1、6-2原电池 化学电源 1概念 把_转化为_的装置。2构成条件(1)有两个_的电极(常见为金属或石墨)。(2)将电极插入_中。(3)两电极间构成_(两电极接触或用导线连接)。(4)能自发发生氧化还原反应。原电池及其工作原理化学能 电能 活泼性不同 电解质溶液 闭合回路 3工作原理 如图是CuZn原电池，请填空：(1)反应原理：电极名称负极正极电极材料_电极反应_反应类型_反应_反应锌片 铜片 Zn2e=Zn2 Cu22e=Cu 氧化 还原 (2)原电池中的三个方向：电子方向：从_极流出沿导线流入_极；电流方向：从_极沿导线流向_极；离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向_极迁移，阳离子向_极迁
2、移。(3)两种装置的比较：装置中还原剂Zn与氧化剂Cu2直接接触，易造成能量损耗；装置能避免能量损耗；装置中盐桥的作用是提供离子迁移通路，导电。负 正 正 负 负 正 1某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是()A该装置将化学能转化为光能和电能B该装置工作时，H从b极区向a极区迁移C每生成1 mol O2，有44 g CO2被还原Da电极的反应为：3CO218H18e=C3H8O5H2O解析 由模拟“人工树叶”电化学实验装置图知为电解装置，故为电能转化为化学能，A 选项错误；b 侧连接电源的正极为阳极，a 侧连接电源的
3、负极为阴极，在电解池中 H向阴极移动，B 选项正确；右侧H2OO2 发生的是氧化反应，每生成 1 mol O2，转移 4 mol e，C3H8O中碳的化合价是2 价，故 3CO2C3H8O，转移 18 mol e，依据得失电子守恒，反应中 2CO23O2，生成 1 mol O2 消耗23 mol CO2，C 选项错误；a电极发生的是还原反应：3CO218H18e=C3H8O5H2O，D 选项错误。答案 B 2.微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()A正极反应中有CO2生成B微生物促进了反应中电子的转移C质子通过交换膜从负
4、极区移向正极区D电池总反应为C6H12O66O2=6CO26H2O解析 C6H12O6中C的平均化合价为0价，二氧化碳中C的化合价为4价，所以生成二氧化碳的反应为氧化反应，故CO2在负极生成，A选项错误；在微生物的作用下，该装置为原电池装置，反应速率加快，所以微生物促进了反应的发生，B项正确；质子交换膜只允许质子(即H)通过，原电池中阳离子向正极移动，C项正确；电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应，D项正确。答案 A3.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(SO24)减小C电池工作
5、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解析 原电池反应为 ZnCuSO4=ZnSO4Cu。Cu 电极作正极，Cu2在正极得电子，发生还原反应，A 项错误；由于两半池中的阴离子SO24 不能透过半透膜，故 c(SO24)都不变，B 项错误；甲池中由于生成 Zn2，而乙池中 Cu22e=Cu，则乙池中的 CuSO4 部分变为 ZnSO4，导致乙池中溶液总质量变大，C 项正确；阴离子不能透过半透膜，D 项错误。答案 C 4如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是()解析 由题给图可知：该电池的b极电极式为：Lie=Li，所以b极为负极，a
6、为正极，A项正确；B项正确；C项放电时，负极Li价态发生变化，a为正极，Li价态不变，C项错误；D项放电时阳离子移向正极，D项正确。答案 CAa为电池的正极B电池充电反应为LiMn2O4=Li1xMn2O4xLiC放电时，a极锂的化合价发生变化D放电时，溶液中Li从b向a迁移5某原电池装置如图所示，电池总反应为 2AgCl2=2AgCl。下列说法正确的是()A正极反应为 AgCle=AgClB放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C若用 NaCl 溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变D当电路中转移 0.01 mol e时，交换膜左侧溶液中约减少 0.02 mol离子解析 原电池的正极发生得电
7、子的还原反应：Cl22e=2Cl，负极发生失电子的氧化反应：AgeCl=AgCl，阳离子交换膜右侧无白色沉淀生成；若用NaCl溶液代替盐酸，电池总反应不会改变；当电路中转移0.01 mol电子时，负极消耗0.01 mol Cl，右侧正极生成0.01 mol Cl，左侧溶液中应有0.01 mol H移向右侧，约减少0.02 mol离子。答案 D6.如图是某同学设计的一个简易的原电池装置，回答下列问题。(1)若 a 为镁、b 为 CuCl2，则正极材料为_，负极上的电极反应式为_。(2)若 a 为镁、b 为 NaOH，则 Mg 极上发生_反应(填“氧化”或“还原”)，负极上的电极反应式为_。(3)
