1、 第三单元 化学能与电能知识点1（一）原电池化学能转化为电能（1）装置（如图）（2）原电池：将化学能转化为电能的装置叫原电池常见原电池有干电池、蓄电池、燃料电池等。（3）组成：两个半电池、导线（连接两个半电池，形成外电路），盐桥（形成内电路）。（4）工作原理：还原性较强的物质作为负极，它向外电路提供电子；往往是氧化性较强的物质在正极上反应，它从外电路得到电子；内部通过盐桥中正、负离子的定向运动而形成回路。（5）形成条件：形成闭合回路；活性不同的两个电极（特殊情况下可以都是惰性电极），电解质溶液，能自发发生的氧化还原反应。构成原电池的四个基本条件是相互联系的，不能孤立、片面地看待某一个条件。在四
2、个基本条件当中，氧化还原反应是核心。（6）原电池正、负极的名称的判断方法：根据电极材料的性质确定a. 金属和金属组成的电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正极；b. 金属和导电的固态非金属组成的电极，金属是负极，固态非金属是正极。根据电极反应的本身确定： a. 负极：发生失电子反应的电极、发生氧化反应的电极； b. 正极：发生得电子反应的电极、发生还原反应的电极。根据电子、电流或离子移动方向确定：a. 负极：电子流出的电极、电流流入的电极，阴离子移向的电极；b. 正极：电子流入的电极、电流流出的电极、阳离子移向的电极。根据电极变化现象来确定：a. 若某一电极不断溶解或质量不断减少，则该电极发生氧
3、化反应，是负极；b. 若某一电极质量不断增加或有气泡产生，则该电极发生还原反应，是正极【特别提醒】通常两种不同的金属在电解质溶液中构成原电池时，较活泼的金属作负极，但也不是绝对的，严格地说，应以发生的电极反应来定。例如，MgA1合金放入稀盐酸中，Mg比Al易失去电子，Mg作负极；将MgA1合金放入烧碱溶液中，由于发生电极反应的是Al，故Al作负极。（7）电极反应式、总反应式的书写：原电池由两个电极构成，分别为正极和负极正极得到电子，发生还原反应；负极失去电子，发生氧化反应。在电极与界面上发生的氧化反应或还原反应称为电极反应，表征电极反应的式子，叫做电极反应式；一般将正、负极的电极反应式相加即得
4、电极总反应式。举例：ZnCu/CuSO4原电池：负极：Zn 2e = Zn2+ 正极：Cu2+ + 2e = Cu总反应：Cu2+ + Zn = Zn2+ + Cu（8）电子流动方向：电子从原电池的负极经导线流向正极（而电流从原电池的正极经导线流向负极）。【典型例题】例1. 下列有关原电池的叙述正确的是（ ） A. 原电池是将化学能转化为电能的装置 B在原电池中失去电子的一极是阴极 C. 原电池的两极一定是由活泼性不同的两种金属组成 D. 原电池的负极发生的是氧化反应题析：A、D 例2下列叙述是某同学做完铜锌原电池的实验后得出的结论和认识，你认为正确的是（ ） A. 构成原电池正极和负极的材料
5、必须是两种金属 B由铜、锌作电极与硫酸铜溶液组成的原电池中，铜作负极 C. 电子沿外导线由锌流向铜，通过硫酸铜溶液被氢离子得到而放出氢气 D铜锌原电池工作时，若有13克锌被溶解，电路中就有0.4摩尔电子通过题析：D。例3. 用Cu、Ag与硝酸银设计一个原电池，此电池的负极是 ，负极的电极反应式是 。将铜片和银片连接后没入硝酸银溶液中，构成了原电池，工作一段时间后，铜片质量减少了6.40 g，银的表面析出了固体 g。导线中通过_mol电子。题析：Cu；Cu 2e=Cu2+；21.6 ； 0.2例4. 在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是（ ） A. 正极附近的S
6、O42离子浓度逐渐增大 B电子通过导线由铜片流向锌片 C正极有O2逸出D. 铜片上有H2逸出题析：D 例5. 有关如图所示原电池的叙述，正确的是（盐桥中装有含琼胶的KCl饱和溶液，起导电和平衡电荷的作用） （ ）A. 反应中，盐桥中的K+会移向CuSO4溶液B. 取出盐桥后，电流计依然发生偏转C. 铜片上有气泡逸出D. 反应前后铜片质量不改变题析：A。知识点2 （一）原电池原理的应用1加快氧化还原反应速率 如实验室用Zn和稀H2SO4 （或稀HCl）反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4的溶液形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。2. 比较金
