第六章第二节原电池化学电源

1、第二节原电池化学电源考纲展示1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。考点1| 原电池工作原理固本探源如图所示A、B装置中AB1装置A的负极材料是锌片，电极反应式为Zn2e=Zn2；装置B的正极材料是铜片，电极反应式为Cu22e=Cu，总反应的离子方程式为ZnCu2=CuZn2。2装置A、B中，电子都是由锌片沿导线流向铜片，电解质溶液中阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。3根据装置A、B可知，构成原电池的基本条件(1)有两个活泼性不同的电极(常为金属或石墨)。(2)将电极插入电解质溶液中。(3)两电极间构成闭合回路。4原电池是把化学能转

2、化为电能的装置，其实质是发生了氧化还原反应。5装置A、B的不同(1)装置A中还原剂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，装置温度会升高，易造成能量损耗。(2)装置B中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；盐桥的作用是提供离子迁移的通路，平衡电荷。典例引领典例1 (2015天津高考)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是() A铜电极上发生氧化反应B电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小C电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D阴阳离子分别通过交换膜向负极和

3、正极移动，保持溶液中电荷平衡拓展延伸本题中电池工作一段时间后，两极区阳离子、阴离子浓度如何变化？为什么？【提示】左池中Zn2、SO浓度均不发生变化。右池中Cu2浓度降低、Zn2浓度升高、SO浓度保持不变。因为两池间为阳离子交换膜，只有Zn2从左侧移向右侧。考点精析1原理图示2原电池正、负极的判断方法题组强化 题组1原电池工作原理1下列装置中能构成原电池产生电流的是()ABCD2(2016朝阳区模拟)如图为锌铜原电池装置图，下列说法不正确的是() A电子由Zn极流向Cu极B该装置的总反应为ZnCu2=Zn2CuC一段时间后，A池带正电荷，B池带负电荷D取出盐桥，电流计指针不再偏转3(2013新课

4、标全国卷)银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理：在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是()A处理过程中银器一直保持恒重B银器为正极，Ag2S被还原生成单质银C该过程中总反应为2Al3Ag2S=6AgAl2S3D黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl误区警示原电池工作原理的易错点(1)只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能。(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

5、解质溶液。(4)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。(5)盐桥的作用：连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使原电池不断产生电流。 题组2电极反应方程式的书写4如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是()A电极上发生还原反应，作原电池的负极B电极的电极反应式为：Cu22e=CuC该原电池的总反应式为：2Fe3Cu=Cu22Fe2D盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子5分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()A中Mg作负极，中Fe作负极B中Mg作正极，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2C中Fe作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2D中Cu作正极，电极反应式为

6、2H2e=H26MCFC型燃料电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600700 ，所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3。已知该电池的总反应为2H2O2=2H2O，则下列有关该电池的说法正确的是()A该电池的正极反应式为4OH4e=O22H2OB该电池的负极反应式为H2CO2e=H2OCO2C放电时CO向正极移动D该燃料电池能量转化率很低归纳总结原电池电极反应方程式的书写(1)书写步骤(2)介质对电极反应式书写的影响中性溶液反应物若是H得电子或OH失电子，则H或OH均来自于水的电离。酸性溶液反应物或生成物中均没有OH。碱性溶液反应物或生成物中均没有H。水溶液中不能出现O2。考点2| 化学电

7、源固本探源1化学电源的种类及其工作原理2一次电池(碱性锌锰干电池)正极反应：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH；负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2；总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。3二次电池(以铅蓄电池为例)(1)放电时的反应负极反应：Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)；正极反应：PbO2(s)4H(aq)SO(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)；总反应：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)。(2)充电时的反应阴极反应：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)；阳极反应：PbSO4(s)2

8、H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO(aq)；总反应：2PbSO4(s)2H2O(l)=Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。4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2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O24e4H=2H2OO22H2O4e=4OH电池总反应2H2O2=2H2O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减小，溶液的pH增大。典例引领典例2(2014天津高考)已知：锂离子电池的总反应为：LixCLi1xCoO2CLiCoO2锂硫电池的总反应为：2LiSLi2S有关上

