1、【 精品教育资源文库 】 第 3 节 化学能转化为电能 电池 考纲定位 全国卷 5年考情 1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式。 2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。 3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害及保护措施。 2017年： 卷 T11 2016年： 卷 T11； 卷 T11 2015年： 卷 T11； 卷 T26(1、 2) 2014年： 卷 T12 2013年： 卷 T10、 T27(5)、 T28(5)； 卷 T11 考点 1| 原电池及其工作原理 (对应学生用书第 121页 ) 考纲知识整合 1原电池的概念 把 化学能 转化为 电能
2、 的装置，其本质是发生了 氧化还原 反应。 2原电池的构成 (1)有两个 活动性不同 的电极 (常见为金属或石墨 )。 (2)将电极插入 电解质溶液 中。 (3)两电极间构成 闭合回路 (两电极接触或用导线连接 )。 (4)能自发发生氧化还原反应。 3工作原理 如图是 CuZn原电池，请填空： (1)反应原理 电极名称 负极 正极 电极材料 Zn Cu 电极反应 Zn 2e =Zn2 Cu2 2e =Cu 反应类型 氧化 反应 还原 反应 (2)原电池中的三个方向 【 精品教育资源文库 】 电子方 向：从 负 极流出沿导线流入 正 极； 电流方向：从 正 极沿导线流向 负 极； 离子的迁移方
3、向：电解质溶液中，阴离子向 负 极迁移，阳离子向 正 极迁移。 (3)两种装置的比较 图 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 中 Zn和 CuSO4溶液分别在两个池中， 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。 (4)盐桥作用 连接内电路，形成 闭合回路； 平衡电荷，使溶液呈电中性，使原电池不断产生电流。 4原电池原理的三个应用 (1)设计制作化学电源 首先将氧化还原反应分成两个
4、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。 (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)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 加快 。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。 应用体验 判断正误 (正 确的打 “” ，错误的打 “”) 。 (1)在化学反应中，所有自发的放热反应均可以设计成原电池。 ( ) (2)原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。 ( ) (3)MgAl形成的原电池， Mg一定作
5、负极。 ( ) (4)Cu、 Al、浓 HNO3构成的原电池的负极反应为 Al 3e =Al3 。 ( ) (5)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。 ( ) (6)相同情况下，带有 “ 盐桥 ” 的原电池比不带 “ 盐桥 ” 的原电池电流持续时间长。 ( ) (7)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。 ( ) (8)化学电源工作时，内电路介质中的阳离子一定向正极迁移。 ( ) (9)实验室制备 H2时，用粗锌 (含 Cu、 Fe等 )代替纯锌与盐酸反应效果更佳。 ( ) (10)原电池反应时，电子从负极流出经导线流入正极，然后通
6、过溶液流回负极。 ( ) 【答案】 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 【 精品教育资源文库 】 (10) 高考命题点突破 命题点 1 原电池的构成和设计 1在如图所示的 8 个装置中，不能形成原电池的是 _(填序号 )，并指出原因 _ _。 【答案】 中不存在两极； 两极金属相同； 中酒精不是电解质溶液，不导电； 中没有构成闭合回路 2设计原电池装置证明 Fe3 的氧化性比 Cu2 强。 (1)负极反应式： _。 (2)正极反应式： _。 (3)电池总反应方程式： _。 (4)在框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液： 不含盐桥 含盐桥 【答案】 (1
7、)Cu 2e =Cu2 (2)2Fe3 2e =2Fe2 【 精品教育资源文库 】 (3)2Fe3 Cu=2Fe2 Cu2 (4) 思维建模 原电池设计的思维模板 正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属 如石墨等 作为正极。 电解质溶液的选择：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 。但如果氧化反应和还原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。 画装置图：注明电极材料与电解质溶液。但应注意盐桥