7、属的活动性强弱 原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。例如有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性：AB。3从理论上揭示金属腐蚀的主要原因及防止腐蚀的方法，判断金属腐蚀快慢的规律 金属腐蚀的本质是Mne = Mn+（发生氧化反应）。除金属直接被O2、Cl2等氧化剂氧化而发生腐蚀（这类腐蚀称为化学腐蚀）外，大部分都是不纯的金属与电解质溶液接触，发生原电池反应使较活泼金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。例如，在一块表面无锈的铁片上滴上一大滴含酚酞的食盐水，放置一段时间后可以看到液滴周围逐渐呈现红色，并
8、慢慢形成褐色的锈斑，这就是铁发生了电化学腐蚀的缘故。铁中含有的碳杂质和铁表面的水膜形成了原电池，电极反应为：2Fe4e= 2Fe2+（负极），2H2O+O2+4e= 4OH（正极），总反应为2Fe+O2 +2H2O = 2Fe（OH）2。Fe（OH）2 继续与空气中的O2作用：4Fe（OH）2+2H2O+O2 = 4Fe（OH）3，Fe（OH）3脱去一部分水生成了铁锈（Fe2O3xH2O）。（由于正极上溶于水膜中的O2得到电子，故此类电化学腐蚀又称为吸氧腐蚀。另外一种电化学腐蚀称为析氢腐蚀，电解质溶液为酸性，负极的反应一样，只是在正极发生的是：2H+ + 2e = H2。）原电池原理引起的腐蚀
9、 化学腐蚀 有防护措施的腐蚀。4. 设计原电池 从理论上说，任何一个氧化还原反应都可以设计成原电池。例如，利用Cu + 2FeCl3 =2FeCl2 + CuCl2的氧化还原反应就可设计成原电池。【特别说明】当原电池的负极材料与电解质溶液不能直接反应时，正极上发生的反应一般为溶解在溶液中的氧气得电子生成氢氧根离子，类似于钢铁的电化学腐蚀过程。（二）化学电源（1）定义：将化学能变成电能的装置。（2）分类：化学电源包括一次电池（用过以后不能复原）、二次电池（又叫蓄电池或可充电电池）和燃料电池等。（3）常见的化学电源：ZnMn干电池、银锌纽扣电池、铅蓄电池、氢氧燃料电池等。举例：铅蓄电池：负极：Pb
10、 + SO42 = PbSO4+ 2e正极：PbO2 + 4H+ +SO42+2e = PbSO4+ 2H2O 蓄电池放电和充电的总反应式：PbO2 +2H2SO4 + Pb 2PbSO4 +2H2O银锌蓄电池负极：Zn + 2OH = Zn（OH）2 + 2e正极：Ag2O + H2O + 2e = 2Ag + 2OH总反应式：Zn + Ag2O + H2O Zn（OH）2 +2Ag燃料电池 A. 氢氧燃料电池：类型电解质溶液为碱性电解质溶液为酸性负极H2 + 2OH = 2H2O + 2e2H2 = 4H+ + 4e正极O2 + 2H2O + 4e = 4OHO2 + 4H+ + 4e =
11、 2H2O电池反应2H2 + O2 = 2H2O2H2 + O2 = 2H2OB. 甲烷燃料电池（碱性溶液）负极：CH4 + 10 OH = CO32 + 7H2O + 8e正极：4H2O + 2O2 + 8e = 8OH电池总反应式为： CH4 + 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3H2O 【典型例题】例1. 铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式 。（2）若将（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应： 。负极反应： 。如图所示：【答案
12、】（1）2Fe3+ Cu=2Fe2+ + Cu2+ （2）2Fe3+ + 2e=2Fe2+Cu2e=Cu2+例2. 有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易被腐蚀，将A、D分别投入到等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液中无明显变化。将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出据此可推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为 （ ）A. D C A B B. D A B CC. D B A C D. B A D C题析：B例3. 零排放车载燃料电池曾被美国时代杂志列为21世纪改变人类生活的十大高新科技之首。其中质子（H+）交换膜燃料电池的工作原理如图所示，下列选项
