第18讲 原电池无.docx

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第18讲原电池无

第18讲原_电_池

[基础全扫描]

1．概念和反应本质

原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。

2．构成条件

（1）有两个活泼性不同的电极（常见的为金属或石墨）。

（2）将电极插入电解质溶液中。

（3）两电极间构成闭合回路。

3．工作原理

如图是CuZn原电池，请填空：

（1）电极：

负极为Zn，正极为Cu。

（2）电极反应：

负极：

Zn－2e－===Zn2＋，正极：

Cu2＋＋2e－===Cu。

（3）原电池中的三个方向：

①电子方向：

电子从负极流出经外电路流入正极；

②电流方向：

电流从正极流出经外电路流入负极；

③离子的迁移方向：

电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。

[认知无盲区]

1．盐桥的作用

盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液，其作用是平衡两个烧杯中的阴、阳离子而导电，电路接通后，K＋移向正极，Cl－移向负极。

2．原电池正、负极的判断

原电池的正极、负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。

（1）判断的一般原则：

①根据电极材料：

活泼金属为负极，不活泼金属（或非金属）为正极。

②根据电极反应：

发生氧化反应的为负极，发生还原反应的为正极。

③根据电子流向：

电子流出（失去）的为负极，电子流入（得到）的为正极。

④根据离子的移动方向：

阴离子移向的为负极，阳离子移向的为正极

⑤根据电极现象：

质量不断减小（溶解）的为负极，质量增加的为正极。

（2）判断电极的注意事项：

判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如①在强碱性溶液中Al比Mg更易失去电子，Al作负极，Mg作正极；②Fe、Al在浓硝酸中钝化后，比Cu等金属更难失去电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。

[练习点点清]

1.如图所示的装置中，在产生电流时，以下说法不正确的是（　　）

A．Fe是负极，C是正极

B．负极反应式为：

Fe－3e－===Fe3＋

C．内电路中阴离子移向FeCl2溶液

D．电流由石墨电极流向Fe电极

2．[双选题]（2010·广东高考）铜锌原电池（如下图）工作时，下列叙述正确的是（　　）

A．正极反应为：

Zn－2e－===Zn2＋

B．电池反应为：

Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

C．在外电路中，电子从负极流向正极

D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液

[基础全扫描]

1．一次电池——碱性锌锰干电池

负极材料：

Zn

电极反应：

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2

正极材料：

碳棒

电极反应：

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH

总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2

2．二次电池（以铅蓄电池为例）

（1）放电时的反应：

①负极：

Pb（s）＋SO

（aq）－2e－===PbSO4（s）。

②正极：

PbO2（s）＋4H＋（aq）＋SO

（aq）＋2e－===PbSO4（s）＋2H2O（l）。

③总反应：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）===2PbSO4（s）＋2H2O（l）。

（2）充电时的反应：

①阴极：

PbSO4（s）＋2e－===Pb（s）＋SO

（aq）。

②阳极：

PbSO4（s）＋2H2O（l）－2e－===PbO2（s）＋4H＋（aq）＋SO

（aq）。

③总反应：

2PbSO4（s）＋2H2O（l）===Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）。

3．燃料电池

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。

酸性

碱性

负极反应式

2H2－4e－===4H＋

2H2＋4OH－－4e－===4H2O

正极反应式

O2＋4H＋＋4e－===2H2O

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

电池总反应式

2H2＋O2===2H2O

[认知无盲区]

（1）化学电源的电极反应式一般较为复杂。

正、负极反应的加和是总反应方程式，总反应方程式减一极反应方程式可得另一极反应方程式。

（2）可充电电池充电时，电池的正极接外接电源的正极，电池的负极接外接电源的负极。

（3）可充电电池的放电反应和充电反应不互为可逆反应。

（4）书写燃料电池的电极反应式时，一定要注意溶液的酸碱性。

[练习点点清]