8、若 a 为铜、b 为浓硝酸，则电流的方向为_，正极上的电极反应式为_。(4)上述事实表明，确定原电池中电极的类型时，不仅要考虑电极材料本身的性质，还要考虑_。Al Mg2e=Mg2还原 Al3e4OH=AlO2 2H2O铝铜 2HNO3 e=H2ONO2电解质的性质 解析(1)镁、铝均能与 CuCl2 溶液反应，但镁比铝活泼，故镁失去电子作负极。(2)铝能与 NaOH 溶液反应而镁不能，铝作负极失去电子变成AlO2，电极反应式为 Al3e4OH=AlO2 2H2O。(3)常温下铝在浓硝酸中发生钝化，故铜失去电子作负极，正极上是 NO3 得到电子生成 NO2。原电池正负极的判断及电极反应式的书写
9、 1原电池正、负极的判断方法2“三”步完成电极反应式的书写 1用于金属的防护 使被保护的金属制品作原电池_而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。2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，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。原电池原理的应用正极 3比较金属活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极时，一般作_的金属比作_的金属活泼。4加快氧化还原反应的速率 一个_进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率_。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率
10、加快。负极 正极 自发 增大 1有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极 C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D导线C A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡 B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应 用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是()AABCDE BACDBE CCABDE DBDCAE解析 金属与稀H2SO4溶液组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H在正极表面得到电子生成H2，电子运动方
11、向由负极正极，电流方向则由正极负极。在题述原电池中，AB原电池，A为负极；CD原电池，C为负极；AC原电池，A为负极；BD原电池，D为负极；E先析出，E不活泼。综上可知，金属活动性：ACDBE。答案 B解析 根据Cu2Fe3=Cu22Fe2，Cu作负极，含有Fe3的溶液作为电解质溶液，比Cu活泼性弱的作为正极。答案 D2某原电池总反应为 Cu2Fe3=Cu22Fe2，下列能实现该反应的原电池是()A.B.C.D.电极材料Cu、ZnCu、CFe、ZnCu、Ag电解液FeCl3Fe(NO3)2CuSO4Fe2(SO4)3 3把适合题意的图象填在横线上(用A、B、C、D表示)(1)将等质量的两份锌粉
12、a、b分别加入过量的稀硫酸，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)的关系是_。(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，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)的关系是_。(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图象是_。A B C 解析 加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，(1)a中Zn减少，H2体积减小；(2)中由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多；(3)当把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液时，由于CH3COOH=CH3COOH，a中c(H
13、)减少，反应速率减小，但产生H2的体积不变，所以C项正确。4(1)能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)，铜片，铁片，锌片和导线。完成原电池甲的装置示意图(如图所示)，并作相应标注。要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。答案 以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极_。甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是_，其原因是_ _。(2)根据牺牲阳极的阴
