计一个原电池，其正极的电极反应为_。某同学用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂KNO3的U形管)设计成一个原电池，如图所示，下列判断中正确的是_。a实验过程中，左侧烧杯中NO浓度不变b实验过程中取出盐桥，原电池能继续工作c若开始时用U形铜代替盐桥，装置中无电流产生d若开始时用U形铜代替盐桥，U形铜的质量不变解析根据题中信息，设计成原电池的反应通常是放热反应，排除a，根据已学知识，原电池反应必是自
12、发进行的氧化还原反应，排除c。原电池正极发生还原反应，由于是碱性介质，则电极反应中不应出现H，故正极的电极反应为O24e2H2O=4OH。该原电池的工作原理是Cu2Ag=2AgCu2，盐桥起形成闭合回路和平衡电荷的作用，因此当电池工作时，盐桥中的NO向负极移动，因此左侧烧杯中NO的浓度将增大，a错误。当取出盐桥，不能形成闭合回路，电池处于断路状态，不能继续工作，b错误。若开始时用U形铜代替盐桥，则左侧烧杯相当于电解装置，而右侧烧杯相当于原电池装置，电极反应从左往右依次为阳极：Cu2e=Cu2，阴极：Cu22e=Cu，负极：Cu2e=Cu2，正极Age=Ag，由此可知c错误、d正确。答案bO24
13、e2H2O=4OHd可逆反应中的“盐桥”3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电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流表读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极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；电流表读数为零时，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2Fe32I2Fe2I2向左移动，I2被还原为I，乙中
14、石墨为正极，D不正确。答案D4(原创题)已知反应AsO2I2HAsOI2H2O是可逆反应。设计如图装置(C1、C2均为石墨电极)，分别进行下述操作：.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)两次操作过程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，盐桥中的K移向_烧杯溶液(填“A”或“B”)。(4)操作过程中，C1棒上发生的反应为_。答案(1)两次操作中均能形成原电池，化学能转变成电能(2)()加酸，c(H)增大，平衡向正反应方向移动，AsO得电
15、子，I失电子，所以C1极是负极，C2极是正极。()加碱，c(OH)增大，平衡向逆反应方向移动，AsO失电子，I2得电子，此时，C1极是正极，C2极是负极。故化学平衡向不同方向移动，发生不同方向的反应，电子转移方向不同，即电流表指针偏转方向不同(3)A(4)2I2e=I2考点二化学电源(频数：难度：)1一次电池(1)碱性锌锰干电池(图一)图一负极材料：Zn电极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2正极材料：碳棒电极反应：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2(2)锌银电池(图二)图二负极材料：Zn电极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2
16、正极材料：Ag2O电极反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH总反应：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag2二次电池铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)2H2O(l)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：种类酸性碱性负极反应式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O24H4e=2H2OO22H2O4e=4OH电池反应式2H2O2=2H2O探源：书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸碱性，介质的酸碱性对半反应及总反应书写的影响。1教材知识思考(RJ选修4 P78“科学视野”微型燃料电池
17、)微型燃料电池是采用甲醇(质子交换膜)取代氢作燃料设计而成的，性能良好，有望取代传统电池，说出此微型燃料电池的优点，并写出电池的负极反应。提示优点电池设计简单；和传统充电电池比电池的能量密度高。负极反应：CH3OH6eH2O=CO26H2(RJ选修4P783改编)镉镍可充电电池的充、放电反应按下式进行：Cd2NiO(OH)2H2OCd(OH)22Ni(OH)2，由此判断错误的是()A放电时，Cd作负极B放电时，NiO(OH)作负极C电解质溶液为碱性溶液D放电时，负极反应为Cd2OH2e=Cd(OH)2答案B3(溯源题)(2017课标全国，11)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所
18、示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16LixS8=8Li2Sx(2x8)。判断下列说法是否正确(1)电池工作时，正极可发生反应：2Li2S62Li2e=3Li2S4()(2)电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g()(3)石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性()(4)电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多()答案(1)(2)(3)(4)探源：本考题源于RJ选修4 P76“二次电池”及其知识拓展，对常见及新型电源的工作原理及电极反应进行了考查。题组教材常见传统电池的分析判断与拓展1铅蓄电池的工作原理为：PbPbO22H2SO4=2PbSO42
