高三化学原电池的11个知识点11个实例和7道原电池高考题详细解答.pdf
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1、一、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
2、极材料、电解质溶液(或熔融态的电解质)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
3、的电子,而电子带 负电,吸引阳离子向正极移动。 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, NO 3 -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
4、,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
5、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+ + H 2 (2)电极反应式及其意义 正极( Cu) :2H + +2e-=H 2 (还原反应)
6、 ;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: 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 2 4 (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 2 2+ H2 (2)电极反应式及其意义 正极( Cu) :2H + +2e-=H 2 (还原反应) ;修正为: 2H2O
7、+2e - =H2 +2OH - 负极( Zn) :Zn -2e-=Zn2+ (氧化反应);修正为: Zn +4OH - -2e -=ZnO 2 2+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: 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 Zn 2+发生反应产生 ZnO 2 2 ,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+ +
8、3H 2 (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,电子由铝片经用电器流向铜片。 在内电路:SO 2 4 (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 - +2H 2O=2AlO2+ 3
9、H2 (2)电极反应式及其意义 正极( Cu) :6H + +6e-=3H 2 (还原反应) ;修正为: 6H2O+6e - =3H 2 +6OH - 负极( Al ) :2Al -6e - =2Al3+ (氧化反应) ;修正为: 2Al +8OH -6e-=2AlO 2+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 Al 3+发生反应产生 AlO 2,Na +(运载电荷)向正极移 动。 5、铝铜电池 浓硝酸 原电池
10、(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 + +2NO 3 - =Cu 2+ +2NO 2 +2H2O (2)电极反应式及其意义 正极( Al ) :4H+ +2NO3- +2e- =2NO2 +2H 2O(还原反应) ; 负极( Cu) :Cu-2e- =Cu 2+ (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
11、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+ + H 2 (2)电极反应式及其意义 正极( Al ) :2H + +2e-=H 2 (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 2 4 (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
12、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 - +2H 2O=2AlO2+ 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 2+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,电子由铝片经用电器流向镁片。 在内
13、电路:OH -(参与溶液反应)向铝片移动遇到 Al 3+发生反应产生 AlO 2,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-=2H 2O 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
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