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2019-2020年高中化學(xué) 1.2.1《原電池的工作原理》學(xué)案 蘇教版選修4 一、課標(biāo)解讀： 1.理解原電池原理 2.了解日常生活中常用的化學(xué)電源和新型化學(xué)電池 3.了解金屬的電化學(xué)腐蝕 二.知識(shí)再現(xiàn) 1.原電池構(gòu)成條件： 2.電極名稱及確定： 負(fù)極： 正極： 3.電極反應(yīng)式： 負(fù)極： 正極：（1）酸性溶液： （2）弱酸或中性： （3）較不活潑金屬鹽： 4.金屬的腐蝕與防護(hù) 吸氧腐蝕：條件 負(fù)極： 正極： 析氫腐蝕：條件 負(fù)極： 正極： 三、典題解悟 例1. 銀器皿日久表面逐漸變黑色，這是由于生成硫代銀，有人設(shè)計(jì)用原電池原理加以除去，其處理方法為：將一定濃度的食鹽溶液放入一鋁制容器中，再將變黑的銀器浸入溶液中，放置一段時(shí)間后，黑色會(huì)褪去而銀不會(huì)損失。 試回答：在此原電池反應(yīng)中，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為 ；正極發(fā)生的反應(yīng)為 ； 反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生臭雞蛋氣味的氣體，原電池總反應(yīng)方程式為 解析：由題意“黑色褪去而銀不會(huì)損失”發(fā)生變化Ag2S→Ag，顯然這是考察原電池的正極反應(yīng)：Ag2S+2e-=2Ag+S2-，負(fù)極反應(yīng)為活潑金屬發(fā)生氧化反應(yīng)：Al-3e-=Al3+。正極生成的S2-和負(fù)極生成的Al3+在溶液中發(fā)生雙水解：2Al3++3S2-+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2S↑。 答案：Al-2e-=Al3+ Ag2S+2e-=2Ag+S2- 3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al(OH)3↓+3H2S↑ 四、夯實(shí)雙基 1. 氫氧燃料電池是將H2和O2分別通入電池，穿過(guò)浸入20%~40%的KOH溶液的多孔碳電極，其電極反應(yīng)式為：H2+2OH--2e-=2H2O和1/2O2+H2O+2e-=2OH-，則下列敘述正確的是（ ） A.通H2的一極是正極，通O2的一極是負(fù)極 B.通O2的一極是正極，通H2的一極是負(fù)極 C.工作一段時(shí)間后電解質(zhì)溶液pH增大 D.工作時(shí)負(fù)極區(qū)附近pH減小 2. 將鋅片和銀片接觸放入相同物質(zhì)的量濃度的下列溶液中，反應(yīng)一段時(shí)間后，溶液質(zhì)量減輕的是（ ） A.氯化鋁 B.硫酸銅 C.硝酸銀 D.稀硫酸 3. 在空氣中，鋼鐵與食鹽水接觸，發(fā)生電化腐蝕，在正極上發(fā)生的電極反應(yīng)是（ ） A.Fe-2e- === Fe2+ B.2H+2e- ==== H2↑ C.Na++e- === Na D.2H2O+O2+4e- ==== 4OH- 4. 鋰電池是新型高能電池，它以質(zhì)輕.容量大而受到重視。目前已經(jīng)制成多種功能的鋰電池。某種鋰電池的總反應(yīng)可表示為：Li+MnO2 LiMnO2。若該電池提供0.5C電量，則消耗正極材料的質(zhì)量約為（其他損耗忽略不計(jì)）（ ） A.3.5g B.7g C.4.5210-4g D.43.5g 充電 放電 5.銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的充電和放電過(guò)程可以表示為（ ） 2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O 在此電池放電時(shí)，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（ ） A. Ag B. Zn(OH)2 C. Ag2O D. Zn 6.下圖各容器中盛有海水，鐵在其中腐蝕時(shí)由快到慢的順序是（ ） A.（4）＞（2）＞（1）＞（3） B.（2）＞（1）＞（3）＞（4） C.（4）＞（2）＞（3）＞（1） D.（3）＞（2）＞（4）＞（1） 7.