第六章第二節(jié)原電池化學電源

1、第二節(jié)原電池化學電源考綱展示1.了解原電池的工作原理，能寫出電極反應式和電池反應方程式。2.了解常見化學電源的種類及其工作原理。考點1| 原電池工作原理固本探源如圖所示A、B裝置中AB1裝置A的負極材料是鋅片，電極反應式為Zn2e=Zn2；裝置B的正極材料是銅片，電極反應式為Cu22e=Cu，總反應的離子方程式為ZnCu2=CuZn2。2裝置A、B中，電子都是由鋅片沿導線流向銅片，電解質(zhì)溶液中陰離子向負極遷移，陽離子向正極遷移。3根據(jù)裝置A、B可知，構(gòu)成原電池的基本條件(1)有兩個活潑性不同的電極(常為金屬或石墨)。(2)將電極插入電解質(zhì)溶液中。(3)兩電極間構(gòu)成閉合回路。4原電池是把化學能轉(zhuǎn)

2、化為電能的裝置，其實質(zhì)是發(fā)生了氧化還原反應。5裝置A、B的不同(1)裝置A中還原劑Zn與氧化劑Cu2直接接觸，既有化學能轉(zhuǎn)化為電能，又有化學能轉(zhuǎn)化為熱能，裝置溫度會升高，易造成能量損耗。(2)裝置B中Zn與氧化劑Cu2不直接接觸，僅有化學能轉(zhuǎn)化為電能，避免了能量損耗，故電流穩(wěn)定，持續(xù)時間長；鹽橋的作用是提供離子遷移的通路，平衡電荷。典例引領(lǐng)典例1 (2015天津高考)鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關(guān)敘述正確的是() A銅電極上發(fā)生氧化反應B電池工作一段時間后，甲池的c(SO)減小C電池工作一段時間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加D陰陽離子分別通過交換膜向負極和

3、正極移動，保持溶液中電荷平衡拓展延伸本題中電池工作一段時間后，兩極區(qū)陽離子、陰離子濃度如何變化？為什么？【提示】左池中Zn2、SO濃度均不發(fā)生變化。右池中Cu2濃度降低、Zn2濃度升高、SO濃度保持不變。因為兩池間為陽離子交換膜，只有Zn2從左側(cè)移向右側(cè)。考點精析1原理圖示2原電池正、負極的判斷方法題組強化 題組1原電池工作原理1下列裝置中能構(gòu)成原電池產(chǎn)生電流的是()ABCD2(2016朝陽區(qū)模擬)如圖為鋅銅原電池裝置圖，下列說法不正確的是() A電子由Zn極流向Cu極B該裝置的總反應為ZnCu2=Zn2CuC一段時間后，A池帶正電荷，B池帶負電荷D取出鹽橋，電流計指針不再偏轉(zhuǎn)3(2013新課

4、標全國卷)銀質(zhì)器皿日久表面會逐漸變黑，這是生成了Ag2S的緣故。根據(jù)電化學原理可進行如下處理：在鋁質(zhì)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(xiàn)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(zhì)銀C該過程中總反應為2Al3Ag2S=6AgAl2S3D黑色褪去的原因是黑色Ag2S轉(zhuǎn)化為白色AgCl誤區(qū)警示原電池工作原理的易錯點(1)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(zhuǎn)化為電能。(2)電解質(zhì)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。(3)無論在原電池還是在電解池中，電子均不能通過電

5、解質(zhì)溶液。(4)原電池的負極失去電子的總數(shù)等于正極得到電子的總數(shù)。(5)鹽橋的作用：連接內(nèi)電路，形成閉合回路；平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。 題組2電極反應方程式的書寫4如圖是某同學設計的原電池裝置，下列敘述中正確的是()A電極上發(fā)生還原反應，作原電池的負極B電極的電極反應式為：Cu22e=CuC該原電池的總反應式為：2Fe3Cu=Cu22Fe2D鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂，其作用是傳遞電子5分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結(jié)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=Fe2D中Cu作正極，電極反應式為

