1、专题十二电化学考纲展示命题探究1原电池(1)概念把化学能转化为电能的装置。(2)反应本质发生氧化还原反应。(3)构成条件一看反应看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。三看是否形成闭合回路。形成闭合回路需三个条件：a电解质溶液；b两电极直接或间接接触；c两电极插入电解质溶液。(4)工作原理(以铜锌原电池为例)装置图 单液原电池 双液原电池续表电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由锌片沿导线流向铜片电流方向由铜片沿导线流向锌片电解质溶液中离子流向电解质溶
2、液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移盐桥中离子流向盐桥中含有饱和KCl溶液，K移向正极，Cl移向负极电池反应方程式ZnCu2=Zn2Cu2常见的化学电源(1)一次电池锌锰电池普通锌锰电池碱性锌锰电池装置续表银锌纽扣电池(电解质溶液为KOH溶液)负极材料：Zn电极反应：Zn2e2OH=Zn(OH)2正极材料：Ag2O电极反应：Ag2O2eH2O=2Ag2OH总反应：ZnAg2OH2O=2AgZn(OH)2(2)二次电池(可充电电池)铅蓄电池(电解质溶液为30%H2SO4溶液)a放电时的反应负极：Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)(氧化反应)正极：PbO2(s)4H(aq)SO(aq
3、)2e=PbSO4(s)2H2O(l)(还原反应)总反应：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)b充电时的反应阴极：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)(还原反应)阳极：PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO(aq)(氧化反应)总反应：2PbSO4(s)2H2O(l)=Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)锂电池负极材料：锂正极材料：石墨电解质：LiAlCl4SOCl2放电时的反应负极反应：8Li8e=8Li正极反应：3SOCl28e=SO2S6Cl总反应：8Li3SOCl2=6LiClLi2SO32S(3)燃料
4、电池氢氧燃料电池a氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池电池酸性碱性或中性负极反应式2H24e=4H2H24e4OH=4H2O正极反应式O24e4H=2H2OO24e2H2O=4OH总反应式2H2O2=2H2Ob.燃料电池的电极本身不参与反应，燃料和氧化剂连续地由外部供给。铝空气海水电池负极材料：铝片正极材料：铂片电解质溶液：海水负极反应：4Al12e=4Al3正极反应：3O212e6H2O=12OH总反应：4Al3O26H2O=4Al(OH)3学霸巧学卡原电池工作原理的深度剖析(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。(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子
5、的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。(3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥。(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。(6)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。(7)充电电池是既能将化学能转化为电能(放电)又能将电能转化为化
6、学能(充电)的一类特殊电池。需要注意的是充电、放电的反应不能理解为可逆反应。1.思维辨析(1)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强。()(2)CaO与H2O反应可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能。()(3)某原电池反应为Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液。()(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)将镁片、铝片平行插入到一定浓度的NaOH溶液中，用导线连接成闭合回路，铝是电池负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀生成。 ()(6)任何原电池反应都是有害的，生活中要避
7、免原电池反应的发生。 ()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)2如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是 ()A电极上发生还原反应，作原电池的负极B电极的电极反应式为Cu22e=CuC该原电池的总反应为2Fe3Cu=Cu22Fe2D盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子答案C解析该原电池的总反应为2Fe3Cu=Cu22Fe2。电极上发生还原反应，作原电池的正极，反应式为2Fe32e=2Fe2，电极为原电池负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu2e=Cu2。盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递离子。考法综述高考对本考点主要围绕着原电池工作原理及应用进行命题。考查原电池工作原理往往
8、以新型能源电池或燃料电池为载体，考查原电池正负极的判断、电极反应的书写、电子或电流的方向及溶液pH的变化等；原电池的应用主要考查原电池的设计、电化学腐蚀及解释某些化学现象等，主要以选择题、填空题形式出现。命题法1原电池工作原理及正负极的判断典例1MgH2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如下。该电池工作时，下列说法正确的是()AMg电极是该电池的正极BH2O2在石墨电极上发生氧化反应C石墨电极附近溶液的pH增大D溶液中Cl向正极移动解析A项中Mg电极应为电池负极；B项中H2O2在石墨电极上得电子，发生还原反应；C项中石墨电极处的电极反应式为H2O22e=2OH
9、；D项中溶液中Cl应向负极移动。答案C【解题法】原电池正负极的判断方法命题法2原电池原理的应用典例2比较金属活动性有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D导线C；A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；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()AABCDEBACDBECCABDE DBDCAE解析A、B相连时，A为负极，金属活动性：AB；C、D相连时，电
