必修2+选修4 电化学原电池+电解池.docx
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必修2+选修4电化学原电池+电解池
原电池原理及应用
考点一 原电池的工作原理及其应用
1．原电池的概念：
将化学能转化为电能的装置。
2．原电池的构成条件：
（1）能自发地发生氧化还原反应。
（2）两个活泼性不同的电极（材料可以是金属或导电的非金属）。
①负极：
活泼性较强的金属。
②正极：
活泼性较弱的金属或能导电的非金属。
（3）电极均插入电解质溶液中。
（4）构成闭合回路（两电极接触或用导线连接）。
3．工作原理
以锌铜原电池为例：
单液单池：
双液双池：
：
电极名称
电极材料
电极反应
反应类型
电子流向
盐桥中离子移向
原电池反应方程式
要点提取
（1）原电池将一个完整的氧化还原反应分为两个半反应，负极发生，正极发生，（简称：
）一般将两个电极反应中得失电子的数目写为相同，相加便得到电池总反应方程式。
（2）不参与电极反应的离子从微观上讲发生移动，但从宏观上讲其在溶液中的浓度，
（3）原电池反应速率一定比直接发生的氧化还原反应快。
4．原电池原理的三大应用
（1）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。
（2）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。
（3）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：
【互动思考】
1．原电池内部阴、阳离子如何移动？
电解池内部阴、阳离子如何移动？
2．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
（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）带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长（ ）
答案
（1）√
（2）× （3）× （4）√
[示向题组]
1．某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl。
下列说法正确的是（ ）。
A．正极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－
B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成
C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变
D．当电路中转移0.01mole－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子
2．MgH2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。
该电池以海水为电解质溶液，示意图如图。
该电池工作时，下列说法正确的是（ ）。
A．Mg电极是该电池的正极
B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C．石墨电极附近溶液的pH增大
D．溶液中Cl－向正极移动
[跟进题组]
1．下列有关原电池的判断中正确的是（ ）。
A．工作中原电池的负极发生还原反应
B．原电池的正、负极材料不一定都参与反应
C．原电池的正极在放电后质量一定增加
D．原电池的正极是电子流出的一极
2．用a、b、c、d四种金属按表中所示的装置进行实验，下列叙述中正确的是（ ）。
实验装置
甲
乙
丙
现象
a不断溶解
c的质量增加
a上有气泡产生
A.装置甲中的b金属是原电池的负极B．装置乙中的c金属是原电池的阴极
C．装置丙中的d金属是原电池的正极D．四种金属的活泼性顺序：
d＞a＞b＞c
3．利用反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，设计一个原电池装置。
（1）画出简易装置图，标明电极材料和电解质溶液。
（2）简易装置的效率不高，电流在短时间内就会衰减。
为解决以上问题，常将原电池设计成带盐桥的装置，画出该原电池装置，标明电极材料和电解质溶液。
（3）写出两个电极上的电极反应。
负极：
________________________________________________________________________，
正极：
________________________________________________________________________。
考点二 化学电源
1．一次电池（碱性锌锰干电池）。
碱性锌锰干电池的工作原理如图：
2．二次电池（以铅蓄电池为例）
（1）放电时的反应
①负极反应：
②正极反应：
；
③总反应：
。
（2）充电时的反应
①阴极反应：
；
②阳极反应：
③总反应：
。
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
正极反应式
电池总反应式
2H2＋O2===2H2O
（1）氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将______，溶液的pH将__________________。
（填“减小”、“增大”或“不变”）
（2）氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将______，溶液的pH将_______________________。
（填“减小”、“增大”或“不变”）
[示向题组]
1．2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。
下列叙述错误的是（ ）。
A．a为电池的正极B．电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi
C．放电时，a极锂的化合价发生变化D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移
[跟进题组]
1．某新型氢氧燃料充电电池采用了特殊金属合金材料，可以将氢以固态存储在固态金属合金（M表示固态金属合金）的基体中，与通常的压缩氢气罐相比，其安全系数也很高，并且易于氢气的充放。
