2.2 微专题4 原电池原理考查热点再落实（Word导学案）-【步步高】2023-2024学年高一化学必修第二册学习笔记（鲁科版2019，鲁琼）

微专题四　原电池原理考查热点再落实 一、原电池中正、负极的判断依据 判断依据 负极 正极 电极材料 活动性较强的金属 活动性较弱的金属或能导电的非金属 发生反应 失电子发生氧化反应 得电子发生还原反应 电流方向 电流流入的一极 电流流出的一极 电子流向 电子流出的一极 电子流入的一极 离子的移动方向 阴离子移向的一极 阳离子移向的一极 反应现象 电极溶解 电极增重或有气体产生 例1　铅蓄电池常用作汽车电瓶，其构造如图所示，工作时该电池总反应的方程式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。 按要求回答下列问题： (1)负极材料是________，正极材料是________，电解质溶液是________。 (2)工作时，电解质溶液中的H＋移向________极。 (3)工作时，电解质溶液中硫酸的浓度________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (4)当铅蓄电池向外电路提供2 mol e－时，理论上负极板的质量增加________g。 答案　(1)Pb　PbO2　H2SO4溶液　(2)PbO2(或正)　(3)减小　(4)96 解析　(4)负极每个Pb失去2e－，生成一个PbSO4，负极增加一个SO，SO的摩尔质量为96 g·mol－1。 二、电极反应式的书写与判断 1．书写电极反应式的原则 电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，遵循离子方程式的书写规则，两电极反应式相加得电池总化学(或离子)方程式。 2．书写电极反应式的基本类型 (1)类型一　题目给定原电池的装置图，未给总反应式 ①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。 ②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。 ③遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式。(注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如铅蓄电池的负极铅失电子变为Pb2＋，但Pb2＋与硫酸溶液中的SO不共存，因而负极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4) ④将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。 (2)类型二　题目中给出原电池的总反应式 ①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。 ②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。 ③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。 例2　如图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为稀硫酸时)和碱式(当电解质溶液为NaOH溶液时)两种。试回答下列问题： (1)酸式电池的电极反应：负极：__________________________________________________， 正极：________________________________________________________________________； 电池总反应：__________________________________________________________________。 (2)碱式电池的电极反应：负极：__________________________________________________， 正极：________________________________________________________________________； 电池总反应：__________________________________________________________________。 答案　(1)2H2－4e－===4H＋　O2＋4e－＋4H＋===2H2O　2H2＋O2===2H2O (2)2H2－4e－＋4OH－===4H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　2H2＋O2===2H2O 解析　(1)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，酸性条件下与H＋结合成H2O；负极上，H2失电子变为H＋，H＋进入电解质溶液。(2)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，碱性条件下与H2O结合成OH－；负极上，H2失电子变为H＋，碱性条件下H＋不能大量存在，与OH－结合成H2O。 例3　锂离子电池是新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂离子电池，某种锂离子电池的总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是(　　) A．Li是正极，电极反应式为Li－e－===Li＋ B．Li是负极，电极反应式为Li－e－===Li＋ C．MnO2是负极，电极反应式为MnO2＋e－===MnO D．Li是负极，电极反应式为Li－2e－===Li2＋ 答案　B 解析　根据总反应式可判断出Li被氧化，应为负极材料，其失电子成为Li＋，正极放电的为MnO2。 三、原电池原理的应用 1．设计原电池 (1)定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应。 (2)拆：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应。 还原剂－ne－===氧化产物(负极电极反应)； 氧化剂＋ne－===还原产物(正极电极反应)。 (3)找：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。 (4)画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。 