第二節(jié)原電池化學(xué)電源第二節(jié)原電池化學(xué)電源 考綱要求1.了解原電池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。2.了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理。 1概念和反應(yīng)本質(zhì) 原電池是把 轉(zhuǎn)化為_的裝置，其反應(yīng)本質(zhì)是_。 2原電池構(gòu)成條件 (1)兩個(gè)活潑性不同的電極(常見為金屬或石墨)。 (2)將電極插入 溶液中。 (3)兩電極間構(gòu)成閉合回路。 (4)能發(fā)生_的氧化還原反應(yīng)?？键c(diǎn)一原電池的工作原理考點(diǎn)一原電池的工作原理化學(xué)能化學(xué)能電能電能氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)電解質(zhì)電解質(zhì)自發(fā)自發(fā) 3工作原理 (以銅鋅原電池為例)： (1)電極反應(yīng)： 鋅是 極， 電子發(fā)生 反應(yīng)，_； 銅是_極， 電子發(fā)生 反應(yīng)，_。負(fù)負(fù)失失氧化氧化Zn2e=Zn2正正得得還原還原Cu22e=Cu (2)電子方向和電流方向： 電子從負(fù)極流出經(jīng)外電路流入 ； 電流從正極流出經(jīng)外電路流入 。 (3)離子的遷移方向： 電解質(zhì)溶液中，陰離子向 極區(qū)遷移，陽離子向 極區(qū)遷移。 (4)兩種裝置的比較： 鹽橋的作用：a.連接內(nèi)電路，形成閉合回路；b.平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。 裝置中Zn與Cu2直接接觸，會(huì)有部分Zn與Cu2直接反應(yīng)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，造成能量損耗；裝置中，Zn在負(fù)極區(qū)，Cu2在正極區(qū)，不存在Zn與Cu2的直接反應(yīng)，而造成的能量損耗，電流穩(wěn)定，且持續(xù)時(shí)間長。正極正極負(fù)極負(fù)極負(fù)負(fù)正正 1將中鹽橋換成銅導(dǎo)線是否可行？ 提示：不可行。原電池放電時(shí)，電子走陸路(導(dǎo)線)，離子走水路(溶液)，外電路是電子的定向移動(dòng)，內(nèi)電路(溶液中)是陰、陽離子的定向移動(dòng)，電子不通過內(nèi)電路。鹽橋是離子遷移通路，離子不能通過導(dǎo)線遷移。 2判斷正誤，正確的畫“”，錯(cuò)誤的畫“” (1)在原電池中，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極一定是負(fù)極() (2)不是所有化學(xué)反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池。() (3)在原電池中，負(fù)極材料的活潑性一定比正極材料強(qiáng)() (4)帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池電流持續(xù)時(shí)間長() 答案：(1)(2)(3)(4) 1(2015年長春調(diào)研)下圖為一原電池裝置，下列敘述中正確的是()考查原電池的工作原理考查原電池的工作原理 A銅離子在銅片表面被還原 B鹽橋中的K移向ZnSO4溶液 C電流從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片 D銅是陽極，銅片上有氣泡產(chǎn)生 答案：A 2有一種一面鍍鋅、一面鍍二氧化錳的超薄紙質(zhì)電池，在使用印刷與壓層技術(shù)后，變成一張可任意裁剪大小的“電紙”，紙內(nèi)的離子“流過”水和氧化鋅組成的電解質(zhì)溶液，電池總反應(yīng)式為Zn2MnO2H2O=ZnO2MnOOH。下列說法不正確的是() A該電池的負(fù)極材料為鋅 B該電池反應(yīng)中二氧化錳發(fā)生了還原反應(yīng) C電池的正極反應(yīng)式為MnO2H2Oe=MnOOHOH D當(dāng)有0.1 mol鋅溶解時(shí)，流經(jīng)電解質(zhì)溶液的電子數(shù)為1.2041023 解析：無論原電池還是電解池中電子均不流經(jīng)電解質(zhì)溶液。 答案：D 3如圖所示的裝置能夠組成原電池產(chǎn)生電流的是_。 解析：只有B能產(chǎn)生電流，F(xiàn)中Zn與Cu直接接觸，電流表A不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 答案：B 原電池工作原理中四個(gè)常見失分點(diǎn)的規(guī)避 (1)只有放熱的氧化還原反應(yīng)才能通過設(shè)計(jì)成原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 (2)電解質(zhì)溶液中陰、陽離子的定向移動(dòng)，與導(dǎo)線中電子的定向移動(dòng)共同組成了一個(gè)完整的閉合回路。 (3)無論在原電池還是在電解池中，電子均不能通過電解質(zhì)溶液。 (4)原電池的負(fù)極失去電子的總數(shù)等于正極得到電子的總數(shù)。 