1、 第二节 原电池 化学电源一、原电池1._能转化为_能的装置。2.工作原理(1)原理：在原电池中，_的物质作为负极，向外电路提供_；_的物质作正极，从外电路得到_。(2)举例：电极名称负极正极电极材料电极反应反应类型电子流向由_沿导线流向_3.原电池构成条件前提：有一个能自发进行的_反应。(1)两个_的电极。(2)将电极插入_。(3)用导线连接电极构成_。【想一想】上图中的盐桥有什么作用？【答案】盐桥中的盐溶液是电解质溶液，该电解质与两个半电池中的电解质溶液不能反应。盐桥中的阴离子移向负极，阳离子移向正极，从而使两个半电池中的电解质溶液连成一个通路。二、常见的化学电源1.一次电池碱性锌锰干电池
2、(1)负极材料是_，正极材料是_，电解质溶液是_溶液。(2)电极反应负极：_正极：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOH Zn(OH)22.二次电池(可充电电池)铅蓄电池(1)负极材料是_，正极材料是_，电解质溶液是_溶液。(2)电极反应总反应：PbPbO22H2SO4放电充电2PbSO42H2O放电时的反应负极：_(_反应)。正极：_(_反应)。充电时的反应阴极：_(_反应)。阳极：_(_反应)。3.燃料电池(1)工作原理将_(如H2、CH4等)和_(O2、Cl2等)的化学能直接转化成电能。电极材料本身不包含_，只是一个催化转化元件。工作时，燃
3、料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地反应，生成物不断地被排出。(2)优点能量转化率高，可超过_。污染少，被誉为“绿色”发电站。(3)氢氧燃料电池总反应：2H2O2=2H2O碱性介质中负极反应：_。正极反应：_。酸性介质中负极反应：_。正极反应：_。【想一想】回收废旧电池有什么意义？【答案】一是可减少环境污染；二是回收利用，节约资源。【答案】一、1.化学 电 2.(1)较活泼 电子 较不活泼 电子(2)Zn Cu Zn2e=Zn2 Cu22e=Cu 氧化反应还原反应 Zn Cu 3.氧化还原(1)活泼性不同(2)电解质溶液中(3)闭合回路二、1.(1)Zn MnO2 KOH(2)Zn2OH
4、2e=Zn(OH)2 2.(1)Pb PbO2 H2SO4(2)Pb2eSO=PbSO4 氧化 PbO2SO4H2e=PbSO42H2O还原 PbSO42e=PbSO 还原PbSO42H2O2e=PbO24HSO 氧化3.(1)燃料 氧化剂 活性物质(2)80%(3)2H24e4OH=4H2O O22H2O4e=4OH 2H24e=4H 4HO24e=2H2O【例1】(2010高考广东卷，23)铜锌原电池(如图所示)工作时，下列叙述正确的是()A.正极反应为：Zn2e=Zn2B.电池反应为：ZnCu2=Zn2CuC.在外电路中，电子从负极流向正极D.盐桥中的K移向ZnSO4溶液【解析】铜锌原电
5、池工作时，负极反应为：Zn2e=Zn2，正极反应为：Cu22e=Cu，电池反应为：ZnCu2=Zn2Cu，故A错，B正确；原电池工作时，电子从负极沿外电路流向正极，由于左池溶液中阳离子增多、右池溶液中阳离子减少，为平衡电荷，则盐桥中的K移向CuSO4溶液，而Cl移向ZnSO4溶液，故C正确，D错。【答案】BC原电池正负极的判断和电极反应式的书写1.正负极的判断(1)根据电子流动方向判断。在原电池中，电子流出的一极是负极；电子流入的一极是正极。(2)根据两极材料判断。一般活泼性较强的金属为负极；活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。(3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向移动方向判断。阳离子向
6、正极移动，阴离子向负极移动。(4)根据原电池两极发生的变化来判断。负极发生氧化反应，正极发生还原反应。(5)根据现象判断。溶解的一极为负极，质量增加或放出气体的一极为正极。2.电极反应和电池反应方程式的书写(1)如果题目给定的是图示装置，先分析正、负极和溶液中的电解质离子，再根据正、负极反应规律和离子放电规律正确判断出电极反应产物，然后结合质量守恒、电荷守恒书写电极反应式；依据两极电子得失守恒，由两电极反应式加和得总反应方程式。(2)如果题目给定的是总反应方程式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再选择一个简单的变化情况去写电极反应式，另一极的电极反应式可直
7、接写出或用总反应方程式减去已写出的电极反应式得出。(3)对于二次电池的反应，需要看清楚“充电、放电”的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解池原理。【温馨提示】判断电极时，不能简单地依据金属的活动性来判断，要看反应的具体情况。在原电池AlNaOH(aq)Mg中，Al作负极；在原电池Al浓H2SO4Cu中，Cu作负极。【知识关联】原电池正负极的判断和电极反应式的书写与离子反应、氧化还原反应有关计算联系。1.(2010北京东城测试)有关下图所示原电池的叙述不正确的是()A.电池总反应的离子方程式是Cu2Ag=Cu22AgB.正极的电极反应是Age=AgC.Cu片上发生氧化反应，Ag片上