2．比较金属的活动性强弱 (1)原理：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。 (2)应用：有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，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：A＞B。 3．加快氧化还原反应速率 如实验室用Zn和稀硫酸(或稀盐酸)反应制备H2，常用粗锌。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。 例4　(2023·河南安阳二中月考)把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。①a、b相连时，a为负极；②c、d相连时，电流方向为由d到c；③a、c相连时，a极质量减轻；④b、d相连时，b上有大量气泡产生。则四种金属的活动性强弱顺序为(　　) A．a>b>c>d B．a>c>d>b C．c>a>b>d D．b>d>c>a 答案　B 解析　根据原电池原理，一般负极金属的活动性比正极金属的活动性强；电子流动方向是由负极流向正极，电流方向与电子流动方向相反；由此可对金属活动性强弱作出如下判断：①a>b，②c>d，③a>c，④d>b，则金属活动性强弱顺序为a>c>d>b，故选B。 例5　一个原电池的总反应是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池的合理组成是(　　) 选项 正极 负极 电解质溶液 A Zn Cu CuCl2 B Cu Zn H2SO4 C Cu Zn CuSO4 D Zn Fe CuCl2 答案　C 解析　原电池中，相对活泼的金属作负极，发生氧化反应；不活泼金属作正极，发生还原反应。所以根据原电池的总反应的离子方程式：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu知，该原电池中，锌为负极，铜为正极，硫酸铜溶液作电解质溶液，即选项C正确。 1．将等质量的两份锌粒a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加少许胆矾晶体，下列各图表示产生氢气的体积V(L)与时间t(min)的关系正确的是(　　) 答案　A 解析　将等质量的两份锌粒a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加少许胆矾晶体，那么在a中锌粒会先与硫酸铜发生置换反应生成铜，锌、铜与稀硫酸会形成原电池，反应速率会加快，所以a中生成氢气的速率比b中的快，但a中已经有一部分锌与硫酸铜反应，所以产生的氢气会比b中的少。 2．由W、X、Y、Z四种金属按下列装置进行实验。下列说法不正确的是(　　) 装置 现象 金属W不断溶解 Y的质量增加 W上有气体产生 A.装置甲中W作原电池正极 B．装置乙中Y电极上的反应式为Cu2＋＋2e－===Cu C．装置丙中溶液的c(H＋)不变 D．四种金属的活动性强弱顺序为Z>W>X>Y 答案　AC 解析　装置甲中W不断溶解，说明W作原电池负极，金属的活动性：W>X，A项错误；装置乙中Y电极为正极，其电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，金属的活动性：X>Y，B项正确；装置丙中溶液中有氢气产生，故c(H＋)减小，金属的活动性：Z>W，C项错误；四种金属的活动性强弱顺序为Z>W>X>Y，D项正确。 3．(2023·山西省实验中学高一期中)将铝片与铜片用导线连接后，插入浓硝酸的烧杯中。下列叙述正确的是(　　) A．Al比Cu活泼，Al为负极，Cu极上析出NO2 B．Cu为负极，Al为正极，Al极上析出Cu C．Cu为负极，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋ D．Al为正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑ 答案　C 解析　常温下，Al在浓硝酸中钝化，Cu为负极，Al是正极，Al极上析出NO2，故A、B错误；铜失电子生成铜离子，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，故C正确；正极硝酸根离子得电子生成二氧化氮，正极反应为NO＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O，故D错误。 4．(2023·河南安阳二中月考)化学电池已成为人类生产生活的重要能量来源之一，化学电池是根据原电池原理制成的。根据如图装置，下列说法正确的是(　　) A．若X为Zn，Y为CuSO4溶液，则溶液中的Cu2＋向X电极移动 B．若X为Fe，Y为稀硫酸，则铜电极区的电极反应式为2H＋＋e－===H2↑ C．若X为Al，Y为浓硝酸，则铝电极上的电极反应式为Al－3e－===Al3＋ D．若X为Zn，Y为CuSO4溶液，当电路中转移0.2 mol电子时，电解质溶液增加0.1 g 答案　D 解析　若X为Zn，金属性锌强于铜，锌是负极，Y为CuSO4溶液，则溶液中的Cu2＋向正极即铜电极移动，A错误；若X为Fe，Y为稀硫酸，金属性铁强于铜，铁是负极，铜是正极，则铜电极上的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，B错误；若X为Al，Y为浓硝酸，常温下铝遇浓硝酸钝化，故铝是正极，铜是负极，则铝电极上的电极反应式为NO＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O，C错误；若X为Zn，Y为CuSO4溶液，金属性锌强于铜，锌是负极，当电路中转移0.2 mol电子时，溶解0.1 mol锌，析出0.1 mol铜，所以电解质溶液增加6.5 g－6.4 g＝0.1 g，D正确。 5．银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．Zn电极是负极 B．Ag2O电极发生氧化反应 C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 D．放电前后电解质溶液的pH保持不变 答案　BD 解析　反应中锌失去电子，Zn电极是负极，A正确；Ag2O得到电子，发生还原反应，B错误；电解质溶液显碱性，Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，C正确；根据化学方程式可知消耗水，且KOH未参加反应，氢氧根离子浓度增大，放电后电解质溶液的pH升高，D错误。 