13、中不正确的是（ ）A. 该电池的正极反应式为：O2 + 4H+ + 4e = 2H2OB. 该电池的负极反应式为：2H24e = 4H+C. 该电池的总反应式为：2H2 + O2 = 2H2O D. 导电离子：H+（质子）由正极定向移动至负极题析：D。例4. 用两根铂丝作电极插入KOH溶液中，再分别向两极通入甲烷和氧气，可形成原电池燃料电池该电池放电时发生的反应为CH4 + 2KOH + 2O2 = K2CO3 + 3H2O，下列说法错误的是 （ ）A. 通甲烷的极为负极，通氧气的一极为正极B. 放电时，通入氧气极附近溶液的pH升高C. 放电一段时间后，KOH的物质的量不发生变化D通甲烷极的电
14、极反应式是：CH4 + 10OH 8e = CO32 + 7H2O 题析：C例5. 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，在接触处易生锈D. 银质奖牌久置后表面变暗题析：D例6. 将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间后，以下叙述正确的是（ ）A. 两烧杯中铜片表面均无气泡产生B. 甲中铜片是正极，乙中铜片是负极C. 两烧杯中溶液的pH均增大D. 产生气泡的速率甲比乙慢题析：C。例7. A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸，如下图所示：（1）A中反应的离
15、子方程式为： 。（2）写出B中的电极反应式：Sn极： ；Fe极： 。（3）C中被腐蚀的金属是_，电池总反应式为：_。比较A、B、C中铁被腐蚀的速率，由大到小的顺序是 。答案：（1）Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 （2）2H+ + 2e = H2；Fe 2e= Fe2+；（3）Zn，Zn+2H+ = Zn2+ + H2。B A C四、应考锦囊1. 原电池电极判断依据可归纳如下：2. 在原电池中，电子由负极经导线流向正极，阳离子在正极上获得电子，通过电路中的电子和溶液中的离子的移动而形成回路，传导电流，电子并不进入溶液也不能在溶液中迁移。电子在导线上定向移动，离子在溶液中定向移动，化学能
16、转化为电能；原电池将一个完整的氧化还原反应分为两个半反应，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。一般将两个电极反应中得失电子的数目写成相同（取最小公倍数）的形式（如Cu 2e= Cu2+、2Ag+ + 2e = 2Ag），相加后便得到总反应方程式。3. 书写电池的电极反应可按“三步曲”进行：先写出还原剂和氧化产物（如CH4CO2或CH4CO32）。氧化剂和还原产物（如O2O2或O2OH或O2H2O），由升高或降低价数写出失去或得到的电子数；再结合电解质，考虑为平衡电荷应加上什么粒子；最后考虑各元素原子数目相等，即配平电极反应式。4. 判断电池的电极反应是否正确要做到“三注意”：一是负极总是发生氧
17、化反应、正极总是发生还原反应（这可能是某些选择题的快速突破口）；二是看电极反应中的介质是否与题给电解质相符合；三是用电极反应相加是否等于总反应或总反应减去正（负）极反应是否与负（正）极反应相符合来验证反应是否书写正确。【模拟试题】（答题时间：60分钟）一、选择题1. 图中装置能组成原电池并产生电流的是（ ）2. 关于铜锌稀硫酸构成的原电池的有关叙述错误的是（ ）A. 锌为负极，锌发生氧化反应B. 铜为正极，铜不易失去电子而受到保护C. 负极发生还原反应，正极发生氧化反应D. 外电路电子流入的一极为正极，电子流出的一极为负极3. 在用锌片、铜片和稀硫酸组成的原电池装置中，经过一段时间工作后，下列
18、说法正确的是（ ）A. 锌片是正极，铜片上有气泡产生B. 电流方向是从锌片流向铜片C. 溶液中硫酸的物质的量减小D. 电解液中H+浓度值保持不变*4. 对铜锌稀硫酸组成的原电池装置中，当导线中有1 mol电子通过时，理论上的两极变化是（ ）锌片溶解了32.5 g 锌片增重32.5 g 铜片上析出 1 g H2 铜片上析出1 mol H2A. 和 B. 和C. 和D. 和5. 下列关于原电池的叙述中正确的是（ ）A. 原电池能将化学能转变为电能B. 原电池负极发生的电极反应是还原反应C. 原电池在工作时其正极不断产生电子并经外电路流向负极D. 原电池的电极只能由两种不同的金属构成6. 某金属能和
