1、第3课时必备知识原电池和常见化学电源知识清单重要概念原电池；一次电池；二次电池；燃料电池基本规律原电池的构成条件；原电池的工作原理；原电池工作原理的应用知识点1原电池的构成及工作原理1原电池的概念原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是发生了氧化还原反应。2原电池的形成条件形成条件具体分析反应能自发进行的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)电极一般是活泼性不同的两个电极闭合回路形成闭合回路的两个条件：电解质溶液(或熔融电解质)；两电极直接或间接接触，并插入电解质溶液(或熔融电解质)中3.原电池的工作原理以锌铜原电池为例进行分析，图是单液原电池装置，图是双液原电池装置。(1
2、)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电子流向由Zn片沿导线流向Cu片盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液，K移向正极，Cl移向负极 (1)原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。(2)无论在原电池中还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。(2)盐桥的组成和作用原电池装置中盐桥连接两个“半电池装置”，其中盐桥的作用有三种：隔绝正负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；通过离子的定向移动，构成闭合回路；平衡电极区的电荷。通关1 (易错排查)判断正误(1)理论上，任何自发
3、的氧化还原反应都可设计成原电池()(2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极()(3)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生()(4)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动()(5)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极()(6)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳()通关2 (人教选修4P73，2题改编)课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流表、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是()A原电池是将化学能转化成电能的装置B原电池由电极、电解质溶液和导线等组成C
4、图中a极为铝条、b极为锌片时，导线中会产生电流D图中a极为锌片、b极为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片Da极为负极，电子由负极(锌片)流出，D项错误。通关3 (2021安徽合肥检测)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是()A铜电极上发生氧化反应B电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小C电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡C由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Cu2得电子发生还原反应生成Cu，A项错误；由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c(SO)不变，
5、B项错误；在乙池中Cu22e=Cu，同时甲池中的Zn2通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M(Zn2)M(Cu2)，故乙池溶液的总质量增加，C项正确；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn2通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，D项错误。通关4 (深度思考)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=H2B中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；中
6、Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；中电池总反应为2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，负极反应式为2Al8OH6e=2AlO4H2O，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。知识点2原电池原理的应用1加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。例如，在锌粉与稀H2SO4反应制取H2时，加入少量CuSO4溶液，置换出的Cu能与Zn形成原电池，使产生H2的反应速率加快。2比较金属的活动性强弱原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性
7、较弱的金属(或非金属)。例如，用导线将金属A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，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，据此推知金属活动性：A(填“”或“”)B。3用于金属的防护被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如，要保护钢铁水闸，可用导线将其与锌块相连，使锌作原电池的负极，铁闸作正极而受到保护。4设计制作原电池装置例如，根据反应Cu2Ag=Cu22Ag设计原电池：(不含盐桥)(含盐桥)通关1 (2021安徽芜湖检测)将两份过量的锌粉a、b分别加入一定量的稀硫酸，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)的关系正确的是()B加入
