2022高考化学第6章化学反应与能量第2节原电池化学电源考点1原电池的工作原理讲与练含解析

第六章　化学反应与能量李仕才考点一　原电池的工作原理　1．概念及反应本质：把化学能转化为电能的装置，其本质是发生了氧化还原反应。2．构成条件：3.工作原理(可用简图表示如下)：14\n14\n判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)1．在原电池中，发生氧化反应的一极是负极。(　√　)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．带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。(　√　)5．任何氧化还原反应均可设计成原电池。(　×　)6．放热反应通过一定的装置可以将化学能变为电能，构成原电池。(　×　)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．原电池放电时，电流方向为电池的负极→正极。(　×　)1．只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能。14\n2．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．电子只能在导线上(外电路)移动，不能在溶液中(内电路)移动；离子只能在溶液中移动，不能在导线上移动。4．在原电池中，电极可能与电解质反应，也可能与电解质不反应；不发生反应的可看作金属发生吸氧腐蚀，如图所示。5．闭合回路的形成也有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极接触，如图所示。14\n6．一般条件下，较活泼的金属材料作负极，失去电子，电子经外电路流向正极，再通过溶液中的离子形成的内电路构成回路。但Mg、Al和NaOH溶液构成原电池时，Al作负极；Fe、Cu和浓HNO3构成原电池时，Cu作负极。规律为：与电解质溶液能发生氧化还原反应的金属作负极。一、原电池的构成条件和正负极的判断1．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是(　　)14\nA．①④　　　B．③④⑤　　C．④⑧　　　D．②④⑥⑦答案：D2．有关电化学知识的描述正确的是(　　)A．CaO＋H2O===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B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成D．缠有铜丝的铁片放入CuSO4溶液中也能形成原电池解析：CaO＋H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应；KCl和AgNO3反应生成AgCl沉淀易阻止原电池反应的发生；作电极的不一定是金属，如石墨棒也可作电极。答案：D3．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　)A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑解析：②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓硝酸反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，两者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。答案：B4．原电池正、负电极的极性不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列由不同材料组成的原电池，电极反应正确的是(　　)A．由Fe、Cu与稀硫酸组成的原电池，其负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋14\nB．由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池，其负极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2C．由Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池，其正极反应式为Cu－2e－===Cu2＋D．由Al、Cu与浓硝酸组成的原电池，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋解析：由Fe、Cu与稀硫酸组成的原电池，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A错误；由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池，电池总反应为2Al＋2H2O＋2NaOH===2NaAlO2＋3H2↑，Al作负极，电极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O，B错误；由Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池，正极为Cu，电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，C错误；由Al、Cu与浓硝酸组成的原电池，Al遇浓硝酸钝化，Cu作负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，D正确。答案：D二、原电池工作原理5．下列有关原电池的说法中正确的是(　　)A．在内电路中，电子由正极流向负极B．在原电池中，一定是相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极C．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生D．原电池工作时，可能会伴随着热能变化解析：A项，内电路中不存在电子的移动；B项，若是由铝、镁、氢氧化钠溶液构成的原电池，则负极是铝；C项，若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池，则正极表面析出铜，没有气泡产生。答案：D6．在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是(　　)A．外电路的电流方向为X→外电路→YB．若两电极分别为铁和碳棒，则铁棒上进行的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑C．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应D．若两电极都是金属，则它们的活动性顺序是X>Y14\n解析：该装置是原电池，外电路中电子从X电极流向Y电极，电流的流向与此相反，即Y→外电路→X，A项错误；若两电极分别为铁和碳棒，则铁棒是负极，发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋，B项错误；X是负极，负极上发生氧化反应；Y是正极，正极上发生还原反应，C项错误；原电池中较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或导电的非金属作正极，该原电池中X是负极，Y是正极，所以若两极都是金属，则它们的活动性顺序为X>Y，D项正确。答案：D7．工业上常将铬镀在其他金属表面，同铁、镍组成各种性质的不锈钢，在如图装置中，观察到图1装置铜电极上产生大量的无色气泡，而图2装置中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量有色气体，则下列叙述正确的是(　　)A．图1为原电池装置，Cu电极上产生的是O2B．图2装置中Cu电极上发生的电极反应式为：Cu－2e－===Cu2＋C．由实验现象可知：金属活动性Cu>CrD．两个装置中，电子均由Cr电极流向Cu电极解析：图1为原电池装置，铜为正极，氢离子得电子生成氢气；图2装置中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量有色气体，说明铜为负极，铬电极为正极，负极发生Cu－2e－===Cu2＋；由图1根据原电池原理知金属铬的活动性比铜强；图1中，电子由Cr经导线流向Cu，图2中电子由Cu极经导线流向Cr。答案：B8．某兴趣小组同学利用氧化还原反应：2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计如下原电池，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。下列说法正确的是(　　)A．