專題4.1 原電池一、電化學及其分類1電化學的概念：研究_相互轉(zhuǎn)換的裝置、過程和效率的科學。2電化學的分類二、原電池及其工作原理1原電池（1）概念：將_轉(zhuǎn)化為_的裝置。（2）實質(zhì)：利用能自發(fā)進行的_反應將化學能轉(zhuǎn)化為電能。（3）構(gòu)成條件。兩個_的電極；_溶液；形成_回路；自發(fā)進行的_反應。2原電池的工作原理（以鋅銅原電池為例）。工作原理：利用_反應在不同區(qū)域內(nèi)進行，以適當方式連接起來，獲得電流。以銅鋅原電池為例：（1）在ZnSO4溶液中，鋅片逐漸溶解，即Zn被_，鋅原子失電子，形成_進入溶液，從鋅片上釋放的電子，經(jīng)過導線流向_；CuSO4溶液中，_從銅片上得電子，還原成為_并沉積在銅片上。鋅為_，發(fā)生_反應，電極反應式為Zn2e=Zn2；銅為_，發(fā)生_反應，電極反應式為Cu22e=Cu?？偡磻綖閆nCu2=Zn2Cu，反應是自發(fā)進行的。（2）閉合回路的構(gòu)成：外電路：電子從_到_，電流從正極到負極，內(nèi)電路：溶液中的陰離子移向ZnSO4溶液，陽離子移向CuSO4溶液。（3）鹽橋鹽橋中通常裝有含瓊膠的KCl飽和溶液。當其存在時，隨著反應的進行，Zn棒中的Zn原子失去電子成為Zn2進入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2過多，帶正電荷。Cu2獲得電子沉積為Cu，溶液中Cu2過少，過多，溶液帶負電荷。當溶液不能保持電中性時，將阻止放電作用的繼續(xù)進行。鹽橋的存在就避免了這種情況的發(fā)生，其中Cl向ZnSO4溶液遷移，K向CuSO4溶液遷移，分別中和過剩的電荷，使溶液保持電中性，反應可以繼續(xù)進行。三、原電池的設計1設計依據(jù)：理論上，任何一個自發(fā)的_都可以設計成原電池。2設計步驟以根據(jù)反應：Fe+CuSO4 FeSO4+Cu設計原電池為例：（1）首先分析所給的氧化還原反應，將其拆分成兩個半反應：_反應和_反應：氧化反應：Fe2eFe2+；還原反應：Cu2+2eCu。（2）根據(jù)原電池的特點再結(jié)合兩個半反應確定正、負極的材料及電解質(zhì)溶液。負極材料：_。正極材料：比負極_。電解質(zhì)溶液：負極區(qū)：_；正極區(qū)：_。（3）畫出裝置圖。一、1化學能與電能2原電池 電解池二、Cu2+2eCu Zn2eZn2+1（1）化學能 電能（2）氧化還原（3）活潑性不同 電解質(zhì) 閉合 氧化還原2氧化還原 （1）氧化 Zn2 銅片 Cu2 金屬銅 負極 氧化 正極 還原 （2）負極 正極三、1氧化還原反應2（1）氧化 還原（2）還原劑（Fe)不活潑的金屬(如Cu)或非金屬（如C) FeSO4溶液 CuSO4溶液一、原電池的判定先分析有無外接電源，有外接電源的為電解池，無外接電源的可能為原電池；然后依據(jù)原電池的形成條件分析判斷，主要是“四看”：一看電極兩極為導體且存在活潑性差異(燃料電池的電極一般為惰性電極)；二看溶液兩極插入電解質(zhì)溶液中；三看回路形成閉合回路或兩極直接接觸；四看本質(zhì)有無自發(fā)的氧化還原反應發(fā)生。注意啦：多池相連，但無外接電源時，兩極活潑性差異最大的一池為原電池，其他各池可看做電解池。下列裝置中能構(gòu)成原電池產(chǎn)生電流的是【解析】A、D項中電極與電解質(zhì)溶液之間不發(fā)生反應，不能構(gòu)成原電池；B項符合原電池的構(gòu)成條件，兩電極發(fā)生的反應分別是Zn2e=Zn2，2H2e=H2；C項中酒精不是電解質(zhì)，故不能構(gòu)成原電池。