第2講 原電池 化學電源

1、原電池 化學電源考點一 原電池及其工作原理1概念和反應本質原電池是把化學能轉化為電能的裝置，其反應本質是氧化還原反應。2工作原理以銅鋅原電池為例 (1)反應原理電極名稱負極正極電極材料鋅片銅片電極反應Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反應類型氧化反應還原反應電子流向由Zn沿導線流向Cu鹽橋中離子移向鹽橋含飽和KCl溶液，K移向正極，Cl移向負極(2)兩個裝置的比較裝置中還原劑Zn與氧化劑Cu2直接接觸，易造成能量損耗；裝置鹽橋原電池中，還原劑在負極區(qū)，而氧化劑在正極區(qū)，能避免能量損耗。3原電池的構成條件(1)一看反應：看是否有能自發(fā)進行的氧化還原反應發(fā)生(一般是活潑性強的金屬與電解質溶液反應)。

2、(2)二看兩電極：一般是活潑性不同的兩電極。(3)三看是否形成閉合回路，形成閉合回路需三個條件：電解質溶液；兩電極直接或間接接觸；兩電極插入電解質溶液中。判斷正誤，正確的劃“”，錯誤的劃“”(1)在原電池中，發(fā)生氧化反應的一極一定是負極( )(2)在原電池中，負極材料的活潑性一定比正極材料強( )(3)在原電池中，正極本身一定不參與電極反應，負極本身一定要發(fā)生氧化反應( )(4)其他條件均相同，帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池電流持續(xù)時間長( )題組一 原電池工作原理的考查1下面裝置中，能構成原電池的是_(填序號)。2有關電化學知識的描述正確的是( )ACaOH2O=Ca(OH)2，

3、可以放出大量的熱，故可把該反應設計成原電池，把其中的化學能轉化為電能B某原電池反應為Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，裝置中的鹽橋中可以是裝有含瓊膠的KCl飽和溶液C原電池的兩極一定是由活動性不同的兩種金屬組成D從理論上講，任何能自發(fā)進行的氧化還原反應都可設計成原電池規(guī)避原電池工作原理的4個失分點1原電池閉合回路的形成有多種方式，可以是導線連接兩個電極，也可以是兩電極相接觸。2只有放熱的氧化還原反應才能通過設計成原電池將化學能轉化為電能。3電解質溶液中陰、陽離子的定向移動，與導線中電子的定向移動共同組成了一個完整的閉合回路。4無論在原電池還是在電解池中，電子均不能通過電解質溶液。題組二

4、 原電池正、負極的判斷3下列有關原電池的說法中正確的是( )A在內電路中，電子由正極流向負極 B在原電池中，相對較活潑的金屬作負極，不活潑的金屬作正極C原電池工作時，正極表面一定有氣泡產生 D原電池工作時，可能會伴隨著熱能變化4分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結論正確的是( )A中Mg作負極，中Fe作負極 B中Mg作正極，電極反應式為6H2O6e=6OH3H2C中Fe作負極，電極反應式為Fe2e=Fe2 D中Cu作正極，電極反應式為2H2e=H2原電池正、負極判斷方法說明 原電池的正極和負極與電極材料的性質有關，也與電解質溶液有關，不要形成活潑電極一定作負極的思維定勢?？键c二 原電池原理的“

5、四”個基本應用1用于金屬的防護使被保護的金屬制品作原電池正極而得到保護。例如，要保護一個鐵質的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負極。2設計制作化學電源(1)首先將氧化還原反應分成兩個半反應。(2)根據原電池的反應特點，結合兩個半反應找出正、負極材料和電解質溶液。3比較金屬活動性強弱 兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑。4加快氧化還原反應的速率 一個自發(fā)進行的氧化還原反應，設計成原電池時反應速率增大。例如，在Zn與稀H2SO4反應時加入少量CuSO4溶液能使產生H2的反應速率加快。1.電工經常說的一句口頭禪：“鋁接銅，瞎糊弄”，所以電

