1、专题五 化学能与电能跨学科重点热点分析以原电池和电解池原理为主的电化学是主要与物理学科交叉的重要契合点之一。原电池和电解池均与物理中的电学相关，它们之间沟通的最主要途径是电路中通过的电子电量，由此可发散至电路的连接、电功率、电流强度、电压、电阻等的计算。资料卡片：下列四组中，全部属于二次能源的是（ ）A核电、焦炭、水能、煤气B水电、蒸气、汽油、煤气C水电、焦炭、炼油、天然气D火电、沼气、蒸气、风能解析：一次能源是指直接取自自然界、没有经过加工转换的各种能量和资源，它包括：原煤、原油、天然气、油页岩等等。由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品，称为二次能源，如电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油、氢等
2、。答案：B知识梳理知识点1：概念及其实质：原电池装置是将_能转变为_的装置知识点2：构成要素（a）_的两个电极 （b）_溶液（c）能自发的发生_反应 （d）_回路例1、在下图所示的装置中，能够发生原电池反应的是（ ） A B C D E F 知识点3：工作原理： 电子负极 正极 活泼的一极 （导线） 不活泼的一极流出电子 流入电子发生氧化反应 发生还原反应（1）电极反应：负极：Zn-2e-=Zn2+ 正极：2H+2e-=H2（2）电池总反应Zn+2H+=H2+ Zn2+（3）、微粒流向：外电路：电子：负极 导线 正极 内电路：离子：阳离子向正极移动【小结】原电池是一种负极流出电子，发生氧化反应
3、，正极流入电子，发生还原反应，从而实现化学能转换为电能的装置。正负极的判断方法：_例2、（判断正负极）银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：此电池放电时，负极上发生反应的物质是（ ）AAg BZn(OH)2 CAg2O DZn 引申1、（金属活动性的比较）把a、b、c、d四块金属浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池若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、d相连时，b为正极则这四种金属的活动性顺序由大到小为（ ）AAbcd BAcdb CCabd DBdca 引申2、用铜片、银片、Cu (NO3)2溶液、AgNO3溶液
4、、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3的U型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是（ ）在外电路中，电流由铜电极流向银电极 正极反应为：Ag+e-=Ag实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A BCD例3、（引申）如图：X为单质硅，Y为金属铁，a为NaOH溶液，按图组装一个原电池，下列说法正确的是（ ） AX为负极，电极反应为：Si4e-=Si4+ BX为正极，电极反应为：4H2O+4e-=4OH-+2H2 CX为负极，电极反应为：Si+6OH-4e-=SiO32-+3H2O DY为负极，电极反应为：Fe2e-=Fe2+知识点4：电
5、极方程式的书写【步骤】1） 根据电极材料及电解质溶液确定原电池的正、负极，以及两极上发生反应的物质2） 方程式要遵循原子守恒、电荷守恒、两极得失电子守恒3） 注意两极反应后的产物是否要和电解质溶液的某些例子发生离子反应-共存原则4） 书写时，弱电解质、气体、难溶物或固体均以化学式表示，其余以离子符号表示5） 将两极反应式相加可得原电池的总反应式-加和性原则【注意】1、加和性原则的反应用两电极反应式相加，消去电子后得电池总反应式。利用此原则，电池总反应式减去已知电极反应式得另一电极反应方程式。2、有一常用常混电极方程式-共存原则的举例 电解质溶液为中性或碱性环境：_若正极参加的反应物为氧气 电解
6、质溶液为酸性环境：_【了解】教材上的电池实例：像铅蓄电池、银锌电池以及燃料电池均是常考内容，多数考题均是以它们发散来的，所以望同学们下课后多加揣摩。例4、 分别写出镁、铝在稀硫酸和氢氧化钠溶液中构成原电池的电极反应式。 【拓展】1.以Fe、Cu作为电极，分别在常温下与稀硫酸、浓硝酸溶液构成的原电池，分析它们的电极反应。2. 以Fe、Cu作为电极，与氯化钠溶液能否构成原电池？如能则分析它们的电极反应。结论:1）较活泼金属不一定做负极，要看哪种金属自发的与溶液某种物质或离子发生反应； 2）电解质不一定与电极发生反应。例5、今有2H2+O2 2H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是 ，正极通的应是
7、 ，电极反应式为负极： ，正极： 。若把KOH改为稀H2SO4作电解质，则电极反应式为负极： ，正极： 。和的电解质不同，反应进行后，其溶液的pH个有什么变化 。若把H2改为CH4，用KOH作电解质，则电极反应式为负极： ，正极 。原电池的应用练习：例6、如右图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向烧杯中央滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是（实验过程中， 不考虑铁丝反应及两球的浮力变化） （ ）A杠杆为导体和绝缘体时，均为A端高B端低B杠杆为导体和绝缘体时，均为A端低B端高C当杠杆为绝缘体时，A