9、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下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电【解题导引】(1)充电电池放电、充电分别适应什么原理？【提示】放电原电池原理、充电电解池原理。(2)充电电池充电时与电源的连接方式是什么？【提示】充电电池正极连电源的正极，负极连电源的负极。考点精析1新型电池“放电”时正、负极的判断新型电池2新型电池“放电”时，电极反应式的书写首先根据电池反应分析物质得失电子情况，然后再考虑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；对于较复杂的电极反应，可以利用总反应方程式减去较简单一极的电极

10、反应式，从而得到较复杂一极的电极反应式。3新型电池“充电”时阴、阳极的判断首先明确原电池放电时的正、负极，再根据充电时，电源正极接正极、电源负极接负极的原理进行分析。4新型电池充、放电时，电解质溶液中离子移动方向的判断首先分清电池是放电还是充电；再判断正、负极或阴、阳极，进而可确定离子的移动方向。题组强化1(2015江苏高考)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是()A反应CH4H2O3H2CO，每消耗1 molCH4转移12 mol电子B电极A上H2参与的电极反应为：H22OH2e=2H2OC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：O22CO24e

11、=2CO2(2014新课标全国卷)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()Aa为电池的正极B电池充电反应为LiMn2O4=Li1xMn2O4x LiC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3锂电池因具有安全、环保和价格低廉等优点而成为当前电池研究领域的热点。以钒酸钠(NaV3O8)为正极材料的电极反应式为NaV3O8xLixe=NaLixV3O8，则下列说法中不正确的是()A放电时，负极的电极反应式为Lie=LiB充电过程中Li从阳极向阴极迁移C充电过程中阳极的电极反应式为NaLixV3O8xe=NaV3O8xLi，NaLixV

12、3O8中钒的化合价发生了变化D该电池可以用硫酸钠溶液作电解质溶液考点3| 原电池原理的应用固本探源1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。2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。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。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。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块

13、相连，使锌作原电池的负极。典例引领典例3(2015安徽高考节选)常温下，将除去表面氧化膜的Al、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。图1图20t1时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是_，溶液中的H向_极移动。t1时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是_。【解题导引】(1)常温下，把铝片插入浓硝酸中有何现象？为什么？【提示】铝片表面无明显变化，因为铝在浓硝酸中发生钝化，表面生成的氧化膜阻止了Al的进一步反应。(2)铜和浓硝酸的反应中，被还原的物质是什么？分别写出氧化反应和还原反应的离子方程

14、式。【提示】浓硝酸被还原。氧化反应：Cu2e=Cu2，还原反应：2HNOe=NO2H2O。【解析】在0t1时，正极上NO得电子后结合H生成NO2和H2O；在原电池中，阳离子向正极移动，故H向正极移动；由于Al在浓硝酸中发生了钝化，生成的氧化膜阻止了反应的进行，此时Cu与浓硝酸反应而导致Cu作负极，电子流动方向发生了改变。【答案】NOe2H=NO2H2O正Al在浓硝酸中发生钝化，氧化膜阻止了Al的进一步反应拓展延伸1典例3图1中的浓硝酸溶液换成NaOH溶液，下列说法正确的是()A铜极是该电池的负极B该电池的负极反应式为Al4OH3e=AlO2H2OC电池工作时，Na向铝电极移动D每转移6 mol

15、 e，电极上会生成67.2 L氢气【解析】铜片是原电池的正极，铝片是原电池的负极，A错误；负极上，铝失去电子然后和电解质NaOH溶液生成AlO，B正确；原电池内部，阳离子移向原电池的正极，C错误；没有说明，生成的气体是否是处于标准状况下，所以不能计算出其体积，D错误。【答案】B2典例3图1中的铝电极换为镁电极，下列说法错误的是()A正极的电极反应式为2HNOe=NO2H2OB电子移动的方向为镁电极导线铜电极C原电池中电子流动方向会在某时刻t发生改变D该电池的总反应为Mg4H2NO=Mg22NO22H2O题组强化1(2012大纲全国卷)四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。相连时，外电路