6、2H2e=H26MCFC型燃料電池可同時供應電和水蒸氣，其工作溫度為600700 ，所用燃料為H2，電解質(zhì)為熔融的K2CO3。已知該電池的總反應為2H2O2=2H2O，則下列有關(guān)該電池的說法正確的是()A該電池的正極反應式為4OH4e=O22H2OB該電池的負極反應式為H2CO2e=H2OCO2C放電時CO向正極移動D該燃料電池能量轉(zhuǎn)化率很低歸納總結(jié)原電池電極反應方程式的書寫(1)書寫步驟(2)介質(zhì)對電極反應式書寫的影響中性溶液反應物若是H得電子或OH失電子，則H或OH均來自于水的電離。酸性溶液反應物或生成物中均沒有OH。堿性溶液反應物或生成物中均沒有H。水溶液中不能出現(xiàn)O2?？键c2| 化學電

7、源固本探源1化學電源的種類及其工作原理2一次電池(堿性鋅錳干電池)正極反應：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH；負極反應：Zn2OH2e=Zn(OH)2；總反應：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。3二次電池(以鉛蓄電池為例)(1)放電時的反應負極反應：Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)；正極反應：PbO2(s)4H(aq)SO(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)；總反應：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)。(2)充電時的反應陰極反應：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)；陽極反應：PbSO4(s)2

8、H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO(aq)；總反應：2PbSO4(s)2H2O(l)=Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。4燃料電池：氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分為酸性和堿性兩種。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2H2O2=2H2O氫氧燃料電池以KOH溶液作電解質(zhì)溶液時，工作一段時間后，電解質(zhì)溶液的濃度將減小，溶液的pH增大。典例引領(lǐng)典例2(2014天津高考)已知：鋰離子電池的總反應為：LixCLi1xCoO2CLiCoO2鋰硫電池的總反應為：2LiSLi2S有關(guān)上

9、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【解題導引】(1)充電電池放電、充電分別適應什么原理？【提示】放電原電池原理、充電電解池原理。(2)充電電池充電時與電源的連接方式是什么？【提示】充電電池正極連電源的正極，負極連電源的負極。考點精析1新型電池“放電”時正、負極的判斷新型電池2新型電池“放電”時，電極反應式的書寫首先根據(jù)電池反應分析物質(zhì)得失電子情況，然后再考慮電極反應生成的物質(zhì)是否跟電解質(zhì)溶液中的離子發(fā)生反應；對于較復雜的電極反應，可以利用總反應方程式減去較簡單一極的電極

10、反應式，從而得到較復雜一極的電極反應式。3新型電池“充電”時陰、陽極的判斷首先明確原電池放電時的正、負極，再根據(jù)充電時，電源正極接正極、電源負極接負極的原理進行分析。4新型電池充、放電時，電解質(zhì)溶液中離子移動方向的判斷首先分清電池是放電還是充電；再判斷正、負極或陰、陽極，進而可確定離子的移動方向。題組強化1(2015江蘇高考)一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意圖如下。下列有關(guān)該電池的說法正確的是()A反應CH4H2O3H2CO，每消耗1 molCH4轉(zhuǎn)移12 mol電子B電極A上H2參與的電極反應為：H22OH2e=2H2OC電池工作時，CO向電極B移動D電極B上發(fā)生的電極反應為：O22CO24e

11、=2CO2(2014新課標全國卷)2013年3月我國科學家報道了如圖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=Li1xMn2O4x LiC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3鋰電池因具有安全、環(huán)保和價格低廉等優(yōu)點而成為當前電池研究領(lǐng)域的熱點。以釩酸鈉(NaV3O8)為正極材料的電極反應式為NaV3O8xLixe=NaLixV3O8，則下列說法中不正確的是()A放電時，負極的電極反應式為Lie=LiB充電過程中Li從陽極向陰極遷移C充電過程中陽極的電極反應式為NaLixV3O8xe=NaV3O8xLi，NaLixV

12、3O8中釩的化合價發(fā)生了變化D該電池可以用硫酸鈉溶液作電解質(zhì)溶液考點3| 原電池原理的應用固本探源1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。2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(chǎn)生H2的反應速率加快。3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(jù)原電池的反應特點，結(jié)合兩個半反應找出正、負極材料和電解質(zhì)溶液。4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(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導線將其與一塊鋅塊

