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第2节 原电池 化学电源 高考导航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。 1概念把化学能转化为电能的装置。2构成条件(1)有两个活泼性不同的电极(常见为金属或石墨)。(2)将电极插入电解质溶液中。(3)两电极间构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。(4)能自发发生氧化还原反应。3工作原理如图是CuZn原电池,请填空:(1)反应原理: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 (2)原电池中的三个方向:电子方向:从负极流出沿导线流入正极;电流方向:从正极沿导线流向负极;离子的迁移方向:电解质溶液中,阴离子向负极迁移,阳离子向正极迁移。 (3)两种装置的比较:装置中还原剂Zn与氧化剂Cu2直接接触,易造成能量损耗;装置能避免能量损耗;装置中盐桥的作用是提供离子迁移通路,导电。 问题 原电池正负极的判断方法 判断下列说法的正误(1)在原电池中,发生氧化反应的电极一定是负极。( )(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)其他条件均相同,带有”盐桥”的原电池比不带”盐桥”的原电池电流持续时间长。 ( )(5)Mg比Al活泼,二者形成原电池时,一定是Mg做负极。( )(6)电子流出的极是原电池的正极。( )(7)原电池中,阳离子向负极移动。( )(8)Al比Cu活泼,二者形成原电池时,一定是Al做负极。( )答案:(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 角度一 原电池工作原理1在如图所示的8个装置中,属于原电池的是( )A BC D解析:选D 根据原电池的构成条件可知:中只有一个电极,中两电极材料相同,中酒精不是电解质,中两电极材料相同且无闭合回路,故不符合形成原电池的条件,均不能构成原电池。2.如图,在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y,外电路中电子流向如图所示,关于该装置的下列说法正确的是( ) A外电路的电流方向为:X外电路YB若两电极分别为铁和碳棒,则X为碳棒,Y为铁CX极上发生的是还原反应,Y极上发生的是氧化反应D若两电极都是金属,则它们的活动性强弱为XY解析:选D 外电路电子流向为X外电路Y,电流方向与其相反;X极失电子,作负极,Y极发生的是还原反应,X极发生的是氧化反应;若两电极分别为铁和碳棒,则Y为碳棒,X为铁。3如图是某同学设计的原电池装置,下列叙述中正确的是( )A电极上发生还原反应,作原电池的负极B电极的电极反应式为Cu22e=CuC该原电池的总反应为2Fe3Cu=Cu22Fe2D盐桥中装有含氯化钾的琼脂,其作用是传递电子解析:选C 该原电池的总反应为2Fe3Cu=Cu22Fe2。电极上发生还原反应,作原电池的正极,电极反应式为2Fe32e=2Fe2,电极为原电池负极,发生氧化反应,电极反应式为Cu2e=Cu2。盐桥中装有含氯化钾的琼脂,其作用是传递离子。角度二 原电池正、负极的判断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6H2O6e=6OH3H2C中Fe作负极,电极反应式为Fe2e=Fe2D中Cu作正极,电极反应式为2H2e=H2解析:选B 中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能和NaOH溶液反应失去电子作负极;中Fe在浓HNO3中钝化,Cu和浓HNO3反应失去电子作负极,则Fe作正极,A、C错误;中电池总反应为2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2,负极反应式为2Al8OH6e=2AlO2()4H2O,二者相减得到正极反应式为6H2O6e=6OH3H2,B正确;中Cu是正极,电极反应式为O22H2O4e=4OH,D错误。5(2013江苏高考)MgH2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液,示意图如图所示。该电池工作时,下列说法正确的是( )AMg电极是该电池的正极BH2O2在石墨电极上发生氧化反应C石墨电极附近溶液的pH增大D溶液中Cl向正极移动解析:选C 根据题意可知电池的总反应为:MgH2O22H=Mg22H2O。Mg电极是该电池的负极,A错误;H2O2在正极发生还原反应,B错误;石墨电极的电极反应式为H2O22H2e=2H2O,由于水电离出的H不断被消耗,所以该电极附近溶液的pH增大,C正确;在原电池中,阴离子向负极移动,D错误。 应用1 比较金属的活动性强弱原电池中,一般活动性强的金属作负极,而活动性弱的金属(或可导电的非金属)作正极。如有两种金属A和B,用导线将A和B连接后,插入到稀硫酸中,一段时间后,若观察到A溶解,而B上有气体放出,则说明A作负极,B作正极,即可以断定金属活动性AB。