第第07講化學(xué)反應(yīng)與電能知識(shí)導(dǎo)航知識(shí)導(dǎo)航模塊一模塊一原電池的基本原理與應(yīng)用知識(shí)精講知識(shí)精講實(shí)驗(yàn)探究——鋅銅原電池實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論將鋅片和銅片插入盛有稀硫酸的燒杯中鋅片上有氣泡冒出，銅片上無(wú)現(xiàn)象裝置中有電流產(chǎn)生，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能用導(dǎo)線連接鋅片和銅片銅片上有氣泡冒出用導(dǎo)線在鋅片和銅片之間串聯(lián)一個(gè)電流表電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)一、原電池的基本概念1．概念：原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2．本質(zhì)：氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個(gè)不同的區(qū)域進(jìn)行。3．電極：（1）負(fù)極：________電子，發(fā)生________反應(yīng)； （2）正極：________電子，發(fā)生________反應(yīng)。4．構(gòu)成原電池的條件：（1）自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)；（2）兩個(gè)活動(dòng)性不同的電極；（3）電解質(zhì)溶液（或熔融電解質(zhì)）；（4）形成閉合回路。二、鋅銅原電池的工作原理工作原理（反應(yīng)方程式）負(fù)極（Zn）正極（Cu）總反應(yīng)離子方程式：。電子移動(dòng)方向由極經(jīng)導(dǎo)線流向極（電流方向相反）。離子移動(dòng)方向陽(yáng)離子向極移動(dòng)，陰離子向極移動(dòng)。思考與交流（（1）判斷下列原電池的負(fù)極材料是什么？a極b極電解質(zhì)溶液負(fù)極AlFe稀鹽酸AlMg稀H2SO4AlMg濃HNO3AlCu濃HNO3AlMgNaOH溶液FeCCuSO4（2）如何判斷原電池的負(fù)極？經(jīng)典例題經(jīng)典例題原電池的工作原理【例1】理論上不能設(shè)計(jì)為原電池的化學(xué)反應(yīng)是（）A．CH4+2O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))CO2+2H2OB．2FeCl3+Fe3FeCl2C．2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑D．HNO3+NaOHNaNO3+H2O【變1】下列關(guān)于原電池的敘述，正確的是（）A．構(gòu)成原電池的正極和負(fù)極材料必須是兩種活動(dòng)性不同的金屬B．原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置C．在原電池中，電子流出的一極是負(fù)極，該電極被還原D．原電池放電時(shí)，電流的方向是從負(fù)極到正極原電池的構(gòu)成條件及電極反應(yīng)式的書寫【例2】下列裝置能構(gòu)成原電池的是________，能構(gòu)成原電池的，寫出其電極反應(yīng)式。ABCDEFG原電池的具體工作原理【例3】下圖是Zn和Cu形成的原電池，某實(shí)驗(yàn)興趣小組做完實(shí)驗(yàn)后，記錄如下：①Zn為正極，Cu為負(fù)極；②H+向負(fù)極移動(dòng)；③電子流動(dòng)方向，從Zn經(jīng)外電路流向Cu；④Cu極上有H2產(chǎn)生；⑤若有1mol電子流過(guò)導(dǎo)線，則產(chǎn)生0.5molH2；⑥正極的電極反應(yīng)式為Zn-2e-Zn2+。描述合理的是（）A．①②③ B．③④⑤ C．④⑤⑥ D．②③④【變3-1】在如圖所示的裝置中，a的金屬性比氫要強(qiáng)，b為碳棒，關(guān)于此裝置的各種敘述不正確的是（）A．碳棒上有氣體放出，溶液酸性變?nèi)魾．a(chǎn)極上發(fā)生了氧化反應(yīng)C．導(dǎo)線中有電子流動(dòng)，電子從a極到b極D．a(chǎn)是正極，b是負(fù)極【變3-2】小穎同學(xué)用如圖所示裝置研究原電池原理，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．若將圖1裝置的Zn、Cu直接接觸，Cu片上能看到氣泡產(chǎn)生B．圖2裝置中SO42-向Cu片移動(dòng)C．若將圖2中的Zn片改為Mg片，Cu片上產(chǎn)生氣泡的速率加快D．