13、相連，使鋅作原電池的負極。典例引領(lǐng)典例3(2015安徽高考節(jié)選)常溫下，將除去表面氧化膜的Al、Cu片插入濃HNO3中組成原電池(圖1)，測得原電池的電流強度(I)隨時間(t)的變化如圖2所示，反應過程中有紅棕色氣體產(chǎn)生。圖1圖20t1時，原電池的負極是Al片，此時，正極的電極反應式是_，溶液中的H向_極移動。t1時，原電池中電子流動方向發(fā)生改變，其原因是_?！窘忸}導引】(1)常溫下，把鋁片插入濃硝酸中有何現(xiàn)象？為什么？【提示】鋁片表面無明顯變化，因為鋁在濃硝酸中發(fā)生鈍化，表面生成的氧化膜阻止了Al的進一步反應。(2)銅和濃硝酸的反應中，被還原的物質(zhì)是什么？分別寫出氧化反應和還原反應的離子方程

14、式?！咎崾尽繚庀跛岜贿€原。氧化反應：Cu2e=Cu2，還原反應：2HNOe=NO2H2O?！窘馕觥吭?t1時，正極上NO得電子后結(jié)合H生成NO2和H2O；在原電池中，陽離子向正極移動，故H向正極移動；由于Al在濃硝酸中發(fā)生了鈍化，生成的氧化膜阻止了反應的進行，此時Cu與濃硝酸反應而導致Cu作負極，電子流動方向發(fā)生了改變?！敬鸢浮縉Oe2H=NO2H2O正Al在濃硝酸中發(fā)生鈍化，氧化膜阻止了Al的進一步反應拓展延伸1典例3圖1中的濃硝酸溶液換成NaOH溶液，下列說法正確的是()A銅極是該電池的負極B該電池的負極反應式為Al4OH3e=AlO2H2OC電池工作時，Na向鋁電極移動D每轉(zhuǎn)移6 mol

15、 e，電極上會生成67.2 L氫氣【解析】銅片是原電池的正極，鋁片是原電池的負極，A錯誤；負極上，鋁失去電子然后和電解質(zhì)NaOH溶液生成AlO，B正確；原電池內(nèi)部，陽離子移向原電池的正極，C錯誤；沒有說明，生成的氣體是否是處于標準狀況下，所以不能計算出其體積，D錯誤?！敬鸢浮緽2典例3圖1中的鋁電極換為鎂電極，下列說法錯誤的是()A正極的電極反應式為2HNOe=NO2H2OB電子移動的方向為鎂電極導線銅電極C原電池中電子流動方向會在某時刻t發(fā)生改變D該電池的總反應為Mg4H2NO=Mg22NO22H2O題組強化1(2012大綱全國卷)四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可組成原電池。相連時，外電路

16、電流從流向；相連時，為正極；相連時，上有氣泡逸出；相連時，的質(zhì)量減少。據(jù)此判斷這四種金屬活動性由大到小的順序是()ABC D2某實驗小組同學對電化學原理進行了一系列探究活動。甲乙(1)如圖為某實驗小組依據(jù)氧化還原反應：(用離子方程式表示)_ _。設計的原電池裝置，反應前，電極質(zhì)量相等，一段時間后，兩電極質(zhì)量相差12 g，導線中通過_mol電子。(2)其他條件不變，若將CuCl2溶液換為NH4Cl溶液，石墨電極反應式為_，這是由于NH4Cl溶液顯_(填“酸性”、“堿性”或“中性”)，用離子方程式表示溶液顯此性的原因_，用吸管吸出鐵片附近溶液少許置于試管中，向其中滴加少量新制飽和氯水，寫出發(fā)生反應

