第六章化学反应与能量第19讲原电池化学电源文档格式.docx

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外电路中，电子由__负极__沿导线方向流向__正极__，与电流方向__相反__

离子移向

装置Ⅰ电解质溶液中阳离子移向__正极__，阴离子移向__负极__

装置Ⅱ盐桥中包含KCl溶液，K＋移向__正极__，Cl－移向__负极__

电池反应

　Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu　

两个装置

的比较

还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗

Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长

4.原电池原理的四个应用

（1）设计制作化学电源

（2）比较金属的活动性强弱

原电池中，__负极__一般是活动性较强的金属，__正极__一般是活动性较弱的金属（或非金属）。

（3）加快化学反应速率

氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。

例如：

在Zn与稀H2SO4反应时，加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。

（4）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。

[对点检测]

1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×

”。

（1）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。

（　　）

（2）带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。

（　　）

（3）用Al、Cu作电极，用浓硝酸或浓硫酸作电解质溶液时，Cu作负极，Al作正极。

（4）用Mg、Al作电极，用NaOH溶液作电解液时，Al作负极，Mg作正极。

（5）实验室制备H2时，用粗锌（含Cu、Fe等）代替纯锌与盐酸反应效果更佳。

（6）铁铜原电池中，负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋（　　）

（7）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。

答案

（1）√　

（2）√　（3）√　（4）√　（5）√　（6）×

　（7）×

2．（2019·

信阳一中月考）原电池（如图）工作时，下列叙述正确的是（　D　）

A．正极反应为Zn－2e－===Zn2＋

B．电流从Zn电极流向铁电极

C．盐桥中的Cl－移向FeSO4溶液

D．电池总反应为Zn＋Fe2＋===Zn2＋＋Fe

解析正极反应为Fe2＋＋2e－＝Fe，A项错误；

Zn为负极，Fe为正极，电流从正极（Fe）沿导线流向负极（Zn），B项错误；

盐桥中的Cl－移向负极，C项错误。

[考法精讲]

考法　原电池正负极的判断与原理分析方法

[例]原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。

下列说法正确的是（　B　）

A．

（1）

（2）中Mg作负极，（3）（4）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↑

技巧分享　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

负极材料“相对活泼”非“绝对活泼”

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。

[递进题组]

1．（2016·

上海卷）图1是铜锌原电池示意图。

图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示（　C　）

A．铜棒的质量B.c（Zn2＋）

C．c（H＋）D.c（SO

）

解析该装置构成原电池，Zn是负极，Cu是正极。

A项，溶液中的H＋在Cu电极的表面获得电子变为氢气，Cu棒的质量不变，错误；

B项，由于Zn是负极，不断发生反应：

Zn－2e－===Zn2＋，所以溶液中c（Zn2＋）增大，错误；

C项，由于反应不断消耗H＋，所以溶液的c（H＋）逐渐减小，正确；

D项，SO

不参加反应，其浓度基本不变，错误。

柳州质检）常温下，将除去表面氧化膜的Al片、Cu片插入浓HNO3中组成原电池（图1），测得原电池的电流强度（I）随时间（t）的变化如图2所示。

反应过程中有红棕色气体产生。

下列说法错误的是（　D　）

A．t1时刻前，Al片的电极反应为：

2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋

B．t1时，因Al在浓硝酸中钝化，氧化膜阻碍了Al继续反应

C．t1时刻后，负极Cu失电子，电流方向发生改变

D．烧杯中发生反应的离子方程式为2NO2＋2OH－===2NO

＋H2O　

解析由题图1、2知，t1时刻前，即铝钝化前，铝片作负极，发生反应：

2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋，A项正确；

t1时，因Al在浓硝酸中钝化，氧化膜阻碍了Al继续反应，B项正确；

t1时刻后，Cu片作负极，失电子，电流方向发生改变，C项正确；

烧杯中发生反应的离子方程式为2NO2＋2OH－===NO

＋NO

＋H2O，D项错误。

[典例诊断]

