2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 第04章 電化學(xué)基礎(chǔ) 專題4.1 原電池試題 新人教版選修4.doc

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專題4.1 原電池 一、電化學(xué)及其分類 1．電化學(xué)的概念：研究________________________相互轉(zhuǎn)換的裝置、過程和效率的科學(xué)。 2．電化學(xué)的分類 二、原電池及其工作原理 1．原電池 （1）概念：將________轉(zhuǎn)化為________的裝置。 （2）實質(zhì)：利用能自發(fā)進(jìn)行的________反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 （3）構(gòu)成條件。 ①兩個________________的電極； ②________________溶液； ③形成________________回路； ④自發(fā)進(jìn)行的________________反應(yīng)。 2．原電池的工作原理（以鋅銅原電池為例）。 工作原理：利用______________反應(yīng)在不同區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，以適當(dāng)方式連接起來，獲得電流。 以銅鋅原電池為例： （1）在ZnSO4溶液中，鋅片逐漸溶解，即Zn被_________，鋅原子失電子，形成_____進(jìn)入溶液，從鋅片上釋放的電子，經(jīng)過導(dǎo)線流向__________； CuSO4溶液中，________從銅片上得電子，還原成為________并沉積在銅片上。 鋅為________，發(fā)生_____反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Zn－2e－===Zn2＋； 銅為________，發(fā)生______反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－===Cu。 總反應(yīng)式為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的。 （2）閉合回路的構(gòu)成： 外電路：電子從_________到__________，電流從正極到負(fù)極， 內(nèi)電路：溶液中的陰離子移向ZnSO4溶液，陽離子移向CuSO4溶液。 （3）鹽橋 鹽橋中通常裝有含瓊膠的KCl飽和溶液。當(dāng)其存在時，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，Zn棒中的Zn原子失去電子成為Zn2＋進(jìn)入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2＋過多，帶正電荷。Cu2＋獲得電子沉積為Cu，溶液中Cu2＋過少，過多，溶液帶負(fù)電荷。當(dāng)溶液不能保持電中性時，將阻止放電作用的繼續(xù)進(jìn)行。鹽橋的存在就避免了這種情況的發(fā)生，其中Cl－向ZnSO4溶液遷移，K＋向CuSO4溶液遷移，分別中和過剩的電荷，使溶液保持電中性，反應(yīng)可以繼續(xù)進(jìn)行。 三、原電池的設(shè)計 1．設(shè)計依據(jù)：理論上，任何一個自發(fā)的______________________都可以設(shè)計成原電池。 2．設(shè)計步驟 以根據(jù)反應(yīng)：Fe+CuSO4 FeSO4+Cu設(shè)計原電池為例： （1）首先分析所給的氧化還原反應(yīng)，將其拆分成兩個半反應(yīng)：________反應(yīng)和________反應(yīng)： 氧化反應(yīng)：Fe?2e?Fe2+；還原反應(yīng)：Cu2++2e?Cu。 （2）根據(jù)原電池的特點(diǎn)再結(jié)合兩個半反應(yīng)確定正、負(fù)極的材料及電解質(zhì)溶液。 ①負(fù)極材料：__________________。 ②正極材料：比負(fù)極____________________________________。 ③電解質(zhì)溶液：負(fù)極區(qū)：__________________；正極區(qū)：__________________。 （3）畫出裝置圖。 一、1．化學(xué)能與電能 2．原電池 電解池 二、Cu2++2e－Cu Zn－2e?Zn2+ 1．（1）化學(xué)能 電能 （2）氧化還原 （3）①活潑性不同 ②電解質(zhì) ③閉合 ④氧化還原 2．氧化還原 （1）氧化 Zn2＋ 銅片 Cu2＋ 金屬銅 負(fù)極 氧化 正極 還原 （2）負(fù)極 正極 三、1．氧化還原反應(yīng) 2．（1）氧化 還原 （2）①還原劑（Fe) ②不活潑的金屬(如Cu)或非金屬（如C) ③FeSO4溶液 CuSO4溶液 一、原電池的判定 先分析有無外接電源，有外接電源的為電解池，無外接電源的可能為原電池；然后依據(jù)原電池的形成條件分析判斷，主要是“四看”： 一看電極??兩極為導(dǎo)體且存在活潑性差異(燃料電池的電極一般為惰性電極)； 二看溶液??兩極插入電解質(zhì)溶液中； 三看回路??形成閉合回路或兩極直接接觸； 四看本質(zhì)??有無自發(fā)的氧化還原反應(yīng)發(fā)生。 注意啦：多池相連，但無外接電源時，兩極活潑性差異最大的一池為原電池，其他各池可看做電解池。 下列裝置中能構(gòu)成原電池產(chǎn)生電流的是 【解析】A、D項中電極與電解質(zhì)溶液之間不發(fā)生反應(yīng)，不能構(gòu)成原電池；B項符合原電池的構(gòu)成條件，兩電極發(fā)生的反應(yīng)分別是Zn－2e－===Zn2＋，2H＋＋2e－===H2↑；C項中酒精不是電解質(zhì)，故不能構(gòu)成原電池。 【答案】B 二、原電池正、負(fù)極的判斷方法 1．根據(jù)電極材料判斷 負(fù)極??活潑性較強(qiáng)的金屬； 正極??活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬； 注意啦：活潑金屬不一定作負(fù)極，如Mg、Al在NaOH溶液中，Al做負(fù)極。 2．根據(jù)電子流動方向或電流方向或電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向移動方向判斷 負(fù)極??電子流出極，電流流入極或陰離子定向移向極； 正極??電子流入極，電流流出極或陽離子定向移向極。 3．根據(jù)兩極發(fā)生的變化判斷 負(fù)極??失去電子，化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng)； 正極??得到電子，化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)。 4．根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象判斷 負(fù)極??會逐漸溶解，質(zhì)量減小； 正極??有氣泡逸出或質(zhì)量增加。 注意啦：原電池正負(fù)極判斷的基礎(chǔ)是氧化還原反應(yīng)。如果給出一個方程式讓判斷正、負(fù)極，可以直接根據(jù)化合價的升降變化來判斷，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的一極為正極。 原電池的正極一定是 A．化學(xué)性質(zhì)較活潑的金屬 B．化學(xué)性質(zhì)較不活潑的金屬 C．電子流出的一極 D．電子流入的一極 【解析】原電池的正極材料可以是金屬、非金屬或金屬氧化物等，但無論是哪種材料，正極上都發(fā)生還原反應(yīng)，是電子流入的一極。 【答案】D 三、原電池原理的應(yīng)用 1．