下列有关说法中正确的是（ ）。
A．该氢燃料充电电池是将电能转化为化学能B．固态金属合金作还原剂
C．该电池工作过程中的总反应为H2＋M===MH2D．该电池反应的最终产物为H2O
3．
（1）利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极的电极反应式为________________________________________________________________________。
（2）以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）2该电池反应的化学方程式是_________________________________________。
（3）铝电池性能优越，AlAgO电池可用作水下动力电源
，其原理如图所示。
该电池反应的化学方程式为
________________________________________。
（4）Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，其电解质溶液为KOH溶液，电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn（OH）4，写出该电池反应方程式：
________________________________________________________________________。
答案 Al＋3NiO（OH）＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋3Ni（OH）2
答案 2Al＋3AgO＋2NaOH===2NaAlO2＋3Ag＋H2O
答案 Ag2O2＋2Zn＋4KOH＋2H2O===2K2Zn（OH）4＋2Ag
（时间：
45分钟）
1．下列有关电池的说法不正确的是（ ）。
A．手机上用的锂离子电池属于二次电池B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D．锌锰干电池中，锌电极是负极
2．下列反应没有涉及原电池的是（ ）。
A．生铁投入稀盐酸中B．铜片与银片用导线连接后，同时插入FeCl3溶液中
C．纯锌投入硫酸铜溶液中D．含铜的铝片投入浓硫酸中
3.选用下列试剂和电极：
稀H2SO4、Fe2（SO4）3溶液、铁棒、铜棒、铂棒，组成如图所示的原电池装置（只有两个电极），观察到电流计Ⓖ的指针均明显偏转，则其可能的组合共有（ ）。
A．6种 B．5种 C．4种 D．3种
4．如图所示，杠杆AB两端分别挂有大小相同、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分别滴入浓CuSO4溶液和浓FeSO4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
5.实验发现，298K时，在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3＋立即被还原成Fe2＋。
某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。
下列有关说法正确的是（ ）。
A．该原电池的正极反应是Zn－2e－===Zn2＋
B．左烧杯中溶液的血红色逐渐褪去
C．该电池铂电极上有气泡出现
D．该电池总反应为3Zn＋2Fe3＋===2Fe＋3Zn2＋
6.燃料电池具有能量转化率高、无污染等特点，如图为MgNaClO燃料电池的结构示意图。
下列说法正确的是（ ）。
A．镁作Y电极
B．电池工作时，Na＋向负极移动
C．废液的pH大于NaClO溶液的pH
D．X电极上发生的反应为ClO－＋2H2O－4e－===ClO
＋4H＋
7．利用人工光合作用合成甲酸的原理为2CO2＋2H2O
2HCOOH＋O2，装置如下图所示，下列说法不正确的是（ ）。
A．该装置将太阳能转化为化学能和电能
B．电极1周围pH增大
C．电极2上发生的反应为CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH
D．H＋由电极1室经过质子膜流向电极2室
8．有关电化学知识的描述正确的是（ ）。
A．理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池
B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu（NO3）2＋2Ag，装置中的盐桥内可以是含琼脂的KCl饱和溶液
C．因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池，必是铁作负极，铜作正极，其负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池，其负极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg（OH）2
9．下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO
＋2I－＋2H＋AsO
＋I2＋H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。
甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40%NaOH溶液。
下列叙述中正确的是（ ）。
A．甲组操作时，电流计（A）指针发生偏转
B．甲组操作时，溶液颜色变浅
C．乙组操作时，C2作正极
D．乙组操作时，C1上发生的电极反应为I2＋2e－===2I－
10．用选项中的电极、溶液和如图所示装置可组成原电池。
下列现象或结论的叙述正确的是（ ）。
选项
电极a
电极b
A溶液
B溶液
现象或结论
A
Cu
Zn
CuSO4
ZnSO4
一段时间后，a增加的质量与b减少的质量相等
B
Cu
Zn
稀
H2SO4
ZnSO4
盐桥中阳离子向b极移动
C
Fe
C
NaCl
FeCl3
外电路电子转移方向：
b→a
D
C
C
FeCl3
KI、淀粉
混合液
若开始时只增大FeCl3溶液浓度，b极附近溶液变蓝的速度加快
