1、高考化学专题十二 电化学考点一 原电池原理及应用点击观看考点视频撬点基础点 重难点1 原电池(1)概念把能转化为能的装置。(2)反应本质发生反应。化学电氧化还原(3)构成条件一看反应看是否有能自发进行的发生(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溶液；b两电极直接或间接接触；c两电极插入溶液。氧化还原反应活泼性不同电解质电解质(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电极名称负极正极电极材料片片电极反应反应类型反应反应电子流向由片沿导线流向片电流方向由片沿导线流向片电解质溶液中离子流向电解质溶液中
2、，阴离子向迁移，阳离子向迁移盐桥中离子流向盐桥中含有饱和 KCl 溶液，移向正极，移向负极电池反应方程式ZnCu2=Zn2Cu锌铜Zn2e=Zn2Cu22e=Cu氧化锌铜铜锌负极正极KCl还原2 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 银锌纽扣电池(电解质溶液为 KOH 溶液)负极材料：电极反应：正极材料：电极反应：总反应：ZnZn2e2OH=Zn(OH)2Ag2OAg2O2eH2O=2Ag2OHZnAg2OH2O=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)SO24(aq)2e=PbSO
3、4(s)(反应)正极：PbO2(s)4H(aq)SO24(aq)2e=(还原反应)总反应：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=b充电时的反应阴极：PbSO4(s)2e=(反应)阳极：PbSO4(s)2H2O(l)2e=(反应)总反应：2PbSO4(s)2H2O(l)=氧化PbSO4(s)2H2O(l)2PbSO4(s)2H2O(l)Pb(s)SO24(aq)还原PbO2(s)4H(aq)SO24(aq)氧化Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)锂电池负极材料：锂 正极材料：石墨电解质：LiAlCl4 SOCl2放电时的反应负极反应：正极反应：总反应：8Li3SOCl2=6LiC
4、lLi2SO32S8Li8e=8Li3SOCl28e=SO23 2S6Cl(3)燃料电池氢氧燃料电池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正极反应式总反应式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供给。2H24e=4H2H24e4OH=4H2OO24e4H=2H2OO24e2H2O=4OH外部 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：正极反应：总反应：4Al12e=4Al33O212e6H2O=12OH4Al3O26H2O=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
5、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
6、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，
7、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，生活中要避免原电池反应的发生。()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。
8、撬法命题法 解题法 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 1 MgH2O2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
9、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；D 项中溶液中 Cl应向负极移动。【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
10、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()AABCDE BACDBECCABDE DBDCAE解析 A、B 相连时，A 为负极，金属活动性：AB；C、D 相连时，电流由 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。典例 3 设计原电池某原电池总反应为 Cu2Fe3=Cu22
11、Fe2，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。【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，
12、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，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
13、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
14、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。典例 5 可充电电源图是在航天用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
15、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。典例 6 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 CH3CH2OH 4e H2O=CH3COOH4H。下列有关说法正确的是()A检测时，电解质溶液中的 H
16、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 CH3CH2OH O2=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生成 OH，D 项错误。【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
17、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=2CO23。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：撬题对点题 必刷题