圖2與圖3中正極生成物的質(zhì)量比為1∶32時(shí)，Zn片減輕的質(zhì)量相等帶離子交換膜的原電池【例4】鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò)，下列有關(guān)敘述正確的是（）A．銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．電池工作一段時(shí)間后，甲池的c(SO42C．電池工作一段時(shí)間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加D．陰離子、陽(yáng)離子分別通過(guò)交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng)，保持溶液中電荷平衡知識(shí)精講知識(shí)精講三、原電池的應(yīng)用1．比較金屬活動(dòng)性兩種金屬分別作原電池的兩極時(shí)，一般作負(fù)極的金屬比正極的金屬活潑。2．加快氧化還原反應(yīng)的速率一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計(jì)成原電池時(shí)反應(yīng)速率增大。3．設(shè)計(jì)原電池利用原電池原理設(shè)計(jì)和制造原電池，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。經(jīng)典例題經(jīng)典例題利用原電池比較金屬活動(dòng)性【例5】有a、b、c、d四種金屬，將a與b用導(dǎo)線連結(jié)起來(lái)浸入電解質(zhì)溶液中，b不易腐蝕。將a、d分別投入等濃度的鹽酸中，d比a反應(yīng)劇烈。將Cu浸入b的鹽溶液里，無(wú)明顯變化。如果把Cu浸入c的鹽溶液里，有c的單質(zhì)析出。據(jù)此判斷它們的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序是（）A．d、c、a、b B．d、a、b、c C．d、b、a、c D．b、a、d、c【變5-1】X、Y、Z、W四種金屬片浸在稀鹽酸中，用導(dǎo)線連接，可以組成原電池，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示：則四種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)椋ǎ〢．Z＞Y＞X＞W(wǎng) B．Z＞X＞Y＞W(wǎng)C．Z＞Y＞W(wǎng)＞X D．Y＞Z＞X＞W(wǎng)【變5-2】有a、b、c、d四個(gè)金屬電極，有關(guān)的反應(yīng)裝置及部分反應(yīng)現(xiàn)象如下：實(shí)驗(yàn)裝置部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象a極質(zhì)量減小

b極質(zhì)量增加b極有氣體產(chǎn)生

c極無(wú)變化d極溶解

c極有氣體產(chǎn)生電流從a極流向d極由此可判斷這四種金屬的活動(dòng)性順序是（）A．a(chǎn)＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞aC．d＞a＞b＞c D．a(chǎn)＞b＞d＞c利用原電池加快反應(yīng)速率【例6】實(shí)驗(yàn)室中制取氫氣，化學(xué)反應(yīng)速率最快的方法是（）A．純鐵與稀硫酸反應(yīng) B．純鋅與稀硫酸反應(yīng)C．純鋅與稀鹽酸反應(yīng) D．粗鋅（含銅、銀）與稀硫酸反應(yīng)【變6-1】欲提高Cu粉與1.2mol/L的HNO3溶液的反應(yīng)速度，可加入下列什么試劑（）A．蒸餾水 B．碳酸鈉固體 C．食鹽水 D．AgNO3溶液（少量）【變6-2】鐵在下列情況下腐蝕最快的是（）A．鐵放入海水中 B．將鐵和鋅連接后放入到海水中C．將鐵和鋅連接后放入到淡水中 D．將鐵和錫連接后放入到海水中設(shè)計(jì)原電池【例7】如圖所示的裝置中，鐵棒上析出銅，而鐵的質(zhì)量不變，符合要求的原電池是（）A．鐵棒作負(fù)極，銅棒作正極，電解質(zhì)溶液是CuSO4溶液B．鎂棒作負(fù)極，鐵棒作正極，電解質(zhì)溶液是CuSO4溶液C．鎂棒作負(fù)極，鐵棒作正極，電解質(zhì)溶液是FeCl3溶液D．鐵棒作負(fù)極，銅棒作正極，電解質(zhì)溶液是H2SO4溶液【例8】鐵及鐵的化合物應(yīng)用廣泛，如FeCl3可用于催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血?jiǎng)┑取＃?）寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式：_________________________________。