某學(xué)生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，通電時(shí)，為使Cl2被完全吸收，制得有較強(qiáng)殺菌能力的消毒液，設(shè)計(jì)了如圖的裝置，則對(duì)電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是（ ） A. a為正極，b為負(fù)極；NaClO和NaCl B. a為負(fù)極，b為正極；NaClO和NaCl C. a為陽(yáng)極，b為陰極；HClO和NaCl D. a為陰極，b為陽(yáng)極；HClO和NaCl 8. 右圖是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極。則下列有關(guān)的判斷正確的是（ ） A. a為負(fù)極、b為正極 B. a為陽(yáng)極、b為陰極 C. 電解過(guò)程中，d電極質(zhì)量增加 D. 電解過(guò)程中，氯離子濃度不變 9. 隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，廢電池必須進(jìn)行集中處理的問(wèn)題被提到議事日程，其首要原因是（ ） A. 利用電池外殼的金屬材料 B. 防止電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子對(duì)土壤和水源的污染 C. 不使電池中滲泄的電解液腐蝕其他物品 D. 收其中石墨電極 10. 鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是（ ） A. 2H++2e- H2 B. 2H2O+O2+4e- 4OH- C. Fe-2e- Fe2+ D. 4OH--4e- 2H2O+O2 11.下列敘述正確的是（ ） ①鋅跟稀硫酸反應(yīng)制取氫氣，加入少量硫酸銅溶液能加快反應(yīng)速率 ②鍍層破損后，白鐵（鍍鋅的鐵）比馬口鐵（鍍錫的鐵）更易腐蝕 ③電鍍時(shí)，應(yīng)把鍍件置于電解槽的陰極 ④冶煉鋁時(shí)，把氧化鋁加入液態(tài)冰晶石中成為熔融體后電解 ⑤鋼鐵表面常易銹蝕生成Fe2O3nH2O A.①②③④⑤ B.①③④⑤ C.①③⑤ D.②④ 12.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)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-+7H2O 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 13. 如圖所示，在大試管里放入一段光亮無(wú)銹的彎成螺旋狀的鐵絲，把試管倒插入水中，把這個(gè)裝置這樣放置 約一周后，觀察到鐵絲發(fā)生的變化是 ， 原因是 。試管里的水面會(huì)上升， 最終上升高約為 ，原因是 。 14. 從某鋁鎂合金上剪下一小片（其質(zhì)量為2.0g），立刻投入盛有20mL5molL-1氫氧化鈉溶液的小燒杯中。 （1）由反應(yīng)開(kāi)始到反應(yīng)結(jié)束，可能觀察到燒杯中的現(xiàn)象依次為 。 （2）反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，合金片表面產(chǎn)生氣泡較慢，其原因是 ，一段時(shí)間后反應(yīng)速率相當(dāng)快，其原因是 。 （3）寫(xiě)出合金片與溶液反應(yīng)時(shí)可能形成的微電池的負(fù)極材料是 正極的電極反應(yīng)式： 。 （4）若要利用該反應(yīng)來(lái)測(cè)定合金中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，還應(yīng)測(cè)定哪些數(shù)據(jù)（如有多種可能，請(qǐng)逐一寫(xiě)出）？答： 。 15. 有人設(shè)計(jì)以鉑和鋅為電極材料，埋入人體作某種心臟病人的心臟起搏器的能源，它依靠人體血液中有一定濃度的O2和H2O進(jìn)行工作。 （1）正極材料是 ，電極反應(yīng)為 。 （2）負(fù)極材料是 ，電極反應(yīng)為 。 16. 