8、CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池加快反应速率，由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多。通关2 (人教选修4P73，4题改编)有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：实验装置部分实验现象a极质量减少；b极质量增加b极有气体产生；c极无变化d极溶解；c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动顺序是()AabcdBbcdaCdabc DabdcC把四个实验从左到右分别编号为、，则由实验可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：ab；由实验可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：bc；由实验可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动
9、性：dc；由实验可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：da。综上所述可知活动性：dabc。通关3 (新教材链接)(人教选择性必修1P100，2题改编)根据化学反应设计原电池(选用相同的盐桥)时，下列各项中合理的是()选项正极(金属/电解质溶液)负极(金属/电解质溶液)AZn/ZnSO4溶液Fe/稀H2SO4溶液BFe/FeCl2溶液Zn/ZnSO4溶液CZn/稀H2SO4溶液Fe/FeCl2溶液DFe/ZnSO4溶液Zn/FeCl2溶液B原电池中，负极金属的活动性一般强于正极金属，Zn比Fe活泼，形成原电池时Zn作负极，A、C项均错误；使用盐桥，形成双液原电池
10、时，为得到稳定电流，正极、负极半电池中电解质溶液一般是电极金属材料形成的盐溶液，D项错误，B项正确。通关4 (深度思考)某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，完成有关实验项目：方案：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为_。方案：有人利用Fe、Cu做电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。正极反应式：_。负极反应式：_。方案：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案：_(
11、与方案、不能雷同)，用离子方程式表示其反应原理：_。解析方案：铁与酸反应产生气泡，Fe2H=Fe2H2，而铜与酸不反应。方案：设计原电池时以铁、铜为电极，电解质溶液为稀硫酸或盐酸等溶液。实验现象是铁溶解，而铜极上有无色气泡产生。在负极：Fe失去电子变为Fe2，Fe2e=Fe2；在正极，溶液中的H获得电子变为H2，2H2e=H2。方案：设计简单实验时注意原理与方案及方案的原理不同，且现象明显，操作简单。将铁片置于CuSO4溶液，若铁片表面覆盖一层铜，说明Fe比Cu活动性强，离子方程式为FeCu2=Fe2Cu。(合理即可)答案方案：Fe2H=Fe2H2方案：装置如图所示2H2e=H2Fe2e=Fe
12、2方案：将铁片置于CuSO4溶液，若铁片表面覆盖一层铜，说明Fe比Cu活动性强FeCu2=Fe2Cu知识点3常见化学电源1一次电池(只使用一次，不能重复使用)碱性锌锰电池负极材料：Zn电极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2正极材料：碳棒电极反应：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2锌银电池负极材料：Zn电极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2正极材料：Ag2O电极反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH总反应：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag2.二次电池(放电后充电复原继续使用)(1)铅蓄电池的构造(2)工作原理铅蓄电池是
13、最常见的二次电池，电池总反应为Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)2H2O(l)3燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性和碱性两种。酸性碱性负极反应式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O24H4e=2H2OO22H2O4e=4OH电池总反应式2H2O2=2H2O 燃料电池中通入O2(或空气)的一极为正极，通入可燃物的一极为负极。书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸碱性，介质的酸碱性对电极反应和总反应都会产生影响。通关1(人教选修4P78，1题改编)银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag，
14、其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是()AZn电极是负极BAg2O电极发生还原反应CZn电极的电极反应式：Zn2e2OH=Zn(OH)2D放电前后电解质溶液的pH保持不变D由电池的总反应ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag知，Zn从0价变为2价，化合价升高，失去电子，故Zn电极为负极，A项正确；Ag2O中Ag从1价变为0价，化合价降低，得到电子，发生还原反应，B项正确；在碱性条件下，Zn2与OH结合生成Zn(OH)2，故Zn电极的电极反应式为Zn2e2OH=Zn(OH)2，C项正确；根据总反应可知，反应中H2O被不断地消耗，电解质溶液中OH浓度增大，所以放电后电解质溶液的pH增大，D项