11．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。
请回答下列问题：
（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__________________________。
（3）外电路中的电子流向为________________________________。
（4）盐桥中的Cl－向________极移动。
答案
（1）铜（或Cu） AgNO3溶液
（2）正 Ag＋＋e－===Ag（3）从负极（Cu）流向正极（Ag）（4）Cu（或负）
12．为节省药品和时间，甲、乙、丙三位同学用铜片、锌片、稀硫酸、CuSO4溶液、直流电源、石墨电极、导线、烧杯、试管等中学化学常见的药品和仪器（用品），通过巧妙的构思，设计了比较铜、锌金属活动性相对强弱的系列实验。
试填写下列空白：
（1）甲同学分别将一小片铜片、锌片置于烧杯底部（铜与锌不接触），向烧杯中小心加入稀硫酸，观察到的现象是__________________________________。
甲同学的设计思路是_________________________________________。
（2）乙同学接着甲的实验，向烧杯中滴加________溶液，进而观察到的现象是
_________________________________________。
乙同学作出锌、铜金属活动性相对强弱的结论所依据的原理是
________________________________________。
（3）丙同学使用直流电源、石墨电极组装好电解装置，向乙同学实验后的溶液中补充了必要的试剂________溶液（作为电解液）。
反应在调控下随即开始，实验中有关反应的化学方程式为__________________________________________________。
实验中的明显现象是
________________________________________________________________________。
（4）请你再单独设计一个简单的实验（试剂、仪器自选），探究和证实锌、铜金属活动性的相对强弱（简要说明操作和现象）_________________________________________________________________________。
答案
（1）锌片上有气泡产生，铜片上无气泡 锌能置换出酸中的氢，而铜不能
（2）CuSO4 锌片上有红色的铜析出，锌片上产生气泡的速率明显加快 活泼金属可以把不活泼金属从其盐溶液中置换出来（或Zn、Cu、稀硫酸组成原电池，Zn为负极）
（3）CuSO4 2CuSO4＋2H2O
2Cu＋O2↑＋2H2SO4
阴极上有红色的铜析出，阳极附近有气体产生
（4）分别取一小片铜片与锌片置于两支试管中，向试管中加入少量浅绿色的FeCl2溶液，片刻后，加锌片的试管中溶液的颜色褪去，溶液近乎无色（其他合理答案也可）
13．
（1）观察如图所示的两个装置，图1装置中铜电极上产生大量的无色气泡，图2装置中铜电极上无气体产生，而铬电极上产生大量的有色气体。
根据上述现象试推测金属铬具有的两种重要化学性质为
_________________________________________________。
（2）如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：
①电池的负极是________（填“a”或“b”）电极，该极的电极反应式为__________________________。
②电池工作一段时间后电解质溶液的pH________（填“增大”、“减小”或“不变”）。
答案
（1）金属铬的活泼性比铜强且能和稀硫酸反应生成H2 金属铬易被稀硝酸钝化
（2）①a CH4＋10OH－－8e－===CO
＋7H2O②减小
14．
（1）第三代混合动力车，可以用电动机、内燃机或二者结合推动车辆。
汽车上坡或加速时，电动机提供推动力，降低汽油的消耗；在刹车或下坡时，电池处于充电状态。
混合动力车目前一般使用镍氢电池，该电池中镍的化合物为正极，储氢金属（以M表示）为负极，碱液（主要为KOH）为电解质溶液。
镍氢电池充放电原理如图1所示，其总反应式为H2＋2NiOOH
2Ni（OH）2。
图1
根据所给信息判断，混合动力车上坡或加速时，乙电极周围溶液的pH将________（填“增大”、“减小”或“不变”），该电极的电极反应式为___________________________________。
（2）图2是一种新型燃料电池，以CO为燃料，一定比例的Li2CO3和Na2CO3的熔融混合物为电解质，图3是粗铜精炼的装置图，现用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验。
回答下列问题：
①A极为电源________（填“正”或“负”）极，写出A极的电极反应式：
____________________。
②要用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验，则B极应该与________极（填“C”或“D”）相连。
③当消耗标准状况下2.24LCO时，C电极的质量变化为________。
答案
（1）增大 NiOOH＋e－＋H＋===Ni（OH）2
（2）①负 CO－2e－＋CO
===2CO2 ②D③增加6.4g
综合课时4 新型化学电源
新型燃料电池的分析与判断
[题型示例]
【示例1】某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质，以CH4为燃料时，该电池工作原理如图，下列说法正确的是（ ）。
A．a为CH4，b为CO2
B．CO
向正极移动
C．此电池在常温时也能工作
D．正极电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO
[题组精练]
1．美国圣路易斯大学研制了一种新型的乙醇电池，用质子（H＋）溶剂，在200°C左右时供电。
电池总反应为：
C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图如下，下列说法正确的是（ ）。
A．a极为电池的正极