【答案】B二、原電池正、負極的判斷方法1根據(jù)電極材料判斷負極活潑性較強的金屬；正極活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬；注意啦：活潑金屬不一定作負極，如Mg、Al在NaOH溶液中，Al做負極。2根據(jù)電子流動方向或電流方向或電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向移動方向判斷負極電子流出極，電流流入極或陰離子定向移向極；正極電子流入極，電流流出極或陽離子定向移向極。3根據(jù)兩極發(fā)生的變化判斷負極失去電子，化合價升高，發(fā)生氧化反應；正極得到電子，化合價降低，發(fā)生還原反應。4根據(jù)反應現(xiàn)象判斷負極會逐漸溶解，質(zhì)量減?。徽龢O有氣泡逸出或質(zhì)量增加。注意啦：原電池正負極判斷的基礎是氧化還原反應。如果給出一個方程式讓判斷正、負極，可以直接根據(jù)化合價的升降變化來判斷，發(fā)生氧化反應的一極為負極，發(fā)生還原反應的一極為正極。原電池的正極一定是A化學性質(zhì)較活潑的金屬B化學性質(zhì)較不活潑的金屬C電子流出的一極D電子流入的一極【解析】原電池的正極材料可以是金屬、非金屬或金屬氧化物等，但無論是哪種材料，正極上都發(fā)生還原反應，是電子流入的一極?！敬鸢浮緿三、原電池原理的應用1加快氧化還原反應的速率在鋅與稀硫酸反應時加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的速率加快。2尋求和制造干電池和蓄電池等化學能源(下節(jié)學習)3比較金屬活動性強弱兩種金屬a和b，用導線連接后插入到稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產(chǎn)生。根據(jù)電極現(xiàn)象判斷出a是負極，b是正極，由原電池原理可知，金屬活動性ab。4用于金屬的防護要保護一個鐵閘，可用導線將其與一鋅塊相連，使鋅作原電池的負極，鐵閘作正極。5設計化學電池以2FeCl3Cu2FeCl2CuCl2為依據(jù)，設計一個原電池。（1）將氧化還原反應拆成氧化反應和還原反應兩個半反應，分別作原電池的負極和正極的電極反應式。負極：Cu2eCu2正極：2Fe32e2Fe2（2）確定電極材料如發(fā)生氧化反應的物質(zhì)為金屬單質(zhì)，可用該金屬直接作負極；如為氣體(H2)或溶液中的還原性離子，可用惰性電極(如Pt、碳棒)作負極材料。發(fā)生還原反應的電極材料必須不如負極材料活潑。本例中可用銅棒作負極，用鉑絲或碳棒作正極。（3）確定電解質(zhì)溶液 一般選用反應物中的電解質(zhì)溶液即可。如本例中可用FeCl3溶液作電解液。（4）構(gòu)成閉合回路注意啦：設計原電池時，若氧化還原方程式中無明確的電解質(zhì)溶液，可用水作電解質(zhì)，但為了增強其導電性，通常加入強堿或一般的強酸。如燃料電池，水中一般要加入KOH或H2SO4。一種新型燃料電池，它以多孔鎳板為電極插入KOH溶液中，然后分別向兩極通入乙烷和氧氣，則有關(guān)此電池推斷正確的是A通入乙烷的電極為正極B參加反應的乙烷與氧氣的物質(zhì)的量之比為72C放電一段時間后，KOH的物質(zhì)的量濃度減少D負極反應式為C2H66H2O14e=218H【解析】乙烷燃燒的化學方程式為2C2H67O24CO26H2O，在該反應中氧氣得電子，乙烷失電子，因此通入氧氣的電極為正極，而通入乙烷的電極為負極，故A答案錯誤；反應中參加反應的乙烷與氧氣的物質(zhì)的量之比應為27，故B答案錯誤；考慮到該電池是以KOH為電解質(zhì)溶液的，生成的CO2會和KOH反應轉(zhuǎn)化成K2CO3，反應中消耗KOH，KOH的物質(zhì)的量濃度減少，故C答案正確；由于該電池是以KOH溶液為電解液的，D答案中負極生成的H顯然在溶液中是不能存在的，故D答案錯誤?？