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2010年高考化学专项突破精品系列电化学
原电池
一、认清目标
本节重点：①原电池的化学工作原理；
②原电池的形成条件及电极反应式；电子和电流的运动方向。
本节难点： 原电池的化学工作原理。
高考常考点：原电池的形成条件、电极反应式及电池反应方程式的书写。
二、打牢基础
知识点1:原电池的概念
将化学能转变成电能的装置
知识点2:原电池的条件
1. 组成原电池的条件。①电极：两种不同的导体相连；
(如有两种活性不同的金属；一种是金属、一种是非金属导体；一种是金属、一种是金属氧化物等）。
②电极材料均插入电解质溶液中。（电解质溶液：能与电极反应）
③两电极相连形成闭合电路。
④自发发生的氧化还原反应
2.实例1：看锌、铜、稀硫酸哪个可以组成原电池？ 以及反应情况。
知识点3: 原电池的原理
1.原电池的原理
负极----较活泼的金属--- 电子------发生 反应
正极----较不活泼的金属---- 电子----发生 反应
由电极本身性质决定：
正极：材料性质较不活泼的电极；
负极：材料性质较活泼的电极。
2.实例：负极：Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）
正极：2H++2e-=H2↑（还原反应）
一个自发的氧化还原反应通过一定的装置让氧化剂和还原剂不规则的电子转移变成电子的定向移动就形成了原电池。
知识点4: 一般用离子反应方程式表示原电池正负极的工作原理，又叫电极方程式或电极反应。一般先写负极，所以可表示为：
负极（Zn）：Zn－2e＝Zn2＋ （氧化）
正极（Cu）：2H＋＋2e＝H2↑（还原）
注意：电极方程式要①注明正负极和电极材料 ②满足所有守衡
总反应是：Zn+2H+=Zn2++H2↑
负极：电极本身失电子，发生氧化反应。
正极：电极本身不反应，溶液中的某些离子在正极上获得电子，发生还原反应。
阳离子放电顺(氧化性强弱顺序)： Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2＋＞Zn2+＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋
三、知识提升
知识点1: 原电池中的几个判断
1、原电池正负极的判断：
负极：电子流出的极或较活泼的金属电极或发生氧化反应的电极。
正极；电子流入的极或较不活泼的金属电极或发生还原反应的电极。
a、 根据活动性判断：
b、 负极（材料）发生氧化反应。
这种方法能判断简单原电池的正负极。如：Cu、Zn原电池，Zn比铜活泼，所以做负极，但是这种方法在针对一些特殊的原电池反应时就会发生误判。如：Cu、Al、浓HNO3组成的原电池时，就会发生误判（这里Cu做负极，Al做正极）。
b、根据本质来判断：失电子的一定是负极（电子从负极发出），化合价升高。
Zn + 2MnO2 + NH4+ =Zn2+ + Mn203 + NH3 + H2O
Zn元素在反应中化合价升高（0→+2），所以Zn为负极。利用这种办法准确性较高。当然，这种方法需要知道大致的原电池反应方程式或者有图示提示（燃料电池一般是这样）
c、从现象来判断：负极一般会溶解（质量减轻）。
这也是高考经常出现的原电池正负极判断方法之一。比如：在某一原电池反应中，原电池两极A、B，A极冒气泡，则A、B的活动性？
A极冒气泡，故A为正极，故活动性：A2、 原电池中电流方向与电子流向的判断
电流方向：正→负 电子流向：负→正
3、电解质溶液中离子运动方向的判断
阳离子:向正极区移动 阴离子:向负极区移动
知识点2: 如何根据氧化还原反应原理来设计原电池呢？
请将氧化还原反应 Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+设计成电池（要有盐桥装置）：
此电池的优点：能产生持续、稳定的电流。
其中，用到了盐桥，什么是盐桥？作用是什么？
盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。 导线的作用是传递电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路。
四、学以致用
例1.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．由镁、铝作电极与氢氧化钠溶液组成的原电池中镁是负极。
C．马口铁（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。
解析： 两种活动性不同的金属与电解质溶液能够组成原电池，但不能因此说构成原电池电极的材料一定都是金属，例如锌和石墨电极也能跟电解质溶液组成原电池。
在原电池中，一般活动金属是负极。但还要考虑反应的实质。如氢氧化钠溶液中铝先溶解。
镀锡铁表皮破损后与电解质溶液组成原电池，铁较锡活泼，铁先失电子被腐蚀。
铜锌原电池工作时，锌负极失电子，电极反应为Zn –2e==Zn2+，1molZn失去2mol电子,0.2mol锌（质量为13克）被溶解电路中有0.4mol电子通过。故选D。