10、流由D导线C，说明C为负极，金属活动性：CD；A、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：AC；B、D相连后，D极发生氧化反应，说明D为负极，金属活动性：DB；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BE。由此可知，金属活动性：ACDBE，B项正确。答案B典例3设计原电池某原电池总反应为Cu2Fe3=Cu22Fe2，下列能实现该反应的原电池是()ABCD电极材料Cu、ZnCu、CFe、ZnCu、Ag电解液FeCl3Fe(NO3)2CuSO4Fe2(SO4)3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
11、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D【解题法】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。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AB。(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ZnCu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
12、，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CuZn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。命
13、题法3化学电源电极反应式的书写或判断典例4新型化学电源2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是()Aa为电池的正极B电池充电反应为LiMn2O4=Li1xMn2O4xLiC放电时，a极锂的化合价发生变化D放电时，溶液中Li从b向a迁移解析由图可知，b极(Li电极)为负极，a极为正极，放电时，Li从负极(b)向正极(a)迁移，A项、D项正确；该电池放电时，负极：xLixe=xLi，正极：Li1xMn2O4xLixe=LiMn2O4，a极Mn元素的化合价发生变化，Li化合价不变，C项错误；由放电反应可得充电时的反应，B项正确。答案C典例5可充电电源图是在航天用
14、高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MHNi电池)。下列有关说法不正确的是()A放电时正极反应为NiOOHH2OeNi(OH)2OHB电池的电解液可为KOH溶液C充电时负极反应为MHOHH2OMeDMH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高解析在金属氢化物镍电池(MHNi电池)中，MH(M为零价，H为零价)在负极发生反应：MHOHeMH2O，NiOOH在正极发生反应：NiOOHH2OeNi(OH)2OH，电解液可为KOH溶液，A、B正确；充电时，阴极反应式为MH2OeMHOH，C错误；MH中氢密度越大，单位体积电池所储存电量越多，即电池能量密度越高，D正确。答案C典例6
15、燃料电池一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H。下列有关说法正确的是()A检测时，电解质溶液中的H向负极移动B若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气C电池反应的化学方程式为CH3CH2OHO2=CH3COOHH2OD正极上发生的反应为O24e2H2O=4OH解析原电池中H移向电池的正极，A项错误；该原电池的总反应为CH3CH2OHO2=CH3COOHH2O，C项正确；用C项的方程式进行判断，有0.4 mol的电子转移时，消耗的氧气为0.1 mol，标准状况下为2.24 L，B项错误；酸性介质的原电池中不可能
16、生成OH，D项错误。答案C【解题法】电极反应式书写的步骤和方法(1)电极反应式书写的一般步骤(2)电极反应式书写的一般方法如果题目给出的是图示装置，先确定原电池的正负极上的反应物质，再根据正负极反应规律写电极反应。如果题目给出的是总反应，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，写出较易写的电极反应，然后用总反应减去写出的电极反应即得另一极的电极反应，例如典例4。对于可充电电池的反应，需清楚“充电”“放电”的方向，放电过程应用原电池原理，充电过程应用电解原理。充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放
17、电时的负极反应的逆过程，例如典例5，图示如下：对于燃料电池，例如典例6，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：a酸性电解质溶液环境下电极反应式：O24H4e=2H2O。b碱性电解质溶液环境下电极反应式：O22H2O4e=4OH。c固体电解质(高温下能传导O2)环境下电极反应式：O24e=2O2。d熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式：O22CO24e=2CO。再根据电池总反应式减正极反应式写出电池的负极反应式。图示如下：1微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生
18、物电池的说法错误的是()A正极反应中有CO2生成B微生物促进了反应中电子的转移C质子通过交换膜从负极区移向正极区D电池总反应为C6H12O66O2=6CO26H2O答案A解析负极发生氧化反应，生成CO2气体，A项错误；微生物电池中的化学反应速率较快，即微生物促进了反应中电子的转移，B项正确；原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C项正确；电池总反应是C6H12O6与O2反应生成CO2和H2O，D项正确。2一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是()A反应CH4H2O3H2CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子B电极A上H2参与的电极反应为H22OH2e
19、=2H2OC电池工作时，CO向电极B移动D电极B上发生的电极反应为O22CO24e=2CO答案D解析CH4中的C为4价，反应后生成的CO中C为2 价，每消耗1 mol CH4转移6 mol e，A项错误；从装置图看，电池工作过程中没有OH参与，B项错误；该燃料电池中，电极B为正极，电极A为负极，电池工作时，CO移向负极，C项错误；在电极B上O2得到电子与CO2反应转化为CO，D项正确。3某原电池装置如图所示，电池总反应为2AgCl2=2AgCl。下列说法正确的是()A正极反应为AgCle=AgClB放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变D当电
