(知识点总结及习题)
原电池得知识梳理
1、原电池就是一种将化学能转变成电能得装置。
2、原电池得构成条件:活动性不同得两个电极、电解质溶液、形成闭合回路。韵语记忆:一强一弱两块板,两极必用导线连,同时插入电解液,活动导体溶里边。
3、只有氧化还原反应才有电子得得失,只有氧化还原反应才可能被设计成原电池(复分解反应永远不可能被设计成原电池)。
4、氧化还原反应中还原剂得氧化反应与氧化剂得还原反应同时发生,一个氧化还原反应被设计成原电池后,氧化反应与还原反应被分别设计在负极与正极发生,两极反应式叠加后应该与氧化还原反应式吻合,要求书写电极反应式时,负极失去得电子数与正极得到得电子数相等。
5、无论什么样电极材料、电解质溶液(或熔融态得电解质)构成原电池,只要就是原电池永远遵守电极得规定:电子流出得电极就是负极,电子流入得电极就是正极。
6、在化学反应中,失去电子得反应(电子流出得反应)就是氧化反应,得到电子得反应(电子流入得反应)就是还原反应,所以在原电池中:负极永远发生氧化反应,正极永远发生还原反应。
7、原电池作为一种化学电源,当它用导线连接上用电器形成闭合回路时就会有电流通过。
(1)在外电路:
①电流得流向就是从电源得正极出发经用电器流向电源得负极。
②电子得流向就是从电源得负极出发经用电器流向电源得正极。
(2)在内电路:
①电解质溶液中得阳离子向正极移动,因为:正极就是电子流入得电极,正极聚集了大量得电子,而电子带负电,吸引阳离子向正极移动。
②电解质溶液中得阴离子向负极移动,因为:负极溶解失去电子变成阳离子,阳离子大量聚集在负极,吸引阴离子向负极移动。(硝酸做电解质溶液时,在H+帮助下,NO3-向正极移动得电子放出NO2或NO)
8、原电池得基本类型:
(1)只有一个电极参与反应得类型:负极溶解,质量减小;正极本身不参与反应,但就是在正极可能有气体产生或正极质量增大。
(2)两个电极都参与反应得类型:例如:充电电池类得:蓄电池、锂电池、银锌电池等。
(3)两个电极都不参与反应得类型:两极材料都就是惰性电极,电极本身不参与反应,而就是由引入到两极得
物质发生反应,如:燃料电池,燃料电池得电解质溶液通常就是强碱溶液。
9、电解质溶液得作用:运载电荷或参与电极反应(产生沉淀、放出气体、改变微粒得存在形式)。
10、如果负极产生得阳离子与电解质溶液中得阴离子不能共存,二者将发生反应使得各自得离子浓度减少,并可能伴有沉淀或气体得产生。
11、在特定得电解质溶液得条件下:能单独反应得金属做负极,不能单独反应得金属做正极。
例1:两极材料分别就是铜片与铝片,电解质溶液就是浓硝酸,虽然金属活动性铝比铜活泼,但就是由于铝与浓硝酸发生钝化,不再继续反应,而铜与浓硝酸发生氧化反应,在电池中,铜作原电池得负极,铝作原电池得正极。
例2:两极材料分别就是镁片与铝片,电解质溶液就是氢氧化钠溶液,虽然金属活动性镁比铝活泼,但就是由于铝与氢氧化钠溶液发生氧化反应产生氢气,而镁与氢氧化钠溶液不反应,在电池中,铝作原电池得负极,镁作原电池得正极。
12、在非氧化性酸得酸性条件下或中性条件下,金属活动性强得金属做负极。
二、应该对比掌握11种原电池
原电池电极反应式得书写格式:电极名称(电极材料):氧化还原反应得半反应(氧化还原类型)
1、铜锌非氧化性强酸溶液得原电池(伏打电池)(电极材料:铜片与锌片,电解质溶液:稀硫酸)
(1)氧化还原反应得离子方程式:Zn+2H+ = Zn2+ + H2↑
(2)电极反应式及其意义
正极(Cu):2H+ +2e-=H2↑(还原反应);负极(Zn):Zn -2e-=Zn2+ (氧化反应)。
意义:在标准状况下,正极每析出2、24升氢气,负极质量就减小6、5克。
(3)微粒移动方向:
①在外电路:电流由铜片经用电器流向锌片,电子由锌片经用电器流向铜片。
②在内电路:SO(运载电荷)向锌片移动,H+ (参与电极反应)向铜片移动得电子放出氢气。
2、铜锌强碱溶液得原电池(电极材料:铜片与锌片,电解质溶液:氢氧化钠溶液)
(1)氧化还原反应得离子方程式:Zn +2OH- =ZnO+ H2↑
(2)电极反应式及其意义
①正极(Cu):2H+ +2e-=H2↑(还原反应);修正为:2H2O+2e- =H2↑+2OH-
②负极(Zn):Zn -2e-=Zn2+ (氧化反应);修正为:Zn +4OH--2e-=ZnO+2H2O
意义:在标准状况下,正极每析出2、24升氢气,负极质量就减小6、5克。
(3)微粒移动方向:
①在外电路:电流由铜片经用电器流向锌片,电子由锌片经用电器流向铜片。
②在内电路:OH-(参与溶液反应)向锌片移动遇到Zn2+发生反应产生ZnO,Na+(运载电荷)向正极移动。
3、铝铜非氧化性强酸溶液得原电池(电极材料:铜与铝;电解质溶液:稀硫酸。)
