第21讲原电池化学电源Word格式文档下载.docx

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（2）电极均插入电解质溶液中。

（3）构成闭合回路（两电极接触或用导线连接）。

（4）能自发地发生氧化还原反应。

【感悟测评】

1．下列示意图中能构成原电池的是（　　）

答案：

B

2．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×

”）

（1）在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极。

（　　）

（2）在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强。

（3）在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应。

（4）相同情况下，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。

（5）原电池电解质溶液中，阴离子一定移向负极。

（1）√　

（2）×

　（3）×

　（4）√　（5）√

1．原电池正、负极的判断

2．原电池电极反应式的书写

（1）一般电极反应式的书写

（2）复杂电极反应式的书写

＝

－

如CH4酸性燃料电池中

CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应式

2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正极反应式

CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……负极反应式

考向一　原电池的工作原理

1．如图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是（　　）

M

N

P

A

Zn

Cu

稀H2SO4

Fe

稀HCl

C

Ag

AgNO3溶液

D

Fe（NO3）3溶液

解析：

在装置中电流计指针发生偏转，说明该装置构成了原电池，根据正负极的判断方法，溶解的一极为负极，增重的一极为正极，所以M棒为正极，N棒为负极，且电解质溶液能析出固体，则只有C项正确。

2．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是（　　）

A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极

B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑

C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋

D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

【速记卡片】　原电池正、负极判断方法

说明：

原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。

考向二　盐桥原电池

3．如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是（实验过程中，不考虑两球的浮力变化）（　　）

A．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端高B端低

B．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端低B端高

C．当杠杆为导体时，A端低B端高

D．当杠杆为导体时，A端高B端低

当杠杆为导体时，构成原电池，Fe作负极，Cu作正极，电极反应式分别为负极Fe－2e－===Fe2＋，正极Cu2＋＋2e－===Cu，铜球增重，铁球质量减轻，杠杆A低B高。

4．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋I－

2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。

下列判断不正确的是（　　）

A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应

B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原

C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态

D．电流表读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极

由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；

电流表读数为零时，Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态，C正确；

D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。

【速记卡片】　

当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；

当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。

考点二　原电池原理的应用

1．比较金属活动性强弱

两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。

如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A极溶解，而B极上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，则可以推出金属活动性A>

B。

2．加快氧化还原反应的速率

一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。

例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。

3．用于金属的防护

使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。

例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。

4．设计制作化学电源

（1）首先将氧化还原反应分成两个半反应。

（2）根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。

如：

根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计的原电池为：

【多维思考】

1．A、B两种金属用导线连接后，插入烧碱溶液中，若观察到A极溶解，而B极上有气体放出，该现象能否说明活动性A>

B？

请举例说明。

提示：

不能。

如Mg、Al、NaOH溶液组成原电池时，Al极溶解、Mg极上有H2生成，但活动性：

Mg>

Al。

2．镀锌铁桶破损后，铁桶仍能长时间使用，但镀锡铁桶破损后，破损处很快会出现小孔，其原因是什么呢？

镀锌铁桶破损后，形成原电池锌作负极，Fe得到保护；

镀锡铁桶破损后，形成原电池，铁作负极，加速了铁的腐蚀。

（1）能设计成原电池的反应一定是放热的氧化还原反应，吸热反应不可能将化学能转化为电能。

（2）利用原电池原理可加快制氢气的速率，但可能影响生成氢气的量。

需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决于酸的量。

（3）设计原电池时，负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以。

考向一　判断金属的活泼性及反应速率

1．有a、b、c、d四种金属，将a与b用导线连接起来，浸入稀硫酸中，电极反应式之一为a－2e－===a2＋；

将a、d分别投入等浓度的盐酸中，d比a反应激烈；

又知一定条件下能发生如下离子反应：

c2＋＋b===b2＋＋c，则四种金属的活动性由强到弱的顺序是（　　）

A．dcab　　　　　　　　　　B.dabc

C．dbacD.badc

a、b两金属连接后在稀H2SO4溶液中，a失电子，活泼性：

a>

b；

与酸反应d反应剧烈，活泼性：

d>

a；

根据离子反应，还原性：

还原剂大于还原产物，则活泼性：

b>

c，综合以上有金属活泼性由强到弱顺序：

dabc。

2．（2018·

揭阳二模）等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中放入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积（V）与时间（t）的关系，其中正确的是（　　）

