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化学 课标版,第18讲 原电池 化学电源,考点一 原电池原理及应用 1.概念和反应本质 原电池是将化学能转化为电能的装置,其反应本质是 氧化还原反应。,2.构成条件,4.原电池原理的应用 (1)设计制作化学电源,(2)加快氧化还原反应的速率 一个 自发 进行的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率 增大 。例如,在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的 反应速率加快。,1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)不是所有化学反应都可以设计成原电池 ( ) (2)在原电池中,负极材料的活泼性一定比正极材料强 ( ) (3)带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长 ( ) (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)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 ( ) (6)在原电池中,正极本身一定不参与电极反应,负极本身一定要发生氧 化反应 ( ),答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6),2.【多维思考】 (1)能用金属代替盐桥吗? (2)有A、B、C、D四种金属,做如下实验:将A与B用导线连接起来,浸 入电解质溶液中,B不易腐蚀;将A、D分别投入等物质的量浓度的盐 酸中,D比A反应剧烈;将铜浸入B的盐溶液里,无明显变化,如果把铜浸 入C的盐溶液里,有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺 序是 。 答案 (1)不能。 (2)DABC,题组一 原电池工作原理,1.(2017浙江嘉兴模拟)下列说法中正确的是 ( ) A.构成原电池的两个电极必须是活泼性不同的两种金属 B.右图原电池中,电流由锌棒经外电路流向铜棒 C.通过原电池,能将反应的化学能全部转化为电能 D.银锌纽扣电池的总反应:Zn+Ag2O+H2O Zn(OH)2+2Ag,其中Ag2O 作正极,发生还原反应,答案 D 构成原电池的两个电极不一定都是金属,可以是一极为较活 泼金属,另一极为石墨棒,故A错误;该原电池中,锌为负极,铜为正极,电流 由铜棒经外电路流向锌棒,故B错误;通过原电池,能将反应的化学能转 化为电能,由于存在能量损失,则不可能将化学能全部转化为电能,故C 错误;由电池总反应可知该纽扣电池的反应中Zn为还原剂,Ag2O为氧化 剂,故Zn为负极被氧化,Ag2O为正极被还原,故D正确。,2.“软电池”采用一个薄层纸片作为传导体,在其一边镀锌,而在其另一 边镀二氧化锰,在纸内的带电离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。 电池总反应为:Zn+2MnO2+H2O 2MnO(OH)+ZnO。下列说法正确 的是 ( ) A.该电池的正极为锌 B.该电池反应中二氧化锰起催化作用 C.电池正极反应式:2MnO2+2e-+2H2O 2MnO(OH)+2OH- D.当0.1 mol Zn完全溶解时,流经电解液的电子的物质的量为0.2 mol,答案 C 该原电池中,锌元素化合价由0价变为+2价,锌失电子作负极, 故A错误;该原电池中,锰元素化合价由+4价变为+3价,所以二氧化锰作 正极,故B错误;电子从负极沿导线流向正极,不经过电解质溶液,故D错 误。,3.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6H2O+6e- 6OH-+3H2 C.中Fe作负极,电极反应式为Fe-2e- Fe2+ D.中Cu作正极,电极反应式为2H+2e- H2,答案 B 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Fe在浓硝酸中钝化,Cu和浓硝酸反应失去电子作 负极,A、C错;中电池总反应为2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2, 负极反应式为2Al+8OH-6e- 2Al +4H2O,则正极反应式为6H2O +6e- 6OH-+3H2,B正确;中Cu是正极,电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,D错。,技法总结 1.规避原电池工作原理的3个易失分点 (1)原电池闭合回路的形成有多种方式,可以是用导线连接两个电极,也 可以是两电极相接触。 (2)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。 (3)电子不能通过电解质溶液。,2.判断原电池正、负极的5种方法 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 要形成活泼金属一定作负极的思维定式。