6、工操作上規(guī)定不能把銅導線與鋁導線連接在一起使用，試說明原因：_。2.將等質量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSO4溶液。請畫出產生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系圖像。一思兩變1將上面2題中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他條件不變，請畫出產生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系圖像。2將過量的兩份鋅粉a、b分別加入定量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSO4溶液，請畫出產生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系圖像。改變Zn與H反應速率的方法1加入Cu或CuSO4，形成原電池，加快反應速率，加入Cu不影響Zn的量，但加入CuSO4

7、，Zn的量減少，是否影響產生H2的量，應根據Zn、H的相對量多少判斷。2加入強堿弱酸鹽，由于弱酸根與H反應，使c(H)減小，反應速率減小，但不影響生成H2的量。題組一 判斷金屬的活潑性1有A、B、C、D、E五塊金屬片，進行如下實驗：A、B用導線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，A極為負極；C、D用導線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，電流由D導線C；A、C相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，C極產生大量氣泡；B、D相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，D極發(fā)生氧化反應；用惰性電極電解含B離子和E離子的溶液，E先析出。據此，判斷五種金屬的活動性順序是( )AABCDE BACDBE CCABD

8、E DBDCAE2有A、B、C、D四種金屬，做如下實驗：將A與B用導線連接起來，浸入電解質溶液中，B不易腐蝕；將A、D分別投入等物質的量濃度的鹽酸中，D比A反應劇烈；將銅浸入B的鹽溶液里，無明顯變化，如果把銅浸入C的鹽溶液里，有金屬C析出。據此判斷它們的活動性由強到弱的順序是( )AABCD BCDAB CDABC DABDC比較金屬活潑性的“三種方法”1根據原電池：一般情況下，負極大于正極。2根據電解池：易得電子的金屬陽離子，相應金屬的活動性較弱。3根據金屬活動性順序表。題組二 設計原電池，畫出裝置圖3請運用原電池原理設計實驗，驗證Cu2、Fe3氧化性的強弱。請寫出電極反應式，負極_，正極_

9、，并在方框內畫出實驗裝置圖，要求用燒杯和鹽橋，并標出外電路電子流向。 “裝置圖”常見失分點提示1不注明電極材料名稱或元素符號。2不畫出電解質溶液(或畫出但不標注)。3誤把鹽橋畫成導線。4不能連成閉合回路。考點三 化學電源的工作原理1日常生活中的三種電池(1)堿性鋅錳干電池一次電池正極反應：負極反應： 總反應：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。(2)鋅銀電池一次電池負極反應： 正極反應： 總反應：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。(3)二次電池(可充電電池) 鉛蓄電池是最常見的二次電池，負極材料是Pb，正極材料是PbO2。放電時的反應a負極反應： b正極反應： c總反應

10、：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。充電時的反應a陰極反應： b陽極反應： c總反應： 2“高效、環(huán)境友好”的燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分酸性和堿性兩種。種類酸性堿性負極反應式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正極反應式O24e4H=2H2OO22H2O4e=4OH電池總反應式2H2O2=2H2O1可充電電池充電時電極與外接電源的正、負極如何連接？答案 2(1)氫氧燃料電池以KOH溶液作電解質溶液時，工作一段時間后，電解質溶液的濃度將_，溶液的pH_。(填“減小”、“增大”或“不變”)(2)氫氧燃料電池以H2SO4溶液作電解質溶液時，工作一段時間后，電

11、解質溶液的濃度將_，溶液的pH_。題組一 判斷正、負極，書寫化學電源電極反應式1LiSOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4SOCl2。電池的總反應可表示為4Li2SOCl2=4LiClSSO2。請回答下列問題：(1)電池的負極材料為_，發(fā)生的電極反應為_。(2)電池正極發(fā)生的電極反應為_。2MgAgCl電池是一種能被海水激活的一次性貯備電池，電池反應方程式為2AgClMg=Mg22Ag2Cl 試書寫該電池的正、負極電極反應式。3鋁空氣海水電池：以鋁板為負極，鉑網為正極，海水為電解質溶液，空氣中的氧氣與鋁反應產生電流。電池總反應為4Al3O26H2O

