第2講

原電池(基礎落實課)逐點清(一)原電池的工作原理1．原電池的工作原理(1)原電池的構成反應能_________的氧化還原反應(一般是活潑性強的金屬與電解質溶液反應)電極一般是活潑性不同的兩電極(金屬或石墨)介質電解質溶液或熔融電解質或某離子導體等閉合回路兩電極連接或接觸插入介質自發進行(2)示例(圖甲和圖乙是銅鋅原電池裝置示意圖)電極名稱負極正極電極材料Zn片Cu片電極反應Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu反應類型______反應______反應電子流向由Zn片沿導線流向Cu片氧化還原[注意]

鹽橋的作用是使整個裝置構成閉合回路，代替兩溶液直接接觸；平衡電荷；提高電池效率。2．原電池原理的應用加快化學反應速率一個自發進行的氧化還原反應，形成原電池時會使反應速率加快。如在Zn與稀硫酸反應時加入少量CuSO4溶液構成原電池，反應速率加快金屬的防護使被保護的金屬制品作原電池正極而得到保護。如要保護一個鐵質的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負極比較金屬活動性強弱兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑設計制作化學電源①首先將氧化還原反應分成兩個半反應。②根據原電池的反應特點，結合兩個半反應找出正、負極材料和電解質溶液。如根據反應2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2設計的原電池如下負極CuCu－2e－===Cu2＋電解質溶液FeCl3溶液正極C(Fe3＋)2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋續表微點小練1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。(1)任何氧化還原反應均可設計成原電池

()(2)任何原電池一定是活潑性不同的兩金屬電極

()(3)任何原電池的電子流向一定從負極流出，流入正極

()(4)一般來說，帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池效率高

()(5)在鋅銅原電池中，因為有電子通過電解質溶液形成閉合回路，所以有電流產生

()××√√×(6)原電池工作時，溶液中的陽離子向負極移動，鹽橋中的陽離子向正極移動

()(7)任何原電池工作時，正極本身一定不參加反應，負極本身一定參加反應

()(8)對于Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋反應，設計原電池時兩極材料可以是Cu與Fe ()×××2．某原電池裝置如圖所示。下列有關敘述中，正確的是

()A．Fe作正極，發生氧化反應B．負極反應：2H＋＋2e－===H2↑C．工作一段時間后，兩燒杯中溶液pH均不變D．工作一段時間后，NaCl溶液中c(Cl－)增大解析：負極是鐵發生氧化反應，A錯誤；正極是石墨，H＋在此發生還原反應，B錯誤；工作一段時間后，右池中H＋在石墨棒上被還原為H2，溶液的pH增大，Ca錯誤；鹽橋中的Cl－移向負極，NaCl溶液中c(Cl－)增大，D正確。答案：D[題點考法·全面練通]題點(一)原電池的工作原理1．分析如圖所示的四個原電池裝置，其中結論正確的是

()A．①②中Mg作負極，③④中Fe作負極B．②中Mg作正極，電極反應式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑C．③中Fe作負極，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋D．④中Cu作正極，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑解析：②中Mg作正極，③中的Fe作正極，A錯誤；③中的Cu作負極，電極反應式為Cu－2e－===Cu2＋，C錯誤；④中的Cu作正極，電極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，D錯誤。答案：B答案：C3．如圖中四種電池裝置是依據原電池原理設計的，下列有關敘述錯誤的是

()A．①中鋅電極發生氧化反應B．②中電子由a電極經導線流向b電極C．③中外電路中電流由A電極流向B電極D．④中LixC6作負極解析：在原電池中陰離子移向負極，所以③中A電極為負極，則外

電路中電流應由B電極流向A電極。答案：C[思維建模]正、負極的判斷方法題點(二)原電池原理的應用4．有a、b、c、d四個金屬電極，有關的實驗裝置及部分實驗現象如下：實驗裝置部分實驗現象a極質量減少；b極質量增加b極有氣體產生；c極無變化d極溶解；c極有氣體產生電流從a極流向d極由此可判斷這四種金屬的活動性順序是

