1、高考资源网（） 您身边的高考专家第2节原电池化学电源1了解原电池的工作原理，能写出电极反应和总反应。2了解常见化学电源的种类及其工作原理。一、原电池的工作原理1概念原电池是将_转变为_的装置。2工作原理如图以铜锌原电池为例：（1）在ZnSO4溶液中，锌片逐渐_，即Zn被_，锌原子_电子，形成_进入溶液，从锌片上释放出电子，经过导线流向_；溶液中的_从铜片上得电子，还原成为_并沉积在铜片上。（2）电子流向：从_极流向_极。（3）电流方向：从_极（_）流向_极（_）。3电极材料及反应式（以铜锌原电池为例）电极名称负极正极电极材料电极名称负极正极电极反应反应类型_反应_反应电池总反应4原电池的构成判
2、断要三看（1）一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生（一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应）。（2）二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。（3）三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：电解质溶液；两电极直接或间接接触；两电极插入电解质溶液。即时训练1 下列装置可以形成原电池的是_，并写出形成原电池的电极材料及电极反应：正极：_、_；负极：_、_；电解质溶液中的阴离子向_极移动，阳离子向_极移动，形成电流。二、常见的化学电源1一次电池（以碱性锌锰电池为例）负极：材料_，电极反应_。正极：材料MnO2，电极反应2MnO22e2H2O=2MnOOH2OH总反应：Zn2MnO22H2O=
3、2MnOOHZn（OH）22二次电池（以铅蓄电池为例）负极：材料_，电极反应：_。正极：材料_，电极反应：_。总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O3燃料电池（以氢氧燃料电池为例）酸性碱性负极反应正极反应电池总反应2H2O2=2H2O即时训练2 （1）铜锌原电池中，负极发生氧化反应，电极失电子质量减小，是否所有的化学电源中负极电极材料均减小？答：_。（2）给二次电池充电时，电极与外接电源的正、负极怎样连接？答：_。一、原电池的工作原理1原理图示2注意点（1）电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。（2）无论在原电池还是在电解池中，电
4、子均不能通过电解质溶液。（3）原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。【例11】（2012河南开封四模）某汽车尾气分析仪以燃料电池为工作原理测定CO的浓度，其装置如图所示，该电池中电解质为氧化钇氧化钠，其中O2可以在固体介质NAMCON中自由移动。下列说法中正确的是（）。A传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越低B工作时电子由电极a通过固体介质NAMCON流向电极bC工作时电极b作正极，O2由电极a流向电极bD当固体电解质中有1 mol O2通过时，电子转移2 mol方法归纳导线中的电流是从正极流向负极，而原电池内溶液中的电流（阳离子）正好相反，是从负极流向正极，阴离子从正极流向
5、负极，这样才能形成闭合回路。【例12】 铜锌原电池（如下图）工作时，下列叙述不正确的是（）。A撤掉盐桥不能形成闭合回路，所以不能形成原电池B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溶液二、原电池电极正负的判断及书写1正、负极的判断2电极反应的书写步骤3电极反应的书写举例（1）如果题目给定的是图示装置，没给总方程式，先分析正、负极，再根据正、负极反应规律去书写电极反应。例如：写电极反应分三步：分别找出氧化剂（H）和还原剂（Zn）（燃料电池如氢氧燃料电池，一般而言，燃料作还原剂，O2作氧化剂）。氧化剂在正极得电子，还原剂在负极失电子。结合介质判断氧