3．（2012·广东中山市重点中学质检）Mg—H2O2酸性燃料电池采用海水作电解质，下列结论错误的是（　　）

A．正极发生的电极反应为：

H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O

B．电池总反应为：

Mg＋H2O2===Mg（OH）2

C．工作时，正极周围海水的pH增大

D．电池工作时，溶液中的H＋向正极移动

4．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。

高铁电池的总反应为：

3Zn＋2K2FeO4＋8H2O

3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH。

请回答下列问题：

（1）高铁电池的负极材料是________。

（2）放电时，正极发生________（填“氧化”或“还原”）

反应；已知负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2，则正极反应为_________。

（3）放电时，________（填“正”或“负”）极附近溶液的碱性增强。

1.理解原电池概念的2个方面：

（1）能量转化：

化学能转化为电能；

（2）反应本质：

氧化还原反应。

2.牢记原电池两极判断的6种方法：

（1）负极：

活泼金属、氧化反应、电子流出、电流流入、阴离子移向极、不断溶解。

（2）正极：

不活泼金属或非金属、还原反应、电子流入、电流流出、阳离子移向极、电极增重。

3.明确原电池原理的4个应用：

（1）加快氧化还原反应的速率；

（2）比较金属活动性强弱；（3）用于金属的防护；（4）制作化学电源。

[考点一　原电池电极反应式的书写][动态课件＋flash演示见光盘]

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1．从氧化还原角度分析，原电池负极上的材料常作________剂，正极上的材料常作________剂，二者________数目相等。

2．若电解质溶液呈酸性，电极反应中能否生成OH－？

若电解质溶液呈碱性，电极反应中能否生成H＋、CO2?

3．锂离子电池的总反应为Li＋LiMn2O4

Li2Mn2O4，你能写出该电池的正极反应吗？

LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4

4．你能写出碱性条件下甲烷燃料电池的电极反应式吗？

负极：

　正极：

1．电极反应式书写的一般方法

（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：

，负极：

（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）。

2．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＋2H2O　①

CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O　②

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。

[例1]　

（1）（2012·海南高考节选）肼空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的反应式为________________________。

（2）（2012·新课标全国高考节选）高铁酸钾（K2FeO4）是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。

FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4，其反应的离子方程式为________________________________________________________________________；

与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应为________________________________________，该电池总反应的离子方程式为________________________________________。

（3）（2012·江苏高考节选）铝电池性能优越，AlAgO电池可用作水下动力电源，其原理如下图所示。

该电池反应的化学方程式为___________________________________

1．（2013·沈阳六校联考）根据下图判断，下列说法正确的是（　　）

A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋

B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动

D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大

2．（2010·浙江高考）Li－Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：

2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe，有关该电池的下列说法中，正确的是（　　）

A．Li－Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为＋1价

B．该电池的电池反应式为：

2Li＋FeS===Li2S＋Fe

C．负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋

D．充电时，阴极发生的电极反应式为：

Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS

[考点二　原电池原理的应用][动态课件见光盘]

1．实验室用Zn与稀H2SO4反应制备H2时，用粗锌反应速率快，还是用纯锌反应速率快？

为什么？

粗锌快，因Zn、杂质和电解质溶液能形成原电池

2．X、Y两种金属用导线连接置于稀H2SO4中，发现X极溶解，Y极上有气泡产生，则X、Y的活动性谁强？

X金属的活动性强

3．为了保护海水中的钢铁闸门，需要连接某种金属，你认为该金属的活动性应比铁的活动性强还是弱？

比铁的活动性强

4．你能依据原电池原理将反应Fe＋2FeCl3===3FeCl2设计成一个原电池吗？

顺利解答原电池应用问题的关键是理清原电池的工作原理，原电池的应用是多方面的，现破解如下：

1．比较金属的活动性强弱

原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属（或非金属）作正极。

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，则可以判断金属活动性A>B。

2．加快化学反应速率

由于形成了原电池，导致反应速率加快。

如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成CuZn原电池，加快反应进行。

3．用于金属的防护

使需要被保护的金属制品作原电池正极而受到保护。

例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，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

设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件。

（1）首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。

（2）找出正、负极材料及电解质溶液。

（3）按要求画出原电池装置图。

[例2]　（2012·全国卷高考）①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。

①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。

据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是（　　）

A．①③②④　　　　　　　B．①③④②

C．③④②①D．③①②④

3．下列说法正确的是（　　）

A．构成原电池正极和负极的材料必须是金属

B．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原

C．实验室欲快速制取氢气，可利用粗锌与稀H2SO4反应

D．原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能

4．某原电池总反应为：

Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是

（　　）

A

B

C

D

电极材料

Cu、Zn

Cu、C

Fe、Zn

Cu、Ag

电解液

FeCl3

Fe（NO3）2

CuSO4

Fe2（SO4）3

（2012·福建高考）将下图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是（　　）

A．Cu电极上发生还原反应　　B．电子沿Zn→a→b→Cu路径流动

C．片刻后甲池中c（SO

）增大D．片刻后可观察到滤纸b点变红色

锌铜原电池装置

[迁移·发散·整合]