()A．a>b>c>d B．b>c>d>aC．d>a>b>c D．a>b>d>c解析：把四個實驗從左到右分別編號為①、②、③、④，則由實驗①可知，a作原電池負極，b作原電池正極，金屬活動性：a>b；由實驗②可知，b極有氣體產生，c極無變化，則活動性：b>c；由實驗③可知，d極溶解，則d作原電池負極，c作正極，活動性：d>c；由實驗④可知，電流從a極流向d極，則d極為原電池負極，a極為原電池正極，活動性：d>a。綜上所述可知活動性：d>a>b>c。答案：C5．將兩份過量的鋅粉a、b分別加入一定量的稀硫酸中，同時向a中加入少量的CuSO4溶液，產生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系正確的是

()解析：加入CuSO4溶液，Zn置換出Cu，形成原電池，加快反應速率，由于H2SO4定量，產生H2的體積一樣多。答案：B6．依據氧化還原反應：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設計的原電池如圖所示(鹽橋為盛有KNO3瓊脂的U形管)。請回答下列問題：(1)電極X的材料是_________________；電解質溶液Y是_________________(填化學式)。(2)銀電極為電池的________極，其電極反應式為_________________。答案：(1)CuAgNO3(2)正Ag＋＋e－===Ag(3)Cu(NO3)2[思維建模]

根據電池反應設計原電池的模板拆分反應將氧化還原反應分成兩個半反應(電極反應)選擇電極材料將還原劑(一般為比較活潑金屬)作負極，活潑性比負極弱的金屬或非金屬導體作正極構成閉合回路如果兩個半反應分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋)，則兩個容器中的電解質溶液應含有與電極材料相同的金屬陽離子畫出裝置圖結合要求及反應特點，畫出原電池裝置圖，標出電極材料名稱、正負極、電解質溶液等逐點清(二)常見化學電源的工作原理1．電池優劣的標準一是看電池單位質量或單位體積所輸出___________

(比能量)或者輸出___________

(比功率)，二是電池儲存時間的長短。電能的多少功率的大小2．一次電池——干電池堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池的負極是Zn，正極是MnO2，電解質是KOH，其電極反應如下：負極：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2正極：2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2銀鋅電池銀鋅電池的負極是Zn，正極是Ag2O，電解質是KOH，其電極反應如下：負極：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2正極：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－總反應：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag[注意]

充電時的電極反應與放電時的電極反應過程相反，充電時的陽極反應與放電時的正極反應相反，充電時的陰極反應與放電時的負極反應相反。4．燃料電池(1)特點：連續地將燃料和氧化劑的化學能直接轉化為電能。常見燃料有H2、烴、肼、烴的衍生物、NH3、煤氣等。化學能轉化為電能的轉化率超過80%。(2)氫氧燃料電池5．化學電源中電極反應式書寫的一般方法(1)明確兩極的反應物。(2)明確直接產物：根據負極氧化、正極還原，明確兩極的直接產物。(3)確定最終產物：根據介質環境和共存原則，找出參與反應的介質粒子，確定最終產物。(4)配平：根據電荷守恒、原子守恒配平電極反應式。[注意]

①H＋在堿性環境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性環境中結合H＋，生成H2O，在中性或堿性環境結合H2O，生成OH－；③若已知總反應式時，可先寫出較易書寫的一極的電極反應式，然后在電子守恒的基礎上，總反應式減去較易寫出的一極的電極反應式，即得到較難寫出的另一極的電極反應式。微點小練1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。(1)堿性鋅錳干電池是一次電池，其中MnO2是催化劑，可使鋅錳干電池的比能量高、可儲存時間長

()(2)鉛酸蓄電池中的反應是可逆反應

()(3)燃料電池中的燃料在負極上發生還原反應

()(4)氫氧燃料電池在堿性電解質溶液中負極反應為2H2－4e－===4H＋

()××××2．以甲醇為燃料，寫出下列介質中的電極反應式。(1)酸性溶液(或含質子交換膜)正極：_______________________；負極：_______________________。(2)堿性溶液正極：_______________________；負極：_______________________。[題點考法·全面練通]題點(一)一次電池1．(2022·湖南等級考)海水電池在海洋能源領域備受關注，一種鋰-海水電池構造示意圖如圖。下列說法錯誤的是

