精原电池原理的解读与应用

1、原电池原理的解读与应用河北省宣化县第一中学 栾春武有关原电池的知识一直是高考中的重点，要掌握此部分知识并达到灵活运用，一般要注意以下几点：一、构成原电池的条件构成原电池的条件有：（1）电极材料。两种金属活动性不同的金属或金属和其它导电性（非金属或某些氧化物等）；（2）两电极必须浸没在电解质溶液中；（3）两电极之间要用导线连接，形成闭合回路。说明：一般来说，能与电解质溶液中的某种成分发生氧化反应的是原电池的负极。很活泼的金属单质一般不作做原电池的负极，如K、Na、Ca等。二、原电池正负极的判断（1）由组成原电池的两极材料判断：一般来说，较活泼的或能和电解质溶液反应的金属为负极，较不活泼的金属或能

2、导电的非金属为正极。但具体情况还要看电解质溶液，如镁、铝电极在稀硫酸在中构成原电池，镁为负极，铝为正极；但镁、铝电极在氢氧化钠溶液中形成原电池时，由于是铝和氢氧化钠溶液发生反应，失去电子，因此铝为负极，镁为正极。（2）根据外电路电流的方向或电子的流向判断：在原电池的外电路，电流由正极流向负极，电子由负极流向正极。（3）根据内电路离子的移动方向判断：在原电池电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。（4）根据原电池两极发生的化学反应判断：原电池中，负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应。因此可以根据总化学方程式中化合价的升降来判断。（5）根据电极质量的变化判断：原电池工作后，若某一极质量

3、增加，说明溶液中的阳离子在该电极得电子，该电极为正极，活泼性较弱；如果某一电极质量减轻，说明该电极溶解，电极为负极，活泼性较强。（6）根据电极上产生的气体判断：原电池工作后，如果一电极上产生气体，通常是因为该电极发生了析出氢的反应，说明该电极为正极，活动性较弱。【例题1】某原电池发生的总的离子方程式为：Zn + Cu2= Cu + Zn2，那么该原电池的正确组合为ABCD正极ZnCuZnFe负极CuZnZnZn电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4CuCl2解析：原电池的电极反应不仅跟电极材料有关，还与电解质溶液的性质有关。该题考查了原电池的组成，一般来说活泼金属为负极。且能与电解质溶液自发

4、地发生氧化还原反应。答案：C、D【例题2】（2009广东理科基础）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，锌电极是负极解析：锂离子电池可以充用，再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流为铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B项错；电池的实质即是化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2，故作为负极，D项正确。答案：B 三、电极反应式的书写（1）准确判断原电池的正负极是书写电极反应的关键如果原电池的正负极判断失误，电极反应式的书写一定错误。上述

5、判断正负极的方法是一般方法，但不是绝对的，例如铜片和铝片同时插入浓硝酸溶液中，由于铝片表明的钝化，这时铜失去电子，是负极，其电极反应为：负极：Cu 2e Cu2正极：NO3 + 4H + 2e 2H2O + 2NO2再如镁片和铝片同时插入氢氧化钠溶液中，虽然镁比铝活泼，但由于镁不与氢氧化钠反应，而铝却反应，失去电子，是负极，其电极反应为：负极：2Al + 8OH23e 2AlO2 + 2H2O正极：6H2O + 6e 6OH + 3H2（2）要注意电解质溶液的酸碱性在正负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系，如氢氧燃料电池有酸式和碱式，在酸溶液中，电极反应式中不能出现OH，

6、在碱溶液中，电极反应式中不能出现H+，像CH4、CH3OH等燃料电池，在碱溶液中碳（C）元素以CO32离子形式存在，而不是放出CO2气体。（3）要考虑电子的转移数目在同一个原电池中，负极失去电子数必然等于正极得到的电子数，所以在书写电极反应时，一定要考虑电荷守恒。防止由总反应方程式改写成电极反应式时所带来的失误，同时也可避免在有关计算中产生误差。（4）要利用总的反应方程式从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池，而两个电极反应相加即得总反应方程式。所以只要知道总反应方程式和其中一个电极反应，便可以写出另一个电极反应方程式。四、原电池原理的应用原电池原理在工农业生产、日常生活、科学

7、研究中具有广泛的应用。1. 化学电源：人们利用原电池原理，将化学能直接转化为电能，制作了多种电池。如干电池、蓄电池、充电电池以及高能燃料电池，以满足不同的需要。在现代生活、生产和科学研究以及科学技术的发展中，电池发挥的作用不可代替，大到宇宙火箭、人造卫星、飞机、轮船，小到电脑、电话、手机以及心脏起搏器等，都离不开各种各样的电池。2. 加快反应速率：如实验室用锌和稀硫酸反应制取氢气，用纯锌生成氢气的速率较慢，而用粗锌可大大加快化学反应速率，这是因为在粗锌中含有杂质，杂质和锌形成了无数个微小的原电池，加快了反应速率。3. 比较金属的活动性强弱：一般来说，负极比正极活泼。4. 防止金属的腐蚀：金属的