20、路中转移0.01 mol e时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子答案D解析反应是在酸性电解质溶液中进行的。通入氯气的一极是正极，反应式为Cl22e=2Cl，A错误；放电时，左侧Ag是负极，负极反应式为Age=Ag，然后发生反应AgCl=AgCl(白色沉淀)，B错误；由于盐酸中H只是移动，没有参与反应，故可以用氯化钠代替，总反应不变，C错误；根据负极反应可知，每有0.01 mol电子转移，减少0.01 mol Cl，同时有0.01 mol H通过离子交换膜进入右侧，D正确。4镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过
21、程中的总反应方程式是：Ni(OH)2M=NiOOHMH已知：6NiOOHNH3H2OOH=6Ni(OH)2NO下列说法正确的是()ANiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OHB充电过程中OH离子从阳极向阴极迁移C充电过程中阴极的电极反应式：H2OMe=MHOH，H2O中的H被M还原DNiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液答案A解析NiMH电池在充电过程中的总反应方程式是Ni(OH)2M=NiOOHMH，说明该电池放电时负极为MH放电，电极反应式为MHeOH=MH2O；正极活性物质为NiOOH，放电时的电极反应式为NiOOHH2Oe=Ni(OH
22、)2OH，A项正确；充电过程中，电子从阴极(放电时为负极)进入，溶液中的阴离子则从阴极向阳极移动，B项错误；MH极为负极，充电过程中该电极为阴极，对应的电极反应式为MH2Oe=MHOH，H2O中的H是由于电解而被还原，不是M还原所得，C项错误；若用氨水作为电解质溶液，则NiOOH会与NH3反应，D项错误。5银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理：在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是()A处理过程中银器一直保持恒重B银器为正极，Ag2S被还原生成单质银C该过程中总反应为2Al3Ag2S=6Ag
23、Al2S3D黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl答案B解析根据电化学原理可知，Al为负极，电极反应为2Al6e=2Al3，银器为正极，电极反应为3Ag2S6e=6Ag3S2，溶液中反应为2Al33S26H2O=2Al(OH)33H2S，三反应相加可得该过程的总反应为2Al3Ag2S6H2O=2Al(OH)36Ag3H2S，故B正确，C、D错误；银器表面黑色的Ag2S变成了Ag，质量必然减小，A错误。6“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是()A电池反应中有NaCl生成B电池的总反应是金属钠
24、还原三价铝离子C正极反应为NiCl22e=Ni2ClD钠离子通过钠离子导体在两电极间移动答案B解析该原电池的负极反应式为Nae=Na，正极反应式为NiCl22e=Ni2Cl，总电池反应式为2NaNiCl2=2NaClNi。B项错误。7下列叙述中正确的是()A图中正极附近溶液pH降低B图正极反应是2MnO2(s)H2O(l)2e=Mn2O3(s)2OH(aq)C图中电子由Fe流向石墨，盐桥中的Cl移向FeSO4溶液DZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的答案C解析A错，图中正极附近溶液pH增大；B错，图正极反应是2MnO22e2NH=Mn2O3H2O2NH3；D错，ZnMn
25、O2干电池自放电腐蚀主要是由于含有酸性的NH4Cl(水解显酸性)，Zn在酸性条件下被腐蚀。8燃料电池不是把还原剂、氧化剂全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。下面有4种燃料电池的工作原理示意图，其中正极的反应产物为水的是()A固体氧化物燃料电池 B碱性燃料电池 C质子交换膜燃料电池 D熔融盐燃料电池答案C解析根据燃料电池的工作原理示意图，可以判断各电池中的正极反应式分别为：A选项，O24e=2O2；B选项，O24e2H2O=4OH；C选项，O24e4H=2H2O；D选项，O24e2CO2=2CO。9常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中
26、组成原电池(图1)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。0t1时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是_，溶液中的H向_极移动。t1时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是_。答案2HNOe=NO2H2O正Al在浓HNO3中发生钝化，氧化膜阻止了Al的进一步反应解析在0t1时，铝作负极被氧化，正极上浓硝酸被还原，所以正极的电极反应式为2HNOe=NO2H2O，溶液中的H向正极移动。从图2可以看出t1时电流强度为0，t1后电子流动方向发生改变，原因是Al表面因钝化逐渐生成了致密的氧化膜，氧化膜阻止了Al的进一步反应，浓硝酸还可与铜发生反
27、应，所以铜作负极，铝作正极。10锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6CxLixe=LixC6。(1)充放电过程中，发生LiCoO2与Li1xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式：_。(2)从废旧锂离子电池中回收正极材料中的某些金属资源的工艺中，首先对原电池进行放电，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是_。答案(1)Li1xCoO2LixC6=LiCoO26C(2)Li从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中解析(1)首先标化合价，看价变化，分析可知只有Co的
28、化合价发生变化，正极发生得电子的反应，Co的化合价降低，由Li1xCoO2生成LiCoO2化合价由(3x)降低到3，降低了x，故正极反应式为Li1xCoO2xexLi=LiCoO2, 由充电时电池负极反应式可知放电时负极反应式为LixC6xe=6CxLi，两电极反应式相加可得电池反应式；此反应式的书写也可以直接运用氧化还原反应方程式的书写方法：由充电时负极反应式可知LixC6是还原剂，化合价升高x，结合化合价可知Li1xCoO2是氧化剂，化合价降低x，第一步写出氧化剂、还原剂及产物可知LixC6Li1xCoO2LiCoO2，然后依次配平可得LixC6Li1xCoO2=LiCoO26C，最后用“O”检查。(2)注意信息“有利于锂在正极的回收”，结合原电池的工作原理，阳离子向正极移动即可分析。