16、电流从流向；相连时，为正极；相连时，上有气泡逸出；相连时，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()ABC D2某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。甲乙(1)如图为某实验小组依据氧化还原反应：(用离子方程式表示)_ _。设计的原电池装置，反应前，电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12 g，导线中通过_mol电子。(2)其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，石墨电极反应式为_，这是由于NH4Cl溶液显_(填“酸性”、“碱性”或“中性”)，用离子方程式表示溶液显此性的原因_，用吸管吸出铁片附近溶液少许置于试管中，向其中滴加少量新制饱和氯水，写出发生反应

17、的离子方程式_，然后滴加几滴硫氰化钾溶液，溶液变红，继续滴加过量新制饱和氯水，颜色褪去，同学们对此做了多种假设，某同学的假设是：“溶液中的3价铁被氧化为更高的价态。”如果3价铁被氧化为FeO，试写出该反应的离子方程式_。 (3)如图其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n型，如图所示，一段时间后，在甲装置铜丝附近滴加酚酞试液，现象是_，电极反应式为_；甲乙乙装置中石墨(1)为_极(填“正”、“负”、“阴”或“阳”)，乙装置中与铜线相连石墨电极上发生的反应式为_，产物常用_检验，反应的离子方程式为_。【答案】(1)FeCu2=Fe2Cu0.2(2)2H2e=H2酸性NHH2ONH3H2O

18、H2Fe2Cl2=2Fe32Cl2Fe33Cl28H2O=2FeO6Cl16H(3)溶液变红O22H2O4e=4OH阴2Cl2e=Cl2湿润淀粉碘化钾试纸Cl22I=2ClI2课堂小结(教师用书独具)1原电池实质的2个方面(1)反应本质：氧化还原反应；(2)能量转化：化学能转化为电能。2原电池中应注意的3个“方向”(1)外电路中电子移动方向：负极正极，电流方向：正极负极；(2)电池内部离子移动方向：阴离子负极，阳离子正极；(3)盐桥中(含饱和KCl溶液)离子移动方向：K正极，Cl负极。3原电池电极判断的6种方法(1)负极：较活泼金属、氧化反应、电子流出、电流流入、阴离子移向极、不断溶解。(2)

19、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。4原电池的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)设计制作化学电源。分层限时跟踪练(二十)(限时：45分钟)1(2014北京高考)下列电池工作时，O2在正极放电的是() A锌锰电池B氢燃料电池C铅蓄电池D镍镉电池2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2H2e=H2D烧杯b中发生的反应为2Cl2e=Cl23. 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

20、池装置(只有两个电极)，观察到电流计G的指针均明显偏转，则其可能的组合共有()A6种B5种C4种 D3种4目前市面上有一种新型饭盒“即热饭盒”，其原理是在饭盒底部有两层，一层存放食盐水，另一层存放镁和铁的混合物，使用时打开隔离层，食物即可被快速加热。下列对其工作原理分析不正确的是()A打开隔层后，形成了由食盐水、镁和铁构成的原电池B金属镁发生了氧化反应C铁是该原电池的负极D反应中涉及化学能、电能和热能的转化5(2015全国卷)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()A正极反应中有CO2生成B微生物促进了反应中电子的转移C质

21、子通过交换膜从负极区移向正极区D电池总反应为C6H12O66O2=6CO26H2O6. 某化学小组构想将汽车尾气(NO、NO2)转化为重要的化工原料HNO3，其原理如图所示，其中A、B为多孔材料。下列说法正确的是()A电解质溶液中电流的方向由B到A，电子的流向与之相反B电极A表面反应之一为NO3e2H2O=NO4HC电极B附近的c(NO)增大D该电池工作时，每转移4 mol电子，生成22.4 L O27锂空气电池能够提供相当于普通锂离子电池10倍的能量，因此它是最有前途的电池技术之一。如图是锂空气电池放电和充电时的工作示意图。下列说法正确的是()Aa极为原电池的正极B电池充电时，b极发生的反应