12、=4Al(OH)3負極：_；正極：_?；瘜W電源中電極反應式書寫的一般步驟“加減法”書寫電極反應式1先確定原電池的正、負極，列出正、負極上的反應物質，并標出相同數目電子的得失。2注意負極反應生成的陽離子與電解質溶液中的陰離子是否共存。若不共存，則該電解質溶液中的陰離子應寫入負極反應式；若正極上的反應物質是O2，且電解質溶液為中性或堿性，則水必須寫入正極反應式中，且O2生成OH，若電解質溶液為酸性，則H必須寫入正極反應式中，O2生成水。3正、負極反應式相加得到電池反應的總反應式。若已知電池反應的總反應式，可先寫出較易書寫的一極的電極反應式，然后在電子守恒的基礎上，總反應式減去較易寫出的一極的電極反

13、應式，即得到較難寫出的另一極的電極反應式。題組二 “一池多變”的燃料電池4以甲烷燃料電池為例來分析不同的環(huán)境下電極反應式的書寫。(1)酸性介質(如H2SO4)負極：_；正極：_；總反應式： _。 (2)堿性介質(如KOH)負極：_；正極：_；總反應式：_。 (3)固體電解質(高溫下能傳導O2)負極：_；正極：_；總反應式：_。 (4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下負極：_；正極：_；總反應式：_。熟記“離子趨向”，抓住“電荷守恒”，熟練書寫燃料電池電極反應式1陽離子趨向正極，在正極上參與反應，在負極上生成(如H)；陰離子趨向負極，在負極上參與反應，在正極上生成(如：OH、O2、CO)。2

14、“ne”是正電荷，“ne”是負電荷，依據電荷守恒配平其他物質的系數。3電池總反應式正極反應式負極反應式。題組三 “久考不衰”的可逆電池5一種碳納米管能夠吸附氫氣，可作二次電池(如下圖所示)的碳電極。該電池的電解質溶液為6 molL1的KOH溶液。(1)寫出放電時的正、負極電極反應式。答案 負極：H22e2OH=2H2O正極：2NiO(OH)2H2O2e=2Ni(OH)22OH(2)寫出充電時的陰、陽極電極反應式。答案 陰極：2H2O2e=H22OH陽極：2Ni(OH)22OH2e=2NiO(OH)2H2O考點四 鹽橋原電池的專題突破1鹽橋的組成和作用(1)鹽橋中裝有飽和的KCl、KNO3等溶液

15、和瓊膠制成的膠凍。(2)鹽橋的作用：連接內電路，形成閉合回路；平衡電荷，使原電池不斷產生電流。2單池原電池和鹽橋原電池的對比圖1和圖2兩裝置的相同點：正負極、電極反應、總反應、反應現象。負極：Zn2e=Zn2正極：Cu22e=Cu總反應：ZnCu2=CuZn2不同點：圖1中Zn在CuSO4溶液中直接接觸Cu2，會有一部分Zn與Cu2直接反應，該裝置中既有化學能和電能的轉化，又有一部分化學能轉化成了熱能，裝置的溫度會升高。圖2中Zn和CuSO4溶液分別在兩個池子中，Zn與Cu2不直接接觸，不存在Zn與Cu2直接反應的過程，所以僅是化學能轉化成了電能，電流穩(wěn)定，且持續(xù)時間長。關鍵點：鹽橋原電池中，