15、错误。通关2 (新教材链接)(人教选择性必修1P100，3题改编)碱性锌锰电池的总反应为Zn2MnO22H2O=2MnO(OH)Zn(OH)2。下列有关该电池的说法中不正确的是()AZn作负极，电极反应式为Zn2e2OH=Zn(OH)2BMnO2作正极，发生还原反应C电池工作时，电流由MnO2经外电路流向ZnD电池工作时，KOH没有发挥作用DZn作负极，被氧化生成Zn(OH)2，电极反应式为Zn2e2OH=Zn(OH)2，A项正确；MnO2作正极，被还原生成MnO(OH)，B项正确；电池工作时，电流由正极流向负极，则电流由MnO2经外电路流向Zn，C项正确；电池工作时，KOH未参与电池总反应，
16、但起到导电作用，D项错误。通关3 (2021湖北武汉检测)如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀H2SO4为电解质溶液。下列有关说法不正确的是()Aa极为负极，电子由a极经外电路流向b极Ba极的电极反应式：H22e=2HC电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)增大D若将H2改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，O2的用量增多C在氢氧燃料电池中，氢气在负极失电子，生成氢离子，则a极为负极，电子由a极流向b极，A项正确；a极的电极反应式：H22e=2H，B项正确；在氢氧燃料电池中，电池的总反应为2H2O2=2H2O，则电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)减小，C项错误；1
17、mol H2消耗0.5 mol O2，1 mol CH4消耗2 mol O2，所以若将H2改为等物质的量CH4，O2的用量增多，D项正确。通关4 (2020山东卷)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用如图装置处理有机废水(以含CH3COO的溶液为例)。下列说法错误的是()A负极反应为CH3COO2H2O8e=2CO27HB隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 gD电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为21B由装置示意图
18、可知，负极区CH3COO发生氧化反应生成CO2和H，A项正确；隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离子移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1 mol电子通过，则电解质溶液中有1 mol钠离子移向正极，1 mol氯离子移向负极，C项正确；负极产生CO2：CH3COO2H2O8e=2CO27H，正极产生H2：2H2e=H2，根据电荷守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为21，D项正确。通关5 (深度思考)(2020全国卷)科学家近年发明了一种新型ZnCO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为
19、储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是()A放电时，负极反应为Zn2e4OH=Zn(OH)B放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 molC充电时，电池总反应为2Zn(OH)=2ZnO24OH2H2OD充电时，正极溶液中OH浓度升高D 根据反应原理可知，Zn为负极，电解质溶液1显碱性，放电时，负极反应为Zn2e4OH=Zn(OH)，A项正确；放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，C的化合价由4降为2，转移的电子数为2 mol，B项正确；充电时，阴极反应为2Zn(OH)4e=2Zn8OH，阳极反应为2H2O4e=4HO2，故电池总反应为
20、2Zn(OH)=2ZnO24OH2H2O，C项正确；充电时，阳极反应为2H2O4e=4HO2，溶液中OH浓度降低，D项错误。训练(二十九)原电池和常见化学电源1(2021河南平顶山质检)下图是盐桥中吸附有饱和KCl溶液的原电池示意图。下列说法错误的是()A该原电池的负极反应式为Cu2e=Cu2B电子流向：Cu棒盐桥Pt棒电流表Cu棒C甲烧杯中的c(NO)逐渐减小D盐桥中的K移向甲烧杯BCu比Pt活泼，则Cu作原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu2e=Cu2，A项正确；电子只能在电极和导线中移动，不能进入电解质溶液，故电子流向为Cu棒电流表Pt棒，B项错误；Pt电极是正极，电极反应式为N
21、O4H3e=NO2H2O，反应消耗NO，则甲烧杯中c(NO)逐渐减小，C项正确；盐桥中阳离子向正极移动，则K移向甲烧杯，D项正确。2(2021重庆南川中学检测)有关下列四个常用电化学装置的叙述中正确的是().碱性锌锰电池.铅蓄电池.铜锌原电池.银锌电池A所示电池工作中，MnO2的作用是催化剂B所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大C所示电池工作过程中，盐桥中K移向硫酸锌溶液D所示电池放电过程中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中被还原为AgD碱性锌锰电池中二氧化锰为氧化剂，A项错误；铅蓄电池放电时电池反应为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，H2SO4浓度减小，B项错误；原电池中阳离子
22、向正极移动，故盐桥中K移向硫酸铜溶液，C项错误；该原电池中，正极上氧化银得电子生成银，所以Ag2O作氧化剂，D项正确。3(2021广东广州六区联考)某化学兴趣小组利用反应Zn2FeCl3=ZnCl22FeCl2，设计了如图所示的装置，下列说法正确的是()AZn为负极，发生还原反应B石墨电极上发生的反应为Fe3e=Fe2C电子流动方向为石墨电极电流表锌电极D盐桥中K向ZnCl2溶液移动，Cl向FeCl3溶液移动B由电池总反应可知，Zn发生氧化反应生成ZnCl2，则Zn为负极，A项错误；石墨电极是正极，Fe3发生还原反应生成Fe2，电极反应式为Fe3e=Fe2，B项正确；原电池中电子由负极流出经导
