高三化学原电池及其应用专题复习
丹阳市第五中学 顾林农
[考点分析]
电化学，作为中学化学的重要理论，是历年高考中必考的热点之一。考题主要是以选择题的形式出现，有时在实验题以及一些推断题中涉及。考查的主要内容有：原电池原理及其应用、形成的条件、电极名称及电极反应、根据电极变化判断金属活动性强弱、对一些新型电池的电极反应的认识和书写。电化学反应的实质就是氧化还原反应,还涉及到电解质溶液等知识。因此，有比较宽的命题背景。
[复习目标]
1． 了解原电池的工作原理、应用及形成条，能写出电极反应和电池反应方程式。
2． 了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能转化的意义及其重要应用。
3． 能解释金属发生电化学腐蚀的原因及其防护的措施。
[例题分析]
1、原电池涉及的环保问题
[例1]：随着人们生活质量的不断提高，废电池必须集中处理的问题被提上议事日程，其首要原因是 ( )
A利用电池外壳金属材料
B、防止电池中的汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染。
C、不使电池中渗泄的电解液腐蚀其它物品
D、回收其中石墨。
解析：本题属人们生活中所熟悉的环保问题。回收废旧电池的首要原因是防止废电池中滲漏的重金属离子对土壤和水源的污染，而对废电池的综合利用是第二位的。故B项说法正确。
2、原电池形成的条件
[例2]：以下现象与电化学理论无关的是 ( )
A、黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易生铜锈
B、生铁比软件铁芯（几乎是纯铁）容易生锈
C、纯锌与稀硫酸反应时，滴少量硫酸铜溶液后速率加快
D、银质奖牌久置后表面变暗
解析：本题实质上是考查原电池的有关知识。选项A中黄铜是铜锌合金，可以构成原电池，但锌比铜活泼，被腐蚀的是锌而不是铜，故不易产生铜锈；选项B中生铁是铁碳合金，可构成原电池使铁腐蚀生锈，软件铁芯几乎是纯铁，不构成原电池；选项C在含锌的硫酸溶液中加入CuSO4溶液后，发生反应：Zn +Cu SO4==Cu+Z n SO4，反应置换出的铜附在锌表面，构成无数微小的原电池，加速了H2的产生；D项中银质奖牌是较纯的银制作的，不构成原电池，久置后变暗是跟空气中多种物质反应造成的。综上分析，只有D项符合题意。
3、原电池工作原理
[例3]：蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下式是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：
Fe+NiO2 + 2H2O Fe（OH）2+Ni（OH）2。
下列有关该蓄电池的推断错误的是 ( )
A、放电时Fe是负极，NiO2是正极
B、放电时正极反应是：NiO2+H2O+2e-==。Ni（OH）2+2OH-
C、放电时，电解质溶液中阴离子向正极方向移动
D、蓄电池的电极必须浸入某种碱性电解质溶液中
解析：根据题意可把蓄电池充电过程视为原电池反应，负极应发生氧化反应，正极发生还原反应。从上述放电反应来看，Fe化合价升高，失去电子发生氧化反应，所以Fe为负极，而NiO2中，Ni化合价降低，得电子发生还原反应，NiO2为正极，故A。B项正确；因Fe失去电子变为Fe2+进入溶液使得周围的电解液带正电荷，溶液中的阴离子应流向负极，所以C项错误；由题中所给反应式可看出该蓄电池必须浸在碱性溶液中，D项正确。按题目要求答案为C。
4、书写电极反应要考虑电解质参与反应
[例４]：航天技术上使用的氢－氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。氢－氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池总反应方程式均可表示为：2H2＋O2＝2H2O。酸式氢－氧燃料电池中的电解质是酸，其负极反应为：2H2－4e－＝4H＋，则其正极反应为_________________；碱式氢－氧燃料电池中的电解质是碱，其正极反应为：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－，则其负极反应为_________________________。
解析：原电池正极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－，在酸性溶液中：4OH－＋4H＋＝4H2O，故正极反应为：O2＋4H＋＋4e－＝2H2O；在原电池负极发生氧化反应：2H2－4e－＝4H＋，在碱性溶液中：4H＋＋4OH－＝4H2O，故负极反应为：2H2＋4OH－―4e－＝4H2O。由此可知，在书写电极反应时要注意电解质参与电极反应。
5、信息题
[例5]：市场上出售的“热敷袋”其主要成分为铁屑、炭粉、木屑和少量氯化钠、水等。热敷袋启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量，使用完后，会发现有大量铁锈存在。请回答下列问题。
（1）热敷袋产生热量的来源是____________________________________________。
