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原电池原理的解读与使用

时间:2018-12-16 13:44来源:http://www.baidu.com/ 作者:佚名 点击:
原电池原理的解读与使用 原电池原理的解读与运用河北省宣化县榜首中学 栾春武有关原电池的常识一直是高考中的要点,要把握此部分常识并到达灵活运用,一般要注意以下几点:一、构成原电池的条件构成原电池的条件有:(1)电极资料。两种金属活动性不同的金属或金属和其它导电性(非金属或某些氧化物等);(2)两电极有必要浸没在电解质溶液中;(3)两电极之间要用导线衔接,构成闭合回路。阐明:①一般来说,能与电解质溶液中的某种成分发作氧化反响的是原电池的负极。②很生动的金属单质一般不作做原电池的负极,如K、Na、Ca等。二、原电池正负极的判别(1)由组成原电池的南北极资料判别:一般来说,较生动的或能和电解质溶液反响的金属为负极,较不生动的金属或能导电的非金属为正极。但详细情况还要看电解质溶液,如镁、铝电极在稀硫酸在中构成原电池,镁为负极,铝为正极;但镁、铝电极在氢氧化钠溶液中构成原电池时,由所以铝和氢氧化钠溶液发作反响,失掉电子,因而铝为负极,镁为正极。(2)依据外电路电流的方向或电子的流向判别:在原电池的外电路,电流由正极流向负极,电子由负极流向正极。(3)依据内电路离子的移动方向判别:在原电池电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极。(4)依据原电池南北极发作的化学反响判别:原电池中,负极总是发作氧化反响,正极总是发作复原反响。因而能够依据总化学方程式中化合价的升降来判别。(5)依据电极质量的改变判别:原电池作业后,若某一极质量添加,阐明溶液中的阳离子在该电极得电子,该电极为正极,生动性较弱;假如某一电极质量减轻,阐明该电极溶解,电极为负极,生动性较强。(6)依据电极上发作的气体判别:原电池作业后,假如一电极上发作气体,一般是因为该电极发作了分出氢的反响,阐明该电极为正极,活动性较弱。(7)依据某电极邻近pH的改变判别析氢或吸氧的电极反响发作后,均能使该电极邻近电解质溶液的pH增大,因而原电池作业后,该电极邻近的pH增大了,阐明该电极为正极,金属活动性较弱。三、电极反响式的书写(1)精确判别原电池的正负极是书写电极反响的要害假如原电池的正负极判别失误,电极反响式的书写必定过错。上述判别正负极的办法是一般办法,但不是肯定的,例如铜片和铝片一起刺进浓硝酸溶液中,因为铝片标明的钝化,这时铜失掉电子,是负极,其电极反响为:负极:Cu -2e- = Cu2+正极:NO3- + 4H+ + 2e- = 2H2O + 2NO2↑再如镁片和铝片一起刺进氢氧化钠溶液中,尽管镁比铝生动,但因为镁不与氢氧化钠反响,而铝却反响,失掉电子,是负极,其电极反响为:负极:2Al + 8OH--2×3e- =2AlO2- + 2H2O正极:6H2O + 6e- = 6OH- + 3H2↑(2)要注意电解质溶液的酸碱性在正负极上发作的电极反响不是孤立的,它往往与电解质溶液紧密联系,如氢氧燃料电池有酸式和碱式,在酸溶液中,电极反响式中不能呈现OH-,在碱溶液中,电极反响式中不 能呈现H+,像CH4、CH3OH等燃料电池,在碱溶液中碳(C)元素以CO32-离子方式存在,而不是放出CO2气体。(3)要考虑电子的搬运数目在同一个原电池中,负极失掉电子数必定等于正极得到的电子数,所以在书写电极反响时,必定要考虑电荷守恒。避免由总反响方程式改写成电极反响式时所带来的失误,一起也可避免在有关核算中发作差错。(4)要运用总的反响方程式从理论上讲,任何一个自发的氧化复原反响均可规划成原电池,而两个电极反响相加即得总反响方程式。