等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中放入少量的CuSO4溶液，发生：

Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，形成原电池，反应速率增大，反应用时少于b，但生成的氢气也少于b，图象应为D。

【题后悟道】　改变Zn与H＋反应速率的方法

（1）加入Cu或CuSO4，形成原电池，加快反应速率，加入Cu不影响Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量减少，是否影响产生H2的量，应根据Zn、H＋的相对量多少判断。

（2）加入CH3COONa，由于CH3COO－与H＋反应，使c（H＋）减小，反应速率减小，但不影响生成H2的量。

考向二　设计原电池

3．将镉（Cd）浸在氯化钴（CoCl2）溶液中，发生反应的离子方程式为：

Co2＋（aq）＋Cd（s）===Co（s）＋Cd2＋（aq）（aq表示溶液），若将该反应设计为如图的原电池，则下列说法一定错误的是（　　）

A．Cd作负极，Co作正极

B．原电池工作时，电子从负极沿导线流向正极

C．根据阴阳相吸原理，盐桥中的阳离子向负极（甲池）移动

D．甲池中盛放的是CdCl2溶液，乙池中盛放的是CoCl2溶液

在电池反应中，Co2＋得电子发生还原反应，则Co作正极、Cd作负极；

放电时，电子从负极Cd沿导线流向正极Co；

盐桥中阳离子向正极区域乙移动、阴离子向负极区域甲移动；

甲中失电子发生氧化反应，电解质溶液为CdCl2溶液，乙池中盛放的是CoCl2溶液。

4．电子工业常用30%的FeCl3溶液腐蚀绝缘板上的铜箔，制造印刷电路板。

某工程师为了从废液中回收铜，重新获得FeCl3溶液，设计了下列实验步骤：

写出一个能证明还原性Fe比Cu强的离子方程式：

__________

_______________________________________。

该反应在上图步骤________中发生。

请根据上述反应设计一个原电池，在方框中画出简易装置图（标出电极名称、电极材料、电解质溶液）。

a是Fe，发生的反应有Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu和Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，试剂b是盐酸。

将Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu设计成原电池，Fe作负极，比Fe不活泼的Cu作正极，电解质溶液是含Cu2＋的溶液。

Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu　①

【题后悟道】　“装置图”常见失分点提示

（1）未用虚线画出烧杯中所盛放的电解质溶液。

（2）未用导线将两电极连接起来。

（3）未指明：

①正、负极及其材料；

②电解质溶液。

考点三　化学电源

1．一次电池（以碱性锌锰干电池为例）

负极（Zn），电极反应式：

Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2

正极（MnO2），电极反应式：

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－

总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn（OH）2＋2MnOOH

2．二次电池（以铅蓄电池为例）

（1）负极反应：

Pb－2e－＋SO

===PbSO4（逆向为充电时阴极反应）。

（2）正极反应：

PbO2＋2e－＋4H＋＋SO

===PbSO4＋2H2O；

（逆向为充电时阳极反应）。

（3）总反应：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）===2PbSO4（s）＋2H2O（l）（逆向为充电时总反应）。

3．燃料电池

（1）氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池。

酸　性

碱　性

反应式

2H2－4e－===4H＋

2H2＋4OH－－4e－===4H2O

O2＋4H＋＋4e－===2H2O

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

电池

总反应

2H2＋O2===2H2O

（2）燃料电池的电极本身不参与反应，燃料和氧化剂连续地由外部供给。

【多维思考】

　可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？

判断正误（正确的打“√”，错误的打“×

（1）太阳能电池不属于原电池。

（2）铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应。

（3）铅蓄电池工作时，当电路中转移0.2mol电子时，消耗的H2SO4为0.1mol。

（4）铅蓄电池工作时，当电路中转换0.1mol电子时，负极增加48g。

（1）√　

（2）√　（3）×

　（4）√

燃料电池电极反应式的书写

第一步：

写出电池总反应式：

燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。

如甲烷燃料电池（电解质为NaOH溶液）的反应式为：

CH4＋2O2===CO2＋2H2O①

CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O②

①式＋②式得燃料电池总反应式为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。

第二步：

写出电池的正极反应式：

根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，电解质溶液不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：

