原电池化学电源学案文档格式.docx

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由Zn片沿导线流向Cu片

（2）原理归纳

3．原电池的构成条件

（1）一看反应：

看是否有能自发进行的氧化还原反应发生（一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应）。

（2）二看两电极：

一般是活泼性不同的两电极。

（3）三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：

①电解质溶液；

②两电极直接或间接接触；

③两电极插入电解质溶液中。

4．盐桥原电池（加试）

（1）构造

（2）盐桥的组成和作用

①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。

②盐桥的作用

a．连接内电路，形成闭合回路；

b．平衡电荷，使原电池不断产生电流。

③盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极。

（3）单池原电池和盐桥原电池的对比

图1和图2两装置的相同点：

正负极、电极反应、总反应、反应现象。

负极：

正极：

总反应：

Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋

不同点：

图1中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2＋，会有一部分Zn与Cu2＋直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。

图2中Zn和CuSO4溶液分别在两个池子中，Zn与Cu2＋不直接接触，不存在Zn与Cu2＋直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。

关键点：

盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。

正误辨析

正误判断，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）其他条件均相同，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）在铜锌原电池中，因为有电子通过电解质溶液，形成闭合回路，所以有电流产生（×

（6）原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动（×

题组一　原电池装置的判断及应用

1．下面装置中，能构成原电池的是________（填序号）。

答案　②④⑥⑦⑨

2．（2015·

浙江10月选考，16）如图所示进行实验，下列说法不正确的是（　　）

A．装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生

B．甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能

C．装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转

D．装置乙中负极的电极反应式：

答案　B

3．在铜锌原电池中，以硫酸铜为电解质溶液，锌为________极，电极上发生的是____________（填“氧化”或“还原”）反应，电极反应式为_______________________

________________________________________________________________________；

锌片上观察到的现象为___________________________________________；

铜为________极，电极上发生的是________（填“氧化”或“还原”）反应，电极反应式是________________；

铜片上观察到的现象是___________________________________________。

原电池总反应的离子方程式为_______________________________________________。

答案　负　氧化　Zn－2e－===Zn2＋　锌片溶解　正　还原　Cu2＋＋2e－===Cu　铜极变粗　Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

题组二　原电池正、负极的判断（加试）

4．下列有关原电池的说法中正确的是（　　）

A．在内电路中，电子由正极流向负极

B．在原电池中，相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极

C．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生

D．原电池工作时，可能会伴随着热能变化

答案　D

解析　A项，内电路中不存在电子的移动；

B项，若是由铝、镁、氢氧化钠溶液构成的原电池，则负极是铝；

C项，若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池，则正极表面析出铜，没有气泡产生。

5．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↑

解析　②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；

③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；

②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO

＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；

④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。

1．规避原电池工作原理的3个失分点

（1）原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。

（2）电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。

（3）无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。

2．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。

题组三　盐桥原电池（加试）

6．（2016·

绍兴调研）根据下图，下列判断中正确的是（　　）

A．烧杯a中的溶液pH降低

B．烧杯b中发生氧化反应

C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑

D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑

解析　由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－，烧杯a中c（OH－）增大，溶液的pH升高；

烧杯b中，Zn发生氧化反应：

Zn－2e－===Zn2＋。

7．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

答案　C

解析　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

Fe－2e－===Fe2＋，

Cu2＋＋2e－===Cu，

铜球质量增加，铁球质量减少，杠杆A端低B端高。

8．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－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．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态

D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极

解析　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；

电流计读数为零时，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；

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。

平衡移动与盐桥作用

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，电流计示数为零；

当电流计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。

题组四　原电池原理的应用

应用一　判断金属的活动性

9．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：

（1）A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极，活动性________。

（2）C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C，活动性________。

（3）A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡，活动性________。

（4）B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应，活动性________。

（5）用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出，活动性________。

综上所述，这五种金属的活动性从强到弱的顺序为_____________________________。

答案　

（1）A>

B　

（2）C>

D　（3）A>

C　（4）D>

B

（5）B>

E　A>

C>

D>

B>

E

10．（2016·

浙江乐清芙蓉中学高一5月月考）有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验，①A、B用导线相连后，同时插入稀H2SO4中，A极为负极　②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4中，电子由C→导线→D　③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4，C极产生大量气泡　④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4中，D极发生氧化反应，则四种金属的活动性顺序为（　　）