,题组二 盐桥原电池 4.(2016江西铜鼓二模)用铜片、银片设计成如图所示的原电池。以下 有关该原电池的叙述中正确的是 ( ) A.电子通过盐桥从乙池流向甲池 B.铜导线替换盐桥,原电池将能继续工作,C.开始时,银片上发生的反应是:Ag-e- Ag+ D.将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同,答案 D 电子不经过电解质溶液,故A错误;铜导线代替盐桥,乙池是原 电池,甲池是电解池,故B错误;银片是原电池的正极,电极反应是Ag+e- Ag,故C错误;铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池 总反应都是Cu+2Ag+ 2Ag+Cu2+,故D正确。,5.控制适合的条件,将反应Fe3+Ag Fe2+Ag+设计成如图所示的原电 池(盐桥装有琼脂硝酸钾溶液;灵敏电流计的0刻度居中,左右均有刻 度)。已知接通后观察到电流计指针向右偏转。下列判断中正确的是 ( ),A.盐桥中的K+移向乙烧杯 B.一段时间后,电流计指针反向偏转,越过0刻度,向左边偏转 C.在外电路中,电子从石墨电极流向银电极 D.电流计指针居中后,往甲烧杯中加入一定量的铁粉,电流计指针将向 左偏转,答案 D 该原电池中,Ag失电子作负极,石墨作正极,盐桥中K+移向正 极(甲烧杯);一段时间后,原电池反应结束,电流计指针指向0;原电池外电 路电子由负极流向正极,所以电子从银电极流向石墨电极;电流计指针 居中后,往甲烧杯中加入一定量的铁粉,由2Fe3+Fe 3Fe2+,c(Fe3+)降 低,c(Fe2+)增大,平衡Fe3+Ag Fe2+Ag+向左移动,故电流计指针向左 偏转。,技法总结 氧化还原反应(可逆)设计成原电池的规律 当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时,可逆反应达到化学平 衡状态,电流计指针示数为零;当电流计指针往相反方向偏转,暗示电路 中电子流向相反,说明化学平衡移动方向相反。,题组三 原电池原理的应用 6.(2016江西萍乡三模)X、Y、Z、M四种金属,已知X可以从Y的盐溶液 中置换出Y;X和Z作原电池电极时,Z为正极;Y和Z的离子共存于电解液 中,Y离子先放电;M的离子的氧化性强于Y的离子。则这四种金属的活 动性由强到弱的顺序为 ( ) A.XYZM B.XZMY C.MZXY D.XZYM,答案 D X可以从Y的盐溶液中置换出Y,说明X的活动性大于Y;X和Z 作原电池电极时,Z为正极,说明X的活动性大于Z;Y和Z的离子共存于电 解液中,Y离子先放电,说明Z的活动性大于Y;M的离子的氧化性强于Y 的离子,说明Y的活动性大于M,所以得出这四种金属的活动性由强到弱 的顺序为XZYM。,7.等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中放入少 量的CuSO4溶液,如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系,其中正确 的是 ( ),答案 D 等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀硫酸中,同时向a 中放入少量的CuSO4溶液,发生反应Zn+Cu2+ Zn2+Cu,形成Cu-Zn原 电池,反应速率增大,反应用时小于b,生成的氢气的量也少于b,图像应为 D。,8.(2016四川成都模拟)某校化学兴趣小组进行探究性活动,将氧化还原 反应:2Fe3+2I- 2Fe2+I2,设计成带盐桥的原电池。提供的试剂:FeCl3 溶液、KI溶液;其他用品任选。请回答下列问题: (1)请补充下面原电池的装置图,在括号内填上正、负极的材料、电解 质溶液。 (2)发生氧化反应的电极反应式为 。,(3)反应达到平衡时,外电路导线中 (填“有”或“无”)电流通 过。 (4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,当固体全部溶解后,则此时 该溶液中的电极变为 (填“正”或“负”)极。,答案 (1) (2)2I-2e- I2 (3)无 (4)负,解析 (1)依据原电池原理分析,氧化还原反应中Fe3+在正极得电子发生 还原反应,I-在负极失电子发生氧化反应,负极所在的电解质溶液为KI溶 液,正极所在的电解质溶液为FeCl3溶液。电极材料可选取惰性电极,如 石墨(碳棒)或其他相对不活泼的金属。 (2)发生氧化反应的电极是负极,I-失电子。 (3)反应达到平衡时,从左到右和从右到左移动的电子数目相同,故无电 流产生。 (4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,平衡逆向移动,此时Fe2+失 电子,电极变成负极。,考点二 化学电源 1.常见的化学电源,2.一次电池,3.二次电池 铅蓄电池是最常见的二次电池,总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l),4.