4下列有關(guān)原電池的說法中正確的是() A在內(nèi)電路中，電子由正極流向負(fù)極 B在原電池中，相對(duì)較活潑的金屬作負(fù)極，不活潑的金屬作正極 C原電池工作時(shí)，正極表面一定有氣泡產(chǎn)生 D原電池工作時(shí)，可能會(huì)伴隨著熱能變化 答案：D原電池正負(fù)極的判斷原電池正負(fù)極的判斷 5分析下圖所示的四個(gè)原電池裝置，其中結(jié)論正確的是() A中Mg作負(fù)極，中Fe作負(fù)極 B中Mg作正極，電極反應(yīng)式為6H2O6e=6OH3H2 C中Fe作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe2e=Fe2 D中Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H2e=H2答案：答案：B 原電池正、負(fù)極判斷方法 說明：(1)活潑性強(qiáng)的金屬不一定作負(fù)極，但負(fù)極一定發(fā)生氧化反應(yīng)。 (2)溶液中的離子不能通過鹽橋。 (3)負(fù)極本身不一定參加反應(yīng)，如燃料電池中，作為負(fù)極的材 料不參加反應(yīng)，只起到了導(dǎo)電的作用。 1比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱 兩種金屬分別作原電池的兩極時(shí)，一般作 的金屬比作_的金屬活潑。 如有兩種金屬A和B，用導(dǎo)線將A和B連接后，插入到稀硫酸中，一段時(shí)間后，若觀察到A極溶解，而B極上有氣體放出，則說明A作負(fù)極，B作正極，則可以斷定金屬活動(dòng)性AB。 2加快氧化還原反應(yīng)的速率 一個(gè) 進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計(jì)成原電池時(shí)反應(yīng)速率_。例如，在Zn與稀H2SO4反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反應(yīng)速率加快?？键c(diǎn)二原電池原理的應(yīng)用考點(diǎn)二原電池原理的應(yīng)用負(fù)極負(fù)極正極正極自發(fā)自發(fā)增大增大 3用于金屬的防護(hù) 使被保護(hù)的金屬制品作原電池 而得到保護(hù)。例如，要保護(hù)一個(gè)鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅做原電池的負(fù)極。 4設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源 (1)首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)。 (2)根據(jù)原電池的反應(yīng)特點(diǎn)，結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)找出正、負(fù)極材料和電解質(zhì)溶液。正極正極 如：根據(jù)反應(yīng)2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2設(shè)計(jì)的原電池為： 1有A、B、C、D四種金屬，做如下實(shí)驗(yàn)：將A與B用導(dǎo)線連接起來，浸入電解質(zhì)溶液中，B不易腐蝕；將A、D分別投入等物質(zhì)的量濃度的鹽酸中，D比A反應(yīng)劇烈；將銅浸入B的鹽溶液里，無明顯變化，如果把銅浸放C的鹽溶液里，有金屬C析出。據(jù)此判斷它們的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序是() AABCDBCDAB CDABC DABDC 答案：C判斷金屬活動(dòng)性及反應(yīng)速率判斷金屬活動(dòng)性及反應(yīng)速率 2一定量的稀鹽酸跟過量鋅粉反應(yīng)時(shí)，為了加快反應(yīng)速率又不影響生成H2的總量，可采取的措施是() A加入少量稀NaOH溶液 B加入少量CH3COONa固體 C加入少量NH4HSO4固體 D加入少量CuSO4溶液 答案：D 改變Zn與H反應(yīng)速率的方法 (1)加入Cu或CuSO4，形成原電池，加快反應(yīng)速率，加入Cu不影響Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量減少，是否影響產(chǎn)生H2的量，應(yīng)根據(jù)Zn、H的相對(duì)量多少判斷。 (2)加入強(qiáng)堿弱酸鹽，由于弱酸根與H反應(yīng)，使c(H)減小，反應(yīng)速率減小，但不影響生成H2的量。 3.將鎘(Cd)浸在氯化鈷(CoCl2)溶液中，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：Co2(aq)Cd(s)=Co(s)Cd2(aq)(aq表示溶液)，如將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為如圖的原電池，則下列說法一定錯(cuò)誤的是()設(shè)計(jì)原電池設(shè)計(jì)原電池 ACd作負(fù)極，Co作正極 B原電池工作時(shí)，電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極 C根據(jù)陰陽相吸原理，鹽橋中的陽離子向負(fù)極(甲池)移動(dòng) D甲池中盛放的是CdCl2溶液，乙池中盛放的是CoCl2溶液 答案：C 4.