6．(2022·银川高一月考)下列关于如图所示原电池的叙述错误的是(　　) A．电池工作时，电流由a电极流向b电极 B．放电时，微生物所在电极区发生氧化反应 C．放电过程中，H＋从正极区移向负极区 D．正极的电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O 答案　C 解析　由原电池装置分析可得，电池工作时，b电极区的Cm(H2O)n转化为CO2，C元素化合价升高，Cm(H2O)n失去电子发生氧化反应，b电极作负极，a电极上MnO2转化为Mn2＋，Mn元素化合价降低，MnO2得到电子发生还原反应，a电极作正极。电池工作时，电流由正极流向负极，即由a电极流向b电极，A项正确；放电时，微生物所在电极区为电源的负极区，发生氧化反应，B项正确；放电过程中，阳离子移向正极，故H＋应从负极区移向正极区，C项错误；a电极上MnO2得到电子发生还原反应，电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，D项正确。 7．(2023·江西景德镇高一期中)原电池揭示了氧化还原反应的本质是电子转移，实现了化学能转化成电能，使氧化还原反应在现代生活中获得重大应用，从而改变了人们的生活方式。 某兴趣小组为探究原电池工作原理，利用金属Zn与稀H2SO4反应，通过如图所示装置A、B进行实验，实验过程中装置A内溶液的温度升高，装置B的电流表指针发生偏转。 根据所学知识，完成下列各题： (1)装置B为原电池，则Cu作______(填“正”或“负”)极，Zn电极上的电极反应式为____________，Cu电极上的现象是____________。请简述确定Cu电极没有参与反应的实验依据：________________________________________________________________________。 (2)一般把金属导线称为“电子导体”，把电解质溶液称为“离子导体”。装置B中电池工作时“电子导体”中电子的流动方向可描述为____________；“离子导体”中主要离子的移动方向可描述为____________。 (3)从能量转化的角度来看，装置A中反应物的总能量__________(填“高于”“低于”或“等于”)生成物的总能量；从反应速率的角度上看，可以观察到A中反应比B中______(填“快”或“慢”)。 (4)装置B中稀H2SO4用足量CuSO4溶液代替，起始时Zn电极和Cu电极的质量相等，当导线中有0.2 mol电子转移时，Zn电极和Cu电极的质量差为____________。 (5)该小组同学由此得出的结论错误的是________(填字母)。 A．任何自发进行的氧化还原反应均可以设计成原电池 B．装置B中Cu电极不可用碳棒代替 C．原电池的负极发生还原反应 D．原电池装置中化学能全部转化为电能 答案　(1)正　Zn－2e－===Zn2＋　有气泡产生　反应前后溶液颜色与铜电极表面没有明显变化 (2)电子从负极(Zn)流出经外电路流向正极(Cu)　H＋向正极(Cu)移动、SO向负极(Zn)移动 (3)高于　慢　(4)12.9 g　(5)BCD 解析　(1)装置B为原电池，Cu作正极，发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，有气泡产生；Zn作负极，发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋；反应前后溶液颜色与铜电极表面没有明显变化，说明Cu没有参与反应。(2)Cu作正极，Zn作负极，所以装置B中电池工作时“电子导体”中电子的流动方向可描述为电子从负极(Zn)流出经外电路流向正极(Cu)；“离子导体”中主要离子的移动方向可描述为H＋向正极(Cu)移动、SO向负极(Zn)移动。(3)实验过程中装置A内溶液的温度升高，从能量转化的角度来看，装置A中反应物的总能量高于生成物的总能量；装置B的电流表指针发生偏转，原电池可以加快反应速率，所以A中反应速率比B中慢。(4)装置B中稀H2SO4用足量CuSO4溶液代替，Cu作正极，发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu，Zn作负极，发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋；当导线中有0.2 mol电子转移时，Zn电极质量减少0.1 mol×65 g·mol－1＝6.5 g，Cu电极质量增加0.1 mol×64 g·mol－1＝6.4 g，起始时Zn电极和Cu电极的质量相等，当导线中有0.2 mol电子转移时，Zn电极和Cu电极的质量差为12.9 g。(5)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，故A正确；装置B中Cu作正极，可用碳棒代替，故B错误；原电池的负极发生氧化反应，故C错误；原电池装置中化学能部分转化为电能，故D错误。 8．(1)据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车在北京奥运会期间为运动员提供服务。某种氢氧燃料电池的电解液为HCl溶液，据此回答以下问题： ①氢气是________极，电极反应式是________________________________________________。 ②当电解液为NaOH溶液时，氢气是________极，电极反应式是_______________________。 (2)一般来说，根据一个氧化还原反应便可设计一个原电池。例如，某种燃料电池的总反应是CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O。在此燃料电池中，每消耗1 mol CH4，转移电子________mol，负极发生的电极反应式是________________________________________，正极发生的电极反应式是________________________________________。 答案　(1)①负　H2－2e－===2H＋　②负　H2－2e－＋2OH－===2H2O　(2)8　CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 解析　(1)当为酸性介质时，H2失去电子生成H＋，当介质为碱性时，生成的H＋又会与OH－发生反应，生成H2O。(2)根据电池的总反应，可知原电池的介质为碱性，负极产物为CO。 学科网（北京）股份有限公司 $$