【期末总复习】人教版(2019)化学选择性必修1-高二上学期——第4章 化学反应与电能（知识串讲）

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第04章 化学反应与电能


【一、原电池】
】

构成原电池的条件有哪些？
判断原电池正负极的方法有哪些？
【答案】
两个电极、电解质溶液、能自发发生氧化还原反应、形成闭合回路
1. 根据金属活动顺序表判断，一般较活动金属作负极；
2. 根据单质与酸反应生成 H2的难易程度，越容易置换出H2的，金属作负极；
3. 根据单质间的置换反应，较活泼的把不活泼的从溶液中置换出来；
4. 根据溶液中离子移动方向判断：阳离子移向正极、阴离子移向负极；
5. 根据外电路电子移动方向判断：电子流出的一极为负极。
考点过关

一、双液原电池
(1) 盐桥由什么构成的，它有什么作用？
(2) Zn是 极，发生 反应，电极方程式
为
Cu是 极，发生 反应，电极方程式
为
(3) 电流计指针有何变化？ 如果把盐桥从两烧杯中拿出来，电流计指针有何变化？ 证明盐桥起到 作用，且K+向 极移动。
(4) 这种“双液电池”优点：
(5) 这种电池的不足之处是：
【答案】
(1) 装有琼脂的百合氯化钾溶液。离子可在其中自由移动，构成闭合回路
(2) 负、氧化、Zn-2e-=Zn2+ 、正、还原、Cu2++2e-=Cu
(3) 偏转、指针回零、导电、正（右）
(4) 能量转化率高、电流稳定持久
(5)电流强度不大
二、一次电池
一次电池优点是:
缺点是 :
(1) 碱性锌锰电池
正极材料是 负极材料是 电解质是
负极反应为
正极反应为
总反应为
【答案】一次电池优点：电流稳定，容量大；缺点：废弃后造成环境污染
(1) MnO2、锌、KOH
负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
正极：2MnO2+2e-+2H2O=2MnO(OH)+2OH_
总反应：Zn+MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2
三、二次电池
铅蓄电池
摩托车上有铅蓄电池，放电时总反应为：Pb+PbO2+2H2SO4（浓）=2PbSO4+2H2O。
①负极 （发生 反应）
正极 （发生 反应）
②此电池工作一段时间后，硫酸浓度如何变化？ 当正极增重6.4g时，消耗硫酸物质的量为 ，负极质量如何变化？ 。
【答案】
(1) ①负极：Pb+SO42--2e-=PbSO4 氧化
正极：PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O 还原
② 减小 0.2mol 负极增重9.6g
四、燃料电池
1. 燃料电池的工作原理
将燃料连续和氧化剂的化学能直接转化为电能的容器。
2. 氢氧燃料电池
如右图a、b都是铂电极，左边通入H2，右边通入氧气，以稀硫酸为电解质溶液。
负极电极反应式为
正极电极反应式为
总反应化学方程式为 反应中氧化剂是 ，还原剂是 。右边为该电池的 极，依据是 或者
。电子从电流计的 边流入。
如果装置不变，把稀硫酸改成KOH溶液，左边改通入CH4，请写出两极电极反应式：
负极 ，正极
总反应化学方程式：
【答案】
负极：2H2-4e-=4H+ 正极：O2+4e-+4H+=2H2O 2H2+O2=2H2O 氧化剂O2，还原剂H2，右边为正极，依据图中通入O2生成OH—，氧元素化合价降低
改成甲烷后：负极CH4-8e-+10 OH— = CO32—+7H2O
正极：2O2+8e-+4H2O= 8OH— CH4+2KOH+2O2=K2CO3+3H2O
例题点拨

例1．实验发现，298 K时，在FeCl3酸性溶液中加入少量锌粒后，Fe3+立即被还原成Fe2+。某化学兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示的原电池装置。下列有关说法中正确的是（）。