19、盐酸反应生成氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，则该金属可能为（ ）A. 铝 B. 铜 C. 锡 D. 硅7. 已知空气锌电池的电极反应为：锌片：Zn+2OH2e=ZnO+H2O石墨：O2+2H2O+4e=4OH据此判断，锌片是（ ）A. 负极，并被氧化 B. 负极，并被还原C. 正极，并被氧化 D. 正极，并被还原8. 下列几种铁板，在镀层被破坏后，最耐腐蚀的是（ ）A. 镀锌铁板 B. 镀铜铁板C. 镀锡铁板 D. 镀铅铁板9. 把a、b、c、d四块金属片浸泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成多种原电池：若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c为负极；a、c相连时，c为正极；b
20、、d相连时，b为正极。则这四种金属的活动性顺序由强到弱为（ ）A. abcd B. acdbC. cabd D. bdca10. 随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是（ ）A. 利用电池外壳的金属材料B. 防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C. 不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品D. 回收其中的石墨电极11. 微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH，电极反应为：Zn+2OH2e=ZnO+H2OAg2O+H2O+2e=2Ag+2OH根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是（
21、）A. 使用过程中，电池负极区溶液的pH增大B. 使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极C. Zn是负极，Ag2O是正极D. Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应12. 下列事实能说明Al的金属活动性比Cu强的是（ ）A. 常温下将铝和铜用导线连接组成原电池放入到氢氧化钠溶液中B. 常温下将铝和铜用导线连接组成原电池放入到稀盐酸中C. 与氯气反应时，铝失去3个电子，而铜失去2个电子D. Al（OH）3有两性而Cu（OH）2只有弱碱性*13. NiCd电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行：Cd（OH）2+2Ni（OH）2Cd+2NiO（OH）+2H2O由此可知，
22、该电池放电时的负极材料是（ ）A. Cd（OH）2 B. Ni（OH）2C. CdD. NiO（OH）14. 航天技术上使用一种氢氧燃料电池，它具有高能轻便、不污染环境等优点，该电池总反应方程式为：2H2+O2=2H2O，该电池的正极反应可表示为（ ）A. 4H+4e=2H2B. 2H24e=4H+C. 4OH4e=O2+2H2OD. O2+2H2O+4e=4OH15. 设想通过原电池反应以H2和Cl2为原料生产盐酸。关于这种原电池的设想正确的是（ ）A. 正极反应为H22e=2H+B. 在电池工作时，H+移向负极C. 电池正极发生氧化反应D. 以盐酸作为电解质，并不断补充蒸馏水，以维持溶液一
23、定的pH*16. 铅蓄电池放电时发生下列变化：负极：Pb+2e=PbSO4正极：PbO2+4H+2e=PbSO4+2H2O使用该电池电解CuSO4溶液，要得到纯铜1.6 g，这时铅蓄电池消耗H2SO4的物质的量为（ ）A. 0.025 molB. 0.05 molC. 0.1 molD. 0.2 mol*17. 最新研制出一种由甲醇和氧气及强碱作电解质溶液的新型手机电池。下列有关此电池的叙述错误的是（ ）A. 正极电极反应：O2+2H2O+4e=4OHB. 负极电极反应：CH3OH+8OH6e=C. 电池在使用过程中电解质溶液的pH升高D. 当外电路通过0.6 mol电子时，理论上消耗甲醇3.
