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1、原电池的知识梳理1、原电池是一种将化学能转变成电能的装置。2、原电池的构成条件:活动性不同的两个电极、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的得失,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的氧化反应和氧化剂的还原反应同时发生,一个氧化还原反应被设计成原电池后,氧化反应和还原反应被分别设计在负极和正极发生,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,负极失去的电子数与正极得到的电子数相等。5、无论什么样电极材料、电解质溶液(或熔
2、融态的电解质)构成原电池,只要是原电池永远遵守电极的规定:电子流出的电极是负极,电子流入的电极是正极。6、在化学反应中,失去电子的反应(电子流出的反应)是氧化反应,得到电子的反应(电子流入的反应)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:电流的流向是从电源的正极出发经用电器流向电源的负极。电子的流向是从电源的负极出发经用电器流向电源的正极。(2)在内电路:电解质溶液中的阳离子向正极移动,因为:正极是电子流入的电极,正极聚集了大量的电子,而电子带负电,吸引阳离子向正极移动
3、。电解质溶液中的阴离子向负极移动,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、原电池的基本类型:(1)只有一个电极参与反应的类型:负极溶解,质量减小;正极本身不参与反应,但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的类型:例如:充电电池类的:蓄电池、锂电池、银锌电池等。(3)两个电极都不参与反应的类型:两极材料都是惰性电极,电极本身不参与反应,而是由引入到两极的物质发生反应,如:燃料电池,燃料电池的电解质溶液通常是强碱溶液。9、电解质溶液的作用:运载电荷或参与
4、电极反应(产生沉淀、放出气体、改变微粒的存在形式)。10、如果负极产生的阳离子和电解质溶液中的阴离子不能共存,二者将发生反应使得各自的离子浓度减少,并可能伴有沉淀或气体的产生。11、在特定的电解质溶液的条件下:能单独反应的金属做负极,不能单独反应的金属做正极。例1:两极材料分别是铜片和铝片,电解质溶液是浓硝酸,虽然金属活动性铝比铜活泼,但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,铜作原电池的负极,铝作原电池的正极。例2:两极材料分别是镁片和铝片,电解质溶液是氢氧化钠溶液,虽然金属活动性镁比铝活泼,但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
5、不反应,在电池中,铝作原电池的负极,镁作原电池的正极。12、在非氧化性酸的酸性条件下或中性条件下,金属活动性强的金属做负极。二、应该对比掌握11种原电池原电池电极反应式的书写格式:电极名称(电极材料):氧化还原反应的半反应(氧化还原类型)1、铜锌非氧化性强酸溶液的原电池(伏打电池)(电极材料:铜片和锌片,电解质溶液:稀硫酸)(1)氧化还原反应的离子方程式: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
6、粒移动方向: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。在内电路:SO(运载电荷)向锌片移动,H+ (参与电极反应)向铜片移动的电子放出氢气。2、铜锌强碱溶液的原电池(电极材料:铜片和锌片,电解质溶液:氢氧化钠溶液)(1)氧化还原反应的离子方程式:Zn +2OH- =ZnO + H2 (2)电极反应式及其意义正极(Cu):2H+ +2e-=H2(还原反应);修正为:2H2O+2e- =H2 +2OH-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。
7、(3)微粒移动方向: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。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的原电池(电极材料:铜和铝;电解质溶液:稀硫酸。)(1)氧化还原反应的离子方程式: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:在外电路:电流由铜片经用电器流向铝片
8、,电子由铝片经用电器流向铜片。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、铜铝强碱溶液的原电池(电极材料:铜片和铝片,电解质溶液:氢氧化钠溶液)(1)氧化还原反应的离子方程式:2Al +2OH- +2H2O=2AlO + 3H2 (2)电极反应式及其意义正极(Cu):6H+ +6e-=3H2(还原反应);修正为:6H2O+6e- =3H2 +6OH-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
9、: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。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:铜片和铝片,电解质溶液:浓硝酸)(1)氧化还原反应的离子方程式:Cu+4H+ +2NO3- =Cu2+ +2NO2+2H2O(2)电极反应式及其意义正极(Al):4H+ +2NO3- +2e- =2NO2+2H2O(还原反应);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:在外电路:电流由铝
10、片经用电器流向铜片,电子由铜片经用电器流向铝片。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的原电池(电极材料:镁和铝;电解质溶液:稀硫酸。)(1)氧化还原反应的离子方程式: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: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。在内电路:SO(运载电荷
11、)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、镁铝强碱溶液的原电池(电极材料:镁片和铝片,电解质溶液:氢氧化钠溶液)(1)氧化还原反应的离子方程式:2Al +2OH- +2H2O=2AlO + 3H2 (2)电极反应式及其意义正极(Mg):6H+ +6e-=3H2(还原反应);修正为:6H2O+6e- =3H2 +6OH-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:在外电路:电流由镁片经用电器流向铝片,电子由铝片经用
12、电器流向镁片。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、氢气和氧气细菌燃料电池(电解质溶液是磷酸)(1)氧化还原反应的化学方程式:2H2 +O2=2H2O(2)电极反应式及其意义正极(惰性材料):O2 +4e-=2O2-(还原反应);修正为:O2 +4H+ +4e-=2H2O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、氢气和氧气燃料电池(电解质溶液是氢氧化钾溶液)(1)氧化还原反应的化学方程式:2H2 +O2=2H2
13、O(2)电极反应式及其意义正极(惰性材料):O2 +4e-=2O2-(还原反应);修正为:O2 +2H2O +4e-=4OH-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、甲烷和氧气燃料电池(电解质溶液是氢氧化钾溶液)(1)氧化还原反应的化学方程式: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正极(惰性材料)
14、:2O2 +8e-=4O2-(还原反应);在强碱性条件下修正为:2O2 +4H2O +8e-=8OH-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、丙烷和氧气燃料电池(电解质溶液是氢氧化钾溶液)(1)氧化还原反应的化学方程式: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正极(惰性材料):5O2 +20e-=10O2-(还原反应);在强碱性条
15、件下修正为:5O2 +10H2O +20e-=20OH-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:书写电极反应式要注意酸碱性环境对产物存在形式的影响。在酸性环境中,氢元素的存在形式有:H+ 、H2O 、H2三种形式,不会出现OH-形式。在碱性环境中,氢元素的存在形式为:OH- 、H2O 、H2三种形式,不会出现H+形式。在酸性环境中,氧元素的存在形式有:H2O 一种形式,不会出现OH- 、O2-两种形式。在碱性环境中,氧元素的存在形式为:OH- 、H2O 两种形式,不会出现O2-形式。检验电极反应式的三个标准: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。在正负极得失电子数相同的情况下,两个电极反应式叠加,会得到总反应式。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、2020年高考原电池部分试题及其详细解答1、(2020年高考广东理基)钢铁在潮湿的空