17、的離子方程式_，然后滴加幾滴硫氰化鉀溶液，溶液變紅，繼續(xù)滴加過量新制飽和氯水，顏色褪去，同學們對此做了多種假設，某同學的假設是：“溶液中的3價鐵被氧化為更高的價態(tài)?！比绻?價鐵被氧化為FeO，試寫出該反應的離子方程式_。 (3)如圖其他條件不變，若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n型，如圖所示，一段時間后，在甲裝置銅絲附近滴加酚酞試液，現(xiàn)象是_，電極反應式為_；甲乙乙裝置中石墨(1)為_極(填“正”、“負”、“陰”或“陽”)，乙裝置中與銅線相連石墨電極上發(fā)生的反應式為_，產(chǎn)物常用_檢驗，反應的離子方程式為_?！敬鸢浮?1)FeCu2=Fe2Cu0.2(2)2H2e=H2酸性NHH2ONH3H2O

18、H2Fe2Cl2=2Fe32Cl2Fe33Cl28H2O=2FeO6Cl16H(3)溶液變紅O22H2O4e=4OH陰2Cl2e=Cl2濕潤淀粉碘化鉀試紙Cl22I=2ClI2課堂小結(jié)(教師用書獨具)1原電池實質(zhì)的2個方面(1)反應本質(zhì)：氧化還原反應；(2)能量轉(zhuǎn)化：化學能轉(zhuǎn)化為電能。2原電池中應注意的3個“方向”(1)外電路中電子移動方向：負極正極，電流方向：正極負極；(2)電池內(nèi)部離子移動方向：陰離子負極，陽離子正極；(3)鹽橋中(含飽和KCl溶液)離子移動方向：K正極，Cl負極。3原電池電極判斷的6種方法(1)負極：較活潑金屬、氧化反應、電子流出、電流流入、陰離子移向極、不斷溶解。(2)

19、正極：不活潑金屬或非金屬、還原反應、電子流入、電流流出、陽離子移向極、電極增重。4原電池的4個應用(1)加快氧化還原反應的速率；(2)比較金屬活動性強弱；(3)用于金屬的防護；(4)設計制作化學電源。分層限時跟蹤練(二十)(限時：45分鐘)1(2014北京高考)下列電池工作時，O2在正極放電的是() A鋅錳電池B氫燃料電池C鉛蓄電池D鎳鎘電池2根據(jù)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=H2D燒杯b中發(fā)生的反應為2Cl2e=Cl23. 選用下列試劑和電極：稀H2SO4、Fe2(SO4)3溶液、鐵棒、銅棒、鉑棒，組成如圖所示的原電

20、池裝置(只有兩個電極)，觀察到電流計G的指針均明顯偏轉(zhuǎn)，則其可能的組合共有()A6種B5種C4種 D3種4目前市面上有一種新型飯盒“即熱飯盒”，其原理是在飯盒底部有兩層，一層存放食鹽水，另一層存放鎂和鐵的混合物，使用時打開隔離層，食物即可被快速加熱。下列對其工作原理分析不正確的是()A打開隔層后，形成了由食鹽水、鎂和鐵構(gòu)成的原電池B金屬鎂發(fā)生了氧化反應C鐵是該原電池的負極D反應中涉及化學能、電能和熱能的轉(zhuǎn)化5(2015全國卷)微生物電池是指在微生物的作用下將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說法錯誤的是()A正極反應中有CO2生成B微生物促進了反應中電子的轉(zhuǎn)移C質(zhì)

21、子通過交換膜從負極區(qū)移向正極區(qū)D電池總反應為C6H12O66O2=6CO26H2O6. 某化學小組構(gòu)想將汽車尾氣(NO、NO2)轉(zhuǎn)化為重要的化工原料HNO3，其原理如圖所示，其中A、B為多孔材料。下列說法正確的是()A電解質(zhì)溶液中電流的方向由B到A，電子的流向與之相反B電極A表面反應之一為NO3e2H2O=NO4HC電極B附近的c(NO)增大D該電池工作時，每轉(zhuǎn)移4 mol電子，生成22.4 L O27鋰空氣電池能夠提供相當于普通鋰離子電池10倍的能量，因此它是最有前途的電池技術(shù)之一。如圖是鋰空氣電池放電和充電時的工作示意圖。下列說法正確的是()Aa極為原電池的正極B電池充電時，b極發(fā)生的反應