16、還原劑在負極區(qū)，而氧化劑在正極區(qū)。深度思考1能用金屬代替鹽橋嗎？2在有鹽橋的銅鋅原電池中，電解質溶液的選擇為什么要與電極材料的陽離子相同？如Zn極對應的是硫酸鋅，能不能是氯化銅或者氯化鈉？題組一 根據裝置明確原理1根據下圖，下列判斷中正確的是( )A燒杯a中的溶液pH降低 B燒杯b中發(fā)生氧化反應C燒杯a中發(fā)生的反應為2H2e=H2 D燒杯b中發(fā)生的反應為2Cl2e=Cl22如圖所示，杠桿AB兩端分別掛有體積相同、質量相等的空心銅球和空心鐵球，調節(jié)杠桿并使其保持平衡，然后小心地向水槽中滴入濃CuSO4溶液，一段時間后，下列有關杠桿的偏向判斷正確的是(實驗過程中，不考慮兩球的浮力變化)( )A杠桿

17、為導體或絕緣體時，均為A端高B端低 B杠桿為導體或絕緣體時，均為A端低B端高C當杠桿為導體時，A端低B端高 D當杠桿為導體時，A端高B端低題組二 平衡移動與“鹽橋”作用3控制適合的條件，將反應2Fe32I2Fe2I2設計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是( )A反應開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應 B反應開始時，甲中石墨電極上Fe3被還原C電流表讀數為零時，反應達到化學平衡狀態(tài)D電流表讀數為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負極4下圖、分別是甲、乙兩組同學將反應“AsO2I2HAsOI2H2O”設計成的原電池裝置，其中C1、C2均為碳棒。甲組向圖燒杯中逐滴加入適量濃鹽酸；

18、乙組向圖B燒杯中逐滴加入適量40% NaOH溶液。下列敘述中正確的是( )A甲組操作時，電流表(A)指針發(fā)生偏轉 B甲組操作時，溶液顏色變淺C乙組操作時，C2作正極 D乙組操作時，C1上發(fā)生的電極反應為I22e=2I1.當氧化劑得電子速率與還原劑失電子速率相等時，可逆反應達到化學平衡狀態(tài)，電流表指針示數為零；當電流表指針往相反方向偏轉，暗示電路中電子流向相反，說明化學平衡移動方向相反。2電子流向的分析方法改變條件，平衡移動；平衡移動，電子轉移；電子轉移，判斷區(qū)域；根據區(qū)域，判斷流向；根據流向，判斷電極。探究高考 明確考向全國卷、高考題調研 1(2014新課標)2013年3月我國科學家報道了如圖

19、所示的水溶液鋰離子電池體系。下列敘述錯誤的是( )Aa為電池的正極 B電池充電反應為LiMn2O4=Li1xMn2O4xLiC放電時，a極鋰的化合價發(fā)生變化 D放電時，溶液中Li從b向a遷移2(2013)銀質器皿日久表面會逐漸變黑，這是生成了Ag2S的緣故，根據電化學原理可進行如下處理，在鋁質容器中加入食鹽溶液，再將變黑的銀器浸入該溶液中，一段時間后發(fā)現黑色會褪去，下列說法正確的是( )A處理過程中銀器一直保持恒重 B銀器為正極，Ag2S被還原生成單質銀C該過程中總反應為2Al3Ag2S=6AgAl2S3 D黑色褪去的原因是黑色Ag2S轉化為白色AgCl3(2013新課標全國卷，11)“ZEB

20、RA”蓄電池的結構如圖所示，電極材料多孔Ni/NiCl2和金屬鈉之間由鈉離子導體制作的陶瓷管相隔。下列關于該電池的敘述錯誤的是( )A電池反應中有NaCl生成 B電池的總反應是金屬鈉還原三價鋁離子C正極反應為NiCl22e=Ni2Cl D鈉離子通過鈉離子導體在兩電極間移動各省市高考題調研1(2014天津理綜，6)已知：鋰離子電池的總反應為LixCLi1xCoO2放電CLiCoO2鋰硫電池的總反應為2LiS放電Li2S有關上述兩種電池說法正確的是( )A鋰離子電池放電時，Li向負極遷移 B鋰硫電池充電時，鋰電極發(fā)生還原反應C理論上兩種電池的比能量相同 D下圖表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電2(20