一、高考还可能这样考

在上述高考题题干不变的情况下，命题还有可能有以下角度：

（1）电流流向：

原电池外电路电流的路径是怎样的？

提示：

Cu→b→a→Zn

（2）盐桥中离子的迁移方向：

原电池工作过程中，盐桥中Cl－向哪极移动？

提示：

向负极移动，即向Zn极移动。

（3）原电池计算：

原电池工作过程中，若有0.2mole－转移，两极的质量相差多少？

（假设开始时，两极质量相等）

提示：

＋

＝12.9g，

即0.2mole－转移，两极质量相差12.9g。

（4）判断电极名称：

a、b两电极的名称分别是什么？

提示：

a→阴极　b→阳极

二、相关实验知识归纳

化学电源的制作（以Fe与CuSO4的反应为例）

（1）首先将反应CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu拆分为两个半反应，其中氧化反应：

Fe－2e－===Fe2＋，还原反应：

Cu2＋＋2e－===Cu。

（2）电极材料的选择：

①负极发生氧化反应，故选择还原性较强的物质作负极，即选择负极材料为铁。

②正极发生还原反应，故选择还原性比Fe弱的金属铜或能导电的碳棒作正极材料。

（3）电解质溶液的选择：

电解质溶液或者电解质溶液中溶解的其他物质（如空气中的氧气）能与负极发生反应。

但如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。

如在铜铁构成的原电池中，负极金属铁浸泡在含有Fe2＋的电解质溶液中，而正极金属铜浸泡在含有Cu2＋的电解质溶液中。

（4）实验装置图：

题型一　新型电池的正负极的判断

该类电池一般会告诉相应的反应物、生成物或反应方程式，只要根据元素的常规价态去判断即可：

新型电池中

[例1]　（2011·新课标全国卷）铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：

Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe（OH）2＋2Ni（OH）2。

下列有关该电池的说法不正确的是（　　）

A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe

B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe（OH）2

C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低

D．电池充电时，阳极反应为2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O

题型二　书写新型电池的电极反应式

第一步：

分析物质得失电子情况，据此确定正极、负极上发生反应的物质。

第二步：

分析电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。

第三步：

写出比较容易书写的电极反应式。

第四步：

若有总反应式，可用总反应式减去第三步中的电极反应式，即得另一极的电极反应式。

[例2]　（2012·四川高考）一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：

CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。

下列有关说法正确的是（　　）

A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动

B．若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气

C．电池反应的化学方程式为：

CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O

D．正极上发生的反应是：

O2＋4e－＋2H2O===4OH－

题型三　新型电池充电时的判断

电池充电的实质是把放电时发生的变化再复原的过程，即放电是原电池、充电是电解的过程，如铅蓄电池放电、充电的变化为：

　　　放电时　　　　　　　充电时

负极：

Pb―→PbSO4　

阴极：

PbSO4―→Pb

正极：

PbO2―→PbSO4

阳极：

PbSO4―→PbO2

解决该类题目时，先分清原电池放电时的正、负极，再根据电池充电时阳极接正极、阴极接负极的原理进行分析。

[例3]　（2011·海南高考）一种充电电池放电时的电极反应为：

H2＋2OH－－2e－===2H2O

NiO（OH）＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－

当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是（　　）

A．H2O的还原　　　　B．NiO（OH）的还原

C．H2的氧化D．Ni（OH）2的氧化

题型四　新型电池中离子的移动方向

阴离子移向负极、阳离子移向正极，这是因为负极失电子，生成大量阳离子积聚在负极附近，致使该极附近有大量正电荷，所以溶液中的阴离子要移向负极；正极得电子，该极附近的阳离子因得电子生成电中性的物质而使该极附近带负电荷，所以溶液中的阳离子要移向正极。