加快氧化還原反應(yīng)的速率 在鋅與稀硫酸反應(yīng)時加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的速率加快。 2．尋求和制造干電池和蓄電池等化學(xué)能源(下節(jié)學(xué)習(xí)) 3．比較金屬活動性強(qiáng)弱 兩種金屬a和b，用導(dǎo)線連接后插入到稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產(chǎn)生。根據(jù)電極現(xiàn)象判斷出a是負(fù)極，b是正極，由原電池原理可知，金屬活動性a＞b。 4．用于金屬的防護(hù) 要保護(hù)一個鐵閘，可用導(dǎo)線將其與一鋅塊相連，使鋅作原電池的負(fù)極，鐵閘作正極。 5．設(shè)計化學(xué)電池 以2FeCl3＋Cu2FeCl2＋CuCl2為依據(jù)，設(shè)計一個原電池。 （1）將氧化還原反應(yīng)拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個半反應(yīng)，分別作原電池的負(fù)極和正極的電極反應(yīng)式。 負(fù)極：Cu－2e－Cu2＋ 正極：2Fe3＋＋2e－2Fe2＋ （2）確定電極材料 如發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)為金屬單質(zhì)，可用該金屬直接作負(fù)極；如為氣體(H2)或溶液中的還原性離子，可用惰性電極(如Pt、碳棒)作負(fù)極材料。發(fā)生還原反應(yīng)的電極材料必須不如負(fù)極材料活潑。 本例中可用銅棒作負(fù)極，用鉑絲或碳棒作正極。 （3）確定電解質(zhì)溶液 一般選用反應(yīng)物中的電解質(zhì)溶液即可。如本例中可用FeCl3溶液作電解液。 （4）構(gòu)成閉合回路 注意啦：設(shè)計原電池時，若氧化還原方程式中無明確的電解質(zhì)溶液，可用水作電解質(zhì)，但為了增強(qiáng)其導(dǎo)電性，通常加入強(qiáng)堿或一般的強(qiáng)酸。如燃料電池，水中一般要加入KOH或H2SO4。 一種新型燃料電池，它以多孔鎳板為電極插入KOH溶液中，然后分別向兩極通入乙烷和氧氣，則有關(guān)此電池推斷正確的是 A．通入乙烷的電極為正極 B．參加反應(yīng)的乙烷與氧氣的物質(zhì)的量之比為7∶2 C．放電一段時間后，KOH的物質(zhì)的量濃度減少 D．負(fù)極反應(yīng)式為C2H6＋6H2O－14e－===2＋18H＋ 【解析】乙烷燃燒的化學(xué)方程式為2C2H6＋7O2―→4CO2＋6H2O，在該反應(yīng)中氧氣得電子，乙烷失電子，因此通入氧氣的電極為正極，而通入乙烷的電極為負(fù)極，故A答案錯誤；反應(yīng)中參加反應(yīng)的乙烷與氧氣的物質(zhì)的量之比應(yīng)為2∶7，故B答案錯誤；考慮到該電池是以KOH為電解質(zhì)溶液的，生成的CO2會和KOH反應(yīng)轉(zhuǎn)化成K2CO3，反應(yīng)中消耗KOH，KOH的物質(zhì)的量濃度減少，故C答案正確；由于該電池是以KOH溶液為電解液的，D答案中負(fù)極生成的H＋顯然在溶液中是不能存在的，故D答案錯誤?？紤]到電解質(zhì)溶液的影響，此時該電池的總反應(yīng)式應(yīng)為2C2H6＋8KOH＋7O2―→4K2CO3＋10H2O，正極反應(yīng)式為14H2O＋7O2＋28e－===28OH－(正極氧氣得電子，理論上形成O2－，但該粒子在水中不穩(wěn)定，必須以O(shè)H－形式存在)，負(fù)極反應(yīng)式可用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式得到：2C2H6＋36OH－－28e－===4＋24H2O。 【答案】C 1．下列各裝置能形成原電池的是 2．把A、B、C、D四塊金屬泡在稀H2SO4中，用導(dǎo)線兩兩相連可以組成各種原電池。A、B相連時，A為負(fù)極；C、D相連時，D上有氣泡逸出；A、C相連時，A極減輕；B、D相連時，B為正極。