学 海 无 涯 第第 2 讲讲 原电池原电池 化学电源化学电源 考纲要求 1 了解原电池的工作原理 能写出电极反应和电池反应方程式 2 了解常 见化学电源的种类及其工作原理 考点一 原电池及其工作原理 1 概念 把化学能转化为电能的装置 2 工作原理 以锌铜原电池为例 电极名称 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 Zn 2e Zn2 Cu2 2e Cu 反应类型 氧化反应 还原反应 电子流向 由 Zn 沿导线流向 Cu 盐桥中离子移向 盐桥含饱和 KCl 溶液 K 移向正极 Cl 移向负极 3 原电池的构成条件 1 一看反应 看是否有能自发进行的氧化还原反应发生 一般是活泼性强的金属与电 解质溶液反应 2 二看两电极 一般是活泼性不同的两电极 3 三看是否形成闭合回路 形成闭合回路需三个条件 电解质溶液 两电极直 接或间接接触 两电极插入电解质溶液 题组一 原电池工作原理的考查 学 海 无 涯 1 下列装置中能构成原电池产生电流的是 答案 B 解析 A 项 电极相同不能构成原电池 C 项 酒精不是电解质溶液 不能构成原 电池 D 项 锌与电解质溶液不反应 无电流产生 2 有关电化学知识的描述正确的是 A CaO H2O Ca OH 2 可以放出大量的热 故可把该反应设计成原电池 把其 中的化学能转化为电能 B 某原电池反应为 Cu 2AgNO3 Cu NO3 2 2Ag 装置中的盐桥中可以是装有 含琼胶的 KCl 饱和溶液 C 原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成 D 理论上说 任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池 答案 D 解析 CaO H2O Ca OH 2不是氧化还原反应 KCl 和 AgNO3反应生成 AgCl 沉 淀易阻止原电池反应的发生 作电极的不一定是金属 如石墨棒也可作电极 规避原电池工作原理的 4 个易失分点 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 题组二 原电池正 负极的判断 3 下列有关原电池的说法中正确的是 A 在内电路中 电子由正极流向负极 B 在原电池中 相对较活泼的金属作负极 不活泼的金属作正极 C 原电池工作时 正极表面一定有气泡产生 学 海 无 涯 D 原电池工作时 可能会伴随着热能变化 答案 D 解析 A 项 内电路中不存在电子的移动 B 项 若是由铝 镁 氢氧化钠溶液构 成的原电池 则负极是铝 C 项 若是由锌 铜 硫酸铜溶液构成的原电池 则正 极表面析出铜 没有气泡产生 4 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 6H2O 6e 6OH 3H 2 C 中 Fe 作负极 电极反应式为 Fe 2e Fe2 D 中 Cu 作正极 电极反应式为 2H 2e H 2 答案 B 解析 中 Mg 不与 NaOH 溶液反应 而 Al 能和 NaOH 溶液反应失去电子 故 Al 是负极 中 Fe 在浓硝酸中易钝化 Cu 和浓 HNO3反应失去电子作负极 A 错 C 错 中电池总反应为 2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 负极电极反应式 为 2Al 8OH 6e 2AlO 2 4H2O 二者相减得到正极电极反应式为 6H2O 6e 6OH 3H2 B 正确 中 Cu 是正极 电极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH D 错 原电池正 负极判断方法 学 海 无 涯 说明 原电池的正极与负极与电极材料的性质有关 也与电解质溶液有关 不要形 成活泼电极一定作负极的思维定势 学 海 无 涯 考点二 原电池原理的应用 1 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相连 使锌作原电池的负极 2 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 3 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 4 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 题组训练 原电池原理的应用 1 电工经常说的一句口头禅 铜接铝 瞎糊弄 所以电工操作上规定不能把铜导 线与铝导线连接在一起使用 说明原因 答案 铜 铝接触在潮湿的环境中形成原电池 加快了铝的腐蚀 易造成电路断路 2 请运用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 要求用烧杯和盐桥 并标出外电路电子流向 答案 Cu 2e Cu2 2Fe3 2e 2Fe2 3 有 A B C D E 五块金属片 进行如下实验 A B 用导线相连后 同时浸入 稀 H2SO4溶液中 A 极为负极 C D 用导线相连后 同时浸入稀 H2SO4溶液中 电流由 D 导线 C A C 相连后 同时浸入稀 H2SO4溶液中 C 极产生大量气 学 海 无 涯 泡 B D 相连后 同时浸入稀 H2SO4溶液中 D 极发生氧化反应 用惰性电 极电解含 B 离子和 E 离子的溶液 E 先析出 据此 判断五种金属的活动性顺序是 来源 Z xx k Com A A B C D E B A C D B E C C A B D E D B D C A E 答案 B 解析 金属与稀 H2SO4溶液组成原电池 活泼金属为负极 失去电子发生氧化反应 较不活泼的金属为正极 H 在正极电极表面得到电子生成 H2 电子运动方向由负 极 正极 电流方向则由正极 负极 在题述原电池中 A B 原电池 A 为负极 C D 原电池 C 为负极 A C 原电池 A 为负极 B D 原电池 D 为负极 E 先析 出 E 不活泼 综上可知 金属活动性 A C D B E 4 