考点一原电池的工作原理及应用（学生版）

【基础知识】原电池化学电源考点一原电池的工作原理及应用【知识模型】1、原电池的概念及构成条件(1)定义：将能转化为能的装置。（太阳能电池：将能转化为能）(2)原电池的形成条件①能自发进行的反应。②两个不同的电极(燃料电池的两个电极可以相同)。③形成回路，需满足三个条件：a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入电解质溶液或熔融电解质中。2、工作原理(以锌铜原电池为例)(1)装置变迁名称单液原电池双液原电池装置相同点电极名称负极：片正极：片电极反应负极：(氧化反应)正极：(还原反应)总反应Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu电子流向电子由经导线流向电流流向电流由经导线流向不同点离子迁移方向电解质溶液中，阴离子向迁移，阳离子向迁移移向正极，移向负极盐桥含饱和KCl溶液，移向正极，移向负极能量转化效率还原剂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。【微点拨】①盐桥的成分：盐桥通常是装有饱和KCl或者NH4NO3琼脂溶胶的U形管，溶液不致流出来，但离子则可以在其中自由移动②盐桥的作用有三种：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；c.隔绝正负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定，提高电池效率。③盐桥中离子移向：阴离子移向负极，阳离子移向正极。④无论是单液原电池装置还是双液原电池装置，电子均不能通过电解质溶液（离子走水，电子走线）3、原电池电极判断负极正极反应类型得失电子离子移向电极材料化合价变化电势大小4、原电池的应用(1)加快氧化还原反应的速率：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率(2)比较金属活动性的强弱：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)方法：电极质量减少作负极，较活泼；有气体生成、电极质量不断增加或不变作正极，较不活泼(3)设计制作化学电源①拆分反应：将氧化还原反应分成两个半反应②选择电极材料：电极材料必须导电。根据氧化还原反应找出正、负极材料，一般选择活动性较强的金属作为负极(或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料)；活动性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极③构成闭合回路：将两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子的溶液【模型再构】例1、常见原电池（写出以下总反应、正负极电极反应式）①Fe|FeCl3(aq)|Cu总反应:正极:负极：②Mg|NaOH(aq)|Al总反应:正极:负极：③Fe|浓HNO3(aq)|Cu总反应:正极:负极：④Zn|NaCl(aq)|Cu总反应:正极:负极：【微点拨】自发发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应，也可以是电极与溶解的O2等发生反应.例2、设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。(1)写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式：_________________________________。(2)若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：①负极：________________________________________________________________________。②正极：________________________________________________________________________。(3)在方框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：①不含盐桥②含盐桥【问题解决】例1、（2021北京卷，16节选）某小组实验验证“Ag++Fe2+Fe3++Ag↓”为可逆反应并测定其平衡常数。实验I：将0.0100mol/LAg2SO4溶液与0.0400mo/LFeSO4溶液(pH=1)等体积混合，产生灰黑色沉淀，溶液呈黄色。实验II：向少量Ag粉中加入0.0100mol/LFe2(SO4)3溶液(pH=1)，固体完全溶解。①取I中沉淀，加入浓硝酸，证实沉淀为Ag。现象是_______________________________。②II中溶液选用Fe2(SO4)3，不选用Fe(NO3)3的原因是_______________________________。综合上述实验，证实“Ag++Fe2+Fe3++Ag↓”为可逆反应。③小组同学采用电化学装置从平衡移动角度进行验证。补全电化学装置示意图,写出操作及现象_______。例2、(2022·湖南卷)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是()A．海水起电解质溶液作用B．N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D．该锂－海水电池属于一次电池例3、（2023海南卷，8）利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是（）A.b电极为电池正极B.电池工作时，海水中的向a电极移动C.电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性D.每消耗1kgAl，电池最多向外提供37mol电子的电量例4、某学习小组设计如图所示原电池装置。该电池总反应为Cl－＋Ag＋=AgCl↓。下列说法正确的是()A．放电时，X电极发生还原反应B．放电时，Y电极反应式为Ag＋＋e－=AgC．放电时，盐桥中K＋向盛有NaCl溶液的烧杯中移动D．外电路中每通过0.1mole－，X电极质量增加14.35g【基础练习】1、银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag，其工作示意图如图。下列说法不正确的是()A．Zn电极发生氧化反应B．Ag2O电极是电源的正极C．电池工作时，电子从Zn电极经导线流向Ag2O电极，再由Ag2O电极经电解质溶液流向Zn电极D．Zn电极上发生的反应：Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)22、(2016·全国2)MgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是 ()A.负极反应式为Mg2eMg2+B.正极反应式为Ag++eAgC.电池放电时Cl由正极向负极迁移D.负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑

3、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作负极，电极反应式为Mg2e－=Mg2+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O2＋2H2O＋4e－=4OH－4、有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：实验装置部分实验现象a极质量减少；b极质量增加b极有气体产生；c极无变化d极溶解；c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是()A．a＞b＞c＞dB．b＞c＞d＞aC．d＞a＞b＞cD．a＞b＞d＞c5、某医院设计的锌铁原电池，可以控制胃内氢释放，改善肥胖2型糖尿病的胰岛素抵抗。其工作原理如图所示，下列说法不正确的是（）A.N代表铁B.该过程发生析氢腐蚀C.锌表面的电极反应为Zn－2e－=Zn2+D.标准状况下，每生成2.24mLH2，理论上原电池质量损耗0.013g

6、(2020全国1卷)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验，回答下列问题：(1)由·7H2O固体制0.10mol·溶液要的器药、璃棒、 （下中选，出称。）（u） 阳离子u8/m2s1V1阴离子u8/m2s1V1Li+4.07HCO34.61Na+5.19NO37.40Ca2+6.59Cl7.91K+7.62SO428.27(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入 电极溶液中。(4)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02mol·L1