23、线流向正极，则电子流动方向为锌电极电流表石墨电极，C项错误；电解质溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极，故盐桥中K向FeCl3溶液移动，Cl向ZnCl2溶液移动，D项错误。4(2021山东青岛期初调研)我国某科研机构研究表明，利用K2Cr2O7可实现含苯酚废水的有效处理，其工作原理如下图所示。下列说法正确的是()AN为该电池的负极B该电池可以在高温下使用 C一段时间后，中间室中NaCl溶液的浓度减小DM的电极反应式为C6H5OH28e11H2O=6CO228HC由图中信息可知，N电极上Cr2O被还原生成Cr(OH)3，则N电极是正极，A项错误；该电池内部有微生物参与，不能在高温下使用，B项错误
24、；左室产生H由阳离子交换膜进入中间室，右室产生OH由阴离子交换膜进入中间室，HOH=H2O，中间室中NaCl溶液的浓度减小，C项正确；M极是负极，发生氧化反应生成CO2，电极反应式应为C6H5OH11H2O28e=6CO228H，D项错误。5(2020天津卷)熔融钠硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2NaxSNa2Sx(x53，难溶于熔融硫)。下列说法错误的是()ANa2S4的电子式为B放电时正极反应为xS2Na2e=Na2SxCNa和Na2Sx分别为电池的负极和正极D该电池是以NaAl2O3为隔膜的二次电池CA对，四硫化二钠属于离子化合物，其中硫达到8电子稳定结构，
25、其电子式为；B对， 根据总反应可知，S在正极发生反应，电极反应为xS2Na2e=Na2Sx；C错，电池正极是含碳粉的熔融硫；D对，因为该电池可以充电，所以为二次电池，其中NaAl2O3是隔膜，防止钠与硫直接反应。6(2021天津滨海联考)某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2OFe3，设计了盐桥式的原电池，如图所示。盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是()A甲烧杯的溶液中发生还原反应B乙烧杯中发生的电极反应为2Cr37H2O6e=Cr2O14HC外电路的电流方向为从b到aD电池工作时，盐桥中的SO移向乙烧杯C甲烧杯中发生的反应为Fe2e=Fe3，为氧化反应，A项错误；乙
26、烧杯中发生还原反应，得到电子，B项错误； a极为负极，b极为正极，外电路的电流由ba，C项正确； SO向负极移动，即移向甲烧杯，D项错误。7(2021广东深圳质检)John B Goodenough是锂离子电池正极材料钴酸锂的发明人。某种钴酸锂电池的电解质为LiPF6, 放电过程反应式为xLiLi1xCoO2=LiCoO2，其工作原理如图所示。下列说法正确的是()A放电时，电子由R极流出，经电解质流向Q极B放电时，正极反应式为xLiLi1xCoO2xe=LiCoO2C充电时，Q极与外加电源的负极相连D充电时，R极电极反应为Lie=LiB放电时，Li/石墨是负极，则电子由R极流出经负载流向Q极，
27、不能进入电解质，A项错误；放电时，LiCoO2是正极，发生还原反应，电极反应式为xLiLi1xCoO2xe=LiCoO2，B项正确；充电时，Q极是阳极，与外加电源的正极相连，C项错误；充电时，R极是阴极，Li得电子发生还原反应，电极反应式为Lie=Li，D项错误。8(2021河南南阳一中检测)如图所示装置中，可观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是()选项MNPA锌铜稀硫酸B铜锌稀盐酸C锌铁硝酸铁溶液D银锌硝酸银溶液D据“电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细”判断，M棒作正极，N棒作负极，且金属的活泼性：NM，电解质溶液应为不活泼金属盐溶液，
28、只有D项符合题意。9(2020全国卷，27题节选)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。(1)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择_作为电解质。 阳离子u108/(m2s1V1)阴离子u108/(m2s1V1)Li4.07HCO4.61Na5.19NO7.40Ca26.59Cl7.91K7.62SO8.27(2)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入_电极溶液中。 (3)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2)增加了0.02 molL1
29、。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2)_。 (4)根据(2)、(3)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为_，铁电极的电极反应式为_。因此，验证了Fe2氧化性小于_，还原性小于_。 解析(1)盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，两烧杯溶液中含有Fe2、Fe3和SO，Ca2与SO生成微溶于水的CaSO4，Fe2、Fe3均与HCO反应，酸性条件下NO与Fe2发生反应，故盐桥中不能含有Ca2、HCO和NO。盐桥中阴、阳离子的电迁移率(u)应尽可能相近，根据表中数据可知K与Cl的电迁移率较接近且与两端电解质溶液均不发生反应，故盐桥中应选择KCl为电解质。(2)电子由铁电极经
30、外电路流向石墨电极，则石墨电极为正极，发生还原反应，为达到电荷平衡，盐桥中的K进入石墨电极附近的溶液中。(3)铁电极上发生氧化反应Fe2e=Fe2，石墨电极上未见Fe析出，说明仅发生还原反应2Fe32e=2Fe2，铁电极附近溶液中Fe2的物质的量浓度增加0.02 molL1，则石墨电极溶液中Fe2的物质的量浓度增加0.04 molL1，因此石墨电极溶液中最终得到Fe2的物质的量浓度为0.05 molL10.04 molL10.09 molL1。(4)根据(2)、(3)的实验结果易知石墨电极的电极反应式为Fe3e=Fe2，证明Fe2的氧化性小于Fe3；铁电极的电极反应式为Fe2e=Fe2，证明Fe2的还原性小于Fe。答案(1)KCl(2)石墨(3)0.09 molL1(4)Fe3e=Fe2Fe2e=Fe2Fe3 Fe