(1)氧化还原反应得离子方程式:2Al+6H+ = 2Al3+ + 3H2↑
(2)电极反应式及其意义
正极(Cu):6H+ +6e- =3H2↑(还原反应);负极(Al):2Al -6e-=2Al3+ (氧化反应)。
意义:在标准状况下,正极每析出6、72升氢气,负极质量就减小5、4克。
(3)微粒移动方向:
①在外电路:电流由铜片经用电器流向铝片,电子由铝片经用电器流向铜片。
②在内电路:SO(运载电荷)向铝片移动,H+ (参与电极反应)向铜片移动得电子放出氢气。
4、铜铝强碱溶液得原电池(电极材料:铜片与铝片,电解质溶液:氢氧化钠溶液)
(1)氧化还原反应得离子方程式:2Al +2OH- +2H2O=2AlO+ 3H2↑
(2)电极反应式及其意义
①正极(Cu):6H+ +6e-=3H2↑(还原反应);修正为:6H2O+6e- =3H2↑+6OH-
②负极(Al):2Al -6e- =2Al3+ (氧化反应);修正为:2Al +8OH--6e-=2AlO+4H2O
意义:在标准状况下,正极每析出6、72升氢气,负极质量就减小5、4克。
(3)微粒移动方向:
①在外电路:电流由铜片经用电器流向铝片,电子由铝片经用电器流向铜片。
②在内电路:OH-(参与溶液反应)向铝片移动遇到Al3+发生反应产生AlO,Na+(运载电荷)向正极移动。
5、铝铜电池浓硝酸原电池(电极材料:铜片与铝片,电解质溶液:浓硝酸)
(1)氧化还原反应得离子方程式:Cu+4H+ +2NO3- =Cu2+ +2NO2↑+2H2O
(2)电极反应式及其意义
①正极(Al):4H+ +2NO3- +2e- =2NO2↑+2H2O(还原反应);
②负极(Cu):Cu-2e- =Cu2+(氧化反应);
意义:在标准状况下,正极每析出4、48升NO2,负极质量就减小6、4克。
(3)微粒移动方向:
①在外电路:电流由铝片经用电器流向铜片,电子由铜片经用电器流向铝片。
②在内电路:H+ (参与电极反应)向铝片移动与NO3-汇合,NO3-(参与电极反应)得电子产生NO2。
6、镁铝非氧化性强酸溶液得原电池(电极材料:镁与铝;电解质溶液:稀硫酸。)
(1)氧化还原反应得离子方程式:Mg+2H+ = Mg2+ + H2↑
(2)电极反应式及其意义
正极(Al):2H+ +2e-=H2↑(还原反应);负极(Mg):Mg -2e-=Mg2+ (氧化反应)。
意义:在标准状况下,正极每析出2、24升氢气,负极质量就减小2、4克。
(3)微粒移动方向:
①在外电路:电流由铝片经用电器流向镁片,电子由镁片经用电器流向铝片。
②在内电路:SO(运载电荷)向铝片移动,H+ (参与电极反应)向镁片移动得电子放出氢气。
7、镁铝强碱溶液得原电池(电极材料:镁片与铝片,电解质溶液:氢氧化钠溶液)
(1)氧化还原反应得离子方程式:2Al +2OH- +2H2O=2AlO+ 3H2↑
(2)电极反应式及其意义
①正极(Mg):6H+ +6e-=3H2↑(还原反应);修正为:6H2O+6e- =3H2↑+6OH-
②负极(Al):2Al -6e-=2Al3+ (氧化反应);修正为:2Al +8OH--6e- =2AlO+4H2O
意义:在标准状况下,正极每析出6、72升氢气,负极质量就减小5、4克。
(3)微粒移动方向:
①在外电路:电流由镁片经用电器流向铝片,电子由铝片经用电器流向镁片。
②在内电路:OH-(参与溶液反应)向铝片移动遇到Al3+发生反应产生AlO,Na+(运载电荷)向正极移动。
8、氢气与氧气细菌燃料电池(电解质溶液就是磷酸)
(1)氧化还原反应得化学方程式:2H2 +O2=2H2O
(2)电极反应式及其意义
①正极(惰性材料):O2 +4e-=2O2-(还原反应);修正为:O2 +4H+ +4e-=2H2O
②负极(惰性材料):2H2 -4e-=4H+ (氧化反应);
意义:在标准状况下,正极每消耗3、2升氧气,负极同时消耗0、4克氢气,电解质溶液增加3、6克水。
9、氢气与氧气燃料电池(电解质溶液就是氢氧化钾溶液)
(1)氧化还原反应得化学方程式:2H2 +O2=2H2O
(2)电极反应式及其意义
①正极(惰性材料):O2 +4e-=2O2-(还原反应);修正为:O2 +2H2O +4e-=4OH-
②负极(惰性材料):2H2 -4e-=4H+ (氧化反应);修正为:2H2 +4OH--4e-=4H2O
意义:在标准状况下,正极每消耗3、2升氧气,负极同时消耗0、4克氢气,电解质溶液增加3、6克水10、甲烷与氧气燃料电池(电解质溶液就是氢氧化钾溶液)
(1)氧化还原反应得化学方程式:CH4+2O2=CO2+2H2O 。
