第21講化學能轉化為電能——原電池考點一原電池的工作原理及應用1．概念和反應本質原電池是把化學能轉化為電能的裝置，其反應本質是氧化還原反應。2．構成條件(1)一看反應：看是否有能自發(fā)進行的氧化還原反應發(fā)生(一般是活潑性強的金屬與電解質溶液反應)。(2)二看兩電極：一般是活潑性不同的兩電極。(3)三看是否形成閉合回路，形成閉合回路需三個條件：①電解質溶液；②兩電極直接或間接接觸；③兩電極插入電解質溶液中。3．工作原理以鋅銅原電池為例(1)反應原理電極名稱負極正極電極材料鋅片銅片電極反應Zn－2e－=Zn2＋Cu2＋＋2e－=Cu反應類型氧化反應還原反應電子流向由Zn片沿導線流向Cu片鹽橋中離子移向鹽橋含飽和KCl溶液，K＋移向正極，Cl－移向負極(2)鹽橋的組成和作用①鹽橋中裝有飽和的KCl、NH4NO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。②鹽橋的作用：a.連接內電路，形成閉合回路；b.平衡電荷，使原電池不斷產生電流。4．原電池原理的應用(1)比較金屬的活動性強弱：原電池中，負極一般是活動性較強的金屬，正極一般是活動性較弱的金屬(或非金屬)。(2)加快化學反應速率：氧化還原反應形成原電池時，反應速率加快。(3)用于金屬的防護：將需要保護的金屬制品作原電池的正極而受到保護。(4)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根據原電池的工作原理，結合兩個半反應，選擇正、負電極材料以及電解質溶液。(1)理論上，任何自發(fā)的氧化還原反應都可設計成原電池(√)(2)在原電池中，發(fā)生氧化反應的一極一定是負極(√)(3)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(×)(4)實驗室制備H2時，用粗鋅(含Cu、Fe等)代替純鋅與鹽酸反應效果更佳。(√)(5)兩種活潑性不同的金屬組成原電池的兩極，活潑金屬一定做負極(×)(6)一般來說，帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池效率高(√)1．在如圖所示的4個裝置中，不能形成原電池的是______(填序號)，并指出原因________________________________________________________________________。答案①④①中酒精是非電解質；④中未形成閉合回路。2．設計原電池裝置證明Fe3＋的氧化性比Cu2＋強。(1)寫出能說明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的離子方程式：___________________________________。(2)若要將上述反應設計成原電池，電極反應式分別是：①負極：__________________________。②正極：______________________________。(3)在框中畫出裝置圖，指出電極材料和電解質溶液：①不含鹽橋②含鹽橋答案(1)2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋(2)①Cu－2e－=Cu2＋②2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋(3)①不含鹽橋②含鹽橋題組一原電池的工作原理1．(2018·成都模擬)課堂學習中，同學們利用鋁條、鋅片、銅片、導線、檢流計、橙汁、燒杯等用品探究原電池的組成。下列結論錯誤的是()A．原電池是將化學能轉化成電能的裝置B．原電池由電極、電解質溶液和導線等組成C．圖中a極為鋁條、b極為鋅片時，導線中會產生電流D．圖中a極為鋅片、b極為銅片時，電子由銅片通過導線流向鋅片答案D解析D項，a極為負極，電子由負極(鋅片)流出。2．下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(fā)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做負極解析：選C。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。3．分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結論正確的是()A．①②中Mg做負極，③④中Fe做負極B．②中Mg做正極，電極反應式為6H2O＋6e－=6OH－＋3H2↑C．③中Fe做負極，電極反應式為Fe－2e－=Fe2＋D．④中Cu做正極，電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑答案B解析②中Mg不與NaOH溶液反應，而Al能和NaOH溶液反應失去電子，故Al是負極；③中Fe在濃硝酸中鈍化，Cu和濃HNO3反應失去電子做負極，A、C錯；②中電池總反應為－，二者相減得到正極反應式為6H2O＋6e－=6OH－＋3H2↑，B正確；④中Cu是正極，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，D錯。原電池的工作原理簡圖注意①電子移動方向：從負極流出沿導線流入正極，電子不能通過電解質溶液。②若有鹽橋，鹽橋中的陰離子移向負極區(qū)，陽離子移向正極區(qū)。③若有交換膜，離子可選擇性通過交換膜，如陽離子交換膜，陽離子可通過交換膜移向正極。題組二原電池原理的應用4．(加快化學反應速率)等質量的兩份鋅粉a、b，分別加入過量的稀H2SO4中，同時向a中滴入少量的CuSO4溶液，如圖表示產生H2的體積(V)與時間(t)的關系，其中正確的是()答案D解析a中Zn與CuSO4溶液反應置換出Cu，Zn的量減少，產生H2的量減少，但Zn、Cu和稀H2SO4形成原電池，加快反應速率，D項圖示符合要求。5．(比較金屬活動性)有a、b、c、d四個金屬電極，有關的實驗裝置及部分實驗現(xiàn)象如下：實驗裝置