把适合题意的图像填在横线上 用 A B C D 表示 1 将等质量的两份锌粉 a b 分别加入过量的稀硫酸 同时向 a 中加入少量的 CuSO4 溶液 产生 H2的体积 V L 与时间 t min 的关系是 2 将过量的两份锌粉 a b 分别加入定量的稀硫酸 同时向 a 中加入少量的 CuSO4 溶液 产生 H2的体积 V L 与时间 t min 的关系是 3 将 1 中的 CuSO4溶液改成 CH3COONa 溶液 其他条件不变 则图像是 答案 1 A 2 B 3 C 解析 加入 CuSO4溶液 Zn 置换出 Cu 形成原电池 加快反应速率 1 a 中 Zn 减少 H2体积减小 2 中由于 H2SO4定量 产生 H2的体积一样多 3 当把 CuSO4 溶液改成 CH3COONa 溶液时 由于 CH3COO H CH3COOH a 中 c H 减少 反应速率减小 但产生 H2的体积不变 所以 C 项正确 改变 Zn 与 H 反应速率的方法 1 加入 Cu 或 CuSO4 形成原电池 加快反应速率 加入 Cu 不影响 Zn 的量 但加 入 CuSO4 Zn 的量减少 是否影响产生 H2的量 应根据 Zn H 的相对量多少判 学 海 无 涯 断 2 加入强碱弱酸盐 由于弱酸根与 H 反应 使 c H 减小 反应速率减小 但不 影响产生 H2的量 来源 Zxxk Com 学 海 无 涯 考点三 化学电源 1 碱性锌锰干电池 一次电池 总反应式 Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 正极反应 2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH 负极反应 Zn 2OH 2e Zn OH 2 2 锌银电池 一次电池 负极反应 Zn 2OH 2e Zn OH 2 正极反应 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 总反应式 Zn Ag2O H2O Zn OH 2 2Ag 3 二次电池 可充电电池 铅蓄电池是最常见的二次电池 负极材料是 Pb 正极材料是 PbO2 1 放电时的反应 负极反应 Pb SO2 4 2e PbSO 4 正极反应 PbO2 4H SO2 4 2e PbSO 4 2H2O 总反应 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 2 充电时的反应 阴极反应 PbSO4 2e Pb SO2 4 阳极反应 PbSO4 2H2O 2e PbO 2 4H SO2 4 总反应 2PbSO4 2H2O Pb PbO2 2H2SO4 4 燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池 可分酸性和碱性两种 种类 酸性 碱性 负极反应式 2H2 4e 4H 2H2 4OH 4e 4H 2O 正极反应式 来源 Z xx k Com O2 4e 4H 2H 2O O2 2H2O 4e 4OH 电池总反应式 2H2 O2 2H2O 深度思考 1 可充电电池充电时电极与外接电源的正 负极如何连接 答案 学 海 无 涯 2 铅蓄电池是典型的可充电电池 它的正负极极板是惰性材料 请回答下列问题 不考 虑氢 氧的氧化还原 1 放电时电解液中 H2SO4的浓度将变 当外电路通过 1 mol 电子时 理论上负极板的质量增加 g 2 在完全放电耗尽 PbO2和 Pb 时 若按右图连接 电解一段时间后 则在 A 电极上生成 B 电极上生成 此时铅 蓄电池的正负极的极性将 答案 1 小 48 2 Pb PbO2 对换 解析 1 放电时为原电池 正极为 PbO2 其电极反应式为 PbO2 4H SO 2 4 2e PbSO4 2H2O 从电池总反应式可知 随着电池放电 H2SO4不断被消耗 因 此 其浓度逐渐变小 由 Pb SO 2 4 2e PbSO4可知 当外电路通过 1 mol e 时 理论上负极板有 0 5 mol Pb 变为 0 5 mol PbSO4 即质量增加 96 g mol 1 0 5 mol 48 g 2 当完全放电耗尽 PbO2和 Pb 时 两极均变为 PbSO4 再按图中通电 电解时 A 极板发生反应 PbSO4 2e Pb SO 2 4 B 极板发生反应 PbSO4 2H2O 2e PbO2 4H SO 2 4 此时铅蓄电池的正负极的极性将对换 3 1 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 溶液的 pH 填 减小 增大 或 不变 2 氢氧燃料电池以 H2SO4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 溶液的 pH 填 减小 增大 或 不变 答案 1 减小 减小 2 减小 增大 学 海 无 涯 题组一 化学电源中电极反应式的书写 1 Li SOCl2电池可用于心脏起搏器 该电池的电极材料分别为锂和碳 电解液是 LiAlCl4 SOCl2 电池的总反应可表示为 4Li 2SOCl2 4LiCl S SO2 请回答下列问题 1 电池的负极材料为 发生的电极反应为 2 电池正极发生的电极反应为 答案 1 锂 Li e Li 2 2SOCl2 4e 4Cl S SO 2 解析 分析反应的化合价变化 可知 Li 失电子 被氧化 为还原剂 SOCl2得电子 被还原 为氧化剂 1 负极材料为 Li 还原剂 Li e Li 2 正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到 2SOCl2 4e 4Cl S SO2 2 铝 空气海水电池 以铝板为负极 铂网为正极 海水为电解质溶液 空气中的氧气 与铝反应产生电流 电池总反应为 4Al 3O2 6H2O 4Al OH 3 负极 正极 答案 4Al 12e 4Al3 3O2 6H2O 12e 12OH 化学电源中电极反应式书写的一般程序 加减法 书写电极反应式 1 先确定原电池的正负极 列出正负极上的反应物质 并标出相同数目电子的得失 2 注