高三一轮化学复习6.3.2

第三节化学能转化为电能——原电池一、原电池1．概念：把

转化为

的装置。2．构成条件(1)有两种

作电极(常见为金属或石墨)。(2)将电极插入

中。(3)两电极间构成闭合回路。化学能电能不同材料电解质溶液3．工作原理如图是Cu－Zn原电池，请填空：(1)电极负极为

，正极为

。(2)电极反应负极：

，正极：

。ZnCuZn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu(3)电子方向和电流方向电子从

流出经外电路流入

；电流从

流出经外电路流入

。(4)离子的迁移方向电解质溶液中，阴离子向

迁移，阳离子向

迁移。(5)两种装置的比较装置Ⅰ中还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，易造成能量损耗；装置Ⅱ能避免能量损耗；装置Ⅱ中盐桥的作用是提供离子迁移通路，导电。

负极正极正极负极负极正极将Ⅱ中盐桥换成铜导线是否可行？提示：不可行。原电池放电时，电子走陆路(导线)，离子走水路(溶液)，外电路是电子的定向移动，内电路(溶液中)是阴、阳离子的定向移动，电子不通过内电路。盐桥是离子迁移通路，离子不能通过导线迁移。二、化学电源的种类及其工作原理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：④电解质溶液的pH

(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)充电时的反应①阴极反应：②阳极反应：③总反应：增大2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)

充电电池在放电和充电时的反应是否是可逆反应？提示：充放电的反应不能理解为可逆反应(充、放电反应条件不同)。三、金属的腐蚀与防护1．金属腐蚀的本质金属原子

电子变为金属阳离子，金属发生

反应。2．化学腐蚀与电化学腐蚀(1)

腐蚀有电流产生。(2)金属的

腐蚀比较普遍，而且危害性大，腐蚀速率快。3．钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。失去氧化电化学电化学(1)红墨水柱

高

低，两试管的相同的电极反应是：

。(2)a中发生

腐蚀，正极反应为：

；(3)b中发生

腐蚀，正极反应为：

。(4)金属的电化学腐蚀以

腐蚀为主。左右Fe－2e－===Fe2＋吸氧O2＋4e－＋2H2O===4OH－析氢2H＋＋2e－===H2↑吸氧4．金属腐蚀由快到慢的规律下列各烧杯中液体均为海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为

。5．金属的电化学防护(1)如图，保护铁，铁作

极，锌作

极，此种方法叫

保护法④②①③⑤正负牺牲阳极的阴极(2)外加直流电源，使被保护的金属与电源的

极相连，此种方法叫

保护法。

铜在酸雨较严重的地区发生的是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀？为什么？提示：吸氧腐蚀。铜位于金属活动顺序表氢以后，不能以酸溶液中置换出H2。而是发生吸氧腐蚀生成Cu2(OH)2CO3。负外加电源的阴极1．不是所有化学反应都可以设计成原电池。()2．在Mg—Al—NaOH溶液组成的原电池中，因Mg比Al活泼，故Mg作负极。()3．铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应。(

)4．燃料电池的反应条件是燃烧。(

)5．铅蓄电池工作时，当电路中转移0.2mol电子时，消耗的H2SO4为0.1mol。(

)6．将铁闸门与外加直流电源的正极相连以保护其不受腐蚀。()

√√××××热点一原电池电极的判断及电极反应式的书写1．正、负极的判断[特别提醒](1)原电池中放出的气体一定是H2。(2)书写电极反应式时，注意介质是否参加反应。碱性介质的电极反应中不能出现H＋，酸性介质的电极反应中不能出现OH－，水溶液中不能出现O2－。(3)负极本身不一定都参加反应，如燃料电池中，作为负极的材料本身并不参加反应。(4)电子从负极经外电路流向正极，但电子不能通过电解液，是通过阴阳离子的移动形成闭合回路。(5)用总电极反应减去一极的电极反应时，须在两式电子转移数相等的前提下进行。[例1]某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：2H2＋O2===2H2O。下列有关说法正确的是(