19、H2O，研读下图，下列判断正确的是()AK闭合时，d电极的电极反应式：PbSO42e=PbSOB当电路中通过0.2 mol电子时，中消耗的H2SO4为0.2 molCK闭合时，中SO向c电极迁移DK闭合一段时间后，可单独作为原电池，d电极为负极解析根据图示，K闭合时，为原电池，a为正极，b为负极，为电解池，c为阴极，d为阳极。d为阳极，发生氧化反应：PbSO42e2H2O=PbO24HSO，A项错误；根据铅蓄电池的总反应知，电路中转移0.2 mol电子时，中消耗0.2 mol H2SO4，B项正确；K闭合时，中SO向阳极(d极)迁移，C项错误；K闭合一段时间后，c电极析出Pb，d电极析出PbO
20、2，电解质溶液为H2SO4溶液，此时可以形成铅蓄电池，d电极作正极，D项错误。答案B2由我国科学家研发成功的铝锰电池是一种比能量很高的新型干电池，以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质，铝和二氧化锰石墨为两极，其电池反应为Al3MnO23H2O=3MnO(OH)Al(OH)3。下列有关该电池放电时的说法不正确的是()A二氧化锰石墨为电池正极B负极反应式为Al3e3NH3H2O=Al(OH)33NHCOH不断由负极向正极移动D每生成1 mol MnO(OH)转移1 mol电子解析由电池反应方程式知，铝为电池负极，铝失去电子转化为Al(OH)3，A、B正确；阴离子移向负极，C错误；由反应中锰元素价态变化
21、知D正确。答案C3电池在现代社会中具有极其广泛的应用。(1)银锌蓄电池是人造卫星所使用的高能电池之一，其放电时的反应是ZnAg2O=ZnO2Ag。则该电池的负极材料是_，放电时正极的电极反应式为_，放电时负极区的pH_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(2)某氢氧燃料电池用固体金属化合物陶瓷作电解质(可电离出金属离子和O2)，两极上发生的反应为A极：2H22O24e=2H2O；B极：_。电子流动的方向是_；假设该燃料电池工作时，每生成1 mol H2O(l)时产生的最大电能为240 kJ，则该电池的能量转化效率为_(H2的燃烧热为285 kJmol1，最大电能与所能释放出的全部热量之比)。解
22、析(1)由总反应式知锌是负极，电极反应为Zn2e2OH=ZnOH2O，故负极区的pH减小。(2)该燃料电池中，因A极上发生的是失去电子的反应，故B极上是氧气得到电子变成O2的反应，工作过程中A极失去电子而B极得到电子。能量转化效率为100%84.2 %。答案(1)锌Ag2OH2O2e=2Ag2OH减小(2)O24e=2O2由A极流向B极84.2%热点说明：随着全球能源逐渐枯竭，研发、推广新型能源迫在眉睫，因此，化学中的新型电源，成为科学家研究的重点方向之一，也成了高考的高频考点。高考中的新型化学电源，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。由于该类试题题材广
23、、信息新、陌生度大，因此许多考生感觉难度大。但应用的解题原理仍然还是原电池的基础知识，只要细心分析，实际上得分相对比较容易。1新型燃料电池(Fuel Cell)燃料电池是利用氢气、碳、甲醇、硼氢化物、天然气等为燃料与氧气或空气进行反应，将化学能直接转化成电能的一类原电池。其特点是：(1)有两个相同的多孔电极，同时电极不参与反应(掺杂适当的催化剂)。(2)不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内。(3)能量转换率较高，超过80%(普通燃烧能量转换率30%多)。【解题模板】2可充电电池对于一般的电池而言，充电电池具有一定的可逆性，在放电时，它是原电池装置；在充电时，它是电解过程，是一种经济、环保、电
24、量足、适合大功率、长时间使用的电器。【模型示例】镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，镁电池放电时电压高且平稳，因此成为人们研制绿色电池所关注的重点。有一种镁二次电池的反应为xMgMo3S4MgxMo3S4。下列说法错误的是()A放电时Mg2向正极移动B放电时正极的电极反应式为Mo3S42xe=Mo3SC放电时Mo3S4发生氧化反应D充电时阴极的电极反应为xMg22xe=xMg【解题模板】答案C3电极反应式书写与判断的三个步骤步骤一：负极失去电子发生氧化反应；正极上，溶液中阳离子(或氧化性强的离子)得到电子，发生还原反应，充电时则正好相反。步骤二：两电极转移电子数守恒，符合正极反应加负极反应
25、等于电池反应的原则；步骤三：注意电极产物是否与电解质溶液反应，若反应，一般要将电极反应和电极产物与电解质溶液发生的反应合并。模型解题“常考不衰”的燃料电池1科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法不正确的是()A电极a为电池的负极B电极b上发生的电极反应为O24H4e=2H2OC电路中每流过4 mol电子，在正极消耗44.8 L H2SD每17 g H2S参与反应，有1 mol H经质子膜进入正极区解析电极a上H2S转化为S2，发生氧化反应，则电极a为电池的负极，A项正确；电极b上O2转化为H2O，电极反
26、应式为O24H4e=2H2O，B项正确；负极反应式为2H2S4e=S24H，电路中每流过4 mol电子，在负极消耗2 mol H2S，而不是正极，且题中未指明H2S所处的状态，C项错误；根据2H2S4e=S24H知，17 g(0.5 mol)H2S参与反应，生成1 mol H经质子膜进入正极区，D项正确。答案C2(2018保定模拟)液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是()Ab电极发生氧化反应Ba电极的电极反应式：N2H44OH4e=N24H2OC放电时，电流从a电极经过负载流向b电极D其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜解析燃料电池燃料(N2H4)在负极(a电极)发生氧化反应：N2H44OH4e=N24H2O，O2在正极发生还原反应：O24e2H2O=4OH，总反应为N2H4O2=N22H2O，A项错误，B项正确；放电时电流由正极流向负极，C项错误；OH在正极生成，移向负极，所以离子交换膜应让OH通过，故选用阴离子交换膜，D项错误。答案B“起点高、落点低”的压轴选择题：可逆电池3已知：锂离子电池的总反应为：LixCLi1xCoO2CLiCoO2；锂硫电池的总反应为：2Li