[例]（2019·

赣州月考）控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。

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

[答题送检]…………………………………………………………来自阅卷名师报告

错误

致错原因

扣分

A/B/C

1.对图示原电池的认识存在偏差。

图中两电极均为石墨电极，不参与反应，而FeCl3溶液、KI溶液分别装在两烧杯中，没有直接接触，难以反应。

2．“可逆反应”电池中盐桥的双导向作用认识不清、难以理解。

－3

[解析]根据方程式可知，铁离子得到电子，碘离子失去电子，所以甲中石墨是正极，乙中石墨是负极。

当反应达到化学平衡时，电流计读数变为0，A、B、C项正确。

再向甲中加入氯化亚铁固体，则平衡向逆反应方向移动，单质碘得到电子，所以乙中石墨是正极，D项错误。

[答案]D

归纳总结　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

“可逆反应”电池中电流方向的判断

（1）当正反应氧化剂得电子速率与逆反应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。

（2）电子流向的分析方法

改变条件→平衡移动→电子转移→区域判断→流向判断→电极判断

[规范迁移]

1．（2019·

黄冈中学月考）如图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学欲将反应“AsO

＋2I－＋2H＋AsO

＋I2＋H2O”设计成原电池装置，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（　D　）

A．甲组操作时，微安表（G）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做正极

D．乙组操作时，C1上发生的电极反应为：

I2＋2e－＝2I－

解析由于氧化反应和还原反应在同一份溶液中发生，不能形成原电池，A项错误；

图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸，上述平衡向正方向移动，生成的I2增多，溶液颜色加深，B项错误；

图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40%NaOH溶液，上述平衡向逆方向移动，氧化反应和还原反应分别在两极发生，形成原电池，其中C1上发生：

I2＋2e－===2I－，为原电池正极：

C2上发生：

AsO

－2e－＋2OH－===AsO

＋H2O，为原电池负极，C项错误，D项正确。

考点二　化学电源

1．一次电池

（1）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：

__MnO2__

　2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－　

总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2

（2）银锌电池

负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH，电极反应如下：

负极：

　Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2　

正极：

　Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－　

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag。

2．二次电池（可充电电池）

（1）铅蓄电池（Pb－PbO2－30%H2SO4）总反应为

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）

2PbSO4（s）＋2H2O（l）

（2）锂离子电池：

LixC＋Li1－xCoO2

C＋LiCoO2

3．燃料电池

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性介质两种。

电池

酸性

碱性或中性

负极反应式

2H2－4e－===4H＋

2H2－4e－＋4OH－===4H2O

正极反应式

O2＋4e－＋4H＋

===2H2O

O2＋4e－＋2H2O===4OH－

总反应式

2H2＋O2===2H2O

特点

燃料电池能量转换率高。

电极本身不参与反应，燃料和氧化剂连续地由外部供给，生成物不断排出

（1）铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。

（2）手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。

（3）若使反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原电池方式进行，可用锌铁作电极材料。

（4）碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长。

（5）二次电池充电时，二次电池的负极连接电源的负极，发生还原反应。

（6）氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为H2－2e－===2H＋。

答案

（1）√　

（2）×

　（3）×

　（4）×

　（5）√　（6）×

2．铝—空气海水电池：

以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。

电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al（OH）3；

_____________________________________________________________；

_____________________________________________________________。

答案4Al－12e－＋12OH－===4Al（OH）3

3O2＋6H2O＋12e－===12OH－

3．Zn－MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2－NH4Cl混合溶液。

（1）该电池的负极材料是________。

电池工作时，电子流向________（填“正极”或“负极”）。

（2）若ZnCl2－NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是__________________________。