8、发生还原反应D.用该电池电解饱和食盐水，3.2 g Cu溶解时生成1.12 L Cl2【解析】原电池中负极的电极反应式为Cu2e=Cu2。用该电池电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为2Cl2e=Cl2，根据电子守恒知，Cu2eCl2，n(Cu)n(Cl2)3.2 g/64 gmol10.05 mol，在标准状况下，Cl2的体积为1.12 L，但题目没有指明是否为标准状况，故D错。【答案】D原电池原理的应用【例2】某原电池总反应的离子方程式为：2Fe3Fe=3Fe2，不能实现该反应的原电池是()A.正极为Cu，负极为Fe，电解质为FeCl3溶液B.正极为C，负极为Fe，电解质为Fe(NO3)3溶
9、液C.正极为Fe，负极为Zn，电解质为Fe2(SO4)3溶液D.正极为Ag，负极为Fe，电解质为CuSO4溶液【解析】本题考查原电池的设计。通过分析原电池的总反应知，氧化反应为Fe2e=Fe2，则负极材料为Fe，正极为活动性比Fe弱的金属(如Cu)或非金属导体(如石墨)；还原反应为2Fe32e=2Fe2，则电解质溶液为Fe3的溶液，故AB符合。【答案】CD原电池原理的应用1.加快自发进行的氧化还原反应的速率。例如，在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使生成H2的反应速率加快。2.比较金属活动性强弱。3.用于金属的保护。使金属制品作原电池正极而得到保护。4.设计原电池(1)首先将已知的氧
10、化还原反应拆分为两个半反应(氧化反应和还原反应)。(2)根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料(负极就是失电子的物质，正极用比负极活泼性差的金属即可，也可以用石墨)及电解质溶液。电解质溶液的选择电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如在铜锌硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2的溶液中。电极材料的选择在原电池中，选择较活泼的物质作为负极；较不活泼的物质作为正极。并且，原电池的电
11、极必须能导电。(3)按要求画出原电池组装图。【知识关联】原电池原理的应用与化学反应速率、氧化还原反应、金属的腐蚀与防护联系。2.(2010福建泉州一中期末)可以将反应ZnBr2=ZnBr2设计成蓄电池，下列4个电极反应Br22e=2Br 2Br2e=Br2Zn2e=Zn2 Zn22e=Zn其中表示充电时的阳极反应和放电时的负极反应的分别是()A.和 B.和C.和 D.和【解析】对于蓄电池，充电时的总反应为ZnBr2=ZnBr2，阳极发生氧化反应：2Br2e=Br2；放电时的总反应为ZnBr2=ZnBr2，负极发生氧化反应：Zn2e=Zn2。【答案】A 新型化学电源【例3】据报道，我国拥有完全自
12、主知识产权的氢氧燃料电池车在北京奥运会期间为运动员提供服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液，下列有关该电池的叙述不正确的是()A.正极反应式为：O22H2O4e=4OHB.工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变C.该燃料电池的总反应方程式为：2H2O2=2H2OD.用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24 L Cl2(标准状况)时，有0.1 mol电子转移【解析】本题考查原电池和电解池的知识。在碱性条件下，通入 O2 的一极发生还原反应，该极作原电池的正极，电极反应式为：O22H2O4e=4OH；通入 H2 的一极发生氧化反应，该极作原电池的负极，电极反应式为：2H24e4OH=4
13、H2O；依据得失电子守恒将两极的电极反应式相加即得电池总反应式 2H2O2=2H2O。在放电过程中，KOH 相当于不参加反应，其物质的量不变，但在整个过程中不断产生水，使 KOH 浓度不断减小。用该电池电解 CuCl2 溶液，化学方程式为：CuCl2=电解 CuCl2，产生 2.24 L Cl2时，转移电子的物质的量为：2.24 L22.4 L/mol20.2 mol，D 错。【答案】D1.化学电池与太阳能电池(1)太阳能电池是把太阳的光能转化为电能的装置，它不是化学电池。(2)判断一种电池的优劣主要看这种电池单位质量或单位体积所输出电能的多少(比能量)或输出功率的大小(比功率)以及电能的可储
14、存时间的长短。2.燃料电池与普通电池(1)燃料电池与一般化学电池的区别一般化学电池活性物质储存在电池内部，故而限制了电池的容量；燃料电池工作时不断地把还原剂、氧化剂从外界输入，同时电极反应产物不断排出电池，因此燃料电池可连续不断地提供电能。(2)燃料电池的电极反应式和总反应方程式的书写步骤写出正确的燃烧反应的化学方程式；根据电解质溶液的酸碱性改写燃料电池总反应；写出正极的电极反应式(一般较简单)；由燃料电池总反应方程式减去正极的电极反应式得到负极的电极反应式。【知识关联】化学电源与电解池、氧化还原反应有关计算联系。3.(2010高考安徽卷，11)某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H