部分實驗現(xiàn)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順序是()A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞aC．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c答案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做原電池負極，b做原電池正極，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做原電池負極，c做正極，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。6．某校化學興趣小組進行探究性活動：將氧化還原反應2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2設計成帶鹽橋的原電池。提供的試劑：FeCl3溶液、KI溶液；其他用品任選。回答下列問題：(1)畫出設計的原電池裝置圖，并標出電極材料、電極名稱及電解質溶液。(2)發(fā)生氧化反應的電極反應式為____________________________________________。(3)反應達到平衡時，外電路導線中________(填“有”或“無”)電流通過。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體，當固體全部溶解后，則此時該溶液中的電極變?yōu)開_______(填“正”或“負”)極。解析：(1)先分析氧化還原反應，找出正、負極反應，即可確定電極材料和正、負極區(qū)的電解質溶液。(2)發(fā)生氧化反應的電極是負極，負極上I－失電子變成I2。(3)反應達到平衡時，無電子移動，故無電流產生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體，平衡逆向移動，此時Fe2＋失電子，該溶液中的電極變成負極。答案：(1)如下圖(答案合理即可)(2)2I－－2e－=I2(3)無(4)負題組三聚焦“鹽橋”原電池7．某學習小組的同學查閱相關資料知氧化性：Cr2Oeq\o\al(2－,7)＞Fe3＋，設計了鹽橋式的原電池，如圖所示。鹽橋中裝有瓊脂與飽和K2SO4溶液。下列敘述中正確的是()A．甲燒杯的溶液中發(fā)生還原反應B．乙燒杯中發(fā)生的電極反應為2Cr3＋＋7H2O－6e－=Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋14H＋C．外電路的電流方向為從b到aD．電池工作時，鹽橋中的SOeq\o\al(2－,4)移向乙燒杯答案C解析A項，甲燒杯中發(fā)生的反應為Fe2＋－e－=Fe3＋，為氧化反應，錯誤；B項，乙燒杯中發(fā)生還原反應，得到電子，錯誤；C項，a極為負極，b極為正極，外電路的電流由b→a，正確；D項，SOeq\o\al(2－,4)向負極移動，即移向甲燒杯，錯誤。8．*控制適合的條件，將反應2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2設計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是()A．反應開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應B．反應開始時，甲中石墨電極上Fe3＋被還原C．檢流計讀數(shù)為零時，反應達到化學平衡狀態(tài)D．檢流計讀數(shù)為零后，在甲中加入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負極答案D解析由圖示結合原電池原理分析可知，F(xiàn)e3＋得電子變成Fe2＋被還原，－失去電子變成I2被氧化，所以A、B正確；電流表讀數(shù)為零時，F(xiàn)e3＋得電子速率等于Fe2＋失電子速率，反應達到平衡狀態(tài)，C正確；在甲中加入FeCl2固體，平衡2Fe3＋＋2I－?2Fe2＋＋I2向左移動，I2被還原為I－，乙中石墨為正極，D不正確。9．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，其電極反應為__________________________________。(3)鹽橋中的NOeq\o\al(－,3)移向________溶液。答案(1)CuAgNO3(2)正Ag＋＋e－=Ag(3)Cu(NO3)2考點二化學電源一、一次電池：只能使用一次，不能充電復原繼續(xù)使用1．