a．酸性电解质溶液环境下电极反应式：

O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

b．碱性电解质溶液环境下电极反应式：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

c．固体电解质（高温下能传导O2－）环境下电极反应式：

O2＋4e－===2O2－。

d．熔融碳酸盐（如：

熔融K2CO3）环境下电极反应式：

O2＋2CO2＋4e－===2CO

。

第三步：

根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式：

电池的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。

考向一　电极、电池反应式的书写

1．（2018·

潍坊模拟）镁—过氧化氢燃料电池具有比能量高、安全方便等优点，其总反应为Mg＋H2O2＋H2SO4===MgSO4＋2H2O，结构示意图如图所示。

下列关于该电池的叙述正确的是（　　）

A．电池内部可以使用MnO2作填料

B．电池工作时，H＋向Mg电极移动

C．电池工作时，正极的电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋

D．电池工作时，电解质溶液的pH将不断变大

MnO2可催化H2O2分解；

电解质溶液中的阳离子向正极（石墨）移动；

Mg－2e－===Mg2＋为负极反应；

硫酸参与正极反应，则电解质溶液的酸性减弱，pH增大。

2．Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。

该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。

电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。

请回答下列问题：

（1）电池的负极材料为________，发生的电极反应为_________

___________________________________。

（2）电池正极发生的电极反应为_________________________。

分析反应的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，为负极，电极反应为：

4Li－4e－===4Li＋；

正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到。

（1）Li　4Li－4e－===4Li＋　

（2）2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2

【技法归纳】　电极反应式的书写方法

（1）拆分法：

①写出原电池的总反应，如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。

②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，并注明正、负极，并依据质量守恒、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应，正极：

2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋　负极：

Cu－2e－===Cu2＋。

（2）加减法：

①写出总反应，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。

②写出其中容易写出的一个半反应（正极或负极）。

如Li－e－===Li＋（负极）。

③利用总反应与上述的一极反应相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4（正极）。

考向二　燃料电池

3．（2018·

河南二模）甲醇燃料电池体积小巧、洁净环保、比能量高，已在便携式通讯设备、汽车等领域应用。

某型甲醇燃料电池的总反应式为2CH4O＋3O2===2CO2＋4H2O，如图是该燃料电池的示意图。

下列说法错误的是（　　）

A．a是甲醇，b是氧气

B．燃料电池将化学能转化为电能

C．质子从M电极区穿过交换膜移向N电极区

D．负极反应：

CH4O－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋

由质子交换膜知，电解质溶液呈酸性，N极上生成水，则a为氧气，N为正极，M为负极，负极反应式为CH4O－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===H2O，b是甲醇、c是二氧化碳，质子从M电极区通过质子交换膜到N电极区，通过以上分析知，B、C、D正确。

【技法归纳】　根据电极产物判断燃料电池正、负极的方法

（1）在酸性燃料电池中，有H2O生成的是正极，有CO2生成的是负极。

（2）在碱性燃料电池中有H2O生成的是负极，其另一极为正极。

（3）在熔盐电池，能传导O2－的固体电解质电池，生成H2O或CO2的是负极，其另一极为正极。

4．某汽车尾气分析仪以燃料电池为工作原理测定CO的浓度，其装置如图所示，该电池中电解质为氧化钇—氧化钠，其中O2－可以在固体介质NASICON中自由移动。

（1）其反应式为负极____________________________________；

正极：

_____________________________________________。

电池反应为：

________________________________________。

（2）如果将上述电池中电解质“氧化钇—氧化钠，其中O2－可以在固体介质NASICON中自由移动”改为熔融的K2CO3，b极通入的气体为氧气和CO2，负极______________________________；