24、2 g二、非选择题18. 根据氧化还原反应方程式：2Fe3+Fe=3Fe2+，请将其设计成一个原电池：（1）电池的负极是 。（2）可用 等材料作正极。（3）正极发生的电极反应式是 。19. 如图所示，组成一个原电池。（1）当电解质溶液为稀硫酸时：Fe电极是 （填“正”或“负”）极，其电极反应式为 ，该反应是 （填“氧化”或“还原”）反应；Cu电极是 （填“正”或“负”）极，其电极反应式为 ，该反应是 （填“氧化”或“还原”）反应。（2）当电解质溶液为稀硝酸时：Fe电极是 （填“正”或“负”）极，其电极反应式为 ，该反应是 （填“氧化”或“还原”）反应。Cu电极是 （填“正”或“负”）极，其电极
25、反应式为 ，该反应是 （填“氧化”或“还原”）反应。20. 化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。（1）化学电池是将 能转化为 能的装置。（2）下列化学电池不易造成环境污染的是 。A. 锂电池 B. 锌锰电池 C. 镍镉电池D. 氢氧燃料电池21. 1991年我国首创以铝空气海水为能源的新型“海水电池”，该电池以海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流。它比干电池能量高2050倍。其总反应式表示为：4Al+3O2+6H2O=4Al（OH）3。（1）该电源的负极材料为 ，正极材料为 。（2）写出电极反应：负极反应： 。正极反应： 。22. （4分）航天技术中使用的氢氧燃料电池具
26、有高能、轻便和不污染环境等优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池总反应式都表示为：2H2+O2=2H2O。酸式氢氧燃料电池的电解质是酸，其负极反应可表示为：2H24e=4H+，则其正极反应表示为： ；碱式氢氧燃料电池的电解质是碱，其正极反应表示为：O2+2H2O+4e=4OH，则其负极反应可表示为: 。【试题答案】一、选择题：题号123456789答案BCCAACAAB题号1011121314151617答案BCBCDDBC4. 解析：当1 mol电子发生转移，根据ZnZn2+2e的关系，在负极发生了氧化反应的Zn的物质的量为0.5 mol，质量就是32.5g；又根据2H+H22
27、e知，正极被还原得到的氢气的物质的量为0.5mol，其质量为1 g。所以选A。13. 解析：解本题关键是要从上述的充放电反应中找出哪个是原电池的反应。本类题型是高考的热点。因为本题既涉及原电池反应，又考查电解池的反应。了解到放电是原电池的反应，所以，负极材料应是被氧化，失电子，化合价升高的。所以上述方程式从右到左分析，化合价升高的元素是Cd。选C。 16解析：解本题的关键是找出本反应之所以有硫酸消耗是电池的正极有消耗。二、非选择题：18. （1）Fe（2）活泼性比铁弱的导体（3）Fe3+e=Fe2+19. （1）负Fe2e=Fe2+氧化正2H+2e=H2还原（2）负Fe3e=Fe3+（或Fe2e=Fe2+）氧化正4H+NO3+3e=NO+2H2O还原20. （1）化学电（2）D21. （1）铝石墨（2）4Al12e=4Al3+3O2+6H2O+12e=12OH22. O2+4H+4e=2H2O2H2+4OH4e=4H2O