()A．海水起電解質溶液作用B．N極僅發生的電極反應：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑C．玻璃陶瓷具有傳導離子和防水的功能D．該鋰-海水電池屬于一次電池解析：海水中含有豐富的電解質，故A正確；Li是活潑金屬，作負極，則N為正極，電極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B錯誤；Li易與水反應，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反應，并能傳導離子，故C正確；該電池不可充電，屬于一次電池，故D正確。答案：B2．紙電池是一種有廣泛應用的“軟電池”，某種堿性紙電池采用薄層紙片作為載體和傳導體，紙的兩面分別附著鋅和二氧化錳。下列有關該紙電池的說法不合理的是

()A．Zn為負極，發生氧化反應B．電池工作時，電子由MnO2流向ZnC．正極反應：MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－D．電池總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)解析：類似于堿性鋅錳電池，MnO2在正極上得電子被還原生成MnO(OH)，則正極的電極反應式為MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－，C正確；負極反應式為Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，結合正、負極反應式及得失電子守恒可知，該電池的總反應式為Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)，D正確。答案：B題點(二)二次電池3.某科研團隊發明了一種新型的鋅離子熱充電電池，可以利用人體產生的低熱量充電。該電池以Zn和VO2-PC為電極材料，實現了低熱量發電。放電時，VO2結合Zn2＋生成ZnxVO2·yH2O，原理如圖。下列說法正確的是

()A．分離器可以為陰離子交換膜B．充電時，陽極電極反應式為ZnxVO2·yH2O＋2xe－===VO2＋xZn2＋＋yH2OC．放電時，電流從Zn極流向VO2-PC極D．充電時，鋅離子從較高溫一側移至低溫一側解析：由分析可知，分離器為陽離子交換膜，A錯誤；充電時，陽極電極反應式為ZnxVO2·yH2O－2xe－===VO2＋xZn2＋＋yH2O，B錯誤；放電時，Zn為負極，VO2-PC極為正極，電流從VO2-PC極流向Zn極，C錯誤；充電時，陽離子由陽極區移向陰極區，則鋅離子從較高溫一側移至低溫一側，D正確。答案：D4．我國科研工作者研制出基于PANa(聚丙烯酸鈉)電解質的Zn/NiCo-LDMH可充電電池，該電池具有高容量和超長循環穩定性。電池反應為5Zn＋6CoOOH＋4NiOOH＋5H2O5ZnO＋6Co(OH)2＋4Ni(OH)2。PANa是一種超強吸水聚合物，吸收大量Zn(CH3COO)2和KOH溶液作為水和離子含量調節劑形成水凝膠電解質，示意圖如圖。下列說法錯誤的是()A．PANa是一種有機高分子聚合物，在水溶液中不會發生電離B．PANa具有超強吸水性可避免電池充放電過程中因失水使離子導電率下降C．放電時，負極附近pH減少D．充電時，陽極反應為3Co(OH)2＋2Ni(OH)2－5e－＋5OH－===3CoOOH＋2NiOOH＋5H2O解析：PANa在水溶液中電離出聚丙烯酸根離子和Na＋，應為離子化合物，A項錯誤；PANa是一種超強吸水聚合物，具有超強吸水性，可避免電池充放電過程中因失水使離子導電率下降，B項正確；分析題給電池反應，放電時，Zn的化合價升高，失去電子，作負極，電極反應為Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，負極附近OH－濃度降低，pH減小，C項正確；充電時，Co(OH)2和Ni(OH)2在陽極失去電子得到CoOOH和NiOOH，D項正確。答案：A[思維建模]

二次電池充電時的電極連接即正極接正極，負極接負極。題點(三)常見燃料電池5．如圖所示是一種以液態肼(N2H4)為燃料，氧氣為氧化劑，某固體氧化物為電解質的新型燃料電池。該固體氧化物電解質的工作溫度高達700～900℃時，O2－可在該固體氧化物電解質中自由移動，反應生成物均為無毒無害的物質。下列說法正確的是

()A．電池內的O2－由電極甲移向電極乙B．電池總反應為N2H4＋2O2===2NO＋2H2OC．當甲電極上有1molN2H4消耗時，標準狀況下乙電極上有22.4LO2參與反應D．電池外電路