22、为O22H2O4e=4OHC放电时，a极锂的化合价未发生变化D充电时，溶液中Li由b极向a极迁移8(2016宝鸡质检)某准晶体X由一定比例的Al、Fe、Cu组成，取两小块该准晶体：一块投入到盛KOH溶液的烧杯中；另一块投入到盛稀硫酸的烧杯中，两烧杯中固体均被液体浸没。下列分析合理的是()A烧杯中若构成微型电池，正极反应为4OH4e=2H2OO2B烧杯中若铝、铜作电极构成微型电池，负极反应为Al3e3OH=Al(OH)3C烧杯中可能构成三种微型电池，且正极反应相同D烧杯溶液最终呈蓝色9(2014海南高考节选)锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiCl

23、O4。溶于混合有机溶剂中，Li通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：(1)外电路的电流方向是由_极流向_极。(填字母)(2)电池正极反应式为_。(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？_(填“是”或“否”)，原因是_。10(1)铁是用途最广的金属材料之一，但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁的性质。盐桥中装有含琼脂的KCl饱和溶液某原电池装置如图所示，上图右侧烧杯中的电极反应式为_，左侧烧杯中的c(Cl)_(填“增大”、“减小”或“不变”)。已知下图甲、乙两池的总反应式均为FeH2SO4=FeSO4H2，且在同侧电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H2。请在两

24、池上标出电极材料(填“Fe”或“C”)。(2)碱性锌锰干电池的剖面图如图所示，已知电池放电后的产物是Zn(OH)2和MnOOH，则其总反应式为_，正极反应式为_。电池中的锌粉能和KOH发生反应，该反应类似于铝粉与KOH的反应，其化学方程式是_，因此电池长时间不用会发生体积的膨胀和漏液。【答案】(1)2H2e=H2增大甲池中：左Fe，右C，乙池中：左Fe，右C(2)Zn2MnO22H2O=Zn(OH)22MnOOHMnO2eH2O=MnOOHOHZn2KOH=K2ZnO2H211(1)(2016广东湛江测试)科学家制造出一种使用固体电解质的高效燃料电池。一个电极通入空气，另一个电极通入燃料气。其

25、中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导O2(其中氧化反应发生完全)。以丙烷(C3H8)为燃料。电池的负极反应式为_；放电时固体电解质里的O2向_(填“正”或“负”)极移动。(2)(2016浙江绍兴模拟)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图。该电池在使用过程中石墨电极上生成氧化物Y，其电极反应式为_；若生成1 mol Y，则需要消耗标准状况下氧气的体积为_L。(3)(2016河南焦作模拟)以甲醇为原料，使用酸性电解质构成燃料电池，该燃料电池的负极反应式为_；若以甲烷代替该燃料电池中的甲醇，向外界提供相等电量，则每代替3.2 g甲醇，所需标准状况下的甲烷的体

26、积为_L。(4)(2013新课标全国卷节选)二甲醚(CH3OCH3)直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kWhkg1)。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为_，一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生_个电子的电量。【答案】(1)C3H810O220e=3CO24H2O负(2)NO2NOe=N2O55.6(3)CH3OHH2O6e=CO26H1.68(4)CH3OCH33H2O12e=2CO212H1212(2013新课标全国卷)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是()A电池反应中有NaCl生成B电池的总反应是金属钠还原三价铝离子C正极反应为：NiCl22e=Ni2ClD钠离子通过钠离子导体在两电极间移动13(2016大庆质检)光电池是发展性能源。一种光化学电池的结构如图，当光照在表面涂有氯化银的银片上时，AgCl(s)Ag(s)Cl(AgCl)Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面，接着Cl(AgCl)e=Cl