（2）炭粉的主要作用是__________________________________________________。
（3）加入NaCl的主要作用是_____________________________________________。
（4）写出生成铁锈的有关方程式__________________________________________。
（按生成过程分步写，不可合并成总式）
解析：本题为一信息给予题，实质上考的是原电池的有关知识。同时考查学生分析信息，利用信息解决问题的能力。从热敷袋使用前与空气隔绝，启用后却要打开揉搓，说明有空气参与了热敷袋内的反应。反应后有大量铁锈生成，说明有O2参加，而放出的热量是铁被氧化时释放的。从启用到放出热时间很短，显然不是铁的缓慢氧化所能形成的现象，会很容易想到热敷袋内发生的是原电池反应，其中铁做负极，炭粉为正极，NaCl与水构成了电解质溶液。轻轻揉搓的作用是使铁屑与炭粉、氯化钠、水以及空气充分接触，以促使原电池反应的发生，热敷袋中主要发生以下反应：Fe－2e-==Fe2+，；2H2O+O2+4e--==4OH--；Fe 2++2OH--==Fe（OH）2 ；4Fe（OH）2+O2 +2H2 O==4Fe（OH）3 ；2Fe（OH）3 ==Fe2O3+3H2O。
专题训练
一、选择题：
1、 钢铁发生吸氧腐蚀时,正极上发生的电极反应是 ( )
A、2H+ +2 e-= H2 B、Fe2+ +2e- =Fe
C、2H2 O+O2+4e- =4OH- D、Fe3++e- =Fe2+
2、下列叙述中，可以说明金属甲的活动性比金属乙的活动性强的是 ( ) A、在氧化-还原反应中，甲原子失去的电子比乙原子失去的电子多 B、同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强 C、甲能跟稀盐酸反应放出氢气而乙不能 D、将甲、乙作电极组成原电池时，甲是负极
3、家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是
( )
A、4Fe(OH)2+2H2O+O2＝4Fe(OH)3↓ B、2Fe+2H2O+O2＝2Fe(OH)２↓
C、2H2O+O2+4e＝４OH-－ D、Fe－3e＝Fe3+
4、X、Y、Z、M代表四种金属元素.金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时,X溶解,Z极上有氢气放出;若电解Y2+和Z2+ 离子共存的溶液时,Y先析出;又知M2+ 离子的氧化性强于Y2+离子.则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为 ( )
A、X>Z>Y>M B、X>Y>Z>M
C、M>Z>X>Y D、X>Z>M>Y
5、实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气,已知铅蓄电池放电时发生如下反应:
负极 Pb+SO42-=PbSO4+2e- 正极 PbO2+4H++ SO42-+2e-=PbSO4+2H2O
今若制得Cl2l0.050摩,这时电池内消耗的H2 SO4的物质的量至少是 ( )
A、0.025摩 B、0.050摩 C、0.10摩 D、0.20摩
6、下列关于铜电极的叙述，正确的是
( ) A、铜锌原电池中铜是正极 B、用电解法精炼粗铜时精铜作阳极
C、在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极 D、电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极
7、将质量分数为0.052(5.2%)的NaOH溶液1升（密度为1.06克/毫升）用铂电极电解，当溶液中的NaOH的质量分数改变了0.010(1.0%)时停止电解，则此时溶液中应符合的关系是( )
| NaOH的质量分数 | 阳极析出物的质量（克） | 阴极析出物的质量（克） | |
| A | 0.062(6.2%) | 19 | 152 |
| B | 0.062(6.2%) | 152 | 19 |
| C | 0.042(4.2%) | 1.2 | 9.4 |
| D | 0.042(4.2%) | 9.4 | 1.2 |
8、用两支惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时（设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略），电极上析出银的质量大约是 ( )
A．27mg B．54mg C．108mg D．216mg
9、下列关于实验现象的描述不正确的是 ( )
A、把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡
B、用锌片做阳极，铁片做做阴极，电解氯化锌溶液，铁片表面出现一层锌
C、把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁
D、把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快