紤]到電解質(zhì)溶液的影響，此時該電池的總反應式應為2C2H68KOH7O24K2CO310H2O，正極反應式為14H2O7O228e=28OH(正極氧氣得電子，理論上形成O2，但該粒子在水中不穩(wěn)定，必須以OH形式存在)，負極反應式可用總反應式減去正極反應式得到：2C2H636OH28e=424H2O?！敬鸢浮緾1下列各裝置能形成原電池的是2把A、B、C、D四塊金屬泡在稀H2SO4中，用導線兩兩相連可以組成各種原電池。A、B相連時，A為負極；C、D相連時，D上有氣泡逸出；A、C相連時，A極減輕；B、D相連時，B為正極。則四種金屬的活動性順序由大到小排列為AA>B>C>D BA>C>B>D CA>C>D>B DB>D>C>A3一個由鋅片和石墨棒作為電極的原電池，電極反應分別是：鋅片：2Zn + 4OH 4e 2ZnO + 2H2O 石墨：2H2O + O2 + 4e 4OH下列說法中不正確的是A電解質(zhì)溶液為酸性溶液B鋅片是負極，石墨棒是正極C電池反應為2Zn + O22ZnOD該原電池工作一段時間后石墨棒附近溶液的pH增大4某新型水系鈉離子電池工作原理如下圖所示。TiO2光電極能使電池在太陽光照下充電，充電時Na2S4還原為Na2S。下列說法錯誤的是A充電時，太陽能轉(zhuǎn)化為電能，又轉(zhuǎn)化為化學能B放電時，a極的電極反應式為：4S2-6e-=S42-C充電時，陽極的電極反應式為：3I-2e-=I3-DM是陰離子交換膜5已知某原電池的電極反應是Fe 2e Fe2+，Cu2+ + 2eCu，據(jù)此設計該原電池，并回答問題。（1）若原電池裝置為圖中甲：電極材料A是 ，B是 (寫名稱)。觀察到A電極的現(xiàn)象是 。（2）若原電池裝置為圖中乙：電極材料X是 (填序號，下同)。a鐵 b銅 c石墨電解質(zhì)Y是 。aFeSO4 bCuSO4 cCuCl26為了探究原電池的工作原理，某化學學習小組設計了一組實驗，其裝置如圖所示：甲 乙 丙丁 戊回答下列問題：（1）根據(jù)原電池原理填寫下表：裝置序號正極負極反應式陽離子移動方向甲乙丙丁戊（2）電極類型除與電極材料的性質(zhì)有關(guān)外，還與 有關(guān)。（3）根據(jù)上述電池分析，負極材料是否一定參加電極反應? (填“是”、“否”或“不一定”)，用上述電池說明： 。（4）上述電池放電過程中，電解質(zhì)溶液酸堿性的變化：甲，丙，戊。(均填“酸性減弱”或“堿性減弱”)72017天津下列能量轉(zhuǎn)化過程與氧化還原反應無關(guān)的是A硅太陽能電池工作時，光能轉(zhuǎn)化成電能B鋰離子電池放電時，化學能轉(zhuǎn)化成電能C電解質(zhì)溶液導電時，電能轉(zhuǎn)化成化學能D葡萄糖為人類生命活動提供能量時，化學能轉(zhuǎn)化成熱能82016上海圖1是銅鋅原電池示意圖。圖2中，x軸表示實驗時流入正極的電子的物質(zhì)的量，y軸表示A銅棒的質(zhì)量Bc(Zn2+)Cc(H+)Dc()1【答案】D2【答案】C【解析】金屬組成原電池，相對活潑的金屬失去電子作負極，相對不活潑的金屬作正極。負極被氧化，質(zhì)量減輕，正極發(fā)生還原反應，有物質(zhì)析出，由題意得活動性A>B、A>C、C>D、D>B，故正確答案為C。