工業(yè)上處理含Cr2O72-的酸性工業(yè)廢水用以下方法：①往工業(yè)廢水中加入適量的NaCl，攪拌均勻；②用Fe為電極進(jìn)行電解，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成，③過(guò)濾回收沉淀，廢水達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)，試回答： （1）電解時(shí)的電極反應(yīng)，陽(yáng)極 ，陰極 。 （2）寫(xiě)出Cr2O72-轉(zhuǎn)變成Cr3+的離子反應(yīng) （3）電解過(guò)程中Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀是怎樣產(chǎn)生的？ （4）能否將Fe電極改成石墨電極？為什么？ 17. 碘缺乏癥遍及全球，多發(fā)于山區(qū)，為控制該病的發(fā)生，我國(guó)政府規(guī)定在食鹽中添加碘酸鉀（KIO3）。據(jù)此回答下列問(wèn)題。 （1）可用鹽酸酸化的碘化鉀淀粉溶液檢驗(yàn)食鹽中的碘酸鉀，反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ，現(xiàn)象是 。 電解 （2）可用電解方法制得碘酸鉀。以石墨為陽(yáng)極，不銹鋼為陰極來(lái)電解KI溶液，總反應(yīng)方程式為KI+3H2O====KIO3+3H2↑。若計(jì)劃每分鐘生產(chǎn)5.35g KIO3，電流強(qiáng)度應(yīng)不低于 A。 （3）碘元素位于周期第 周期 主族。其最高價(jià)氧化物的水化物酸性比HClO4 （填強(qiáng)或弱），其氫化物的還原性比HCl （填強(qiáng)或弱）。 18. 航天技術(shù)中使用的氫氧燃料電池具有高能、輕便、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。氫氧燃料電池有酸式和堿式兩種，它們放電時(shí)的總反應(yīng)均可表示為：2H2+O2 2H2O。酸式燃料電池中的電解質(zhì)是酸，其負(fù)極反應(yīng)為：2H2-4e- 4H+。電池的電解質(zhì)是堿，其正極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e- 4OH-，則負(fù)極反應(yīng)為 。 19. 鉛蓄電池放電時(shí)的總反應(yīng)方程式為：PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 據(jù)此判斷其正極是 ，負(fù)極是 ，電解質(zhì)溶液是 ，正極反應(yīng)是 ，負(fù)極反應(yīng)是 ，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.5NA個(gè)電子時(shí)，蓄電池內(nèi)消耗H2SO4的物質(zhì)的量為 。 20. 由銅片、鋅片和200mL稀H2SO4組成的原電池中，若鋅片發(fā)生電化學(xué)腐蝕，則當(dāng)銅片上放出3.36L（標(biāo)態(tài)）氣體時(shí)，硫酸恰好全部作用完。試計(jì)算： （1）產(chǎn)生這些氣體消耗了多少克鋅 （2）有多少個(gè)電子通過(guò)了導(dǎo)線 （3）200mL稀H2SO4的物質(zhì)的量濃度是多少。 五. 能力提高 1. 常用的鈕扣式銀鋅電池，放電時(shí)的電極反應(yīng)式分別為： Zn極：Zn+2OH-+2e- Zn(OH)2 Ag2O極：Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-則下列說(shuō)法中不正確的是（ ） A.放電過(guò)程中[OH-]不變 B. Zn為負(fù)極而Ag2O為正極 C.電解質(zhì)溶液呈堿性 D. 電子從Ag2O流出經(jīng)用電器流入Zn極 2. 下圖各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序?yàn)椋? ） A.②①③④ B.④③①② C.④②①③ D.③②④① 3. 鐵釘和碳棒用導(dǎo)線連接后，浸入0.01molL-1的食鹽溶液中，可能發(fā)生（ ） A.碳棒上放出Cl2 B.碳棒附近產(chǎn)生OH- C.碳棒上放出O2 D.鐵釘被氧化 4. 以下現(xiàn)象與電化腐蝕無(wú)關(guān)的是（ ） A.黃銅（銅鋅）制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠 B.生鐵比純鐵易生銹 C.鐵質(zhì)器件附有銅質(zhì)配件，在接觸處易生鐵銹 D.