10、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是
根据此反应式判断，下列叙述中正确的是 ( )
A、电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大
B、电池放电时，镍元素被氧化
C、电池充电时，氢元素被还原
D、电池放电时，H2是负极
二．填空题：
11、锌－锰干电池是普遍使用的化学电池，其中含有MnO2、NH4Cl、ZnCl2等糊状物。以锌筒为负极材料，石墨为正极材料。工作时反应方程式是：
Zn＋2MnO２＋2NH４＋＝Zn２＋+Mn２O３＋２NH３＋H２O
（1）试写出干电池放电时的正、负电极反应式：
正极：_________________________________负极：________________________________
干电池用久了就会变软，其原因是___________________________________________________。
（2）正极反应中，前后经历下列反应：2NH4＋＋2e－＝2NH3＋H2；2MnＯ2＋H2＝Mn2O3＋H2O，如果没有MnO2参与，干电池将难于持续稳定工作。
试说明理由：_________________________________________________________________。
12、将特殊材料制成的惰性电极插入KOH溶液中，在两极上通入CH4和O2，可组成一种燃料电池．试写出有关电极反应。
正极：________________________________负极：_________________________________
13、熔融盐燃料电池因具有高效率而受重视。可用Li2CO3和Na2CO3熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气作为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。完成有关的电池反应式。
阳极反应式：2CO＋2CO32－＝4CO2＋4e－
阴极反应式：___________________________________。
14、银器皿日久表逐渐变成黑色，这是由于生成了Ag2S，有人设计了用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中与容器接触，放置一段时间，黑色就会褪去而不会损失。
试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应为：__________________，正极反应为：____________________，反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，则原电池总反应方程式为：_____________________________________。
15、据报道，最近摩托罗拉（MOTOROLA）公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量是现用镍氢电池和锂电池的10倍，可连续使用1个月充电一次。假定放电过程中，甲醇完全氧化产生的CO2被充分吸收生成CO32－
（1）该电池反应的总离子方程式为____________________________________________。
（2）甲醇在____极发生反应（填正或负），电池在放电过程中溶液的pH将____（填降低或上升、不变）；若有16克甲醇蒸气被完全氧化,产生的电能电解足量的CuSO4溶液，（假设整个过程中能量利用率为80％），则将产生标准状况下的O2________升。
（3）最近，又有科学家制造出一种固体电解质的燃料电池，其效率更高。一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气。其中固体电解质是掺杂了Y2O3（Y：钇）的ZrO2（Zr：锆）固体，它在高温下能传导O2－离子（其中氧化反应发生完全）。以丁烷（C4H10）代表汽油。
①电池的正极反应式为____________________________________________。
②放电时固体电解质里的O2－离子的移动方向是向____________极移动（填正或负）。
[参考答案]
一、选择题：
1、C 2、C、D 3、D 4、A 5、C
6、A、C 7、B 8、B 9、C 10、C、D
二、填空题：
11、 （1）2NH4++2MnO2+2e-=2NH3+Mn2O3+H2O Zn-2e-=Zn2+ 电池放电过程中有水产生、锌筒变薄造成干电池变软
（2）正极反应的中间产物H2附着于石墨，增加电池内阻。
12、2O2+4H2O+8 e-=8OH- CH4+10OH- -8 e-=CO32-+7 H2O
13、O2+2CO2+4 e-= 2CO32-
14、2Al-6e-=2Al3+ 3 Ag2S+6 e-=6Ag+3S2-
2Al+3 Ag2S +6H2O=Al（OH）3+6 Ag+3H2S↑
15、（1）、 2CH3OH+3O2+4 OH-=2CO32-+6H2O
（2）、 负 下降 13.44
（3）、 ① O2+4e-=2O2-
② 负