在强碱性条件下修正为:CH4+2O2 +2NaOH=Na2CO3+3H2O;CH4+2O2 +2OH- =CO+3H2O
(2)电极反应式及其意义
①正极(惰性材料):2O2 +8e-=4O2-(还原反应);在强碱性条件下修正为:2O2 +4H2O +8e-=8OH-
②负极(惰性材料):CH4 -8e-→CO2(氧化反应);修正为:CH4–8e- +10 OH- =CO32- +7 H2O
意义:在标准状况下,正极每消耗4、48升氧气,负极同时消耗2、24升甲烷。
11、丙烷与氧气燃料电池(电解质溶液就是氢氧化钾溶液)
(1)氧化还原反应得化学方程式:C3H8+5O2=3CO2+4H2O 。
在强碱性条件下修正离子方程式为:C3H8+5O2 +6OH-=3CO+7H2O
(2)电极反应式及其意义
①正极(惰性材料):5O2 +20e-=10O2-(还原反应);在强碱性条件下修正为:5O2 +10H2O +20e-=20OH-
②负极(惰性材料):C3H8–20e-→3CO2(氧化反应);修正为:C3H8–20e- +26 OH- =3 CO+ 17 H2O
意义:在标准状况下,正极每消耗11、2升氧气,负极同时消耗2、24升丙烷。
强调八点:
①书写电极反应式要注意酸碱性环境对产物存在形式得影响。
②在酸性环境中,氢元素得存在形式有:H+ 、H2O 、H2三种形式,不会出现OH-形式。
③在碱性环境中,氢元素得存在形式为:OH-、H2O 、H2三种形式,不会出现H+形式。
④在酸性环境中,氧元素得存在形式有:H2O 一种形式,不会出现OH-、O2-两种形式。
⑤在碱性环境中,氧元素得存在形式为:OH-、H2O 两种形式,不会出现O2-形式。
⑥检验电极反应式得三个标准:正负极得失电子数相等,原子个数守恒,微粒存在形式符合酸碱环境。
⑦在正负极得失电子数相同得情况下,两个电极反应式叠加,会得到总反应式。
⑧用总反应式减去任何一个电极反应式会得到另一个电极反应式。
三、2007年高考原电池部分试题及其详细解答
1、(2007年高考广东理基)钢铁在潮湿得空气中会被腐蚀,发生得原电池反应为:
2Fe＋2H2O＋O2 = 2Fe2＋＋4OH－。以下说法正确得就是( )
(A)负极发生得反应为:Fe－2e－= Fe2＋
(B)正极发生得反应为:2H2O＋O2＋2e－= 4OH－
(C)原电池就是将电能转变为化学能得装置
(D)钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
2、(2007年高考广东化学卷)科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池,利用细菌将有机物转化为氢气,氢气进入以磷酸为电解质得燃料电池发电。电池负极反应为( )
(A)H2＋2OH－＝2H2O＋2e－(B) O2＋4H＋＋4e－＝2H2O
(C)H2＝2H＋＋2e－(D) O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
3、(2007年高考广东化学卷)为了避免青铜器生成铜绿,以下方法正确得就是( )
(A)将青铜器放在银质托盘上(B)将青铜器保存在干燥得环境中
(C)将青铜器保存在潮湿得空气中(D)在青铜器得表面覆盖一层防渗得高分子膜
4、(2007年高考全国理综卷II)在盛有稀H2SO4得烧杯中放入用导线连接得锌片与铜片,下列叙述正确得就是( ) (A)正极附近得SO42－离子浓度逐渐增大(B)电子通过导线由铜片流向锌片
(C)正极有O2逸出(D)铜片上有H2逸出
5、(2007年高考理综天津卷,6分)天津就是我国研发与生产锂离子电池得重要基地。锂离子电池正极材料就是含锂得二氧化钴(LiCoO2),充电时LiCoO2中Li被氧化,Li＋迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C6)中,以LiC6表示。电池反应为LiCoO2＋C6CoO2＋LiC6,下列说法正确得就是( )
(A)充电时,电池得负极反应为LiC6－e－= Li＋＋C6
(B)放电时,电池得正极反应为CoO2＋Li＋＋e－= LiCoO2
(C)羧酸、醇等含活泼氢得有机物可用作锂离子电池得电解质
(D)锂离子电池得比能量(单位质量释放得能量)低
6、(2007年高考海南化学卷) (9分)依据氧化还原反应:2Ag＋(aq)＋Cu(s) = Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计得原电池如图所示。
电解质溶液
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