則四種金屬的活動性順序由大到小排列為 A．A>B>C>D B．A>C>B>D C．A>C>D>B D．B>D>C>A 3．一個由鋅片和石墨棒作為電極的原電池，電極反應(yīng)分別是： 鋅片：2Zn + 4OH? ?4e? 2ZnO + 2H2O 石墨：2H2O + O2 + 4e? 4OH? 下列說法中不正確的是 A．電解質(zhì)溶液為酸性溶液 B．鋅片是負(fù)極，石墨棒是正極 C．電池反應(yīng)為2Zn + O22ZnO D．該原電池工作一段時間后石墨棒附近溶液的pH增大 4．某新型水系鈉離子電池工作原理如下圖所示。TiO2光電極能使電池在太陽光照下充電，充電時Na2S4還原為Na2S。下列說法錯誤的是 A．充電時，太陽能轉(zhuǎn)化為電能，又轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 B．放電時，a極的電極反應(yīng)式為：4S2--6e-=S42- C．充電時，陽極的電極反應(yīng)式為：3I--2e-=I3- D．M是陰離子交換膜 5．已知某原電池的電極反應(yīng)是Fe – 2e? Fe2+，Cu2+ + 2e?Cu，據(jù)此設(shè)計該原電池，并回答問題。 （1）若原電池裝置為圖中甲： ①電極材料A是 ，B是 (寫名稱)。 ②觀察到A電極的現(xiàn)象是 。 （2）若原電池裝置為圖中乙： ①電極材料X是 (填序號，下同)。 a．鐵 b．銅 c．石墨 ②電解質(zhì)Y是 。 a．FeSO4 b．CuSO4 c．CuCl2 6．為了探究原電池的工作原理，某化學(xué)學(xué)習(xí)小組設(shè)計了一組實驗，其裝置如圖所示： 甲 乙 丙 丁 戊 回答下列問題： （1）根據(jù)原電池原理填寫下表： 裝置序號 正極 負(fù)極反應(yīng)式 陽離子移動方向 甲 乙 丙 丁 戊 （2）電極類型除與電極材料的性質(zhì)有關(guān)外，還與 　　　　　　　　　　有關(guān)。 （3）根據(jù)上述電池分析，負(fù)極材料是否一定參加電極反應(yīng)?　　　　 (填“是”、“否”或“不一定”)，用上述電池說明：　　　　　　　　　　　　　　 。 （4）上述電池放電過程中，電解質(zhì)溶液酸堿性的變化：甲　　　　　　　，丙　　　　　　　，戊　　　　　　　。(均填“酸性減弱”或“堿性減弱”) 7．[2017天津]下列能量轉(zhuǎn)化過程與氧化還原反應(yīng)無關(guān)的是 A．硅太陽能電池工作時，光能轉(zhuǎn)化成電能 B．鋰離子電池放電時，化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能 C．電解質(zhì)溶液導(dǎo)電時，電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能 D．葡萄糖為人類生命活動提供能量時，化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能 8．[2016上海]圖1是銅鋅原電池示意圖。圖2中，x軸表示實驗時流入正極的電子的物質(zhì)的量，y軸表示 A．銅棒的質(zhì)量 B．c(Zn2+) C．c(H+) D．c() 1．【答案】D 2．【答案】C 【解析】金屬組成原電池，相對活潑的金屬失去電子作負(fù)極，相對不活潑的金屬作正極。負(fù)極被氧化，質(zhì)量減輕，正極發(fā)生還原反應(yīng)，有物質(zhì)析出，由題意得活動性A>B、A>C、C>D、D>B，故正確答案為C。 3．【答案】A 【解析】由電極反應(yīng)可知Zn發(fā)生氧化反應(yīng)，是原電池的負(fù)極，O2發(fā)生還原反應(yīng)，石墨棒是正極；電解質(zhì)溶液應(yīng)為堿性溶液；隨著反應(yīng)的進(jìn)行鋅片周圍pH減小，石墨棒周圍產(chǎn)生OH?，pH增大；兩電極反應(yīng)相加得總反應(yīng)式：2Zn+O22ZnO。 4．