所以只需知道总反响方程式和其间一个电极反响,便能够写出另一个电极反响方程式。四、原电池原理的运用原电池原理在工农业出产、日常日子、科学研讨中具有广泛的运用。1. 化学电源:人们运用原电池原理,将化学能直接转化为电能,制作了多种电池。如干电池、蓄电池、充电电池以及高能燃料电池,以满意不同的需求。在现代日子、出产和科学研讨以及科学技术的发展中,电池发挥的效果不行替代,大到宇宙火箭、人造卫星、飞机、轮船,小到电脑、电话、手机以及心脏起搏器等,都离不开各式各样的电池。2. 加速反响速率:如实验室用锌和稀硫酸反响制取氢气,用纯锌生成氢气的速率较慢,而用粗锌可大大加速化学反响速率,这是因为在粗锌中含有杂质,杂质和锌构成了无数个细小的原电池,加速了反响速率。3. 比较金属的活动性强弱:一般来说,负极比正极生动。4. 避免金属的腐蚀:金属的腐蚀指的是金属或合金与周围触摸到的气体或液体发作化学反响,使金属失掉电子变为阳离子而耗费的进程。在金属腐蚀中,吾们把不纯的金属与电解质溶液触摸时构成的原电池反响而引起的腐蚀称为电化学腐蚀,电化学腐蚀又分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀:在湿润的空气中,钢铁外表吸附一层薄薄的水膜,里边溶解了少数的氧气、二氧化碳,含有少数的H+和OH-构成电解质溶液,它跟钢铁里的铁和少数的碳构成了无数个细小的原电池,铁作负极,碳作正极,发作吸氧腐蚀:负极:2Fe -2×2e- =2Fe2+正极: O2 + 4e-+ 2H2O = 4OH- 电化学腐蚀是构成钢铁腐蚀的首要原因。因而能够用更生动的金属与被维护的金属相衔接,或许让金属与电源的负极相衔接均可避免金属的腐蚀。五、链接高考【例题1】(2011浙江高考)将NaCl溶液滴在一块亮光清洁的铁板外表上,一段时间后发现液滴掩盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗,在液滴外沿构成棕色铁锈环(b),如图所示。导致该现象的首要原因是液滴之下氧气含量比边际少。下列说法正确的是A.液滴中的Cl-由a区向b区搬迁B.液滴边际是正极区,发作的电极反响为:O2 + 2H2O + 4e-=== 4OH-C.液滴下的Fe因发作复原反响而被腐蚀,生成的Fe2+由a区向b区搬迁,与b区的OH-构成Fe(OH)2,进一步氧化、脱水构成铁锈D.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板,在铜铁触摸处滴加NaCl溶液,则负极发作的电极反响为:Cu-2e-=== Cu2+解析:液滴边际O2多,在碳粒上发作正极反响O2 + 2H2O + 4e-=== 4OH-。液滴下的Fe发作负极反响,Fe-2e-=== Fe2+,为腐蚀区(a)。A选项过错,Cl-由b区向a区搬迁;B选项正确;C选项过错,液滴下的Fe因发作氧化反响而被腐蚀;D选项过错,Cu更安稳,作正极,反响为O2 + 2H2O + 4e-=== 4OH-。答案:B【例题2】(2011安徽高考)研讨人员最近发现了一种“水”电池,这种电池能运用淡水与海水之间含盐量不同进行发电,在海水中电池总反响可表示为:5MnO2 + 2Ag + 2NaCl === Na2Mn5O10 + 2AgCl,下列“水” 电池在海水中放电时的有关说法正确的是:A. 正极反响式:Ag + Cl--e-=AgCl B. 每生成1 mol Na2Mn5O10搬运2 mol电子C. Na+不断向“水”电池的负极移动 D. AgCl是复原产品解析:由电池总反响可知银失掉电子被氧化得氧化产品,即银做负极,产品AgCl是氧化产品,A、D都不正确;在原电池中阳离子在正极得电子发作复原反响,所以阳离子向电池的正极移动,C过错;化合物Na2Mn5O10中Mn元素的化合价是+18/5价,所以每生成1 mol Na2Mn5O10搬运电子的物质的量为(4-18/5)×5= 2mol,因而选项B正确。