22、為O22H2O4e=4OHC放電時，a極鋰的化合價未發(fā)生變化D充電時，溶液中Li由b極向a極遷移8(2016寶雞質(zhì)檢)某準晶體X由一定比例的Al、Fe、Cu組成，取兩小塊該準晶體：一塊投入到盛KOH溶液的燒杯中；另一塊投入到盛稀硫酸的燒杯中，兩燒杯中固體均被液體浸沒。下列分析合理的是()A燒杯中若構(gòu)成微型電池，正極反應為4OH4e=2H2OO2B燒杯中若鋁、銅作電極構(gòu)成微型電池，負極反應為Al3e3OH=Al(OH)3C燒杯中可能構(gòu)成三種微型電池，且正極反應相同D燒杯溶液最終呈藍色9(2014海南高考節(jié)選)鋰錳電池的體積小、性能優(yōu)良，是常用的一次電池。該電池反應原理如圖所示，其中電解質(zhì)LiCl

23、O4。溶于混合有機溶劑中，Li通過電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列問題：(1)外電路的電流方向是由_極流向_極。(填字母)(2)電池正極反應式為_。(3)是否可用水代替電池中的混合有機溶劑？_(填“是”或“否”)，原因是_。10(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(guān)鐵的性質(zhì)。鹽橋中裝有含瓊脂的KCl飽和溶液某原電池裝置如圖所示，上圖右側(cè)燒杯中的電極反應式為_，左側(cè)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(cè)電極(指均在“左電極”或“右電極”)產(chǎn)生H2。請在兩

24、池上標出電極材料(填“Fe”或“C”)。(2)堿性鋅錳干電池的剖面圖如圖所示，已知電池放電后的產(chǎn)物是Zn(OH)2和MnOOH，則其總反應式為_，正極反應式為_。電池中的鋅粉能和KOH發(fā)生反應，該反應類似于鋁粉與KOH的反應，其化學方程式是_，因此電池長時間不用會發(fā)生體積的膨脹和漏液?！敬鸢浮?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廣東湛江測試)科學家制造出一種使用固體電解質(zhì)的高效燃料電池。一個電極通入空氣，另一個電極通入燃料氣。其

25、中固體電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導O2(其中氧化反應發(fā)生完全)。以丙烷(C3H8)為燃料。電池的負極反應式為_；放電時固體電解質(zhì)里的O2向_(填“正”或“負”)極移動。(2)(2016浙江紹興模擬)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料電池，其原理見圖。該電池在使用過程中石墨電極上生成氧化物Y，其電極反應式為_；若生成1 mol Y，則需要消耗標準狀況下氧氣的體積為_L。(3)(2016河南焦作模擬)以甲醇為原料，使用酸性電解質(zhì)構(gòu)成燃料電池，該燃料電池的負極反應式為_；若以甲烷代替該燃料電池中的甲醇，向外界提供相等電量，則每代替3.2 g甲醇，所需標準狀況下的甲烷的體

26、積為_L。(4)(2013新課標全國卷節(jié)選)二甲醚(CH3OCH3)直接燃料電池具有啟動快、效率高等優(yōu)點，其能量密度高于甲醇直接燃料電池(5.93 kWhkg1)。若電解質(zhì)為酸性，二甲醚直接燃料電池的負極反應為_，一個二甲醚分子經(jīng)過電化學氧化，可以產(chǎn)生_個電子的電量?！敬鸢浮?1)C3H810O220e=3CO24H2O負(2)NO2NOe=N2O55.6(3)CH3OHH2O6e=CO26H1.68(4)CH3OCH33H2O12e=2CO212H1212(2013新課標全國卷)“ZEBRA”蓄電池的結(jié)構(gòu)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(guān)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=Ni2ClD鈉離子通過鈉離子導體在兩電極間移動13(2016大慶質(zhì)檢)光電池是發(fā)展性能源。一種光化學電池的結(jié)構(gòu)如圖，當光照在表面涂有氯化銀的銀片上時，AgCl(s)Ag(s)Cl(AgCl)Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化銀表面，接著Cl(AgCl)e=Cl