在高中化学复习中,原电池和化学电源是重要的知识点,主要涉及到电化学的基本概念和反应原理。原电池是一种能够将化学能转化为电能的装置,它由两个电极(正极和负极)以及一个电解质溶液组成。在这个过程中,氧化还原反应驱动电子流动,形成电流。
在题目给出的实例中,第一题考察了原电池的工作原理。正极通常发生还原反应,而负极发生氧化反应。在该例子中,Fe3+在正极得到电子变为Fe2+,而Cu2+在负极失去电子变成Cu,导致溶液颜色变浅。盐桥的作用是平衡电荷,使得离子能够在两极间迁移,S代表硫酸根离子,应该向负极移动。如果将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸,由于硝酸能氧化Cu,Cu成为负极,但电流方向不会改变。
第二题涉及铝作为电极材料的原电池实验。实验①中,镁片作为负极,铝片作为正极,溶液中的氢离子在铝片上得电子生成氢气。实验②中,初始阶段镁失去电子生成Mg(OH)2,而铝作为正极,氧气在此还原。一段时间后,情况反转,铝成为负极,失去电子生成Al(OH)3,而镁成为正极,水中的氢离子得到电子生成氢气。这说明原电池反应受到电极材料、溶液酸碱性和溶解氧等因素影响。
第三题通过比较四个原电池装置,考察了正负极的判断。在②中,Mg不与NaOH反应,所以是正极,而Al反应,因此Al是负极,电极反应式正确。③中Fe在浓硝酸中钝化,因此Cu是负极,但电极反应式错误。④中Cu是正极,电极反应式应该是氧气的还原反应。
原电池原理的应用广泛,例如在第四题中,加快稀盐酸与过量锌粉反应速率而不影响氢气生成量的方法是加入少量CuSO4溶液,因为这将形成锌-铜原电池,加快反应速率。
第五题通过一系列实验比较金属的活性。实验①说明A比B更容易被腐蚀,所以A是负极;实验②中D比A与酸反应更剧烈,说明D更活泼;实验③是铜锌原电池,表明A的活性高于铜,但低于D。
原电池的工作原理、电极反应、电极材料的选择、影响因素以及原电池原理的实际应用,都是高考化学复习的重点。学生需要理解并掌握这些知识点,以便在实际问题中进行应用。