答案：D
例2.把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4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，D上有气泡逸出；A、C相连时A极减轻；B、D相连，B为正极。则四种金属的活泼性顺序由大到小排列为 [ ]
A．A＞B＞C＞D B．A＞C＞B＞D
C．A＞C＞D＞B D．B＞D＞C＞A
解析：金属组成原电池，相对活泼金属失去电子作负极，相对不活泼金属作正极。负极被氧化质量减轻，正极上发生还原反应，有物质析出，由题意得活泼性A＞B、A＞C、C＞D 、D＞B，故正确答案为C。
答案：C
例3.某原电池反应的离子方程式为：Fe+2H+=Fe2++H2↑，则下列说法正确的是 [ ]
A．HNO3为电解质溶液 B．锌为原电池正极
C．铁极质量不变 D．铜为原电池正极
解析：由电池反应的离子方程式知，电池的负极为铁，则正极应是比铁不活泼的金属（B被否定）．在反应中负极不断被消耗（C错）．由于反应中放出了氢所并生成了Fe2+故知电解质溶液不能是HNO3．由上分析可知正确选项为D．
答案：D．
例4. 为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学 生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保存一星期后，下列对实验结束时现象描述不正确的是（ ）
A．装置Ⅰ左侧的液面一定会上升
B．左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低
C．装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重
D．装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀
解析：分析前2个装置中分别发生的反应类型为：吸氧腐蚀、析氢腐蚀第3个装置为不腐蚀。
所以Ⅰ中消耗氧气，左边的液面上升，Ⅱ中产生氢气，液面向下压，下降。Ⅲ中液面基本不变化。
答案：B D
例5.用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水 (含Cl―．Br―．Na＋．Mg2＋)的装置如图所示 (a．b为石墨电极)。下列说法中，不正确的是（ ）
A．电池工作时，正极反应式为：O2 +2 H2O + 4e—=4 OH―
B．电解时，a 电极周围首先放电的是Br―而不是Cl―，说明当其它条件相同时前者的还原性强于后者
C．电解后期，电解的离子方程式为：2Cl― +2 H2O = Cl2↑+ 2 OH― +2H2↑
D．忽略能量损耗，当电池中消耗0．02g H2 时，b 极周围会产生0．02g H2
解析：电池工作时，正极反应式为：O2 +2 H2O + 4e—=4 OH― ，因为是酸性电池，电极产物应该为水，A错。电解后期，电解的离子方程式为：2Cl― +2 H2O = Cl2↑+ 2 OH― +2H2↑，因为溶液中有Mg2＋离子，会产生Mg（OH）2的沉淀，应该为Mg2＋+2Cl― +2 H2O = Cl2↑+
Mg（OH）2↓+2H2↑，C错。当电池中消耗0．02g氢气失去0．02mol电子，得失电子守恒，
b 极周围会产生0．02g H2。
答案：A、C
五、面对高考
1．（07年广东化学·12）为了避免青铜器生成铜绿，以下方法正确的是
A．将青铜器放在银质托盘上
B．将青铜器保存在干燥的环境中
C．将青铜器保存在潮湿的空气中
D．在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜
答案：BD
解析：铜绿是生活中常见现象，反应原理为2Cu+O2+CO2+H2O==Cu2CO3(OH)2，故青铜器应保存在干燥的环境中或表面覆盖一层防渗的高分子膜防止被腐蚀。A可能发生原电池反应而被腐蚀。
2．（07年广东文基·62）下列说法正确的是
A．需要加热的化学反应都是吸热反应
B．中和反应都是放热反应
C．原电池是将电能转化为化学能的一种装置
D．水力发电是将化学能转化为电能的过程
答案：B
解析：需要加热的化学反应也可能是放热反应，如可燃物的燃烧反应，A选项错误；原电池是将化学能转化为电能的装置，故C选项错误；水力发电是将机械能转化为电能的过程，故D选项错误。正确选项为B
3．（08年广东化学·2）海水是一个巨大的化学资源库，下列有关海水综合利用的说法正确的是
A．海水中含有钾元素，只需经过物理变化就可以得到钾单质
B．海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化
C．从海水中可以得到NaCl，电解熔融NaCl可制备Cl2
D．利用潮汐发电是将化学能转化为电能
答案：C
解析：海水中钾元素以K+形式存在，生成钾单质必然发生化学反应，A错。蒸发制海盐发生的是物理变化，B错。潮汐发电是将动能转化为电能，D错。