答案:B【例题3】(2011都高考)结合下图判别,下列叙说正确的是A. Ⅰ和Ⅱ中正极均被维护 B. Ⅰ和Ⅱ中负极反响均是Fe-2e-=== Fe2+ C. Ⅰ和Ⅱ中正极反响均是O2 + 2H2O + 4e-=== 4OH-D. Ⅰ和Ⅱ平别离参加少数K3Fe(CN)6溶液,均有蓝色沉积解析:锌比铁生动,设备Ⅰ中锌作负极,方程式为Zn-2e-=Zn2+。铁作正极,但溶液显中性,所以发作锌的吸氧腐蚀,正极反响是O2+2H2O+4e-=== 4OH-;铁比铜生动,设备Ⅱ中铁作负极,负极反响为Fe-2e-=== Fe2+。铜作正极,但溶液显酸性,所以正极是溶液中的氢离子得电子,方程式为2H+ + 2e-=== H2↑。因为设备Ⅰ中没有Fe2+生成,所以设备Ⅰ中参加少数K3Fe(CN)6溶液时,没有蓝色沉积发作。综上所叙,只要选项A是正确的。答案:A【例题4】(2011福建高考)研讨人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储藏电源。该电池以金属锂和钢板为电极资料,以LiOH为电解质,运用时参加水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是A. 水既是氧化剂又是溶剂 B. 放电时正极上有氢气生成C. 放电时OH-向正极移动 D. 总反响为:2Li + 2H2O === 2LiOH + H2↑解析:考生或许敏捷选出C项是过错,因为原电池放电时OH-是向负极移动的。这个考点在备考时操练屡次。这种电池称号叫锂水电池。可估测其总反响为:2Li + 2H2O=== 2LiOH+H2↑。再写出其电极反响如下:(—)2Li—2e—=2Li+;(+)2H2O + 2e—=2OH—+ H2↑,结合选项剖析A、B、D都是正确的。此题情形是取材于新的化学电源,常识落脚点是原电池原理。答案:C【例题5】(2011广东高考)某小组为研讨电化学原理,规划如图2设备。下列叙说不正确的是A. a和b不衔接时,铁片上会有金属铜分出B. a和b用导线衔接时,铜片上发作的反响为:Cu2+ + 2e- === CuC. 不管a和b是否衔接,铁片均会溶解,溶液从蓝色逐步变成浅绿色D. a和b别离衔接直流电源正、负极,电压足够大时,Cu2+向铜电极移动解析:本题调查原电池、电解池的原理、判别及其运用。若a和b不衔接,则不能构成原电池,单质铁直接与Cu2+发作氧化复原反响而置换出铜,方程式为:Fe + Cu2+=== Fe2++ Cu,A正确;若a和b用导线衔接,则构成原电池,此刻铁作负极,铜作正极,方程式别离为:Fe-2e-=== Fe2+、Cu2++ 2e-=== Cu,B正确;有A、B剖析可知,选项C是正确的;若a和b别离衔接直流电源正、负极,则构成电解池,此刻铜作阳极失掉电子被氧化,铁作阴极,在电解池中阳离子向阴极运动,因而选项D是过错的。答案:D【例题6】(2011海南)依据下图,下列判别中正确的是A. 烧杯a中的溶液pH升高 B. 烧杯b中发作氧化反响C. 烧杯a中发作的反响为2H+ +2e-=== H2 D. 烧杯b中发作的反响为2Cl--2e-=== Cl2解析:题中给出的物质标明,该电池的总反响是2Zn + O2 + 2H2O === 2Zn(OH)2,a烧杯中电极反响为O2 + 2H2O + 4e-=== 4OH-, b中Zn-2e-=== Zn2+,所以正确项为A、B。答案:A、B指点:原电池是高考热门。解题时首要是先要找到电池的总反响,然后依据反响中元素化合价的改变,结合电极周围酸碱性写出各电极反响,离子浓度改变及核算才干有据可依。