21、14浙江理綜，11)鎳氫電池(NiMH)目前已經成為混合動力汽車的一種主要電池類型。NiMH中的M表示儲氫金屬或合金。該電池在充電過程中的總反應方程式是：Ni(OH)2M=NiOOHMH已知：6NiOOHNH3H2OOH=6Ni(OH)2NO 下列說法正確的是( )ANiMH電池放電過程中，正極的電極反應式為NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OHB充電過程中OH離子從陽極向陰極遷移C充電過程中陰極的電極反應式：H2OMe=MHOH，H2O中的H被M還原DNiMH電池中可以用KOH溶液、氨水等作為電解質溶液3(2014大綱全國卷，9)下圖是在航天用高壓氫鎳電池基礎上發(fā)展起來的一種金屬氫化物鎳電池

22、(MHNi電池)。下列有關說法不正確的是( )A放電時正極反應為NiOOHH2OeNi(OH)2OH B電池的電解液可為KOH溶液C充電時負極反應為MHOHH2OMeDMH是一類儲氫材料，其氫密度越大，電池的能量密度越高4(2014福建理綜，11)某原電池裝置如圖所示，電池總反應為2AgCl2=2AgCl。下列說法正確的是( )A正極反應為AgCle=AgCl B放電時，交換膜右側溶液中有大量白色沉淀生成C若用NaCl溶液代替鹽酸，則電池總反應隨之改變D當電路中轉移0.01 mol e時，交換膜左側溶液中約減少0.02 mol離子5(2013江蘇，1)燃料電池能有效提高能源利用率，具有廣泛的應

23、用前景。下列物質均可用作燃料電池的燃料，其中最環(huán)保的是( )A甲醇 B天然氣 C液化石油氣 D氫氣6(2013江蘇，9)MgH2O2電池可用于驅動無人駕駛的潛航器。該電池以海水為電解質溶液，示意圖如右。該電池工作時，下列說法正確的是( )AMg電極是該電池的正極 BH2O2在石墨電極上發(fā)生氧化反應C石墨電極附近溶液的pH增大 D溶液中Cl向正極移動7(2013安徽理綜，10)熱激活電池可用作火箭、導彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結構如圖所示，其中作為電解質的無水LiClKCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應為PbSO42LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb。下列有關

24、說法正確的是( )A正極反應式：Ca2Cl2e=CaCl2 B放電過程中，Li向負極移動C每轉移0.1 mol電子，理論上生成20.7 g PbD常溫時，在正負極間接上電流表或檢流計，指針不偏轉8(2013高考試題組合)(1)2013廣東理綜，33(2)(3)能量之間可相互轉化：電解食鹽水制備Cl2是將電能轉化為化學能，而原電池可將化學能轉化為電能。設計兩種類型的原電池，探究其能量轉化效率。限選材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；銅片，鐵片，鋅片和導線。完成原電池甲的裝置示意圖(見右圖)，并作相應標注，要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素。以銅片為電極之

25、一，CuSO4(aq)為電解質溶液，只在一個燒杯中組裝原電池乙，工作一段時間后，可觀察到負極_。甲乙兩種原電池可更有效地將化學能轉化為電能的是_，其原因是_。根據犧牲陽極的陰極保護法原理，為減緩電解質溶液中鐵片的腐蝕，在上述的材料中應選_作陽極。(2)2013北京理綜，26(4)通過NOx傳感器可監(jiān)測NOx的含量，其工作原理示意圖如下：Pt電極上發(fā)生的是_反應(填“氧化”或“還原”)寫出NiO電極的電極反應式：_。1原電池的電極名稱不僅與電極材料的性質有關，也與電解質溶液有關。下列說法中不正確的是( )A由Al、Cu、稀H2SO4組成的原電池，負極反應式為Al3e=Al3B由Mg、Al、NaO