銀質(zhì)獎(jiǎng)牌久置后表面變暗 5. 關(guān)于金屬腐蝕的如下各敘述中，正確的是（ ） A.金屬被腐蝕的本質(zhì)是：M+nH2O=M(OH)n+H2↑ B.馬口鐵（錫鐵）鍍層破損后被腐蝕時(shí)，首先是鍍層被氧化 C.金屬在一般情況下發(fā)生的電化學(xué)腐蝕主要是吸氧腐蝕 D.常溫下，置于空氣中的金屬主要發(fā)生化學(xué)腐蝕 6. 微型紐扣電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。有一種銀鋅電池，其電極分別為Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH，電極反應(yīng)為：Zn+2OH--2e- ==== ZnO+H2O，Ag2O+H2O+2e- ==== 2Ag+2OH-，總反應(yīng)式為：Ag2O+Zn ==== 2Ag+ZnO。根據(jù)上述反應(yīng)式，下列說(shuō)法正確的是（ ） A. 在使用過(guò)程中，電池負(fù)極區(qū)溶液的pH減小 B. 使用過(guò)程中，電子由Ag2O極經(jīng)外電路流向Zn極 C.Z n是負(fù)極，Ag2O是正極 D. Zn電極發(fā)生還原反應(yīng)，Ag2O電極發(fā)生氧化反應(yīng) 7 有甲、乙、丙、丁四種金屬。將甲、乙用導(dǎo)線相連放入稀H2SO4中可以看到乙慢慢地溶解，而甲的表面有氣體逸出。把丁放到乙的硝酸鹽溶液中后，丁的表面覆蓋一層乙的單質(zhì)。用石墨電極電解含相同物質(zhì)的量濃度的甲和丙兩種金屬的鹽溶液，丙的單質(zhì)先析出。將甲放入稀鹽酸中有H2析出。已知四種金屬中有一種是銅。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)判斷銅是（ ） A.甲 B.乙 C.丙 D.丁 8.在25℃時(shí)，將兩個(gè)鉑電極插入一定量的飽和Na2SO4溶液中，進(jìn)行電解，通電一段時(shí)間后，在陽(yáng)極逸出amol氣體，同時(shí)有WgNa2SO410H2O析出，若溫度不變，則此時(shí)剩余硫酸鈉溶液的質(zhì)量百分比濃度為（ ） A. B. C. D. 9. 美國(guó)阿波羅宇宙飛船上使用的氫氧燃料電池 是一種新型的化學(xué)電池，其構(gòu)造如圖所示；兩個(gè)電極 均由多孔性碳制成，通入的氣體由孔隙中逸出，并在 電極表面放電。 （1）a極是 極，b極是 極，電極 反應(yīng)式分別為 ， 。 （2）飛船上宇航員的生活用水由燃料電池提供。已知這種電池發(fā)1度電時(shí)能生成350g水，試計(jì)算能量轉(zhuǎn)化率。 [2H2(g)+O2(g) 2H2O(l)+572kJ] （3）這種電池的輸出電壓為1.2V。要使標(biāo)有1.2V，1.5W的小燈泡連續(xù)發(fā)光0.5h，應(yīng)消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的H2多少升？ （4）氫氣是燃料電池最簡(jiǎn)單的燃料，雖然使用方便，卻受到價(jià)格和來(lái)源的限制。常用的燃料，往往是某些碳?xì)浠衔?，如甲烷（天然氣）、汽油等。?qǐng)寫(xiě)出將圖中H2換成CH4時(shí)所構(gòu)成的甲烷燃料電池中a極的電極反應(yīng)式： 。此時(shí)電池內(nèi)總的反應(yīng)方程式為 。 10. 將含有KCl、CuBr2、Na2SO4三種物質(zhì)的水溶液（分別為1mol/L）用鉑電極電解，且電解足夠長(zhǎng)的時(shí)間。有以下結(jié)論： ①溶液中幾乎沒(méi)有Br-；②電解液變?yōu)闊o(wú)色；③最終溶液顯堿性；④K+、Na+和SO42-的濃度幾乎沒(méi)有變化。其中正確的是（ ） A.①②③ B.只有③ C.①④ D.①②③④ 六、高考聚焦 放電 充電 1. 鎳鎘（Ni-Cd）可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用，它的充放電反應(yīng)按下式進(jìn)行： Cd(OH)2+2Ni(OH)2 Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，該電池放電時(shí)的負(fù)極材料是（ ） A.Cd(OH)2 B.Ni(OH)2 C.Cd D.NiO(OH) 2. 熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物做電解質(zhì)，CO為陽(yáng)極燃?xì)?