A．A＞B＞C＞DB．C＞A＞B＞D

C．A＞C＞D＞BD．B＞D＞C＞A

比较金属活动性顺序的思维模型

（1）思路归纳

依据原理，判断正负极，比较活动性。

（2）方法归纳

①根据原电池：

一般情况下，负极大于正极。

②根据电解池：

易得电子的金属阳离子，相应金属的活动性较弱。

③根据金属活动性顺序表。

应用二　设计原电池，画出装置图

11．请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱。

请写出电极反应式，负极：

________________________________________________________________________，

并在方框内画出实验装置图，要求用烧杯和盐桥，并标出外电路电子流向。

答案　Cu－2e－===Cu2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋

“装置图”常见失分点提示

（1）不注明电极材料名称或元素符号。

（2）不画出电解质溶液（或画出但不标注）。

（3）误把盐桥画成导线。

（4）不能连成闭合回路。

提醒　只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池将化学能转化成电能。

考点二　常见化学电源

1.常见化学电源

2.银－锌电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理与应用价值

1．碱性锌锰电池——一次电池

电池组成：

锌、碳棒、二氧化锰、氯化锌、氯化铵

特点：

用途广泛

正极反应：

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；

负极反应：

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2；

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2。

2．银锌钮扣电池——一次电池

锌、氧化银、氢氧化钾溶液

放电平稳，电流大

Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag。

3．铅蓄电池——二次电池

铅、二氧化铅、硫酸

广泛用于机动车辆

铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。

（1）放电时的反应

①负极反应：

Pb＋SO

－2e－===PbSO4；

②正极反应：

PbO2＋4H＋＋SO

＋2e－===PbSO4＋2H2O。

（2）充电时的反应

①阴极反应：

PbSO4＋2e－===Pb＋SO

；

②阳极反应：

PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO

PbO2＋Pb＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O。

4．镍氢电池——二次电池

贮氢合金，泡沫氧化镍、氢氧化钾溶液

寿命长、性能好，比能量高

MH－e－＋OH－===M＋H2O

NiO（OH）＋e－＋H2O===Ni（OH）2＋OH－

阴极反应：

M＋H2O＋e－===MH＋OH－

阳极反应：

Ni（OH）2＋OH－－e－===NiO（OH）＋H2O

NiO（OH）＋MH

Ni（OH）2＋M

说明　

（1）MH表示贮氢合金M中吸收结合的氢。

（2）可逆电池的充、放电不能理解为可逆反应。

5．氢氧燃料电池

铂碳/氢气、铂碳/氧气，氢氧化钾溶液（或H2SO4溶液）

用于航天飞机、牵引车等。

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。

种类

酸性

碱性

负极反应式

2H2－4e－===4H＋

2H2＋4OH－－4e－===4H2O

正极反应式

O2＋4e－＋4H＋===2H2O

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

电池总反应式

2H2＋O2===2H2O

（1）在碱性锌锰电池中，正极碳棒不参与电极反应，起导电作用（√）

（2）银锌钮扣电池工作一段时间后，溶液的pH不会发生很大变化（√）

（3）在原电池中，一般情况下，阴离子移向负极，阳离子移向正极，而在铅蓄电池中，SO

向两极均移动（√）

（4）燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用（√）

题组一　常见电池考查

1．（2016·

浙江乐清市芙蓉中学高一5月月考）人造地球卫星用到的一种高能电池—银锌电池，它在放电时的电极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。

据此判断，氧化银是（　　）

A．负极，被氧化B．负极，被还原

C．正极，被还原D．正极，被氧化

2．（2016·

杭州高一第二学期期末考试押题卷）氢氧燃料电池是一种新能源电池，如图为氢氧燃料电池示意图。

下列说法不正确的是（　　）

A．该装置能将化学能转化为电能

B．A极是正极，B极是负极

C．电子由A极通过导线流向B极

D．产物为无污染的水，属于环境友好电池

题组二　燃料电池电极反应式的书写

3．以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。

（1）酸性介质（如H2SO4）

__________________________________________________________________；

_________________________________________________________________；

总反应式：

____________________________________________________________。

答案　CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋

2O2＋8e－＋8H＋===4H2O

CH4＋2O2===CO2＋2H2O

（2）碱性介质（如KOH）

____________________________________________________________；

_________________________________________________________。

答案　CH4－8e－＋10OH－===CO

＋7H2O

2O2＋8e－＋4H2O===8OH－

CH4＋2O2＋2OH－===CO

＋3H2O

（3）固体电解质（高温下能传导O2－）

______________________________________________________________。

答案　CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O

2O2＋8e－===4O2－

（4）熔融碳酸盐（如熔融K2CO3）环境下

_______________________________________________________________；

_____________________________________________________________。

答案　CH4－8e－＋4CO

===5CO2＋2H2O

2O2＋8e－＋4CO2===4CO

题组三　可逆电池的考查

4．一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池（如下图所示）的碳电极。

该电池的电解质溶液为6mol·

L－1的KOH溶液。

（1）写出放电时的正、负极电极反应式。

（2）写出充电时的阴、阳极电极反应式。

答案　

（1）负极：

H2－2e－＋2OH－===2H2O；

2NiO（OH）＋2H2O＋2e－===2Ni（OH）2＋2OH－。

（2）阴极：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；

阳极：

2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===2NiO（OH）＋2H2O

技巧点拨　负极与阴极颠倒，正极与阳极颠倒，即得各,自电极反应式。

题组四　新型电池的考查

5．（2016·

浙江4月选考，17）Mg－H2O2电池是一种化学电源，以Mg和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如下。

A．石墨电极是该电池的正极

B．石墨电极上发生还原反应

C．Mg电极的电极反应式：

Mg－2e－===Mg2＋

D．电池工作时，电子从Mg电极经导线流向石墨电极，再出石墨电极经电解质溶液流向Mg电极

解析　Mg易失电子发生氧化反应而作负极，石墨电极是该电池的正极，故A正确；

H2O2在石墨电极上得电子发生还原反应，故B正确；

Mg易失电子发生氧化反应而作负极，电极反应为Mg－2e－===Mg2＋，故C正确；

电池工作时，电子从负极Mg电极经导线流向石墨电极，但是电子不会经过电解质溶液，故D错误。

绍兴第一中学高一下学期期末考试）如图为某种甲醇燃料电池示意图，工作时电子流向如图所示。

下列判断正确的是（　　）

A．X为氧气

B．电极A反应式：

CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋

C．B电极附近溶液pH增大

D．电池工作时，溶液中电子由电极B流向电极A

解析　根据图示中电子的流向可知左边A电极通入的是燃料甲醇；

右边B电极通入的是氧气，A错误；

电极A是负极，失去电子，发生氧化反应，由于电解质溶液为碱性，所以电极反应式：

CH3OH－6e－＋8OH－===CO

＋6H2O，B错误；

B电极上发生的电极反应是O2＋4e－＋2H2O===4OH－，由于反应产生OH－，所以附近溶液碱性增强，溶液的pH增大，C正确；

电子只能通过导线传递，不能在溶液中传递，D错误。