3【答案】A【解析】由電極反應可知Zn發(fā)生氧化反應，是原電池的負極，O2發(fā)生還原反應，石墨棒是正極；電解質(zhì)溶液應為堿性溶液；隨著反應的進行鋅片周圍pH減小，石墨棒周圍產(chǎn)生OH，pH增大；兩電極反應相加得總反應式：2Zn+O22ZnO。4【答案】D【解析】TiO2光電極能使電池在太陽光照下充電，所以充電時，太陽能轉(zhuǎn)化為電能，電能又能轉(zhuǎn)化為化學能，A正確；充電時Na2S4還原為Na2S，放電和充電互為逆過程，所以a是負極，a極的電極反應式為：4S2-6e-=S42-，B正確；在充電時，陽極I-失電子發(fā)生氧化反應，極反應為3I-2e-=I3-，C正確；通過圖示可知，交換膜只允許鈉離子自由通過，所以M是陽離子交換膜，D錯誤；正確選項D。點睛：本題考查了原電池的原理，明確正負極上得失電子及反應類型是解題的關(guān)鍵，難點是電極反應式的書寫，明確哪種離子能夠自由通過交換膜，可以確定交換膜的類型。題目難度中等。5【答案】（1）銅(或石墨棒) 鐵 有紅色物質(zhì)析出（或變粗） （2）bc bc【解析】（1）結(jié)合氧化還原反應的知識可知Fe2eFe2+是負極反應，故Fe作負極，Cu2+2eCu是正極反應，故A應是銅或石墨棒，現(xiàn)象是看到有紅色物質(zhì)析出，電極變粗。（2）不含鹽橋的原電池中正極材料是比負極金屬活潑性差的金屬或?qū)щ姷姆墙饘伲蚀藭r正極是銅或石墨，但負極只能是鐵，電解質(zhì)溶液是含不活潑金屬離子的鹽溶液，可為硫酸銅、氯化銅或硝酸銅。6【答案】（1）裝置序號正極負極反應式陽離子移動方向甲AlMg2eMg2+移向鋁極乙PtFe2eFe2+移向鉑極丙MgAl3e+4OH+2H2O移向鎂極丁AlCu2eCu2+移向鋁極戊石墨CH48e+10OH+7H2O移向石墨電極（2）電解質(zhì)溶液的性質(zhì)（3）不一定在題述五個原電池中，戊裝置的負極材料沒有參與反應，其他電池的負極材料發(fā)生了氧化反應（4）酸性減弱 堿性減弱 堿性減弱（2）通過比較甲、丙電池可知，電極材料都是鋁、鎂，由于電解質(zhì)溶液不同，故電極反應不同，即電極類型與電解質(zhì)溶液也有關(guān)。（3）大多數(shù)電池的負極材料發(fā)生氧化反應，但燃料電池的負極材料不參與反應，氫氣、一氧化碳、甲烷、乙醇等可燃物在負極區(qū)發(fā)生氧化反應。（4）根據(jù)電解質(zhì)溶液中的反應情況判斷溶液酸堿性的變化?！緜渥ⅰ客ǔＫf的活潑金屬作負極，是依據(jù)金屬活動順序表的，即金屬與酸反應的活潑性，但要注意鋁和鎂作原電池的電極，氫氧化鈉溶液作電解質(zhì)溶液時，鋁作負極；還要注意常溫下濃硝酸能使活潑的金屬鋁、鐵鈍化，使其不能參與原電池反應。7【答案】A。8【答案】C【解析】該裝置構(gòu)成原電池，Zn是負極，Cu是正極。A在正極Cu上溶液中的H+獲得電子變?yōu)闅錃猓珻u棒的質(zhì)量不變，錯誤；B由于Zn是負極，不斷發(fā)生反應Zn2e=Zn2+，所以溶液中c(Zn2+)增大，錯誤；C由于反應不斷消耗H+，所以溶液的c(H+)逐漸降低，正確；DSO42不參加反應，其濃度不變，錯誤。什么水沏茶好唐代“茶神”陸羽所著茶經(jīng)上，對沏茶的水有如下述說：“泉水為上，江水為中，井水為下?！边@是為什么呢？原來，這與水的酸堿度有關(guān)，當沏茶的水的pH大于5時，茶水中會形成茶紅素鹽，使茶水的顏色變深發(fā)暗，甚至使茶水喪失鮮爽感。井水中一般溶解的鹽類較多，水質(zhì)硬，故不宜沏茶。河水堿性較小，泉水堿性更小，因此泉水沏茶最好。