______________________________________________。

电池反应为__________________________________。

（1）该装置是原电池，通入一氧化碳的电极a是负极，负极上一氧化碳失电子发生氧化反应，电极反应式为：

CO＋O2－－2e－===CO2，b为正极，O2＋4e－===2O2－，总方程式为2CO＋O2===2CO2。

（2）该电池的总反应为2CO＋O2===2CO2。

正极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO

负极反应式＝总反应－正极反应式：

2CO－4e－＋2CO

===4CO2。

（1）CO＋O2－－2e－===CO2　O2＋4e－===2O2－　2CO＋O2===2CO2

（2）2CO－4e－＋2CO

===4CO2　O2＋4e－＋2CO2===2CO

　2CO＋O2===2CO2

考向三　新型电池

5．（2018·

大庆二模）光电池是发展性能源。

一种光化学电池的结构如图，当光照在表面涂有氯化银的银片上时AgCl（s）

Ag（s）＋Cl（AgCl），[Cl（AgCl）表示生成的氯原子吸附在氯化银表面]，接着Cl（AgCl）＋e－===Cl－（aq），若将光源移除，电池会立即恢复至初始状态。

下列说法不正确的是（　　）

A．光照时，电流由X流向Y

B．光照时，Pt电极发生的反应为：

2Cl－＋2e－===Cl2

C．光照时，Cl－向Pt电极移动

D．光照时，电池总反应为：

AgCl（s）＋Cu＋（aq）

Ag（s）＋Cu2＋（aq）＋Cl－（aq）

该装置中氯原子在银电极上得电子发生还原反应，所以银作正极、铂作负极，光照时，电流从正极银X流向负极铂Y；

光照时，Pt电极作负极，负极上亚铜离子失电子发生氧化反应，电极反应式为Cu＋（aq）－e－===Cu2＋（aq）；

光照时，该装置是原电池，银作正极，铂作负极，电解质中氯离子向负极铂移动；

光照时，正极上氯原子得电子发生还原反应，负极上亚铜离子失电子，所以电池反应式为AgCl（s）＋Cu＋（aq）

Ag（s）＋Cu2＋（aq）＋Cl－（aq）。

6．（2018·

甘肃一诊）电动汽车具有绿色、环保等优点，镍氢电池（NiMH）是电动汽车的一种主要电池类型。

NiMH中的M表示储氢金属或合金，电池中主要以KOH溶液作电解液，该电池在充电过程中的总反应方程式是：

Ni（OH）2＋M===NiOOH＋MH。

下列有关镍氢电池的说法中正确的是（　　）

A．充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移

B．充电过程中阴极的电极反应式：

H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H被M还原

C．电池放电过程中，正极的电极反应式为：

NiOOH＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－

D．电池放电过程中，负极附近的溶液pH增大

充电过程中OH－离子从阴极向阳极迁移，A项错误；

阴极上H2O得电子生成MH，则充电过程中阴极的电极反应式：

H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H被还原，M的化合价不变，B错误；

电池放电过程中，正极上NiOOH得电子生成Ni（OH）2，则正极的电极方程式为：

NiOOH＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－，C项正确；

电池放电过程中，负极的电极方程式为：

MH＋OH－－e－===H2O＋M，则负极上消耗氢氧根离子，所以负极附近的溶液pH减小，D项错误。

C

1．（2017·

高考全国卷Ⅲ）全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：

16Li＋xS8===8Li2Sx（2≤x≤8）。

A．电池工作时，正极可发生反应：

2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4

B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14g

C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性

D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多

A.原电池工作时，Li＋向正极移动，则a为正极，正极上发生还原反应，随放电的多少可能发生多种反应，其中可能为2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，故A正确；

B.原电池工作时，转移0.02mol电子时，金属锂的物质的量减少为0.02mol，质量为0.14g，故B正确；

C.石墨能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，故C正确；

D.电池充电时间越长，转移电子数越多，生成的Li和S8越多，即电池中Li2S2的量越少，故D错误。

2．（2016·

高考全国卷Ⅱ）MgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。

下列叙述错误的是（　　）

A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋

B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag

C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移

D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg（OH）2＋H2

根据题意，电池总反应式为：

Mg＋2AgCl===MgCl2＋2Ag，正极反应为：

2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag，负极反应为：

Mg－2e－===Mg2＋，A项正确，B项错误；

对原电池来说，阴离子由正极移向负极，C项正确；

由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg（OH）2＋H2↑，D项正确；

答案选B。

3．（2016·

高考全国卷Ⅲ）锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液