)A．电子通过外电路从b极流向a极B．b极上的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．每转移0.1mol电子，消耗1.12L的H2D．H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极[精讲精析]

由图示知充入H2的a极是负极，充入O2的b极是正极，电子应由a极通过外电路流向b极；电池内部阳离子即H＋移向正极，正极即b极的电极反应式应为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故A项、B项错误，D项正确。C项没有指明标准状况，故C项错误。[答案]

D1．生物燃料电池(BFC)是以有机物为燃料，直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池，其能量转化效率高，是一种真正意义上的绿色电池，其工作原理如图所示。已知C1极的电极反应式为：C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋。下列有关说法不正确的是(

)A．C1极为电池负极，C2极为电池正极B．电子由C2极经外电路导线流向C1极C．C2极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2OD．该生物燃料电池的总反应式为：C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O解析：燃料电池中，通入燃料的一极为负极，发生氧化反应，通入氧气的一极为正极，发生还原反应，A、C项正确；电子由负极经外电路流向正极，B项错误。答案：B热点二原电池在化工、农业生产及科研中的应用1．加快氧化还原反应速率一个自发的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大，例如Zn与稀硫酸反应时加入少量的CuSO4溶液能使产生氢气的速率加快。2．比较金属活泼性强弱金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比正极的活泼。3．用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如，保护铁质输水管或钢铁桥梁，可用导线将其和一块锌块相连，使Zn作原电池的负极。4．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。[例2]某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为__________________________________________

______________________________。方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。正极：___________________________________________________

_____________________；负极：___________________________________________________

_____________________。方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)________________________________________________________________________________________________________________________________________________，用离子方程式表示其反应原理：_________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________。方案Ⅳ：请运用所给电极材料和电解质溶液并结合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______________，正极______________，并在方框内画出实验装置图，标出正、负极。[精讲精析]

方案Ⅰ：铁可以和稀硫酸(或稀盐酸)反应生成H2，而Cu在金属活动性顺序表中位于H的后面，不能置换出酸中的氢。方案Ⅱ：利用原电池原理证明金属活动性Fe>Cu，可以把铁片作为原电池的负极，铜片作为原电池的正极，稀硫酸作电解质溶液，按要求组成闭合回路，画出装置图，并写出相应的电极反应式。也可以设计盐桥组成原电池。方案Ⅲ：可以利用金属与盐溶液的置换反应验证金属的活泼性。把铁片插入CuSO4溶液中观察现象。方案Ⅳ：利用Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计原电池。[答案]

方案Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑方案Ⅱ：正极：2H＋＋2e－===H2↑或Cu2＋＋2e－===Cu负极：Fe－2e－===Fe2＋方案Ⅲ：把一个光洁的铁片插入到CuSO4溶液中，观察现象Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu方案Ⅳ：Cu－2e－===Cu2＋

2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋2．(2013年合肥模拟)根据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示，其中盐桥为琼脂­饱和KNO3盐桥。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，写出两电极的电极反应式：银电极：________________________________________________

________________________；X电极：_________________________________________________

_______________________。(3)外电路中的电子是从________电极流向________电极。(4)盐桥中向CuSO4溶液中迁移的离子是____(填序号)。解析：根据题给原电池反应可知，负极材料为铜，正极材料为Ag。答案：(1)铜AgNO3溶液(2)正2Ag＋＋2e－===2Ag

Cu－2e－===Cu2＋(3)铜(X)

Ag

(4)B原电池形成条件的实验探究典型的原电池反应是负极与电解质溶液自发进行的氧化还原反应，但电池种类繁多，判断所给物质是否能形成原电池时，从不同的角度设计一些探究性实验，是体现能力立意的一种很好的考查方法。【典例】对于如下图所示的原电池，对其中的电解质溶液有以下猜想：猜想一：必须是能与负极发生反应的电解质。猜想二：任意的电解质溶液均可在如图装置中构成原电池。(1)为了证明哪个猜想是正确的，请配齐实验用品：锌片、铜片、导线、电流计、烧杯、稀硫酸、________。(2)你应该做怎样的简单操作__________________________