堿性鋅錳干電池總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2。負極材料：Zn。電極反應：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2。正極材料：碳棒。電極反應：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－。2．紐扣式鋅銀電池總反應：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag。電解質是KOH。負極材料：Zn。電極反應：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2。正極材料：Ag2O。電極反應：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－。3．鋰電池Li－SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4－SOCl2。電池的總反應可表示為8Li＋3SOCl2=6LiCl＋Li2SO3＋2S。(1)負極材料為________，電極反應為___________。(2)正極的電極反應為_____________________。答案(1)鋰8Li－8e－=8Li＋(2)3SOCl2＋8e－=2S＋SOeq\o\al(2－,3)＋6Cl－二、二次電池：放電后能充電復原繼續(xù)使用1．鉛蓄電池總反應：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)eq\o(,\s\up9(放電),\s\do3(充電))2PbSO4(s)＋2H2O(l)(1)放電時——原電池負極反應：Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)－2e－=PbSO4(s)；正極反應：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)＋2e－=PbSO4(s)＋2H2O(l)。(2)充電時——電解池陰極反應：PbSO4(s)＋2e－=Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)；陽極反應：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－=PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)。2．圖解二次電池的充放電3．二次電池的充放電規(guī)律(1)充電時電極的連接：充電的目的是使電池恢復其供電能力，因此負極應與電源的負極相連以獲得電子，可簡記為負接負后做陰極，正接正后做陽極。(2)工作時的電極反應式：同一電極上的電極反應式，在充電與放電時，形式上恰好是相反的；同一電極周圍的溶液，充電與放電時pH的變化趨勢也恰好相反。三、“高效、環(huán)境友好”的燃料電池1．氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分為酸性和堿性兩種。種類酸性堿性負極反應式2H2－4e－=4H＋2H2＋4OH－－4e－=4H2O正極反應式O2＋4e－＋4H＋=2H2OO2＋2H2O＋4e－=4OH－電池總反應式2H2＋O2=2H2O備注燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用2.解答燃料電池題目的思維模型3．解答燃料電池題目的幾個關鍵點(1)要注意介質是什么？是電解質溶液還是熔融鹽或氧化物。(2)通入負極的物質為燃料，通入正極的物質為氧氣。(3)通過介質中離子的移動方向，可判斷電池的正負極，同時考慮該離子參與靠近一極的電極反應。(1)太陽能電池不屬于原電池(√)(2)手機、電腦中使用的鋰電池屬于一次電池(×)(3)鉛蓄電池放電時，正極與負極質量均增加(√)(4)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(×)(5)燃料電池工作時燃料在電池中燃燒，然后熱能轉化為電能(×)(6)以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池，放電過程中，H＋從正極區(qū)向負極區(qū)遷移(×)(7)鉛蓄電池工作時，當電路中轉移0.1mol電子時，負極增重4.8g(√)題組一根據圖示理解化學電源1．普通鋅錳干電池的簡圖如圖所示，它是用鋅皮制成的鋅筒做電極，中央插一根碳棒，碳棒頂端加一銅帽。在石墨碳棒周圍填滿二氧化錳和炭黑的混合物，并用離子可以通過的長纖維紙包裹作隔膜，隔膜外是用氯化鋅、氯化銨和淀粉等調成糊狀作電解質溶液。該電池工作時的總反應為Zn＋2NHeq\o\al(＋,4)＋2MnO2=[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O。下列關于鋅錳干電池的說法中正確的是()A．當該電池電壓逐漸下降后，利用電解原理能重新充電復原B．電池負極反應式為2MnO2＋2NHeq\o\al(＋,4)＋2e－=Mn2O3＋2NH3＋H2OC．原電池工作時，電子從負極通過外電路流向正極D．