A．该原电池的正极反应：Zn-2e-=Zn2+
B．左边烧杯中溶液的红色逐渐褪去
C．该电池铂电极上有气泡生成
D．该电池总反应：3Zn+2Fe3+=2Fe+3Zn2+
【答案】B
【解析】A.Zn失去电子发生氧化反应，为负极反应，A错误；
B.Fe3+在正极得电子被还原为Fe2+，溶液红色褪去，B正确；
C.铂电极上Fe3+被还原为Fe2+，没有气体生成，C错误；
D.在负极Zn失去电子，变为Zn2+，Fe3+得到电子变为Fe2+，电池总反应为：Zn+2Fe3+=2Fe2++Zn2+，并没有单质生成，D错误；
拔高训练

1．用铜片、银片设计成如图所示的原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是 （ ）

A．电子通过盐桥从乙池流向甲池
B．铜导线替换盐桥，原电池仍继续工作
C．开始时，银片上发生的反应是：Ag—e=Ag＋
D．将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同
【答案】D
【解析】A．原电池负极铜失电子，正极银得电子，电子从负极沿导线流向正极，电解质溶液通过离子的定向移动形成电流，所以电子不经过电解质溶液，故A错误；
B．铜线代替盐桥，乙池是原电池，甲池是电解池发生电镀，所以不是原来的装置反应原理，故B错误；
C．银片是原电池的正极，溶液中的银离子得到电子发生还原反应，电极反应是Ag++e-=Ag，故C错误；
D．铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应都是发生了Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+；故D正确；
2．有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验，①A、B用导线相连后，同时插入稀H2SO4中，A极为负极 ②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4中，电子由C→导线→D ③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4，C极产生大量气泡 ④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4中，D极发生氧化反应，则四种金属的活动性顺序为：
A．A>B>C>D B．A>C>D>B C．C>A>B>D D．B>D>C>A
【答案】B
【解析】①A、B用导线相连后，同时插入稀H2SO4中，A极为负极，A的活泼性大于B； ②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4中，电子由C→导线→D，C是负极，C的活泼性大于D； ③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4，C极产生大量气泡，A是负极、C是正极，A的活泼性大于C； ④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4中，D极发生氧化反应，D是负极，D 的活泼性大于B；所以四种金属的活动性顺序为A>C>D>B，故选B。
3．2019年诺贝尔化学奖颁给了三位为锂离子电池发展作出重要贡献的科学家，磷酸铁锂锂离子电池充电时阳极反应式为，，电池放电时，锂离子从石墨晶体中脱嵌出来，通过隔膜迁移到磷酸铁锂晶体表面，然后重新嵌入到磷酸铁锂的晶格内，放电工作示意图如图。下列叙述不正确的是

A．放电时，Li+通过隔膜移向正极
B．放电时，电子由铝箔沿导线流向铜箔
C．放电时正极反应为：
D．磷酸铁锂锂离子电池充放电过程通过Li+迁移实现，C、Fe、P元素化合价均不变
【答案】D
【解析】A、原电池放电时，电解质溶液中的阳离子向正极移动，即Li+通过隔膜移向正极，A正确；
B、原电池放电时，电子由负极铝箔流出，经过导线流向正极铜箔，B正确；
C、原电池放电时，正极、负极反应式正好与阳极、阴极反应式相反，所以正极反应为：，C正确；
D、由于隔膜的作用，Li+通过隔膜形成闭合回路，完成电池的充放电，电池总反应为xFePO4+LixC6xLiFePO4+6C，其中Fe的化合价发生变化，C、P元素化合价均不变，D错误；
4．研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。

下列说法错误的是( )
A．电池左侧为正极，电极反应式为HCOOH+3OH-+2e-=HCO+2H2O
B．放电过程中需补充的物质A为H2SO4
C．放电时K+通过半透膜移向右侧
D．HCOOH燃料电池的总反应为2HCOOH+O2+2OH-=2HCO+2H2O
【答案】A
【解析】燃料电池中通入氧气的一极为正极，发生还原反应，通入燃料的一极是负极，发生氧化反应，据此分析解题：
A．电池左侧是由HCOOH转化为HCO，C的化合价由+2价变为+4价，化合价升高被氧化，故左侧为负极，电极反应式为HCOOH+3OH--2e-=HCO+2H2O，A错误；
B．由于左侧为负极，故电池中的阳离子K+由左侧进入右侧，由图中可知右侧进入的为A和O2，出来的是K2SO4，故右侧电极反应为：4H++O2+4e-=2H2O，故放电过程中需补充的物质A为H2SO4，B正确；
C．由B项分析可知，放电时K+通过半透膜移向右侧，C正确；
D．由A项分析可知电池正极反应为：HCOOH+3OH--2e-=HCO+2H2O，由B项分析可知，电池负极反应式为：4H++O2+4e-=2H2O ，将正、负极反应式相加即可得到HCOOH燃料电池的总反应为2HCOOH+O2+2OH-=2HCO+2H2O，D正确；
5．一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：该电池工作时，下列说法错误的是