15、，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：2H2O2=2H2O，下列有关说法正确的是()A.电子通过外电路从b极流向a极B.b极上的电极反应式为：O22H2O4e=4OHC.每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2D.H由a极通过固体酸电解质传递到b极【解析】本题以燃料电池为载体考查原电池原理。根据燃料电池的原理知，a为负极，b为正极，电子应该通过外电路由a极流向b极，A错；该燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H，故b极上的电极反应式为：O24e4H=2H2O；C项中没有告知标准状况；在原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，D正确。【答案】D1.下列关于原电池的叙述正确的是()
16、A.构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属B.原电池是化学能转变为电能的装置C.在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原D.原电池放电时，电流的方向是从负极到正极【解析】本题考查原电池的构成条件及工作原理。一般地，原电池的负极是较活泼的金属，正极是较不活泼的金属或能导电的非金属，A错；原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被氧化，C错；原电池放电时，电流的方向是从正极到负极，D错。【答案】B2.下图为一原电池的结构示意图，下列说法中不正确的是()A.原电池工作时，总反应为：ZnCu2=Zn2CuB.原电池工作时，Zn电极流出电子，发生氧化反应C.原电池工作时，铜电极上发生氧化反应，C
17、uSO4溶液蓝色变深D.如果将Cu电极改为Fe电极，Zn电极依然作负极【解析】本题考查原电池的工作原理。根据原电池的结构示意图知，Cu作正极，电极反应式为Cu22e=Cu(还原反应)，CuSO4溶液蓝色变浅，C错。【答案】C3.(2010高考江苏卷，11)下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是()A.该系统中只存在3种形式的能量转化B.装置Y中负极的电极反应式为：O22H2O4e=4OHC.装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D.装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化【解析】本题考查燃料电池。由原理示意图知，该装置系统存在太阳能、电能、化
18、学能和机械能之间的相互转化，A错；装置Y为氢氧燃料电池，负极失电子，B错；装置X相当于用光能电解水，产生H2和O2，实现燃料(H2)和氧化剂(O2)的再生，C正确；在整个反应过程中，有能量的损耗和热效应的产生，不可能实现化学能和电能间的完全转化，D错。【答案】C4.有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置及部分反应现象如下：序号实验装置部分实验现象a极质量减小，b极质量增加d极溶解，c极有气体产生b极有气体产生，c极无变化电流计指示在导线中电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是()A.abcdB.bcdaC.dabcD.abdc【解析】本题主要考查原电池电极和金属的活动性的判
19、断。首先根据原电池原理和实验现象判断电极名称，再根据原电池负极的金属活动性大于正极确定四种金属的活动性顺序。中a为负极，金属活动性ab；中d为负极，金属活动性dc；不能构成原电池，b极有气体产生，c极无变化说明金属活动性bc；中d为负极，金属活动性da。故答案为C。【答案】C5.铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解质溶液为稀硫酸。工作时，该电池的总反应为PbO2Pb2H2SO4=2PbSO42H2O根据上述情况判断：(1)蓄电池的负极是_，其电极反应式为_；(2)蓄电池的正极是_，其电极反应式为_；(3)蓄电池工作时，其中电解质溶液的pH_(填“增大”、“减小”或“不变”)；(4)实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气，若制得Cl20.050 mol，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是_。【解析】本题考查铅蓄电池。蓄电池工作时消耗H2SO4，使电解质溶液的酸性减弱，pH增大。通过分析铅蓄电池和电解饱和食盐水的总反应式得关系式：2H2SO42eCl2，消耗的H2SO4的物质的量至少是0.10 mol。【答案】(1)Pb Pb2eSO=PbSO4(2)PbO2 PbO22e4HSO=PbSO42H2O(3)增大(4)0.10 mol