8、端低，B端高；为导体时，A端高，B端低D当杠杆为绝缘体时，A端高，B端低；为导体时，A端低，B端高例7、（2000年北京春季高考化学题）100mL浓度为2 molL-1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是 （ ）A加入适量的6molL-1的盐酸 B加入数滴氯化铜溶液 C加入适量蒸馏水 D加入适量的氯化钠溶液应用的方面较多、可从以下练习中体会。例8、有甲乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均使用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入6mol/L的硫酸溶液，乙同学将电极放入6mol/L的氢氧化钠溶液中，如图所示（1）写出甲电池中正极的电极反
9、应式 _ （2）写出乙池中负极的电极反应式 ： 负极： 总反应的离子方程式： _（3）如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，则构成负极材料的金属活动性强”，则甲会判断出 活动性更强，而乙会判断出 活动性更强（填名称）（4）由此实验，可得到如下哪些正确结论（ ） A、利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质 B、镁的金属性不一定比铝的强 C、该实验说明金属活动性顺序表已过时，已没有利用价值 D、该实验说明化学研究对象复杂，反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析（5）上述实验也反过来证明了“直接利用金属活动顺序表判断原电池中的正负极”这种做法 _（填“可靠”或“
10、不可靠”）。如不可靠，请你提出另一个判断原电池正负极的可行实验方案 _（如可靠，可不填）知识点5：了解金属的腐蚀与防护（属必修二内容、但考题中有所涉及）1、 金属的腐蚀的概念：2、金属腐蚀的本质：3、金属腐蚀的分类：化学腐蚀：电化学腐蚀：析氢腐蚀：吸氧腐蚀：条件：水膜酸性强电极反应： 条件：水膜酸性弱或中性电极反应： 金属腐蚀：4、金属腐蚀的快慢顺序：电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀同一金属的腐蚀：强电解质弱电解质非电解质例9、右图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液（酸性），各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是（ ）A生铁
11、块中的碳是原电池的正极B红墨水柱两边的液面变为左低右高C两试管中相同的电极反应式是：Fe2eFe2+Da试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀例10、下图各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的是（ ） A. B. C. D. 引申：（超范围了，了解一下即可）下列五个烧杯中均有天然水，铁被腐蚀由快到慢的顺序是 5、金属的防护改变金属的内部组织-不锈钢在金属表面覆盖保护层-涂油漆或电镀电化学保护法: 外加电源阴极保护法 牺牲阳极阴极保护法缓蚀剂法-不经常考例11、下列不能用于金属防腐处理的是（ ）A. 涂油漆 B. 改变金属内部结构C. 镀上一层耐腐蚀的金属 D. 在海轮的船体上镶
12、铜块【难点突破】1、原电池PH值的变化和简单计算在原电池工作时，由于 失去电子进入电解溶液，正极附近的阳离子得到电子从溶液中析出,可能会引起溶液PH值的变化。例1、氢氧碱性燃料电池放电过程中，负极附近pH逐渐 ，正极附近pH逐渐 ，放电一段时间后电解质溶液的pH （填写“增大”，“减小”“基本不变”）【练习】(1)当负极产生的金属离子结合溶液中的H时,电极附近的溶液PH值 。当正极O2得电子时结合溶液中的水时，生成OH使溶液中的PH值增大。(2)电池工作时整个溶液PH值的变化必须从总反应式来分析。当电解液中酸被消耗时，溶液PH值增大，当电解质溶液中碱被消耗时，溶液PH值减小。2、原电池的有关计
13、算电子守恒法是依据氧化剂与还原剂 相等这一原则进行计算的。电子守恒法是氧化还原计算的最基本的方法。计算时可由电极反应式中的氧化剂(或还原剂)与失去的电子(或得电子)之间的关系进行计算。例2、(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。锌片上发生的电极反应：_；银片上发生的电极反应：_。(2)若该电池中两电极的总质量为60 g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47 g，试计算：产生氢气的体积(标准状况)；通过导线的电量。(已知NA = 6.021023 /mol，电子电荷为1.601019 C)3、图像专题例3、等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀
14、H2SO4，同时向a中加入少量的胆矾晶体，下列图表示产生H2的体积V（升）与时间t（分）的关系，其中正确的是（ ）【课下练习】1关于如图所示装置的叙述，正确的是（ ）A 铜是阳极，铜片上有气泡产生B 铜片质量逐渐减少C 电流从锌片经导线流向铜片D 氢离子在铜片表面被还原2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，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产生气泡的速度甲比乙慢3.下列叙述中正确的是 （ ）A构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属。 B由铜、锌作电极与硫酸铜溶液组成的原电池中铜是负极。 C马口铁