4．（08年广东化学·5）用铜片、银片、Cu (NO3)2溶液、AgNO3溶液、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
①在外电路中，电流由铜电极流向银电极 ②正极反应为：Ag++e-=Ag
③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作
④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．①② B．②③ C．②④ D．③④
答案：C
解析：Cu作负极，Ag作正极。负极：Cu-2e-==Cu2+；正极：A+ + e- ==Ag。
在外电路中，电子由Cu电极流向Ag电极，而电流方向与电子流向相反，所以1错。没有盐桥，原电池不能继续工作，3错。无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，4对。
5．（08年江苏化学·6）下列装置或操作能达到实验目的的是
答案：C
解析：Ａ中收集氨气装置无棉花，（棉花的目的是防止气体对流，在计短的时间内收集满氨气）;B中右边烧杯中电解质溶液应收硫酸铜，C是实验中常见检查气密性的装置，C对；收集比空气重的气体应该是长进短出故D错。
6．（09年福建理综·11）控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如右图所示的原电池。下列判断不正确的是
A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原
C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固定，乙中石墨电极为负极
答案：D
解析：乙中I－失去电子放电，故为氧化反应，A项正确；由总反应方程式知，Fe3＋被还原成Fe2＋，B项正确；当电流计为零时，即说明没有电子发生转移，可证明反应达平衡，C项正确。加入Fe2＋，导致平衡逆向移动，则Fe2＋失去电子生成Fe3＋，而作为负极，D项错。
7．（9分）（2007海南·14）依据氧化还原反应：2Ag+（aq） + Cu（s） == Cu2+（aq） + 2Ag（s）设计的原电池如图所示。
请回答下列问题：
（1）电极X的材料是 ；电解质溶液Y是 ；
（2）银电极为电池的 极，发生的电极反应为 ；
X电极上发生的电极反应为 ；
（3）外电路中的电子是从 电极流向 电极。
答案：（1）Cu AgNO3（2）正极 Ag+ +e－＝Ag↓ Cu－2e－＝Cu2+
（3）X Ag
考点：本题考查了原电池原理。
解析：本电池的化学反应原理为：2AgNO3+Cu=Cu(NO3)2+2Ag。对于原电池负极上发生氧化反应，失电子一极；正极上发生还原反应，得电子一极。电子由负极流向正极。
8．（07年山东理综·29）（15分）铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式 。
（2）若将（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。
正极反应 负投反应 。
（3）腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2＋、Fe3＋和Fe2＋的浓度均为0.10mol·L－1，请参照下表给出的数据和药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3＋和Fe2＋的实验步骤 。
氢氧化物开始沉淀时的pH 氢氧化物沉淀完全时的pH
Fe3＋ 1.9 3.2
Fe2＋ 7.0 9.0
Cu2＋ 4.7 6.7
提供的药品：Cl2 浓H2SO4 NaOH溶液 CuO Cu
（4）某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。请从上表提供的药品中选择两种（水可任选），设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。
有关反应的化学方程式
劣质不锈钢腐蚀的实验现象
答案：（1）2Fe3＋＋Cu＝2Fe2＋＋Cu2＋
（2）
正极反应：Fe3＋＋e－＝Fe2＋（或2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋）
负极反应：Cu＝2Cu2＋＋2e－（或Cu－2e－＝Cu2＋）
（3）①通入足量氯气将Fe2＋氧化成Fe3＋；②加入CuO调节溶液的pH至3.2～4.7；③过滤（除去Fe(OH)3）
（4）CuO＋H2SO4＝CuSO4＋H2O CuSO4＋Fe＝FeSO4＋Cu
不锈钢表面有紫红色物质生成
解析：（1）Fe3+具有强氧化性，可以把一些金属单质如铁、铜等氧化成相应的离子，Fe3+腐蚀铜制电路板利用的就是这个原理，反应的离子方程式是：2Fe3+ + Cu====2Fe2+ + Cu2+。