对点练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 BACDBECCABDE DBDCAE解析:选B 金属与稀H2SO4溶液组成原电池,活泼金属失去电子发生氧化反应,作负极,较不活泼的金属作正极。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。2M、N、P、E四种金属,已知:MN2=NM2;M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中,M表面有大量气泡逸出;N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中,电极反应为E22e=E,N2e=N2。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是( )APMNE BENMPCPNME DEPMN解析:选A 由知,金属活动性:MN;M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中,M表面有大量气泡逸出,说明M作原电池的正极,故金属活动性:PM;N、E构成的原电池中,N作负极,故金属活动性:NE。应用2 加快化学反应速率由于形成原电池,而使氧化还原反应速率加快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成CuZn原电池,加快化学反应速率。对点练3一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时,为了加快反应速率又不影响生成H2的总量,可采取的措施是( )A加入少量稀NaOH溶液B加入少量CH3COONa固体C加入少量NH4HSO4固体 D加入少量CuSO4溶液解析:选D A中加入NaOH溶液,消耗盐酸,氢气的生成量会减少,错误;B中加入CH3COO会结合H,生成醋酸,减慢反应速率,错误;C中加入NH4HSO4固体,增加了H的量,生成的氢气会增多,错误;D中加入少量CuSO4溶液,Zn置换出少量Cu附着在锌表面,形成原电池可以加快反应速率,并且没有影响氢气的生成量,正确。4选择合适的图像:(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中,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_。解析:(1)a中加入CuSO4,消耗一部分Zn,Cu、Zn形成原电池,反应速率加快,所以a放出H2的量减少,但速率加快。(2)a中加入CuSO4消耗Zn,但不影响产生H2的量,速率也加快。(3)CH3COONa 与H2SO4反应后生成弱酸CH3COOH,从而减慢反应速率,但产生H2的量没发生变化。答案:(1)A (2)B (3)C应用3 用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁,可用导线将其与一块锌块相连,使锌作原电池的负极。对点练5下列关于电化学的叙述错误的是( )A生铁中含有碳,抗腐蚀能力比纯铁弱B用锡焊接的铁质器件,焊接处易生锈C在铁制品上镀铜时,镀件为阳极,铜盐为电镀液D铁管上镶嵌锌块,铁管不易被腐蚀解析:选C A、B项都是原电池原理,更易腐蚀;铁制品上镀铜,阳极应为铜,C错误;D项是牺牲阳极的阴极保护法。 6. 利用如图装置,可以模拟铁的电化学防护。(1)若X为碳棒,为减缓铁的腐蚀,开关K应置于_处。(2)若X为锌,开关K置于M处,该电化学防护法称为_。解析:铁被保护,可以是做原电池的正极,或者电解池的阴极。故若X为碳棒,开关K应置于N处,Fe做阴极受到保护;若X为锌,开关K置于M处,铁作正极,锌作负极,称为牺牲阳极的阴极保护法。答案:(1)N (2)牺牲阳极的阴极保护法应用4 设计原电池(1)必须是能自发进行且放热的氧化还原反应。(2)正、负极材料的选择:根据氧化还原关系找出正、负极材料,一般选择活泼性较强的金属作为负极;活泼性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。(3)电解质溶液的选择:电解质溶液一般要能够与负极发生反应,或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。但如果氧化反应和还原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选择与电极材料相同的阳离子,这样可减少离子极化作用,便于电子和离子的移动,如在CuZn构成的原电池中,负极Zn浸泡在含有Zn2的电解质溶液中,而正极Cu浸泡在含有Cu2的电解质溶液中。实例:根据Cu2Ag=Cu22Ag设计电池:对点练7某原电池总反应为:Cu2Fe3=Cu22Fe2,下列能实现该反应的原电池是( )选项ABCD电极材料Cu、ZnCu、CFe、ZnCu、Ag电解液
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