（2）若將（1）中的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，請(qǐng)畫出你所設(shè)計(jì)的原電池簡(jiǎn)易裝置圖，并寫出電極反應(yīng)式：正極___________________________；負(fù)極___________________________。（3）該電池向外提供0.2mol電子，負(fù)極材料的質(zhì)量變化為_(kāi)_______________________。（4）利用反應(yīng)2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O可制備CuSO4，若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池，其正極的反應(yīng)式為_(kāi)___________________________________________。模塊模塊二常見(jiàn)的化學(xué)電池知識(shí)精講知識(shí)精講一、鋅錳干電池（一次電池）常見(jiàn)的鋅錳干電池的構(gòu)造如圖所示。其中，石墨棒作正極，氯化銨糊作電解質(zhì)溶液，鋅筒作負(fù)極。在使用過(guò)程中，電子由鋅筒（負(fù)極）流向石墨棒（正極），鋅逐漸消耗，二氧化錳不斷被還原，電池電壓逐漸降低，最后失效。這種電池放電之后不能充電（內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)無(wú)法逆向進(jìn)行），屬于一次電池?？偡磻?yīng)Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++2MnO(OH)+2NH負(fù)極Zn﹣2e-=Zn2+正極2MnO2+2NH4++2e-=2MnO(OH)+2NH二、鉛酸蓄電池（二次電池）有些電池放電時(shí)所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時(shí)可以逆向進(jìn)行，使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)放電（化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能）與充電（電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能）的循環(huán)。這種充電電池屬于二次電池。常見(jiàn)的充電電池有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等，目前汽車上使用的大多是鉛酸蓄電池?？偡磻?yīng)Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O負(fù)極Pb+SO42-﹣2e-=正極PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H三、燃料電池燃料電池是一種將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑（如氧氣）的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)反應(yīng)裝置，具有清潔、安全、高效等特點(diǎn)。燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到80%以上。當(dāng)以氫氣為燃料時(shí)，產(chǎn)物為水；以甲烷為燃料時(shí)，產(chǎn)物為水和二氧化碳。1．氫氧燃料電池電解質(zhì)H2SO4溶液KOH溶液總反應(yīng)2H2+O2=2H2O負(fù)極反應(yīng)式正極反應(yīng)式2．甲烷燃料電池甲烷電池H2SO4作電解質(zhì)KOH作電解質(zhì)負(fù)極反應(yīng)式正極反應(yīng)式總反應(yīng)式經(jīng)典例題經(jīng)典例題一次電池【例9】堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。堿性鋅錳電池以氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)溶液，電池總反應(yīng)式為：Zn+2MnO2+H2OZn(OH)2+Mn2O3。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．電池工作時(shí)，鋅失去電子B．電池正極的電極反應(yīng)式為2MnO2+H2O+2e-Mn2O3+2OH-C．外電路中每通過(guò)0.2mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減少6.5gD．電池工作時(shí)，電流由Zn電極流出【變9】被稱之為“軟電池”的紙質(zhì)電池，采用一個(gè)薄層紙片（在其一邊鍍鋅，而在其另一邊鍍二氧化錳）作為傳導(dǎo)體。