第第 2 讲讲 原电池的工作原理原电池的工作原理 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概念和反应本质 原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。 2工作原理 以铜锌原电池为例 电极名称负极正极 电极材料锌片铜片 电极反应Zn2e=Zn2Cu22e=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。 深度思考 1在下列原电池图示中依据电子流向和离子移动方向画出形成闭合回路的原理。 2判断正误，正确的划“” ，错误的划“” (1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极( ) (2)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强( ) (3)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应 ( ) (4)带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长( ) 答案 (1) (2) (3) (4) 题组一 原电池正、负极的判断 1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 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。 2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 6H2O6e=6OH3H2 C中 Fe 作负极，电极反应式为 Fe2e=Fe2 D中 Cu 作正极，电极反应式为 2H2e=H2 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 在浓硝酸中钝化，Cu 和浓 HNO3反应失去电子作负极，A、C 错；中电池 总反应为 2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，负极反应式为 2Al8OH6e=2AlO4H2O，二者相减得到正极反应式为 2 6H2O6e=6OH3H2，B 正确；中 Cu 是正极，电极反应式为 O22H2O4e=4OH，D 错。 归纳总结归纳总结 原电池正、负极判断方法 说明 原电池的正极和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。 题组二 原电池工作原理的考查 3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。 4有关电化学知识的描述正确的是( ) ACaOH2O=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 Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，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 CaOH2O=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。 反思归纳反思归纳 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。 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。 题组一 判断金属的活泼性 1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 ( ) AABCDE BACDBE CCABDE DBDCAE 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，AB 原电池，A 为负极；CD 原电池， C 为负极；AC 原电池，A 为负极；BD 原电池，D 为负极；E 先析出，E 不活泼。综 上可知，金属活动性：ACDBE。 2有 A、B、C、D 四种金属，做如下实验：将 A 与 B 用导线连接起来，浸入电解质溶 液中，B 不易腐蚀；将 A、D 分别投入等物质的量浓度的盐酸中，D 比 A 反应剧烈； 将铜浸入 B 的盐溶液里，无明显变化，如果把铜浸入 C 的盐溶液里，有金属 C 析出。 据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是 ( ) AABCD BCDAB CDABC DABDC 答案 C 解析 A 与 B 用导线连接后浸入电解质溶液中会构成原电池，B 不易腐蚀，说明 B 为 原电池的正极，金属活动性 AB；A、D 与等物质的量浓度的盐酸反应，D 比 A 反 应剧烈，金属活动性 DA；根据置换反应规律，Cu 不能置换出 B，说明金属活动性 BCu；Cu 能置换出 C，说明金属活动性 CuC。则四种金属活动性的排列顺序是 DABC。 反思归纳反思归纳 比较金属活泼性的“三种方法” (1)根据原电池：一般情况下，负极大于正极。 (2)根据电解池：易得电子的金属阳离子，相应金属的活动性较弱。 (3)根据金属活动性顺序表。 题组二 设计原电池 3某原电池总反应为 Cu2Fe3=Cu22Fe2，下列能实现该反应的原电池是 ( ) ABCD 电极材料Cu、ZnCu、CFe、ZnCu、Ag 电解液FeCl3Fe(NO3)2CuSO4Fe2(SO4)3 答案 D 解析 根据 Cu2Fe3=Cu22Fe2，Cu 作负极，含有 Fe3的溶液作为电解质溶液， 比 Cu 活泼性弱的作为正极。 4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 Cu2e=Cu2 2Fe32e=2Fe2 反思归纳反思归纳 “装置图”常见失分点提示 (1)不注明电极材料名称或元素符号。 (2)不画出电解质溶液(或画出但不标注)。 (3)误把盐桥画成导线。 (4)不能连成闭合回路。 题组三 改变化学反应速率 5电工经常说的一句口头禅：“铝接铜，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 6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 CH3COOH=CH3COOH，a 中 c(H)减少，反应速率减 小，但生成 H2的体积不变，所以 C 项正确。 反思归纳反思归纳 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，但不影响生 成 H2的量。 考点三 化学电源 1碱性锌锰干电池一次电池 正极反应：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH； 负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2； 总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。 2锌银电池一次电池 负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2； 正极反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH； 总反应：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。 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：PbSO2e=PbSO4； 24 正极反应：PbO24HSO2e=PbSO42H2O； 24 总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。 (2)充电时的反应 阴极反应：PbSO42e=PbSO； 24 阳极反应：PbSO42H2O2e=PbO24HSO； 24 总反应：2PbSO4