26、H溶液組成的原電池，負極反應式為Al3e4OH=AlO2H2OC由Fe、Cu、FeCl3溶液組成的原電池，負極反應式為Cu2e=Cu2D由Al、Cu、濃硝酸組成的原電池，負極反應式為Cu2e=Cu22鉛酸蓄電池是目前應用普遍的化學電池，新型液流式鉛酸蓄電池以可溶的甲基磺酸鉛為電解質，電池總反應：PbPbO24H放電2Pb22H2O下列有關新型液流式鉛酸蓄電池的說法不正確的是( )A放電時，蓄電池由化學能轉化為電能 B充放電時，溶液的導電能力變化不大C放電時的負極反應式為Pb2e=Pb2D充電時的陽極反應式為Pb24OH2e=PbO22H2O3由于具有超低耗電量、壽命長的特點，LED產品越來越受

27、人歡迎。下圖是氫氧燃料電池驅動LED發(fā)光的裝置。下列有關敘述正確的是( )Aa處通入氧氣，b處通入氫氣 B該裝置中只涉及兩種形式的能量轉化C電池正極電極反應式為O22H2O4e=4OH DP型半導體連接的是電池負極4某種熔融碳酸鹽燃料電池以Li2CO3、K2CO3為電解質、以CH4為燃料時，該電池工作原理見下圖。下列說法正確的是( )Aa為CH4，b為CO2 BCO向正極移動C此電池在常溫時也能工作 D正極電極反應式為O22CO24e=2CO5鋰空氣電池作為新一代大容量電池而備受矚目，其工作原理如圖所示。下列有關鋰空氣電池的說法不正確的是( )A隨著電極反應的不斷進行，正極附近的電解液pH不斷

28、升高 B若把堿性電解液換成固體氧化物電解質，則正極會因為生成Li2O而引起碳孔堵塞，不利于正極空氣的吸附C放電時，當有22.4 L O2(標準狀況下)被還原時，溶液中有4 mol Li從左槽移動到右槽D鋰空氣電池又稱作“鋰燃料電池”，其總反應方程式為4LiO2=2Li2O6利用反應6NO28NH3=7N212H2O構成電池的方法，既能實現有效消除氮氧化物的排放，減輕環(huán)境污染，又能充分利用化學能，裝置如圖所示，下列說法不正確的是( )A電流從右側電極經過負載后流向左側電極 B為使電池持續(xù)放電，離子交換膜需選用陰離子交換膜C電極A極反應式為2NH36e=N26H D當有4.48 L NO2(標準狀

29、況)被處理時，轉移電子為0.8 mol7液體燃料電池相比于氣體燃料電池具有體積小，無需氣體存儲裝置等優(yōu)點。一種以肼(N2H4)為燃料的電池裝置如圖所示。該電池用空氣中的氧氣作為氧化劑，KOH作為電解質。下列關于該燃料電池的敘述不正確的是( )A電流從右側電極經過負載后流向左側電極 B負極發(fā)生的電極反應式為N2H44OH4e=N24H2OC該燃料電池的電極材料應采用多孔導電材料，以提高電極反應物質在電極表面的吸附量，并使它們與電解質溶液充分接觸 D該燃料電池持續(xù)放電時，K從負極向正極遷移，因而離子交換膜需選用陽離子交換膜8銀制器皿表面日久因生成Ag2S而變黑，可進行如下處理：將表面發(fā)黑的銀器浸入盛有食鹽水的鋁質容器中(如圖)，一段時間后黑色褪去。有關說法正確的是( )A該處理過程中電能轉化為化學能 B銀器為正極，Ag2S還原為單質銀CAg2S溶解于食鹽水生成了AgCl D鋁質容器為陽極，其質量變輕9(1)鐵是用途最廣的金屬材料之一，但生鐵易生銹。請討論電化學實驗中有關鐵的性質。某原電池裝置如圖所示，上圖右側燒杯中的電極反應式為_，左側燒杯中的c(Cl)_(填“增大”、“減小”或“不變”)。已知下圖甲、乙兩池的總反應式均為FeH2SO4=FeSO4H2，且在同側電極(指均在“左電極”或“右電極”)產生H2。請在兩池上標出電極材料(填“Fe”或“C”)