(2015年無錫模擬)根據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)設(shè)計(jì)的原電池如圖所示，其中鹽橋?yàn)榄傊柡蚄NO3鹽橋。 請(qǐng)回答下列問題： (1)電極X的材料是_；電解質(zhì)溶液Y是_。 (2)銀電極為電池的_極，寫出兩電極的電極反應(yīng)式： 銀電極：_；X電極：_。 答案：(1)CuAgNO3 (2)正2Ag2e=2Ag Cu2e=Cu2 (3)CuAg(4)B 1一次電池(堿性鋅錳干電池)。 堿性鋅錳干電池的工作原理如圖：考點(diǎn)三化學(xué)電源考點(diǎn)三化學(xué)電源 2二次電池(以鉛蓄電池為例)。 3燃料電池 (1)氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池。 (2)燃料電池的電極本身不參與反應(yīng)，燃料和氧化劑連續(xù)地由_供給。外部外部 1二次電池放電和充電時(shí)的反應(yīng)是否可逆反應(yīng)？ 提示：不是。因反應(yīng)不是同一條件。 2判斷正誤，正確的畫“”，錯(cuò)誤的畫“” (1)太陽能電池不屬于原電池。() (2)鉛蓄電池放電時(shí)的負(fù)極和充電時(shí)的陽極均發(fā)生氧化反應(yīng)。() (3)鉛蓄電池工作時(shí)，當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子時(shí)，消耗的H2SO4為0.1 mol。() (4)鉛蓄電池工作時(shí)，當(dāng)電路中轉(zhuǎn)換0.1 mol電子時(shí)，負(fù)極增加48 g。() (5)在原電池中，正極本身一定不參與電極反應(yīng)，負(fù)極本身一定要發(fā)生氧化反應(yīng)。() 答案：(1)(2)(3)(4)(5)化學(xué)電源中電極反應(yīng)式的書寫化學(xué)電源中電極反應(yīng)式的書寫 2.將Mg和Al用導(dǎo)線連接放入NaOH溶液中組成電池如圖。則： (1)Mg是_極，電極反應(yīng)式為_ _。 (2)Al是_極，電極反應(yīng)式為_ _。 (3)總反應(yīng)的離子方程式為_。 “加減法”書寫電極反應(yīng)式 (1)先確定原電池的正負(fù)極，列出正負(fù)極上的反應(yīng)物質(zhì)，并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失。 (2)根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理寫出電極反應(yīng)式： 負(fù)極反應(yīng)： 負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。注意負(fù)極反應(yīng)生成的陽離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存。若不共存，則該電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式。 正極反應(yīng)： 正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。當(dāng)正極上的反應(yīng)物質(zhì)是O2時(shí)： 若電解質(zhì)溶液為中性或堿性，則水必須寫入正極反應(yīng)式中，O2生成OH，寫為O22H2O4e=4OH；若電解質(zhì)溶液為酸性，則H必須寫入正極反應(yīng)式中，O2生成水，寫為O24H4e=2H2O。 (3)寫出電池總反應(yīng)方程式： 結(jié)合電子守恒將正負(fù)極電極反應(yīng)式相加即得到電池總反應(yīng)方程式。 (4)若已知電池反應(yīng)的總反應(yīng)式，可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式，即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。 特別提醒書寫電極反應(yīng)式時(shí)，注意介質(zhì)是否參加反應(yīng)。堿性介質(zhì)的電極反應(yīng)中不能出現(xiàn)H，酸性介質(zhì)的電極反應(yīng)中不能出現(xiàn)OH。 若是堿性條件，一般一極要消耗OH，另一極生成OH！酸性亦然。 3以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書寫方法： (1)酸性條件： 燃料電池總反應(yīng)式：CH42O2=CO22H2O 燃料電池正極反應(yīng)式：O24H4e=2H2O 2，得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式：_。 (2)堿性條件： 燃料電池總反應(yīng)式： CH42O22NaOH=Na2CO33H2O 燃料電池正極反應(yīng)式：O22H2O4e=4OH 2，得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式：_。燃料電池電極反應(yīng)式的書寫燃料電池電極反應(yīng)式的書寫 (3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2)： 燃料電池總反應(yīng)式：CH42O2=CO22H2O 燃料電池正極反應(yīng)式：O24e=2O2 2，得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式：_。 