B．电池工作时电子由b极沿导线经灯泡再到a极
C.电池正极的电极反应为：
4H＋＋O2＋4e－===2H2O
D．电池工作时，1mol乙醇被氧化时就有6mol电子转移
2．利用甲烷燃料电池电解50mL2mol·L－1氯化铜溶液的装置如图所示，下列说法中正确的是（ ）。
A．装置甲的负极电极反应式为CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋
B．装置甲内部酸性电解质中H＋向负极移动
C．电极a石墨棒上逐渐覆盖一层红色的铜
D．电极b上发生氧化反应
3．氨气是一种富氢燃料，可以直接用于燃料电池，下图是供氨水式燃料电池工作原理：
（1）氨气燃料电池的电解质溶液最好选择________（填“酸性”、“碱性”或“中性”）溶液。
（2）空气在进入电池装置前需要通过过滤器除去的气体是
________________________________________________________________________。
（3）氨气燃料电池的反应是氨气与氧气生成一种常见的无毒气体和水，该电池的电极总反应是________________，正极的电极反应式是____________________________________________。
答案
（1）碱性
（2）CO2
（3）4NH3＋3O2===2N2＋6H2O 3O2＋12e－＋6H2O===12OH－（或O2＋4e－＋2H2O===4OH－）
可充电电池的分析判断
[题型示例]
【示例2】已知：
锂离子电池的总反应为：
LixC＋Li1－xCoO2
C＋LiCoO2
锂硫电池的总反应为：
2Li＋S
Li2S
有关上述两种电池说法正确的是（ ）。
A．锂离子电池放电时，Li＋向负极迁移
B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应
C．理论上两种电池的比能量相同
D．如图表示用锂离子电池给锂硫电池充电
思路点拨：
比能量是指这种电池单位质量或单位体积所能输出的电能，当二者质量相同时，转移电子的物质的量不相等，即比能量不同；
[题组精练]
1．镍氢电池（NiMH）目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。
NiMH中的M表示储氢金属或合金。
该电池在充电过程中的总反应方程式是：
Ni（OH）2＋M===NiOOH＋MH
已知：
6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－===6Ni（OH）2＋NO
下列说法正确的是（ ）。
A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为：
NiOOH＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－
B．充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移
C．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
D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液
2．高铁电池是电动汽车首选的电池之一，该电池的工作原理为：
3Zn＋2K2FeO4＋8H2O
3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH，下列关于该电池的说法中正确的是（ ）。
A．放电时，高铁酸钾在负极上发生氧化反应
B．放电时，正极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2
C．充电时，电解质溶液的pH先减小后增大
D．充电时，每生成1mol高铁酸钾转移3mol电子
3．镍氢电池的化学方程式为
NiO（OH）＋MH
NiO＋M＋H2O（M为储氢合金，电解质为KOH），下列说法不正确的是（ ）。
A．充电过程中，阴极发生的反应为H2O＋M＋e－===MH＋OH－
B．储氢合金位于电池的负极
C．放电时，OH－向电池的负极移动
D．充电过程中，化学能转化为电能储存在电池中
其他新型、高效环保电池
[题型示例]
【示例3】右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池（MHNi电池）。
下列有关说法不正确的是（ ）。
A．放电时正极反应为：
NiOOH＋H2O＋e－―→Ni（OH）2＋OH－
B．电池的电解液可为KOH溶液
C．充电时负极反应为：
MH＋OH－―→H2O＋M＋e－
D．MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高
[题组精练]
1．热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。
一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiClKCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。
该电池总反应为：
PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。
下列有关说法正确的是（ ）。
A．正极反应式：
Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2
B．放电过程中，Li＋向负极移动
C．每转移0.1mol电子，理论上生成20.7gPb
D．常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转
2．某新型电池，以NaBH4（B的化合价为＋3价）和H2O2作原料，该电池可用作深水勘探等无空气环境电源，其工作原理如图所示。
下列说法正确的是（ ）。
A．电池工作时Na＋从b极区移向a极区
B．每消耗3molH2O2，转移3mole－
C．b极上的电极反应式为：
H2O2＋2e－＋2H＋===2H2O
D．a极上的电极反应式为：
BH
＋8OH－－8e－===BO
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