在紙內(nèi)的離子“流過(guò)”水和氧化鋅組成的電解液。電池總反應(yīng)為：Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnO(OH)，下列說(shuō)法正確的是（）A．電池工作時(shí)，鋅失去電子，做正極B．該電池反應(yīng)中二氧化錳起催化劑作用C．當(dāng)生成0.1molZnO時(shí)，轉(zhuǎn)移電子個(gè)數(shù)為1.204×1024D．外電路中每通過(guò)0.2mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減少6.5g二次電池【例10】鉛蓄電池的兩極分別是Pb、PbO2，電解質(zhì)溶液為30%硫酸，工作時(shí)反應(yīng)為：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。當(dāng)其放電時(shí)，下列結(jié)論正確的是（）A．PbO2為正極，被氧化 B．電池電解質(zhì)溶液的密度不斷減小C．c(H+)逐漸增大 D．H+向負(fù)極移動(dòng)【變10】化學(xué)電源在日常生活和高科技領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用，下列說(shuō)法正確的是（）A．甲：標(biāo)準(zhǔn)狀況下每消耗44.8LH2，理論上轉(zhuǎn)移電子的電量為3.85×105C(一個(gè)電子電量1.6×10?19C)B．乙：負(fù)極的電極反應(yīng)式為Zn?2e－=Zn2+C．丙：MnO2在石墨電極上失電子生成MnO(OH)D．丁：鉛蓄電池比能量高，成本低，且符合“綠色化學(xué)”思想燃料電池【例11】某固體酸燃料電池以Ca(HSO4)2固體為電解質(zhì)傳遞H+，其基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖，電池總反應(yīng)可表示為2H2+O22H2O。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（）A．電子通過(guò)外電路從b極流向a極B．b極上的電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-4OH-C．每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，消耗1.12L的H2D．H+由a極通過(guò)固體酸電解質(zhì)傳遞到b極【變11】燃料電池是燃料（例如CO、H2、CH4等）跟氧氣或空氣起反應(yīng)，將此反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，電解質(zhì)溶液通常是KOH溶液。下列關(guān)于甲烷燃料電池的說(shuō)法不正確的是（）A．負(fù)極反應(yīng)式為CH4+10OH-﹣8e-=CO32-B．正極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-=4OH-C．隨著不斷放電，電解質(zhì)溶液堿性不變D．甲烷燃料電池的能量利用率比甲烷燃燒的能量利用率大提分作業(yè)提分作業(yè)【練1】下列關(guān)于原電池的敘述中，正確的是（）A．原電池的電極一定要由兩種不同的金屬組成B．原電池的負(fù)極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)C．原電池工作時(shí)，其正極不斷產(chǎn)生電子并經(jīng)外電路流向負(fù)極D．原電池能將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋揪?】根據(jù)Zn+Cu2+=Zn2++Cu的反應(yīng)原理設(shè)計(jì)一個(gè)原電池，當(dāng)Zn為負(fù)極時(shí)，正極可以選用的金屬材料是（）A．鎂 B．石墨 C．鋁 D．鉛【練3】某科學(xué)探究小組為探究電化學(xué)原理，設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。下列對(duì)實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象或相關(guān)結(jié)論的敘述錯(cuò)誤的是（）A．a(chǎn)和b不連接時(shí)，該裝置不能形成原電池，鐵片上有紅色的銅析出B．a(chǎn)和b用導(dǎo)線連接時(shí)，銅片為負(fù)極，發(fā)生的反應(yīng)為Cu2＋＋2e－=CuC．無(wú)論a和b是否連接，鐵片均會(huì)被氧化，溶液中均有Fe2＋生成D．a(chǎn)和b用導(dǎo)線連接時(shí)，溶液中的Cu2＋向銅電極移動(dòng)【練4】下列幾種化學(xué)電池中，不屬于可充電電池的是（）A.