15、（镀锡铁）破损时与电解质溶液接触锡先被腐蚀。 D铜锌原电池工作时，若有13克锌被溶解，电路中就有0.4mol电子通过。 4在外界提供相同电量的条件，Cu2+或Ag+分别按Cu2+2eCu或Ag+eAg在电极上放电，电极上析出铜的质量为1.92g，则析出银的质量为（ ）A1.62g B.6.48g C.3.24g D.12.96g5钢铁发生电化学腐蚀时,负极发生的反应（ ）A2H+2e-=H2 B2H2O+O2+4e-= 4OH- CFe-2e-=Fe2+ D4OH-+4e-=2H2O+O26镍镉（Ni-Cd）可充电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：由此可知，该电池放电时的负
16、极材料是（ ）ACd(OH)2 BNi(OH)2 CCd DNiO(OH)7铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的反应为PbPbO22H2SO42PbSO42H2O，下列结论正确的是（ ）APb为正极被氧化 B溶液的pH不断减小 CSO42只向PbO2处移动D电解质溶液pH不断增大82004年美国圣路易斯大学科学家研制了一种新型的乙醇电池（DEFC），它用磺酸类质子溶剂，在200左右时供电，乙醇电池比甲醇电池效率高出32倍且更安全。电池总反应为：C2H5OH +3O2 2CO2 +3H2O,电池示意图如右。下列说法不正确的是（ ）A.a极为电池的正极B.电池工作时
17、电流由b极沿导线经灯泡再到a极C.电池正极的电极反应为：4H+ O2 4e 2H2OD设每个电子所带电量为q库仑，则1mol乙醇被氧化产生6NAq库仑的电量9、LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为：FePO4+LiLiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含U导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法正确的是（ ）A.可加入硫酸以提高电解质的导电性 B放电时电池内部Li+向负极移动.C.充电过程中，电池正极材料的质量减少 D.放电时电池正极反应为：FePO4+Li+e-=LiFePO410、将等质量的两份锌粉a和b，分别
18、加入两个盛过量的稀硫酸的烧杯中，并向加入a的烧杯中再加入少量CuO粉末。下列各图表示氢气体积V（H2）与反应时间t的关系，其中正确的是（ ） 11、有A、B、C、D四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向A B ；当A、D组成原电池时，A为正极；B与E构成原电池时，电极反应式为：E2-+2e-=E，B-2e-=B2+则A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为（ ）A、ABED B、ABDE C、DEAB D、DABE12、铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的反应为PbPbO2H2SO4PbSO4H2O，下列结论正确的是AP为正极被氧化 B溶液的pH不断减小C只向
19、PbO2处移动 D电解质溶液pH不断增大13、阿波罗号宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应为：2H2O22H2O ，电解质溶液为KOH溶液，反应保持在较高温度，使H2O蒸发，则下列叙述中正确的是（ ） A此电池能发生蓝色火焰 BH2为正极，O2为负极C工作时，电解质溶液的PH不断减小D电极反应为负极：2H24 OH4e4 H2O；正极：O22 H2O4e4 OH14、如右图所示的装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液。（1）片刻后可观察到的现象是（指悬吊的金属圈） 。A.铁圈和银圈左右摇摆不定 B.保持平衡状态不变C.铁圈
20、向下倾斜 D.银圈向下倾斜（2）产生上述现象的原因是 。15、燃料电池是利用燃料（如CO、H2、CH4等）与氧气反应，将反应产生的化学能转变为电能的装置，通常用氢氧化钾作为电解质溶液。完成下列关于甲烷（CH4）燃料电池的填空：（1）甲烷与氧气反应的化学方程式为： （2）已知燃料电池的总反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，电池中有一极的电极反应为CH4+10OH-8e-= CO2-3+7H2O，这个电极是燃料电池的 （填“正极”或“负极”），另一个电极上的电极反应式为： （3）随着电池不断放电，电解质溶液的碱性 （填“增大”、“减小”或“不变”）（4）通常情况下，甲烷燃料电池
21、的能量利用率 （填“大于”、“小于”或“等于”）甲烷燃烧的能量利用率。16XY H2SO4溶液 G 、某学生进行如图所示的铜锌原电池实验。已知在电解质溶液中SO42向Y极移动。（1）电极材料X为 ，Y为 。（2）从理论上讲，预期看到的现象是 。（3）实验过程中，观察到：锌极上有少量的气泡放出，铜极上有大量的气泡放出，试解释 。【练习答案】1D 2C 3D 4B 5C 6C 7D 8AD9、 (1)Zn2e = Zn2； 2H2e = H2。 (2)锌片与银片减轻，是因与酸反应： Zn2H = Zn2H2 转移2e = =得V(H2) = 4.5 L； Q = 3.8104 C。10、（1）D （2）加CuSO4溶液后，构成FeAg原电池，Fe溶解，质量减小；Cu2在银圈上得电子，沉积在Ag上，质量增加