六、稳固操练【操练1】某原电池发作的总的离子方程式为:Zn + Cu2+=== Cu + Zn2+,那么该原电池的正确组合为ABCD正极ZnCuZnFe负极CuZnZnZn电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4CuCl2解析:原电池的电极反响不只跟电极资料有关,还与电解质溶液的性质有关。该题考察了原电池的组成,一般来说生动金属为负极。且能与电解质溶液自发地发作氧化复原反响。答案:C、D【操练2】下列有关电池的说法不正确的是 A.手机上用的锂离子电池归于二次电池 B.铜锌原电池作业时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极 C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能 D.锌锰干电池中,锌电极是负极解析:锂离子电池能够充用,再次运用,归于二次电池,A项正确;铜锌原电池中铜为正极,故电流为铜流向锌,而电子是由锌流向铜,B项错;电池的本质便是化学能转化成电能,C项正确;Zn失掉电子生成Zn2+,故作为负极,D项正确。答案:B 【操练3】如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其间被腐蚀由快到慢的次序是 A. ②①③④⑤⑥ B. ⑤④③①②⑥ C. ⑤④②①③⑥ D. ⑤③②④①⑥解析:①铁为负极,杂质碳为正极的原电池腐蚀,归于钢铁的吸氧腐蚀,腐蚀较慢。其电极反响式为:负极:Fe-2e- =Fe2+,正极: 2H2O + O2 +4e-=4OH-。②③④均为原电池设备。③中铁为正极,被维护;②④中铁为负极,均被腐蚀。但铁和铜的金属生动性不同较铁和锡大,故铁、铜原电池中铁被腐蚀的快;⑤是铁接电源正极作阳极,铜接电源负极作阴极的电解腐蚀,加速了铁的腐蚀;⑥是铁接电源负极作阴极,铜接电源正极作阳极,阻挠了铁的腐蚀。依据以上剖析,铁在其间被腐蚀由快到慢的次序为⑤>④>②>①>③>⑥。答案:C指点:一审腐蚀类型:是原电池腐蚀仍是电解池腐蚀;二审依据金属生动性次序进一步判别在详细的腐蚀类型中的腐蚀的快慢。 【操练4】(2010年全国卷I)右图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。电池的一个电极由有机光敏染料(S)涂覆在TiO2纳米晶体外表制成,另一电极由导电玻璃镀铂构成,电池中发作的反响为:下列关于该电池叙说过错的是:A.电池作业时,I-离子在镀铂导电玻璃电极上放电B.电池作业时,是将太阳能转化为电能C.电池的电解质溶液中I-和I3-的浓度不会削减 D.电池中镀铂导电玻璃为正极解析:A选项过错,从示意图可看在外电路中电子由负极流向正极,也即镀铂电极做正极,发作复原反响:I3-+ 2e- = 3I-;B选项正确,这是个太阳能电池,从设备示意图可看出是个原电池,终究是将光能转化为化学能,因为把上面四个反响加起来可知,化学物质并没有削减;C正确,此太阳能电池中总的反响一部分本质就是:I3-3I-的转化(还有I2 + I- I3-),另一部分就是光敏有机物由激发态与基态的彼此转化,一切化学物质终究均不被损耗;D选项正确,见A选项的解析。答案:A点评:该题考察的是新式原电池、原电池的两电极反响式、电子流向与电流流向、太阳能电池的作业原理以及原电池的总反响式等,一起还考察了考生的变通才能和心理素质,能否习惯生疏的情境下运用所学常识处理新的问题等等,是一道考察才能的好题。【操练5】(2010年江苏卷)如图是一种航天器能量贮存体系原理示意图。下列说法正确的是A.该体系中只存在3种方式的能量转化B.设备Y中负极的电极反响式为: O2 + 2H2O + 4e- === 4OH-C.设备X能完成燃料电池的燃料和氧化剂再生D.