b电极上发生还原反应B．外电路电子的流向是从a到b14\nC．电池工作时，盐桥中的SO移向甲烧杯D．a电极上发生的反应为：MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O解析：由题干反应方程式知FeSO4失去电子，故b发生氧化反应，A错误；由上述分析可知，a为正极，电子由负极流向正极，即从b流向a，B错误；原电池中阴离子向负极移动，则盐桥中的SO移向乙烧杯中，C错误。答案：D9．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(　　)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(SO)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解析：由锌铜原电池原理可知，锌电极为负极，失电子，发生氧化反应，铜电极为正极，得电子，发生还原反应，A项错误；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，两池中c(SO)不变，B项错误；电池工作过程中Zn2＋由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，其溶液中的离子转换为Cu2＋→Zn2＋，摩尔质量M(Cu2＋)<M(Zn2＋)，乙池溶液的总质量增加，C项正确；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电池工作过程中Zn2＋由甲池通过阳离子交换膜进入乙池保持溶液的电荷平衡，阴离子并不通过交换膜，D项错误。答案：C　原电池原理的四大应用1比较金属的活动性强弱原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或非金属)作正极。14\n如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A溶解，而B上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，则可以判断金属活动性A>B。2加快化学反应速率如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Zn－Cu原电池，使产生氢气的速率增大。3用于金属的防护如要保护铁制闸门，可用导线将其与锌块相连，使锌作负极，铁制闸门作正极，从而使铁制闸门受到保护。4设计化学电源设计原电池时要紧扣构成原电池的条件，首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应，然后根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料(负极是失电子的物质，正极用比负极活动性差的金属或导电的非金属如石墨)及电解质溶液。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应含有与电极材料相同的阳离子。如在Cu－Zn构成的原电池中，负极Zn浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极Cu浸泡在含有Cu2＋的电解质溶液中。1．下列关于电化学的叙述错误的是(　　)A．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱B．用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈C．在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液D．铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀解析：A、B项都是原电池原理，更易腐蚀；铁制品上镀铜，阳极应为铜，C错误；D项是牺牲阳极的阴极保护法。答案：C2．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是(　　)A．A>B>C>D>E　　　　B．A>C>D>B>EC．C>A>B>D>ED．B>D>C>A>E14\n解析：①A、B相连时，A为负极，金属活动性：A>B；②C、D相连时，电流由D→导线→C，说明C为负极，金属活动性：C>D；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡，说明C为正极，金属活动性：A>C；④B、D相连后，D极发生氧化反应，说明D为负极，金属活动性：D>B；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出，说明还原性B>E。由此可知，金属活动性：A>C>D>B>E，B项正确。答案：B3．一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成H2的总量，可采取的措施是(　　)A．加入少量稀NaOH溶液B．加入少量CH3COONa固体C．加入少量NH4HSO4固体D．加入少量CuSO4溶液解析：A中加入NaOH溶液，消耗盐酸，氢气的生成量会减少，错误；B中加入CH3COO－会结合H＋，生成醋酸，减慢反应速率，错误；C中加入NH4HSO4固体，增加了H＋的量，生成的氢气会增多，错误；D中加入少量CuSO4溶液，Zn置换出少量Cu附着在锌表面，形成原电池可以加快反应速率，并且没有影响氢气的生成量，正确。答案：D4．某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是(　　)解析：由题意知，Cu为负极材料，正极材料的金属活动性必须弱于Cu，其中B、D项符合该条件；由Fe3＋得电子生成Fe2＋知，电解质溶液中必须含有Fe3＋，同时符合上述两条件的只有D项。答案：D5．选择合适的图象填空：14\n(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中，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，则图象是________。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的量没发生变化。答案：(1)A　(2)B　(3)C6．理论上任何一个自发的氧化还原反应均可以设计成原电池。(1)根据氧化还原反应：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设计的原电池如图所示，其中盐桥内装琼胶饱和KNO3溶液。请回答下列问题：①电解质溶液X是________；电解质溶液Y是________。②写出两电极的电极反应式：铁电极：_________________________________________；碳电极：_________________________________________。③外电路中的电子是从________电极流向________电极。(填“Fe”或“C”)④盐桥中向X溶液中迁移的离子是________(填字母)。A．K＋　　　B．NO　　　C．Ag＋　　　D．SO(2)请将氧化还原反应3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O设计成原电池，在装置图中的横线上写出相应的电极及电解质溶液，并写出相应的电极反应式。14\n电极反应式：正极：________________________________________；负极：_________________________________________。解析：(1)①根据反应，Fe作负极，C作正极，负极电解液中应含有亚铁离子，正极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，因而Y为含Fe3＋的电解质溶液。②电极反应：负极Fe－2e－===Fe2＋；正极2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。③外电路电子由负极流向正极。④Fe是负极，因而向X溶液中迁移的是阴离子即为NO。(2)由反应可知，Cu发生氧化反应，作负极，其电极反应式为3Cu－6e－===3Cu2＋，正极应选用碳棒或其他惰性电极，其电极反应式为2NO＋6e－＋8H＋===2NO↑＋4H2O，参照其装置图可知其正极、负极的电解质分别为HNO3、Cu(NO3)2。答案：(1)①FeCl2(或FeSO4)　FeCl3[或Fe2(SO4)3]②Fe－2e－===Fe2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋③Fe　C　④B(2)2NO＋6e－＋8H＋===2NO↑＋4H2O3Cu－6e－===3Cu2＋14\n14