（2）由反应2Fe3+ + Cu====2Fe2+ + Cu2+可以判断出铜化合价升高，发生氧化反应，铜做负极，铁元素化合价降低，Fe3+ 发生还原反应，正极可以选用石墨棒，电解质溶液可以选用氯化铁溶液。回忆并仿照教材上的铜锌原电池装置，可以画出此原电池的装置图，装置图见答案。发生的电极反应为：
正极反应：Fe3＋＋e－＝Fe2＋（或2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋）
负极反应：Cu＝2Cu2＋＋2e－（或Cu－2e－＝Cu2＋）。
（3）除杂时，要把杂质全部除去，又不能引入新的杂质。根据题给信息可知：Fe3+的氢氧化物从开始沉淀到沉淀完全的pH范围是1.9～3.2，Fe2+的氢氧化物从开始沉淀到沉淀完全的pH范围是7.0～9.0，Cu2+的氢氧化物从开始沉淀到沉淀完全的pH范围是4.7～6.7。当pH为3.2时Fe3+完全沉淀，此时Cu2+不会沉淀，要使Fe2+完全沉淀需要使溶液的pH为9.0，此时Cu2+已经完全沉淀。因此，若要除去CuCl2溶液中的Fe3+、Fe2+，需要将Fe2+全部转化为Fe3+，采取的措施是向溶液中同入过量的氯气；为了不引入其它杂质，可以向溶液中加入CuO调节溶液的pH范围在3.2～4.7之间，此时Fe3+完全沉淀；最后过滤，即可得到纯净的氯化铜溶液。实验步骤见答案。
（4）不锈钢在某些盐溶液中比在酸溶液中腐蚀明显，说明这些盐溶液中的金属阳离子的氧化性比H+的氧化性强，即这些金属在金属活动性顺序位于氢的后面。要设计实验验证劣质不锈钢易被腐蚀，需要有容易与铁反应的盐，根据提供的药品可知这种盐是硫酸铜，制取硫酸铜的最佳方案是用氧化铜与稀硫酸反应制取，这种方法比浓硫酸与铜反应节省硫酸，并且不产生污染环境的SO2 。实验步骤是：①用适量水将浓硫酸稀释制取稀硫酸，②用氧化铜与稀硫酸反应制取硫酸铜，③将不锈钢加入硫酸铜溶液中观察现象。有关化学方程式和实验现象见答案。
9．（07年宁夏理综·26）（14分）
（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60g，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47g，试计算：
①产生氢气的体积(标准状况)；
②通过导线的电量。（已知NA＝6.02×1023/mol，电子电荷为1.60×10－19C）
答案：（1）Zn－2e－=Zn2＋ 2H＋＋2e－=H2↑ （2）①4.5L ②3.8×104C
解析：（1）因金属的活动性顺序为Zn＞Ag，所以将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池时，锌片作负极，发生氧化反应Zn－2e－=Zn2＋；银片作正极，发生还原反应2H＋＋2e－=H2↑ 。
（2）①根据电极反应，知锌片与银片减少的质量等与生成氢气所消耗的锌的质量，设产生的氢气的体积为x。
Zn ＋ 2H＋ = Zn2＋ ＋ H2↑
65g 22.4L
60g-47g x
所以，解得 x=4.5L。
②反应消耗的锌的物质的量为，因为锌发生氧化反应时Zn－2e－=Zn2＋，所以通过导线的电量为0.20mol×2×6.02×1023mol-1×1.60×10-19C=3.8×104C。
10．（09年海南化学·15）（9分）
Li—SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4—SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li+2SOCl2 =4LiCl+S +SO2。
请回答下列问题：
（1）电池的负极材料为 ，发生的电极反应为 ；
（2）电池正极发生的电极反应为 ；
（3）SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。 如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是 ，反应的化学方程式为 ；
（4）组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是 。
答案：：（9分）
（1）锂 Li－2e－=Li＋（2分）
（2）2SOCl2＋4e－=4Cl－＋S＋SO2（2分）
（3）出现白雾，有刺激性气体生成 SOCl2＋H2O=SO2↑＋2HCl↑（3分）
（4）锂是活泼金属，易与H2O、O2反应；SOCl2也可与水反应（2分）
解析：分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂 ，SOCl2为氧化剂。
（1）负极材料为Li（还原剂），Li – e- = Li+
（2）负极反应式可由总反应减去负极反应式得到：2SOCl2 + 4 e－ = 4Cl－ + S + SO2
（3）题中给出有碱液吸收时的产物，则没有碱液吸收时的产物应为SO2和HCl，所以现象应该为出现白雾和有刺激性气体生成。
（4）因为构成电池的两个主要成份Li能和氧气水反应，且SOCl2也与水反应www.
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