外電路中每通過0.1mol電子，鋅的質量理論上減小6.5g答案C解析普通鋅錳干電池是一次電池，不能充電復原，A項錯誤；根據原電池工作原理，負極失電子，B項錯誤；由負極的電極反應式可知，每通過0.1mol電子，消耗鋅的質量是65g·mol－1×eq\f(0.1mol,2)＝3.25g，D項錯誤。2．Li－FeS2電池是目前電池中綜合性能最好的一種電池，其結構如圖所示。已知電池放電時的反應為4Li＋FeS2=Fe＋2Li2S。下列說法正確的是()A．Li為電池的正極B．電池工作時，Li＋向負極移動C．正極的電極反應式為FeS2＋4e－=Fe＋2S2－D．將熔融的LiCF3SO3改為LiCl的水溶液，電池性能更好答案C＋)移向正極；D項，由于2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑，故不能用LiCl的水溶液作為電解質溶液。3.*如圖為鈉高能電池的結構示意圖，該電池的工作溫度為320℃左右，電池的反應式為2Na＋xS=Na2Sx，正極的電極反應式為________________________________________。M(由Na2O和Al2O3制得)的兩個作用是________________________________________。答案xS＋2e－=Seq\o\al(2－,x)(或2Na＋＋xS＋2e－=Na2Sx)導電和隔離鈉與硫題組二可充電電池4．(二次電池的理解與應用)鎳鎘(Ni－Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用。已知某鎳鎘電池的電解質溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進行：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up9(放電),\s\do3(充電))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，有關該電池的說法正確的是()A．充電時陽極反應：Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2OB．充電過程是化學能轉化為電能的過程C．放電時負極附近溶液的堿性不變D．放電時電解質溶液中的OH－向正極移動答案A解析放電時Cd的化合價升高，Cd做負極，Ni的化合價降低，NiOOH做正極，則充電時Cd(OH)2做陰極，Ni(OH)2做陽極，電極反應式為Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2O，A項－－2e－=Cd(OH)2，Cd電極周圍OH－的濃度減小，C項錯誤；放電時OH－向負極移動，D項錯誤。(2020·安徽A10聯(lián)盟聯(lián)考)用氟硼酸(HBF4，屬于強酸)溶液代替硫酸溶液做鉛蓄電池的電解質溶液，可使鉛蓄電池在低溫下工作時的性能更優(yōu)良，反應方程式為Pb＋PbO2＋4HBF4eq\o(,\s\up9(放電),\s\do3(充電))2Pb(BF4)2＋2H2O，Pb(BF4)2為可溶于水的強電解質，下列說法中正確的是()A．放電時，負極反應為PbO2＋4HBF4－2e－=Pb(BF4)2＋2BFeq\o\al(－,4)＋2H2OB．充電時，當陽極質量減少23.9g時轉移0.2mol電子C．放電時，PbO2電極附近溶液的pH增大D．充電時，Pb電極的電極反應式為PbO2＋4H＋＋2e－=Pb2＋＋2H2O解析：選C。放電時，負極反應為Pb－2e－=Pb2＋，A項錯誤；充電時，陽極反應為Pb2＋－2e－＋2H2O=PbO2＋4H＋，當陽極質量增加23.9g時轉移0.2mol電子，B項錯誤；放電時，正極反應為PbO2＋4H＋＋2e－=Pb2＋＋2H2O，PbO2電極附近溶液的pH增大，C項正確；充電時，Pb電極的電極反應式為Pb2＋＋2e－=Pb，D項錯誤。6．*(2018·哈師大附中、東北師大附中、遼寧省實驗中學一模)一種突破傳統(tǒng)電池設計理念的鎂－銻液態(tài)金屬儲能電池工作原理如圖所示，該電池所用液體密度不同，在重力作用下分為三層，工作時中間層熔融鹽的組成及濃度不變。該電池工作一段時間后，可由太陽能電池充電。下列說法不正確的是()A．放電時，Mg(液)層的質量減小B．放電時正極反應為：Mg2＋＋2e－=MgC．該電池充電時，Mg－Sb(液)層發(fā)生還原反應D．該電池充電時，Cl－向中層和下層分界面處移動答案C解析A項，放電時，負極Mg失電子生成鎂離子，則Mg(液)層的質量減小，正確；B項，正極鎂離子得電子得到Mg，則放電時正極反應為：Mg2＋＋2e－=Mg，正確；C項，該電池充電時，Mg－Sb(液)層為陽極，陽極發(fā)生失電子的氧化反應，錯誤；D項，該電池充電時，陰離子向陽極移動，即Cl－向中層和下層分界面處移動，正確。題組三燃料電池7.(2020·惠州模擬)金屬鋰燃料電池是一種新型電池，比鋰離子電池具有更高的能量密度。它無電時也無需充電，只需更換其中的某些材料即可，其工作示意圖如下，下列說法正確的是()A．放電時，通入空氣的一極為負極B．放電時，電池反應為4Li＋O2=2Li2OC．有機電解液可以是乙醇等無水有機物D．在更換鋰電極的同時，要更換水性電解液解析：選D。A.放電時，Li電極為負極，錯誤；B.放電時，電池反應為4Li＋O2＋2H2O=4LiOH，錯誤；C.因為有鋰存在，就不能用乙醇，鋰和乙醇反