8、不能画成导线，要形成闭合 回路。 命题点 2 原电池原理 3 (2015 天津高考 )锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是 ( ) 【导学号： 95160165】 A铜电极上发生氧化反应 B电池工作一段时间后，甲池的 c(SO24 )减小 C电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 C A.Cu作正极，电极上发生还原反应，错误； B.电池工作过程中， SO24 不参 加电极反应，故甲池的 c(SO24 )基本不变； C.电池工作时，甲池反应为 Zn 2e =Zn2 ，乙池反应为Cu2
9、 2e =Cu，甲池中 Zn2 会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电【 精品教育资源文库 】 极反应式可知，乙池中每有 64 g Cu 析出，则进入乙池的 Zn2 为 65 g，溶液总质量略有增加，正确； D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜。 4分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是 ( ) 【导学号： 95160166】 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 B 中 Mg不与
10、NaOH溶液反应，而 Al 能和 NaOH溶液反应，失去电子作负极； 中室温下 Fe 在浓 HNO3中钝化， Cu和浓 HNO3反应，失去电子作负极，则 Fe 作正极， A、 C错误； 中电池总反应式为 2Al 2NaOH 6H2O=2NaAl(OH)4 3H2 ，负极反应式为 2Al 8OH 6e =2Al(OH)4 ，二者相减得到正极反应式为 6H2O 6e =6OH 3H2 ， B 正确； 中 Cu作正极，电极反应式为 O2 2H2O 4e =4OH ， D错误。 5 (2018 厦门模拟 )将反应 2Fe3 2I 2 I2设计成如图所示的原电池。 下列说法不正确的是 ( ) 【导学号：
11、 95160167】 A盐桥中的 K 移向 FeCl3溶液 B反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 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 中石墨电极为负极 D A项，甲池中石墨电极为正极，乙池中石墨电极为负极，盐桥中阳离子向正极移动，所以向 FeCl3溶液迁移，正确； B项，反应开始时，乙中 I 失去电子，发生氧化反应，正确；C 项，当电流计读数为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，正确； D 项，当加入Fe2 ，导致平衡逆向移动，则 Fe2 失去电子生成 Fe3 ，作为负极，而乙中石墨成为正极，错【 精品教育资源文库 】 误。
12、 题后归纳 原电池的工作原理简图 注： 若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。 若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离 子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。 若反应为可逆反应，改变条件， 平衡 移动方向改变时电流方向也改变，正、负极颠倒。 命题点 3 原电池原理的应用 6 M、 N、 P、 E 四种金属，已知： M N2 =N M2 ； M 、 P 用导线连接放入 NaHSO4溶液中， M 表面有大量气泡逸出； N 、 E 用导线连接放入 E 的硫酸盐溶液中，电极反应为E2 2e =E， N 2e =N2 。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是 ( ) 【导学号： 951
13、60168】 A PMNE B ENMP C PNME D EPMN A 由 知，金属活动性： MN； M、 P用导线连接放入 NaHSO4溶液中， M 表面有大量气泡逸出，说明 M 作原电池的正极，故金属活动性： PM； N、 E 构成的原电池中， N 作负极，故金属活动性： NE。 7把符合题意的图像填在横线上 (用 A、 B、 C、 D表示 ) (1)将等质量的两份锌粉 a、 b分别加入过量的稀硫酸，同时向 a中加入少量的 CuSO4溶液，产生 H2的体积 V(L)与时间 t(min)的关系是 _。 (2)将过量的两份锌粉 a、 b分别加入定量的稀硫酸，同时向 a中 加入少量的 CuSO4溶液，产生 H2的体积 V(L)与时间 t(min)的关系是 _。 (3)将 (1)中的 CuSO4溶液改成 CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是 _。 【解析】 (1)a 中加入 CuSO4，消耗一部分 Zn， Cu、 Zn 形成原电池，反应速率加快，所以 a放出 H2的量减少，但速率加快。 (2)a中加入 CuSO4消耗 Zn，但不影响产生 H2的量，速率也加快。 (3)CH3COONa与 H2SO4反应后生成弱酸 CH3COOH，从而减慢反应速率，但产生 H2的量没发【 精品教育资源文库 】 生变化。 【答案】 (1)A (2)B (3)