6、化产物（Zn2）和还原产物（H2）。写出电极反应（注意两极得失电子数相等）。负极：Zn2e=Zn2；正极：2H2e=H2。（2）给出总反应，首先分析此反应中电子的得失，即氧化反应或还原反应，化合价升高、失电子、发生氧化反应，为原电池的负极；化合价降低、得电子、发生还原反应，为原电池的正极。以铅蓄电池放电时的反应为例，总反应为PbPbO22H2SO42PbSO42H2O，电极反应的书写步骤如下：负极：Pb2e=PbSO4PbSO2e=PbSO4；正极：PbO22e=PbSO4PbO2SO2e=PbSO4 PbO2SO4H2e=PbSO42H2O（也可以用总反应减去负极反应得到正极反应）。（3）书
7、写电极反应应充分注意介质影响，水溶液中不能出现O2。如图所示，电池反应为2H2O2=2H2O，两电极为石墨电极，写出在下列三种介质中的电极反应：a电解质是稀硫酸溶液（酸性溶液电极反应中一定无OH）。负极：2H24e=4H；正极：O24H4e=2H2O。b电解质是稀KOH溶液（碱性溶液电极反应中一定无H）。负极：2H24OH4e=4H2O；正极：O22H2O4e=4OH。c电解质是NaCl溶液（中性溶液反应物中无H和OH）。负极：2H24e=4H；正极：O22H2O4e=4OH。【例21】 现欲以下图所示装置用电化学原理将CO2、SO2转化为重要化工原料。若A为CO2，B为H2，C为CH3OH，
8、则通入CO2的一极为_极，电极反应为_，电池反应为_。若A为SO2，B为O2，C为H2SO4，则负极的电极反应为_。方法归纳来源:学科网ZXXK书写电极反应时，正负极的判断是关键，看两极与电解质溶液得、失电子而快速推断出正、负极，同时还应充分注意介质与电极生成物的反应：（1）负极生成的金属离子在碱性溶液中能与OH反应生成难溶性碱，如在碱性条件下，钢铁腐蚀中负极生成的Fe2与溶液中的OH结合生成Fe（OH）2；（2）在碱性条件下电极析出的CO2能与OH反应生成CO等。【例22】 （2012湖北武汉联考）下图是甲烷燃料电池原理示意图，请回答下列问题：（1）电池的正极是_（填“a”或“b”）电极，负
9、极上的电极反应是_。（2）电池工作一段时间后电解质溶液的pH_（填“增大”“减小”或“不变”）。三、原电池在化工、农业生产及科研中的应用1加快氧化还原反应速率一个自发的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大，例如Zn与稀硫酸反应时加入少量的CuSO4溶液能使产生氢气的速率加快。2比较金属活泼性强弱金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比正极的活泼。3用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如，保护铁质输水管或钢铁桥梁，可用导线将其和一块锌块相连，使Zn作原电池的负极。4设计制作化学电源（1）首先将氧化还原反应分成两个半反应。（2）根据原电池的反应特点，结合两个半反应找
10、出正负极材料和电解质溶液。【例3】 已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、NaOH溶液、盐酸，按要求回答下列问题。（1）电工经常说的一句口头禅：“铜接铝，瞎糊弄”，所以电工操作上规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用，说明原因：_ _。（2）通常说的燃料电池都以铂为电极，将燃烧反应的化学能转化为电能，在燃料电池中，可燃物在_极反应，_在另一极反应。（3）请运用原电池原理设计实验，验证Cu2、Fe3氧化性的强弱。请写出电极反应，负极_，正极_，并在方框内画出实验装置图。1（高考集萃）（1）（2012课标全国理综）与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn也可以组成碱性
11、电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应为_，该电池总反应的离子方程式为_。（2）（2012海南化学）肼（N2H4）空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的反应为_。（3）（2012山东理综）利用反应2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应为_。（4）（2012天津理综）熔融状态下，Na和FeCl2能组成可充电电池（装置示意图如右），反应原理为：2NaFeCl2Fe2NaCl放电时，电池的正极反应为_；充电时，_（写物质名称）电极接电源的负极；该电池的电解质为_。2（2012北京理综，12）人工光合作用能够借助太阳能