A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应
B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C．电池总反应为
D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
【答案】B
【解析】A．当负极通过0.04mol电子时，正极也通过0.04mol电子，根据正极的电极方程式，通过0.04mol电子消耗0.01mol氧气，在标况下为0.224L，A正确；
B．反应过程中正极生成大量的OH-使正极区pH升高，负极消耗OH-使负极区OH-浓度减小pH降低，B错误；
C．根据分析，电池的总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8+4，C正确；
D．电池中，电子由VB2电极经负载流向复合碳电极，电流流向与电子流向相反，则电流流向为复合碳电极→负载→VB2电极→KOH溶液→复合碳电极，D正确；


【二、电解池】
】
】
】

电解池与原电池比较

原电池
电解池
能量转
化形式
能转化成 能。
能转化成 能。
电极
名称
极
失去电子发生
反应
极
失去电子发生
反应
极
得到电子发生
反应
极
得到电子发生
反应
电极
判断
极
一般较不活泼金属或石墨
极
与外电源正极相连
极
一般为较活泼金属
极
与外电源负极相连
形成
条件






【答案】

原电池
电解池
能量转
化形式
化学能 能转化成 电 能。
电 能转化成 化学能 能。
电极
名称
负 极
失去电子发生
氧化 反应
阳极
失去电子发生
氧化 反应
正 极
得到电子发生
还原 反应
阴 极
得到电子发生
还原 反应
电极
判断
正 极
一般较不活泼金属或石墨
阳 极
与外电源正极相连
负 极
一般为较活泼金属
阴 极
与外电源负极相连
形成
条件
1.两个电极；2.电解质溶液；
3.形成闭合回路；
4.有自发氧化还原反应发生。
1.两个电极；2.电解质溶液；
3.形成闭合回路；
4.外接电源。
考点过关

电解池的含义：将 能转化成 能的装置。
一、 电解原理
右图X和Y是石墨，a是CuCl2溶液。
在接通直流电之前，电离方程式有：
、
存在的离子有 ，它们在
溶液中如何运动？ ；
接通直流电源后， 离子向右移动、 离子向左移动。
把湿润的KI淀粉试纸靠近右边出口，现象是 ，原因是

X极是电解池的 极，电极反应式为
Y极是电解池的 极，电极反应式为
X极上现象是 ，生成的物质是 。
(1)总反应化学方程式为
(2)电流方向： 。
(3)电子流向： 。
【答案】将电能转化为化学能的装置，叫电解池。
CuCl2=Cu2++Cl-、 H2OH++OH- Cu2+、Cl-、H+、OH- 自由移动
接通电源后，阴离子OH-、Cl-移向阳极（向右），阳离子H+、Cu2+移向阴极（向左）；
KI淀粉试纸变蓝，原因是Y是阳极，2Cl--2e-=Cl2↑,然后与KI溶液中I-反应：Cl2+2I-=I2+2Cl-,
电解
I2遇淀粉变蓝。
X是阴极，Cu2++2e-=Cu；Y是阳极，2Cl--2e-=Cl2↑。
X极上有红色固体物质析出，它是Cu。 (1)CuCl2 ====Cu+Cl2↑
电流方向：外电路（电源正极流出经导线到阳极、阴极流出经导线回到电源负极）
溶液中（溶液中阳离子移向阴极、阴离子移向阳极）电子移动方向与电流方向相反
注意
阴阳离子的得失电子能力不同，强的优先，导致得失电子有顺序：
阴离子：S2->I->Br->Cl->OH->最高价含氧酸根离子（一般不会放电）
阳离子：按金属活动顺序表从左到右，对应阳离子得电子能力逐渐增强，即：
K+