堿性鋅錳電池 B.手機(jī)用鋰電池C.汽車用鉛蓄電池 D.玩具用鎳氫電池【練5】LED產(chǎn)品的使用為城市增添色彩。下圖是氫氧燃料電池驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光的一種裝置示意圖。下列有關(guān)敘述正確的是（）A.a處通入氧氣，b處通入氫氣B.通入H2的電極發(fā)生反應(yīng)：H2－2e-==2H+C.通入O2的電極為電池的正極D.該裝置將化學(xué)能最終轉(zhuǎn)化為電能【練6】有A、B、C、D四塊金屬片，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：①A、B用導(dǎo)線相連后，同時(shí)浸入稀硫酸中，A極為負(fù)極；②C、D用導(dǎo)線相連后，同時(shí)浸入稀硫酸中，電流由D→導(dǎo)線→C；③B、C相連后，同時(shí)浸入稀硫酸中，C極產(chǎn)生大量氣泡；④B、D相連后，同時(shí)浸入硫酸銅溶液中，片刻取出電極稱量，D極質(zhì)量增加據(jù)此，判斷四種金屬活動(dòng)性順序（）A．C＞A＞B＞D B．A＞C＞D＞B C．B＞D＞C＞A D．A＞B＞C＞D【練7】已知空氣—鋅電池的電極反應(yīng)為鋅片：Zn+2OH-﹣2e-=ZnO+H2O；石墨：O2+2H2O+4e-=4OH-。根據(jù)此判斷，鋅片是（）A．負(fù)極，并被氧化 B．負(fù)極，并被還原C．正極，并被氧化 D．正極，并被還原【練8】有甲、乙兩位同學(xué)均想利用原電池反應(yīng)檢測(cè)金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱，兩人均使用鎂片與鋁片作電極，但甲同學(xué)將電極放入6mol·L-1的H2SO4溶液中，乙同學(xué)將電極放入6mol·L-1的NaOH溶液中，如下圖所示：（1）寫出甲池中負(fù)極的電極反應(yīng)式：____________________________。

（2）寫出乙池中負(fù)極的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)的離子方程式：負(fù)極____________________________；總反應(yīng)的離子方程式______________________________。

（3）如果甲與乙同學(xué)均認(rèn)為“構(gòu)成原電池的電極材料如果都是金屬，則構(gòu)成負(fù)極材料的金屬應(yīng)比構(gòu)成正極材料的金屬活潑”，則甲會(huì)判斷出_______活動(dòng)性更強(qiáng)，而乙會(huì)判斷出_______活動(dòng)性更強(qiáng)。(填寫元素符號(hào))

（4）由此實(shí)驗(yàn)，可得到如下哪些正確結(jié)論____________。

A．利用原電池反應(yīng)判斷金屬活動(dòng)性順序時(shí)應(yīng)注意選擇合適的介質(zhì)B．鎂的金屬性不一定比鋁的金屬性強(qiáng)C．該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明金屬活動(dòng)性順序已過(guò)時(shí)，已沒(méi)有實(shí)用價(jià)值D．該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明化學(xué)研究對(duì)象復(fù)雜，反應(yīng)受條件的影響較大，因此應(yīng)具體問(wèn)題具體分析（5）丙同學(xué)依據(jù)甲、乙同學(xué)的思路，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)：將鋁片和銅片用導(dǎo)線相連，一組插入濃硝酸中，一組插入稀NaOH溶液中，分別形成了原電池。①在這兩個(gè)原電池中，負(fù)極分別為_(kāi)_________。

A．鋁片、銅片B．銅片、鋁片C．鋁片、鋁片D．銅片、銅片②寫出插入濃硝酸中形成原電池的電極反應(yīng)式______________________________________。【練9】原電池原理的發(fā)現(xiàn)是儲(chǔ)能和供能技術(shù)的巨大進(jìn)步，是化學(xué)對(duì)人類的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)。（1）現(xiàn)有如下兩個(gè)反應(yīng)：A．NaOH+HCl=NaCl+H2O；B．Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑。上述反應(yīng)中能設(shè)計(jì)成原電池的是______（選填字母代號(hào)），