欲除去Cu2＋，最好选用下列试剂中的________（填字母）。

a．NaOH　　b．Zn　　c．Fe　　d．NH3·

H2O

答案

（1）Zn（或锌）　正极　

（2）锌与还原出的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀　b

考法一　书写化学电池电极反应式的一般方法

―→

1．拆分法

（1）明确并写出总反应，如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。

（2）按氧化反应和还原反应把总反应拆分为两个“半反应”，并依据质量守恒、电荷守恒及电子得失守恒配平，然后注明正、负极。

2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋；

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

[例1]

（1）以Al和NiOOH为电极，NaOH溶液为电解液，可以组成一种新型电池，放电时NiOOH转化为Ni（OH）2。

①该电池的负极反应式为__________________________________________________，

②电池总反应的化学方程式为________________________________________。

（2）某新型电池以金属锂为负极，K2FeO4为正极，溶有LiPF6的有机溶剂为电解质。

工作时Li＋通过电解质迁移入K2FeO4晶体中，生成K2LixFeO4。

该电池的正极反应式为

________________________________________________________________________。

答案

（1）①Al＋4OH－－3e－===[Al（OH）4]－

②Al＋3NiOOH＋NaOH＋3H2O===Na[Al（OH）4]＋3Ni（OH）2

（2）K2FeO4＋xe－＋xLi＋===K2LixFeO4

电池电极反应式书写的“三步骤”

考法二　新型可充电电池的反应原理与规律

新型可充电电池有充电和放电两个过程，装置连接用电器（虚线框）即放电，发生的是原电池反应，装置连外接电源（实线框）即充电，发生的是电解池反应。

充电与放电的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时负极反应的逆过程。

放电总反应和充电总反应在形式上互逆（但不是可逆反应）。

[例2]（2018·

全国卷Ⅱ）我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na—CO2二次电池。

将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳钠米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：

3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。

A．放电时，ClO

向负极移动

B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2

C．放电时，正极反应为：

3CO2＋4e－===2CO

＋C

D．充电时，正极反应为：

Na＋＋e－===Na

解析结合总反应式和题图可知，该电池放电时Na为负极，Ni为正极。

电池放电时，ClO

向负极移动，A项正确；

结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放出CO2，B项正确；

放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO2＋4e－===2CO

＋C，C项正确；

充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。

考法三　燃料电池电极反应判断和电极反应式的书写

1．正极反应式的书写——氧气（氧化剂）通入的一般是正极，发生还原反应：

O2＋4e－===2O2－，根据电解质的不同，实际表现为以下四种情况：

（1）在酸性溶液中生成水：

O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

（2）在碱性溶液中生成氢氧根离子：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

（3）在固体电解质（高温下能传导O2－）中生成O2－：

O2＋4e－===2O2－。

（4）在熔融碳酸盐（如熔融K2CO3）中生成碳酸根离子：

O2＋2CO2＋4e－===2CO

。

2．负极反应式的书写——通入燃料（还原剂）的是负极，发生氧化反应，生成的离子一般与正极产物或电解质离子结合：

（1）若负极通入的气体是氢气，则①酸性溶液中：

H2－2e－===2H＋。

②碱性溶液中：

H2－2e－＋2OH－===2H2O。

③熔融氧化物中：

H2－2e－＋O2－===H2O。

（2）若负极通入的气体为含碳的化合物，如CO、CH4、CH3OH等，碳元素均转化为正四价碳的化合物，在酸性溶液和熔融碳酸盐中生成CO2，在碱性溶液和在熔融氧化物中生成CO

；

含有的氢元素最终生成水。

根据碳元素化合价的改变写出失去的电子数，再根据电荷守恒和原子守恒即可写出电极反应式。

如CH3OH燃料电池负极反应式在酸性溶液中为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋，在碱性溶液中为CH3OH－6e－＋8OH－===CO

＋6H2O。

[例3]一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。

下列有关该电池的说法正确的是（　D　）

A．反应CH4＋H2O

3H2＋CO，每消耗1molCH4转移12mol电子

B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O

C．电池工作时，CO

向电极B移动

D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO

解析CH4中的C为－4价，反应后生成的CO中C为＋2价，1molCH4转移6mole－，A项错误；

由示意图可看出，电解质离子中没有OH－，B项错误；

该燃料电池中，O2在正极反应，CO和H2在负极反应，原电池中CO

移向负极，C项错误；

由示意图可看出，电极B处CO2和O2结合，转化为CO

，D项正确。

全国卷丙）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，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn（OH）