12、，用CO2和H2O制备化学原料。下图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是（）。A该过程是将太阳能转化为化学能的过程B催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生C催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强D催化剂b表面的反应是CO2 2H2e=HCOOH3（2012福建理综，9）将下图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是（）。ACu电极上发生还原反应B电子沿ZnabCu路径流动C片刻后甲池中c（SO）增大D片刻后可观察到滤纸b点变红色来源:Zxxk.Com来源:Zxxk.Com4（2012大纲全国理综，11）四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池；相连时，外电路电流
13、从流向；相连时，为正极；相连时，上有气泡逸出；相连时，的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是（）。A BC D5铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：FeNi2O33H2O=Fe（OH）22Ni（OH）2下列有关该电池的说法中不正确的是（）。A电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为FeB电池放电时，负极反应为Fe2OH2e=Fe（OH）2C电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低D电池充电时，阳极反应为2Ni（OH）22OH2e=Ni2O33H2O6（1）已知CH3OH（l）的燃烧热为726.5 kJmol1，在直接以甲醇为燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应为
14、_、正极的反应为_。理想状态下，该燃料电池消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为_（燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比）。来源:Z&xx&k.Com（2）下图为钠硫高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320 左右，电池反应为2NaxS=Na2Sx，正极的电极反应为_。M（由Na2O和Al2O3制得）的两个作用是_。与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的_倍。参考答案基础梳理整合一、1.化学能电能2(1)溶解氧化失Zn2CuCu2Cu(2)负正(3)正Cu负Zn3锌
15、铜Zn2e=Zn2Cu22e=Cu氧化还原Cu2Zn=Zn2Cu即时训练1BAg2Ag2e=2AgCuCu2e=Cu2负正二、1.ZnZn2e2OH=Zn(OH)22PbPb2eSO=PbSO4PbO2PbO22e4HSO=PbSO42H2O32H24e=4H2H24e4OH=4H2OO24e4H=2H2OO24e2H2O=4OH即时训练2(1)不是，如氢氧燃料电池正负极质量不变(2)正极接正极、负极接负极核心归纳突破【例11】 D解析：电流越大说明反应速率越快，反应物CO浓度越大，A选项错误；电解质导电的原因是因为电解质中含有自由移动的离子，所以电子不能在电解质中通过，B选项错误；a为负极、
16、b为正极，阴离子应该由正极流向负极，C选项错误。【例12】 D解析：左烧杯中Zn失电子形成Zn2，使溶液中的Zn2浓度增大，右烧杯中Cu2得电子，溶液中的Cu2浓度减小，所以盐桥中的负电荷向左移动，正电荷K向右移动，以维持两烧杯的电中性；也可以从电流方向解答，外电路电流从正极流向负极，可认为原电池内溶液中的电流从负极流向正极，形成闭合回路，正电荷的流向就是电流的方向，所以K向右移动。【例21】 答案：(1)正CO26e6H=CH3OHH2OCO23H2=CH3OHH2O来源:Zxxk.ComSO22e2H2O=4HSO解析：(1)此装置为原电池，电解质溶液显酸性。H2中H化合价升高为负极，电极