，空氣與CO2的混合氣為陰極助燃?xì)?，制得?50℃下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應(yīng)式： 陽(yáng)極反應(yīng)式：2CO+2CO32- 4CO2+4e- 陰極反應(yīng)式： 總電池反應(yīng)： 3. 下列關(guān)于銅電極的敘述不正確的是（ ） A. 銅鋅原電池中銅是正極 B. 用電解法精煉銅時(shí)銅作陽(yáng)極 C. 在鍍件上鍍銅時(shí)可用銅作陽(yáng)極 D. 電解稀H2SO4制H2、O2時(shí)銅做陽(yáng)極 參考答案 四、夯實(shí)雙基 1.BD 2.AC 3.D 4.C 5.D 6.A 7.B 8.C 9.B 10.C 11.B 12.C 13.鐵絲表面形成一層紅褐色鐵銹；發(fā)生吸氧腐蝕；試管體積的；鐵和氧氣反應(yīng)，時(shí)間足夠時(shí)鐵消耗空氣中全部氧氣，在空氣中O2約占總體積的。 14.（1）切口斷面上先產(chǎn)生少量氣泡；氧化膜能溶于NaOH溶液導(dǎo)致反應(yīng)會(huì)逐漸加快；后來(lái)反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生氣體較多，導(dǎo)致小合金片在溶液中上下翻動(dòng)；反應(yīng)放熱導(dǎo)致溶液會(huì)發(fā)燙；燒杯底會(huì)有少量黑色固體殘留。（2）影響反應(yīng)速率的因素有多方面。開(kāi)始時(shí)由于表面氧化膜存在，反應(yīng)速率慢，后來(lái)氧化膜溶解，NaOH濃度大，鋁鎂合金片表面形成原電池，反應(yīng)放熱使溶液溫度升高等因素綜合起來(lái)，使反應(yīng)速率加快。（3）鋁；6H2O+6e- ==== 3H2↑+6OH-。（4）至少有以下四種可能測(cè)出任一個(gè)值都可計(jì)算出鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：（a）測(cè)定殘留固體質(zhì)量；（b）測(cè)定產(chǎn)生H2的體積；（c）測(cè)定生成的NaAlO2的物質(zhì)的量；（d）測(cè)定反應(yīng)后溶液中NaOH的濃度。 15.（1）鉑 O2+2H2O+4e-4OH- （2）鋅 Zn-2e-Zn2+ 16.（1）陽(yáng)極：金屬電極溶解 Fe-2e-Fe2+，陰極：生成氣體 2H++2e-H2↑ （2）6Fe2++Cr2O72-+14H+ 6Fe3++2Cr3++7H2O （3）由于陰極H+放電，破壞了水的電離平衡，H2O H++OH-，逐漸增大并向陽(yáng)極移動(dòng)，與Fe3+.Cr3+形成Fe(OH)3 Cr(OH)3沉淀。（4）不能用碳電極代替Fe電極。因?yàn)镕e電極在電解過(guò)程中產(chǎn)生還原性的Fe2+，將溶液中Cr2O72-還原為Cr3+而除去，若改用石墨電極，不能產(chǎn)生還原性微粒。 電解 17.（1）5KI+KIO3+6HCl6KCl+3I2+3H2O。由于I2遇淀粉變藍(lán)，所以溶液變?yōu)樗{(lán)色。 （2）根據(jù)電解總反應(yīng)KI+3H2O KIO3+3H2↑ 可得：KIO3 ~ 6e- 216 6 5.35 x x=0.15mol I= （3）碘元素位于第五周期第VIIA族，HIO4的酸性比HClO4弱，HI的還原性HCl強(qiáng)。 18.O2+4H++4e-=2H2O 2H2+4OH--4e=4H2O 19.PbO2 Pb H2SO4 PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+H2O Pb+SO42--2e-=PbSO4 0.5mol 20.（1）9.75g （2）1.8461023個(gè) （3）0.75molL-1 五、能力提高 1.D 2.C 3.BD 4.D 5.C 6.AC 7.C 8.A 9.（1）負(fù) 正 2H2+4OH--4e-=4H2O O2+2H2O+4e-=4OH- （2）64.7% （3）0.325L （4）CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O 10.D 六、高考聚焦 1.C 2. 2CO2+O2+4e-=2CO2- 2CO+O2=2CO2 3.D