8、腐蚀指的是金属或合金与周围接触到的气体或液体发生化学反应，使金属失去电子变为阳离子而消耗的过程。在金属腐蚀中，我们把不纯的金属与电解质溶液接触时形成的原电池反应而引起的腐蚀称为电化学腐蚀，电化学腐蚀又分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀：在潮湿的空气中，钢铁表面吸附一层薄薄的水膜，里面溶解了少量的氧气、二氧化碳，含有少量的H和OH形成电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳形成了无数个微小的原电池，铁作负极，碳作正极，发生吸氧腐蚀：负极：2Fe 22e 2Fe2+正极： O2 + 4e+ 2H2O 4OH 电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。因此可以用更活泼的金属与被保护的金属相连接，或者让金属与电源的负极相连

9、接均可防止金属的腐蚀。【例题3】（2010年全国卷I）右图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。电池的一个电极由有机光敏染料（S）涂覆在TiO2纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为：TiO2/S TiO2/S*（激发态）TiO2/S* TiO2/S+ + eI3 + 2e3I2TiO2/S+ + 3I2TiO2/S + I3下列关于该电池叙述错误的是：A电池工作时，I离子在镀铂导电玻璃电极上放电B电池工作时，是将太阳能转化为电能C电池的电解质溶液中I和I3的浓度不会减少 D电池中镀铂导电玻璃为正极解析：A选项错误，从示意图可看在外电路中电子由负极流向正极，也即镀铂电极做

10、正极，发生还原反应：I3+ 2e 3I；B选项正确，这是个太阳能电池，从装置示意图可看出是个原电池，最终是将光能转化为化学能，因为把上面四个反应加起来可知，化学物质并没有减少；C正确，此太阳能电池中总的反应一部分实质就是：I33I的转化（还有I2 + I I3），另一部分就是光敏有机物由激发态与基态的相互转化，所有化学物质最终均不被损耗；D选项正确，见A选项的解析。答案：A点评：该题考查的是新型原电池、原电池的两电极反应式、电子流向与电流流向、太阳能电池的工作原理以及原电池的总反应式等，同时还考查了考生的变通能力和心理素质，能否适应陌生的情境下应用所学知识解决新的问题等等，是一道考查能力的好题

11、。【例题4】（2010年江苏卷）右图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是A该系统中只存在3种形式的能量转化B装置Y中负极的电极反应式为： O2 + 2H2O + 4e = 4OHC装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化解析：A项，在该装置系统中，有四种能量转化的关系，即太阳能、电能、化学能和机械能之间的相互转化；B项，装置Y为氢氧燃料电池，负极电极反应为H22e+ 2OH 2H2O；C项，相当于用光能电解水，产生H2和O2，实现燃料（H2）和氧化剂（O2）的再生；D项，在反应过程中，有能力的损耗和热效应

12、的产生，不可能实现化学能和电能的完全转化。综上分析可知，本题选C项。答案：C点评：本题主要考查的是电化学知识。【例题5】（2010年山东卷）利用右图装置，可以模拟铁的电化学防护。（1）若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于_处。（2）若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_。解析：铁被保护，可以是做原电池的负极，或者电解池的阴极，故若X为碳棒，开关K应置于N处，Fe做阴极受到保护；若X为锌，开关K置于M处，铁是做负极，称为牺牲阳极保护法。答案：见解析。习作练习【练习1】（2009年广东理科基础）钢铁生锈过程发生如下反应： 2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2；4Fe(OH)2+O2+

13、2H2O4Fe(OH)3；2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O。下列说法正确的是 A反应、中电子转移数目相等 B反应中氧化剂是氧气和水 C与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀 D钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀解析：反应中消耗O2的量相等，两个反应也仅有O2作为氧化剂，故转移电子数是相等的，A项正确。中H2O的H、O两元素的化合价没有变，故不作氧化剂，B项错；铜和钢构成原电池，腐蚀速度加快，C项错；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气的中易发生吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀，故D项错。答案：A 【练习2】（2009福建卷） 控制适合的条件，将反应2Fe3+ + 2I 2Fe2+ + I2设计成

14、如右图所示的原电池。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固定，乙中石墨电极为负极解析：乙中I失去电子放电，故为氧化反应，A项正确；由总反应方程式知，Fe3+ 被还原成Fe2，B项正确；当电流计为零时，即说明没有电子发生转移，可证明反应达平衡，C项正确。加入Fe2，导致平衡逆向移动，则Fe2失去电子生成Fe3，而作为负极，D项错。答案：D【练习3】（2009浙江卷）市场上经常见到的标记为Liion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传导Li+ 的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应为：