17、反应为H22e=2H，CO2一极为正极，产物为CH3OH，碳的化合价由4价降低为2价，电极反应为CO26e6H=CH3OHH2O。负极SO2中硫化合价升高2，生成H2SO4。【例22】 答案：(1)bCH410OH8e=CO7H2O(2)减小解析：氧气作正极，得电子在碱性条件下生成OH，其电极反应为O24e2H2O=4OH，燃料CH4失电子，在碱性条件下生成CO，可得CH48eCO，依据电荷守恒前面加10个OH，CH410OH8eCO，最后用水配平，CH410OH8e=CO7H2O，由负极电极反应和正极反应可知电池反应为CH42OH2O2=CO3H2O；由总反应可知整个电解质溶液的pH减小。【
18、例3】 答案：(1)铜铝接触在潮湿的环境中形成原电池，加快了铝的腐蚀，易造成电路断路(2)负助燃物(3)Cu2e=Cu22Fe32e=2Fe2解析：(2)可燃物被氧化失电子，在电源负极发生反应。演练巩固提升1答案：(1)FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH3Zn2FeO8H2O=3Zn(OH)22Fe(OH)34OH(2)N2H44e4OH=N24H2O(3)4HO24e=2H2O(4)Fe22e=Fe钠Al2O3解析：(1)正极发生得电子的还原反应，碱性条件下1个FeO得到3个电子生成Fe(OH)3，即FeO3eFe(OH)3，依据电荷守恒后面加5个OH，即FeO3eFe(OH)35OH
19、，依据氢原子守恒得FeO3e4H2OFe(OH)35OH，最后用氧原子检查是否正确；负极反应为Zn2e2OH=Zn(OH)2，根据得失电子守恒两电极反应变为2FeO6e8H2O=2Fe(OH)310OH、3Zn6e6OH=3Zn(OH)2，相加即得电池反应；(2)负极燃料(N2H4)失电子生成N2，碱性条件下用OH配平；(3)氧气在正极得电子，在酸性条件下生成H2O，最后用H配平即可；(4)放电时正极发生还原反应，应该是Fe2得电子，电极反应式为Fe22e=Fe，充电时Na得电子，为电解池的阴极，接电源的负极，该电池中Al2O3为导电介质。2C解析：首先标化合价，看价变化，O2HOOH，CO2
20、中C的化合价降低，得电子，由图示装置中电子转移的方向可知催化剂a表面发生失电子的反应，催化剂b表面发生得电子的反应，所以在催化剂b表面发生的电极反应为CO22H2e=HCOOH；在a表面H2O失电子生成O2，电极反应为2H2O4e=4HO2，由电极反应可知a极附近酸性增强，b极附近酸性减弱，C错误。3A解析：将装置中K闭合，该装置构成原电池，其中Zn电极上发生氧化反应，为负极，Cu电极上发生还原反应，为正极，故A正确；电子沿Zna，在a上溶液中的H得到电子，在b上溶液中的OH失去电子，电子不能直接由ab，故B错误；该装置工作过程中，甲乙两烧杯中的SO的浓度都不改变，只是盐桥中的Cl和K分别向甲
21、、乙两烧杯中移动，故C错误；b接电源正极为阳极，在此极溶液中的OH失去电子，c(OH)减小，c(H)增大，b处滤纸不能变红色，故D错误。4B解析：由原电池原理判断金属活动性，外电路电流从流向，为正极，金属活动性；相连，为正极，金属活动性；相连，上有气泡(H2)逸出，为正极，金属活动性；相连，质量减少，则金属活动性，即金属活动性顺序为，B正确。5C解析：因为放电时的反应中有氢氧化物生成，故电解质溶液呈碱性，因为铁的化合价升高，镍的化合价降低，故铁是负极，氧化镍是正极，故A和B均正确；充电时的阴极反应为Fe(OH)22e=Fe2OH，此时阴极附近的pH增大，C错误；根据所给的放电时的电池反应可推知
22、D正确。6答案：(1)CH3OH6eH2O=CO26HO26H6e=3H2O96.6%(2)xS2e=S(或2NaxS2e=Na2Sx)导电(或作电解质)；隔离钠与硫4.5解析：(1)首先判断化合价变化，CH3OHCO2化合价升高6，所以失去6个电子CH3OH6eCO2，溶液显酸性，用H配，CH3OH6eCO26H，然后用H2O配平即可；效率为100%；(2)首先标化合价，S化合价降低，S为正极得2个电子，xS2e=S；此电池提供2 mol电子，消耗2 mol Na为46 g，铅蓄电池负极为Pb，提供2 mol电子，消耗1 mol Pb为207 g，所以当消耗相同质量的负极物质时，钠硫电池放电是铅蓄电池的207/464.5倍。- 9 - 版权所有高考资源网