2，得燃料電池負(fù)極反應(yīng)式：_。 燃料電池電極反應(yīng)式的書寫 第一步：寫出電池總反應(yīng)式。 燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加和后的反應(yīng)。 如甲烷燃料電池(電解質(zhì)為NaOH溶液)的反應(yīng)式為： CH42O2=CO22H2O CO22NaOH=Na2CO3H2O 式式得燃料電池總反應(yīng)式為： CH42O22NaOH=Na2CO33H2O 第二步：書寫燃料電池的正極反應(yīng)式 根據(jù)燃料電池的特點(diǎn)，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是O2，隨著電解質(zhì)溶液的不同，其電極反應(yīng)有所不同，其實(shí)，我們只要熟記以下四種情況： (1)酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下正極反應(yīng)式： O24H4e=2H2O (2)堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下正極反應(yīng)式： O22H2O4e=4OH (3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2)環(huán)境下正極反應(yīng)式： O24e=2O2 新型電池和可充電電池 1新型電池“放電”時(shí)正、負(fù)極的判斷 2可充電電池電極方程式的書寫 可充電電池有充電和放電兩個(gè)過程，放電發(fā)生的是原電池反應(yīng)，充電發(fā)生的是電解池反應(yīng)。充電的電極反應(yīng)與放電的電極反應(yīng)過程相反，充電時(shí)的陽極反應(yīng)為放電時(shí)正極反應(yīng)的逆過程，充電時(shí)的陰極反應(yīng)為放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)的逆過程。以鉛蓄電池為例，該過程可結(jié)合圖示分析。 由此可見，放電過程中，作為負(fù)極的Pb需轉(zhuǎn)化成PbSO4，鉛化合價(jià)升高，被氧化，Pb為負(fù)極；當(dāng)放電完畢時(shí)，可看作Pb極轉(zhuǎn)化成了PbSO4，充電時(shí)需讓PbSO4轉(zhuǎn)化為Pb，鉛的化合價(jià)降低，被還原，PbSO4一極為陰極，所以，放電時(shí)的負(fù)極就是充電時(shí)的陰極，同理可分析放電時(shí)： 即放電時(shí)的正極就是充電時(shí)的陽極，如圖。 典例鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時(shí)的總反應(yīng)為FeNi2O33H2O=Fe(OH)22Ni(OH)2，下列有關(guān)該電池的說法不正確的是() A該電池的電解質(zhì)溶液為堿性溶液，正極為Ni2O3，負(fù)極為Fe B該電池放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為Fe2OH2e=Fe(OH)2 C該電池充電過程中，陰極附近溶液的pH降低 D該電池充電時(shí)，陽極反應(yīng)為：2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O 解析答案答案C A鋰離子電池放電時(shí)，Li向負(fù)極遷移 B鋰硫電池充電時(shí)，鋰電極發(fā)生還原反應(yīng) C理論上兩種電池的比能量相同 D右圖表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電 解析：放電時(shí)為原電池，陽離子向正極遷移，A項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)，鋰電極做陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，B正確；同質(zhì)量產(chǎn)生的電量不相同，C項(xiàng)錯(cuò)誤；鋰離子電池為電解池，鋰硫電池為原電池，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：B 下列說法正確的是() ANiMH電池放電過程中，正極的電極反應(yīng)式為NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OH B充電過程中OH離子從陽極向陰極遷移 C充電過程中陰極的電極反應(yīng)式：H2OMe=MHOH，H2O中的H被M還原 DNiMH電池中可以用KOH溶液、氨水等作為電解質(zhì)溶液 解析：NiMH放電時(shí)正極發(fā)生還原反應(yīng)，分析化合價(jià)可知正極為NiOOH得電子生成Ni(OH)2，可知A選項(xiàng)正確；OH由陰極向陽極移動(dòng)，B項(xiàng)錯(cuò)；M是金屬，無負(fù)價(jià)，只能失電子，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)由已知信息可知NiOOH與氨水反應(yīng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：A