虽然从微观上讲不参与电极反应的离子发生移动，但从宏观上讲其在溶液中各区域的浓度基本不变。

[例4]　（2010·安徽高考）某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：

2H2＋O2===2H2O，下列有关说法正确的是（　　）

A．电子通过外电路从b极流向a极

B．b极上的电极反应式为：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．每转移0.1mol电子，消耗1.12L的H2

D．H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极

[随堂基础落实]

1．（2013·南海区质检）下图为某原电池的结构示意图，下列说法中不正确的是（　　）

A．原电池工作时的总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该反应一定为放热反应

B．原电池工作时，Zn电极流出电子，发生氧化反应

C．原电池工作时，铜电极上发生氧化反应，CuSO4溶液蓝色变深

D．如果将Cu电极改为Fe电极，Zn电极依然作负极

2.某小组为研究电化学原理，设计如图装置。

下列叙述不正确的是（　　）

A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出

B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：

Cu2＋＋2e－===Cu

C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色

D．a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动

3．（2013·广东揭阳质检）LiSO2电池具有输出功率高且低温性能好的特点，其电解质为LiBr，溶剂是碳酸丙烯酯和乙腈，Li＋可在其中移动。

电池总反应式为

2Li＋2SO2

Li2S2O4。

下列有关该电池的说法正确的是（　　）

A．放电时Li＋向正极移动

B．该电池溶剂可用水替代

C．该电池放电时，1molSO2参与反应，转移2mole－

D．充电时，阳极发生还原反应

4.依据氧化还原反应：

2Ag＋（aq）＋Cu（s）===Cu2＋（aq）＋2Ag（s）设计的原电池如图所示。

（1）电极X的材料是______；电解质溶液Y是______。

（2）银电极为电池的______极，发生的电极反应为____________，X电极上发生的电极反应为________________。

（3）外电路中的电子是从______电极流向______电极。

一、单项选择题（本题包括6小题，每小题4分，共24分）

1．下列有关电化学的说法不正确的是（　　）。

A．（2012·江苏高考）Zn具有还原性和导电性，可用作锌锰干电池的负极材料

B．（2012·广东高考）锂碘电池的电池反应为：

2Li（s）＋I2（s）===2LiI（s），则碘电极作该电池的负极

C．（2011·江苏高考）铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应

D．（2012·海南高考）锌与稀硫酸反应时，要加大反应速率可滴加少量硫酸铜

2．如图，在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是（　　）

A．外电路的电流方向为：

X→外电路→Y

B．若两电极分别为铁和碳棒，则X为碳棒，Y为铁

C．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应

D．若两电极都是金属，则它们的活动性强弱为X>Y

3．（2012·广东省潮汕两市名校联考）下列有关以KOH溶液为电解液的氢氧燃料电池的叙述不正确的是（　　）

A．正极反应式为：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量浓度不变

C．该燃料电池的总反应式为：

2H2＋O2===2H2O

D．用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24LCl2（标准状况）时，有0.2mol电子转移

4.（2013·南通一模）右图是铅蓄电池充、放电时的工作示意图，已知放电时电池反应为PbO2＋Pb＋4H＋＋2SO

===2PbSO4＋2H2O。

下列有关说法正确的是（　　）

A．K与N连接时，能量由电能转化为化学能

B．K与N连接时，H＋向负极区迁移

C．K与M连接时，所用电源的a极为负极

D．K与M连接时，阳极附近的pH逐渐增大

5．（2008·广东高考，有改动）LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。

电池反应为：

FePO4＋Li

LiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li＋导电固体为电解质。

下列有关LiFePO4电池说法正确的是（　　）

A．可加入硫酸以提高电解质的导电性

B．放电时电池内部Li＋向负极移动

C．充电过程中，电池正极材料的质量增加

D．放电时电池正极反应为：

FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4

6．（2009·广东高考）可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。

下列说法正确的是（　　）

A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：

Al＋3OH－－3e－===Al（OH）3↓

C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变

D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极

二、双项选择题（本题包括2小题，每小题6分，共12分）

7．（2009·广东高考）出土的锡青铜（铜锡合金）文物常有Cu2（OH）3Cl覆盖在其表面。

下列说法正确的是（　　）

A．锡青铜的熔点比纯铜高

B．在自然环境中，锡青铜中的锡对铜起保护作用

C．锡青铜文物在潮湿环境