【答案】D 【解析】TiO2光電極能使電池在太陽光照下充電，所以充電時，太陽能轉(zhuǎn)化為電能，電能又能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，A正確；充電時Na2S4還原為Na2S，放電和充電互為逆過程，所以a是負(fù)極，a極的電極反應(yīng)式為：4S2--6e-=S42-，B正確；在充電時，陽極I-失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，極反應(yīng)為3I--2e-=I3-，C正確；通過圖示可知，交換膜只允許鈉離子自由通過，所以M是陽離子交換膜，D錯誤；正確選項D。 點(diǎn)睛：本題考查了原電池的原理，明確正負(fù)極上得失電子及反應(yīng)類型是解題的關(guān)鍵，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，明確哪種離子能夠自由通過交換膜，可以確定交換膜的類型。題目難度中等。 5．【答案】（1）①銅(或石墨棒) 鐵 ②有紅色物質(zhì)析出（或變粗） （2）①bc ②bc 【解析】（1）結(jié)合氧化還原反應(yīng)的知識可知Fe?2e?Fe2+是負(fù)極反應(yīng)，故Fe作負(fù)極，Cu2++2e?Cu是正極反應(yīng)，故A應(yīng)是銅或石墨棒，現(xiàn)象是看到有紅色物質(zhì)析出，電極變粗。（2）不含鹽橋的原電池中正極材料是比負(fù)極金屬活潑性差的金屬或?qū)щ姷姆墙饘?，故此時正極是銅或石墨，但負(fù)極只能是鐵，電解質(zhì)溶液是含不活潑金屬離子的鹽溶液，可為硫酸銅、氯化銅或硝酸銅。 6．【答案】（1） 裝置序號 正極 負(fù)極反應(yīng)式 陽離子移動方向 甲 Al Mg?2e?Mg2+ 移向鋁極 乙 Pt Fe?2e?Fe2+ 移向鉑極 丙 Mg Al?3e?+4OH?+2H2O 移向鎂極 丁 Al Cu?2e?Cu2+ 移向鋁極 戊 石墨 CH4?8e?+10OH?+7H2O 移向石墨電極 （2）電解質(zhì)溶液的性質(zhì) （3）不一定 在題述五個原電池中，戊裝置的負(fù)極材料沒有參與反應(yīng)，其他電池的負(fù)極材料發(fā)生了氧化反應(yīng) （4）酸性減弱 堿性減弱 堿性減弱 （2）通過比較甲、丙電池可知，電極材料都是鋁、鎂，由于電解質(zhì)溶液不同，故電極反應(yīng)不同，即電極類型與電解質(zhì)溶液也有關(guān)。 （3）大多數(shù)電池的負(fù)極材料發(fā)生氧化反應(yīng)，但燃料電池的負(fù)極材料不參與反應(yīng)，氫氣、一氧化碳、甲烷、乙醇等可燃物在負(fù)極區(qū)發(fā)生氧化反應(yīng)。 （4）根據(jù)電解質(zhì)溶液中的反應(yīng)情況判斷溶液酸堿性的變化。 【備注】通常所說的活潑金屬作負(fù)極，是依據(jù)金屬活動順序表的，即金屬與酸反應(yīng)的活潑性，但要注意鋁和鎂作原電池的電極，氫氧化鈉溶液作電解質(zhì)溶液時，鋁作負(fù)極；還要注意常溫下濃硝酸能使活潑的金屬鋁、鐵鈍化，使其不能參與原電池反應(yīng)。 7．【答案】A。 8．【答案】C 【解析】該裝置構(gòu)成原電池，Zn是負(fù)極，Cu是正極。A．在正極Cu上溶液中的H+獲得電子變?yōu)闅錃猓珻u棒的質(zhì)量不變，錯誤；B．由于Zn是負(fù)極，不斷發(fā)生反應(yīng)Zn?2e?=Zn2+，所以溶液中c(Zn2+)增大，錯誤；C．由于反應(yīng)不斷消耗H+，所以溶液的c(H+)逐漸降低，正確；D．SO42?不參加反應(yīng)，其濃度不變，錯誤。 什么水沏茶好 唐代“茶神”陸羽所著《茶經(jīng)》上，對沏茶的水有如下述說：“泉水為上，江水為中，井水為下。”這是為什么呢？原來，這與水的酸堿度有關(guān)，當(dāng)沏茶的水的pH大于5時，茶水中會形成茶紅素鹽，使茶水的顏色變深發(fā)暗，甚至使茶水喪失鮮爽感。井水中一般溶解的鹽類較多，水質(zhì)硬，故不宜沏茶。河水堿性較小，泉水堿性更小，因此泉水沏茶最好。