下列说法正确的是（　C　）

A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动

B．充电时，电解质溶液中c（OH－）逐渐减小

C．放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn（OH）

D．放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L（标准状况）

解析K＋带正电荷，充电时K＋向阴极移动，A项错误；

根据该电池放电的总反应可知，放电时消耗OH－，则充电时，OH－浓度增大，B项错误；

放电时，Zn为负极，失去电子生成Zn（OH）

，其电极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn（OH）

，C项正确；

消耗1molO2转移4mol电子，故转移2mol电子时消耗0.5molO2，0.5molO2在标准状况下的体积为11.2L，D项错误。

2．酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。

该电池放电过程产生MnOOH。

回收处理该废电池可得到多种化工原料。

（1）该电池的正极反应式为__________________________，电池反应的离子方程式为________________________________________________________________________。

（2）维持电流强度为0.5A，电池工作5分钟，理论上消耗锌________g。

（已知F＝96500C·

mol－1）

答案

（1）MnO2＋H＋＋e－===MnOOH　2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnOOH＋Zn2＋[注：

式中Zn2＋可写为Zn（NH3）

、Zn（NH3）2Cl2等，H＋可写为NH

]

（2）0.05

[例]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

B

误以为大量Ag＋会移动到右侧，而忽略了左侧的盐酸中Cl－可大量结合Ag＋生成AgCl

－6

C

弄不清楚电解质溶液中的Cl－的作用

[解析]在原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故由总反应式可知，负极反应为2Ag－2e－＋2Cl－===2AgCl，正极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，A项错误；

由于电解质溶液中含有大量Cl－，故放电时，Ag＋在交换膜左侧即与Cl－反应生成AgCl沉淀，B项错误；

用NaCl溶液代替盐酸，电池总反应不变，C项错误；

电路中转移0.01mole－时，交换膜左侧溶液有0.01molCl－参与反应生成AgCl沉淀，还有0.01molH＋通过阳离子交换膜进入右侧溶液，D项正确。

1．（2017·

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．在电池工作时，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

解析根据电池总反应式以及工作原理图，电池工作时，正极为S元素得电子，生成Li2S8、Li2S6、Li2S4、Li2S2等，A项正确；

电池转移0.02mol电子时，被氧化的Li的物质的量为0.02mol，所以负极溶解Li的质量为0.14g，B项正确；

石墨能导电，因此在电极材料中掺有石墨烯可提高电极导电性，C项正确；

充电时，a极发生氧化反应，充电时间越长，S元素失电子越多，Li2S2越少，D项错误。

芜湖月考）根据光合作用原理，设计如图原电池装置。

A．a电极为原电池的正极

B．外电路电流方向是a→b

C．b电极的电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===H2O2

D．a电极上每生成1molO2，通过质子交换膜的H＋为2mol

解析根据图示可知，a电极上H2O转化为H＋和O2，发生氧化反应，则a电极为原电池的负极，A项错误；

a电极为负极，b电极为正极，外电路电流方向应从正极到负极，即b→a，B项错误；

根据图示可知，b电极上O2得电子转化为H2O2，电极反应式为：

O2＋2e－＋2H＋===H2O2，C项正确；

a电极上每生成1molO2，转移4mol电子，则通过质子交换膜的H＋为4mol，D项错误。

限时规范训练　[单独成册]限时50分钟

A组（25分钟）

1．某小组为研究原电池原理，设计如图装置，下列叙述正确的是（　　）

A．若X为Fe，Y为Cu，则铁为正极

B．若X为Fe，Y为Cu，则电子由铜片流向铁片

C．若X为Fe，Y为C，则碳棒上有红色固体析出

D