设备X、Y构成的子体系能完成物质的零排放,并能完成化学能与电能间的彻底转化解析:A项,在该设备体系中,有四种能量转化的联系,即太阳能、电能、化学能和机械能之间的彼此转化;B项,设备Y为氢氧燃料电池,负极电极反响为H2-2e-+ 2OH-= 2H2O;C项,相当于用光能电解水,发作H2和O2,完成燃料(H2)和氧化剂(O2)的再生;D项,在反响进程中,有才能的损耗和热效应的发作,不行能完成化学能和电能的彻底转化。综上剖析可知,本题选C项。答案:C[点评:本题首要考察的是电化学常识。【操练6】(2010年山东卷)运用如图设备,能够模仿铁的电化学防护。(1)若X为碳棒,为减缓铁的腐蚀,开关K应置于______处。(2)若X为锌,开关K置于M处,该电化学防护法称为_______。解析:铁被维护,能够是做原电池的负极,或许电解池的阴极,故若X为碳棒,开关K应置于N处,Fe做阴极遭到维护;若X为锌,开关K置于M处,铁是做负极,称为献身阳极维护法。答案:见解析。【操练7】钢铁生锈进程发作如下反响: ①2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2;②4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3;③2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O。下列说法正确的是 A.反响①、②中电子搬运数目持平 B.反响①中氧化剂是氧气和水 C.与铜质水龙头衔接处的钢质水管不易发作腐蚀 D.钢铁在湿润的空气中不能发作电化学腐蚀解析:①②反响中耗费O2的量持平,两个反响也仅有O2作为氧化剂,故搬运电子数是持平的,A项正确。①中H2O的H、O两元素的化合价没有变,故不作氧化剂,B项错;铜和钢构成原电池,腐蚀速度加速,C项错;钢铁是铁和碳的混合物,在湿润的空气的中易发作吸氧腐蚀,归于电化学腐蚀,故D项错。答案:A 【操练8】 操控合适的条件,将反响2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2规划成如右图所示的原电池。下列判别不正确的是 A. 反响开始时,乙中石墨电极上发作氧化反响B. 反响开始时,甲中石墨电极上Fe3+ 被复原C. 电流计读数为零时,反响到达化学平衡状况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解析:乙中I-失掉电子放电,故为氧化反响,A项正确;由总反响方程式知,Fe3+ 被复原成Fe2+,B项正确;当电流计为零时,即阐明没有电子发作搬运,可证明反响达平衡,C项正确。参加Fe2+,导致平衡逆向移动,则Fe2+失掉电子生成Fe3+,而作为负极,D项错。答案:D【操练9】市场上常常见到的标记为Li—ion的电池称为“锂离子电池”。它的负极资料是金属锂和碳的复合资料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li+ 的高分子资料。这种锂离子电池的电池反响为:下列说法不正确的是 A.放电时,负极的电极反响式:Li-e-=== Li+B.充电时,Li0.85NiO2既发作氧化反响又发作复原反响C.该电池不能用水溶液作为电解质 D.放电进程中Li+ 向负极移动解析:A项Li从零价升至正价,失掉电子,作为负极,故正确;B项反响逆向进行时。反响物只要一种,故化合价既有升,又有降,所以既发作氧化反响又发作复原反响,故正确;C项因为Li能够与水反响,故电解质应为非水资料正确;D项原电池中阳离子应搬迁至正极失电子,故过错。答案:D作者简介:     栾春武:中学高级教师,张家口市中级职称评委会委员。河北省化学学会会员。市骨干教师、市优异班主任、榜样教师、优异共产党员、劳动榜样、县十佳班主任。 (责任编辑:admin)