14、极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在(1)的材料中应选_作阳极。金属逐渐溶解，表面有红色固体析出 甲 甲电池(使用盐桥)可以避免锌和铜离子的接触，从而避免能量损 失，提高电池效率，提供稳定的电流 锌片 解析 (1)因为题给图中电子流向为从左到右，故左侧为原电池的负极，右侧为正极；所以设计原电池时可以在左侧烧杯内盛放ZnSO4溶液，电极选用锌片，右侧烧杯内放CuSO4溶液，电极选用铜片。由所给的电极材料可知，当铜片作电极时，铜片一定是正极，则负极是活泼的金属(失电子发生氧化反应)，反应的现象是负极逐渐溶解，由于Zn与CuSO4直接接触，也会发生Fe与Cu2的直接反应。以Zn和Cu作电极
15、为例，如果不用盐桥则除了发生电化学反应外，还会使Zn和CuSO4直接反应，不能转化为电能，而盐桥的使用，可以避免Zn和Cu2的接触，从而避免电量损失，提高电池效率，提供稳定的电流。(2)根据牺牲阳极的阴极保护法，可知被保护的金属作阴极，比其活泼的金属作阳极，即应选Zn作为阳极。1一次电池碱性锌锰干电池化学电源负极材料：_电极反应：_正极材料：_电极反应：_2MnO22H2O2e=2MnOOHZn Zn2OH2e=Zn(OH)2 MnO2 2OH 总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)22二次电池(可充电电池)铅蓄电池是常见的二次电池，负极材料是_，正极材料是_。(1)放电时的
16、反应。负极反应：_；正极反应：_。电池总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。(2)充电时的反应。阴极反应：_；阳极反应：_。电池总反应：2PbSO42H2O=通电 PbPbO22H2SO4。Pb PbO2 PbSO24 2e=PbSO4PbO24HSO24 2e=PbSO42H2OPbSO42e=PbSO24PbSO42H2O2e=PbO24HSO24 3燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。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 1下列电
17、池工作时，O2在正极放电的是()解析 上述电池中只有氢燃料电池中O2参与正极反应并放电。答案 BA.锌锰电池B.氢燃料电池C.铅蓄电池D.镍镉电池2.一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图。下列有关该电池的说法正确的是()A反应 CH4H2O=催化剂3H2CO，每消耗 1 mol CH4转移 12 mol 电子B电极 A 上 H2参与的电极反应为：H22OH2e=2H2OC电池工作时，CO23 向电极 B 移动D电极 B 上发生的电极反应为：O22CO24e=2CO23解析 CH4 中的 C 为4 价，反应后生成的 CO 中 C 为2 价，1 mol CH4 转移 6 mol e，A 项错误；由
18、示意图可看出，电解质离子中没有 OH，B 项错误；该燃料电池中，O2 在正极反应，CO 和 H2 在负极反应，原电池中 CO23 移向负极，C 项错误；由示意图可看出，电极 B处 CO2 和 O2 结合，转化为 CO23，D 项正确。答案 D3以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。(1)酸性介质(如H2SO4)负极：_；正极：_；总反应式：_。(2)碱性介质(如KOH)负极：_；正极：_；总反应式：_。CH48e2H2O=CO28H2O28e8H=4H2OCH42O2=CO22H2OCH48e10OH=CO23 7H2O2O28e4H2O=8OHCH42O22OH=CO23 3
19、H2O(3)固体电解质(高温下能传导O2)负极：_；正极：_；总反应式：_。(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下 负极：_；正极：_；总反应式：_。CH48e4O2=CO22H2O 2O28e=4O2 CH42O2=CO22H2O CH48e4CO23=5CO22H2O2O28e4CO2=4CO23CH42O2=CO22H2O 三步突破燃料电池电极反应式的书写 第一步：写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为：CH42O2=CO22H2O CO22NaOH=Na2CO3H2O 式式
20、得燃料电池总反应式为：CH42O22NaOH=Na2CO33H2O。第二步：写出电池的正极反应式 根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O24H4e=2H2O(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O22H2O4e=4OH(3)固体电解质(高温下能传导 O2)环境下电极反应式：O24e=2O2(4)熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)环境下电极反应式：O22CO24e=2CO23。第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式电池反应的总反应式电池正极反应式电池负极反应式。因为 O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除 O2。