云南 王品蒼

原電池在高考化學(xué)中的面面觀

原電池的原理及應(yīng)用是高考化學(xué)的熱點(diǎn)之一，多以選擇題、填空題、實(shí)驗(yàn)題為主，高考中原電池主要考查：原電池的概念，原電池原理及構(gòu)成條件；確定原電池的正負(fù)極及電極反應(yīng)的書寫；原電池的設(shè)計；電化學(xué)腐蝕(以鋼鐵腐蝕為例)與防護(hù)；原電池的相關(guān)計算。

一、原電池的概念，原電池原理及構(gòu)成條件的考查

例1 (2008·廣東)電池是人類生產(chǎn)和生活中的重要能量來源，各式各樣電池的發(fā)展是化學(xué)對人類的一項重大貢獻(xiàn)。下列有關(guān)電池的敘述正確的是

( )

A.鋅錳干電池工作一段時間后碳棒變細(xì)

B.氫氧燃料電池可將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?/p>

C.氫氧燃料電池工作時氫氣在負(fù)極被氧化

D.太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅

【解析】選項A中Zn - Mn干電池中作負(fù)極的是Zn，石墨作電池的正極，只起導(dǎo)電的作用，被腐蝕的是Zn；選項B中氫氧燃料電池是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，而不是把熱能直接轉(zhuǎn)化為電能；太陽能電池的主要材料是高純度的單晶硅，它的能量轉(zhuǎn)化高。

【答案】C

【知識梳理】

1.原電池的概念

(1)定義：把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置

(2)構(gòu)成條件

①具有活性不同的兩電極

②電極間形成閉合回路

③有電解質(zhì)溶液

2.原電池的原理

二、原電池電極反應(yīng)的書寫方法

1.正確判斷兩個電極和電極反應(yīng)物

( )

B.電池工作時,電流由鋁電極沿導(dǎo)線流向鉑電極

C.以網(wǎng)狀的鉑為正極,可增大與氧氣的接觸面積

D.該電池通常只需要換鋁板就可以繼續(xù)使用

【解析】Al、O2(空氣)之間的氧化還原反應(yīng)為

將該反應(yīng)與原電池的原理綜合分析可知：Al失電子為負(fù)極，O2得電子為正極，因此電流的方向?yàn)殂K電極經(jīng)導(dǎo)線流向鋁電極。

Al、O2的氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)分別為：

【答案】B

2.正確處理原電池中的非氧化還原反應(yīng)

在電解質(zhì)溶液中陰陽離子易結(jié)合生成沉淀、氣體、弱電解質(zhì)。

例3鉛蓄電池的負(fù)極反應(yīng)物為Pb，正極反應(yīng)物為PbO2,電解質(zhì)溶液是稀H2SO4溶液，原電池反應(yīng)的產(chǎn)物之一是難溶性的PbSO4。寫出鉛蓄電池中的電極反應(yīng)式。

3.利用差值法寫電極反應(yīng)

正、負(fù)極電極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)的離子方程式。反之，若能寫出已知電池反應(yīng)的離子方程式，可以減去較易寫出的電極反應(yīng)式，從而可知另一電極反應(yīng)式。

三、原電池的設(shè)計

規(guī)則1：能自發(fā)的進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。

規(guī)則2：根據(jù)電子轉(zhuǎn)移的方向?qū)⒀趸€原反應(yīng)拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個半反應(yīng)(電極反應(yīng))。

規(guī)則3：根據(jù)電子的轉(zhuǎn)移確定原電池的正負(fù)極和電解質(zhì)溶液。

【解析】該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)：

結(jié)合原電池構(gòu)成的條件而定，負(fù)極材料為銅，正極材料可用石墨(或比Cu不活潑的金屬或非金屬固體如Pt等)，電解質(zhì)為FeCl3溶液。

四、金屬的腐蝕與防護(hù)

例6(2008·廣東)下列有關(guān)金屬腐蝕與防護(hù)的說法正確的是

( )

A.純銀器表面在空氣中因化學(xué)腐蝕漸漸變暗

B.當(dāng)鍍錫鐵制品的鍍層破損時，鍍層仍能對鐵制品起保護(hù)作用

C.在油輪外殼連接鋅塊保護(hù)外殼不受腐蝕是采用了犧牲陽極的陰極保護(hù)法

D.可將地下輸油鋼管與外加直流電源的正極相連以保護(hù)它不受腐蝕

【解析】銀器在空氣中久置會被O2所氧化變黑，為化學(xué)腐蝕，A正確；當(dāng)鍍層破損時，Sn-Fe可形成原電池，不再起到保護(hù)作用，B錯誤；與Zn塊形成原電池，Zn作負(fù)極(陽極)，從而保護(hù)Fe正極(陰極)，C正確；外加電流保護(hù)法應(yīng)該與直流電源的負(fù)極相連，D錯誤。

【答案】AC

【知識梳理】

1.金屬的腐蝕和防護(hù)

②金屬的防護(hù)方法：

a.改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；b.覆蓋保護(hù)層；c.使用電化學(xué)保護(hù)法。

2.原電池原理的應(yīng)用

①制作多種化學(xué)電源，如干電池、蓄電池、高能電池、燃料電池；

②加快化學(xué)反應(yīng)速率。如純鋅與鹽酸反應(yīng)制H2反應(yīng)速率較慢，若滴入幾滴CuCl2溶液，使置換出來的銅緊密附在鋅表面，形成微小的原電池，可大大加快化學(xué)反應(yīng)速率；

③金屬的電化學(xué)保護(hù)，犧牲陽極的陰極保護(hù)法；

④金屬活動性的判斷。

五、原電池的相關(guān)計算

1.計算類型

(1)兩級產(chǎn)物的定量計算(求固體的質(zhì)量、氣體的體積)

(2)溶液pH的計算

(3)求某元素的化合價或確定化學(xué)式

(4)根據(jù)電量求產(chǎn)物的量或根據(jù)產(chǎn)物的量求電量等

2.計算方法

(1)守恒法 (2)總反應(yīng)式法 (3)關(guān)系式法 (4)排除法

( )

A.0.025 mol B.0.05 mol

C.0.1 mol D.0.2 mol

【解析】根據(jù)題意，可寫出反應(yīng)所涉及的化學(xué)方程式：

關(guān)系式： Cl2～ 2e-～ 4H+～ 2H2SO4

0.05 0.1

因此消耗硫酸0.1 mol。

云南省曲靖市第二中學(xué))