燃料电池 (1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池。,(2)燃料电池的电极本身不参与反应,燃料和氧化剂连续地由外部供给。,1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)太阳能电池不属于原电池 ( ) (2)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应 ( ) (3)铅蓄电池工作时,当电路中转移0.2 mol电子时,消耗的H2SO4为0.1 mol ( ) (4)铅蓄电池工作时,当电路中转移0.1 mol电子时,负极增重48 g ( ),答案 (1) (2) (3) (4),2.【多维思考】 (1)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时,工作一段时间后,电解质 溶液的浓度将 ,溶液的pH 。(填“减小”“增大”或 “不变”) (2)氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时,工作一段时间后,电解质 溶液的浓度将 ,溶液的pH 。(填“减小”“增大”或 “不变”),答案 (1)减小 减小 (2)减小 增大,1.(2016课标,11,6分)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水 激活电池。下列叙述错误的是 ( ) A.负极反应式为Mg-2e- Mg2+ B.正极反应式为Ag+e- Ag C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移 D.负极会发生副反应Mg+2H2O Mg(OH)2+H2,答案 B Mg-AgCl电池中,Mg为负极,AgCl为正极,故正极反应式应为 AgCl+e- Ag+Cl-,B项错误。,题组一 电极、电池反应式的书写,2.(2016山东潍坊一模)锂-铜空气燃料电池容量高、成本低,具有广阔的 发展前景。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力,其中放电 过程为2Li+Cu2O+H2O 2Cu+2Li+2OH-。下列说法中不正确的是 ( ) A.放电时,Li+透过固体电解质向Cu极移动,B.放电时,正极的电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH- C.通空气时,铜被腐蚀,表面产生Cu2O D.整个反应过程中,氧化剂为O2,答案 B 放电时,阳离子向正极移动,则Li+透过固体电解质向Cu极移 动,故A正确;根据电池总反应知,放电时,正极反应式为Cu2O+H2O+2e- Cu+2OH-,故B错误;由放电过程总反应可知通空气时,铜被腐蚀,表 面产生Cu2O,故C正确;放电时Cu2O转化为Cu,则整个反应过程中,铜相当 于催化剂,氧化剂为O2,故D正确。,3.(2014大纲全国,9,6分)如图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来 的一种金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)。下列有关说法不正确的是 ( ) A.放电时正极反应为:NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH- B.电池的电解液可为KOH溶液 C.充电时负极反应为:MH+OH- H2O+M+e- D.MH是一类储氢材料,其氢密度越大,电池的能量密度越高,答案 C 在金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)中,MH(M为零价,H为零 价)在负极发生反应:MH+OH-e- M+H2O,NiOOH在正极发生反应: NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH-,电解液可为KOH溶液,A、B正确;充 电时,阴极反应式为M+H2O+e- MH+OH-,C错误;MH中氢密度越大, 单位体积电池所储存的电量越多,即电池的能量密度越高,D正确。,思维建模 1.电极反应式书写的三个步骤,2.书写电极反应式的三个原则 (1)共存原则 因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同,所以电极反应式的 书写必须考虑介质环境。当电解质溶液呈酸性时,不可能有OH-参加反 应;碱性溶液中CO2不可能存在,也不可能有H+参加反应。 (2)得氧失氧原则 得氧时,在反应物中加H2O(电解质溶液为酸性时)或OH-(电解质溶液为 碱性或中性时);失氧时,在反应物中加H2O(电解质溶液为碱性或中性时) 或H+(电解质溶液为酸性时)。 (3)中性吸氧反应成碱原则 在中性电解质溶液中,通过金属吸氧所建立起来的原电池反应,其反应的产物是碱。,4.(2016课标,11,6分)锌空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池 的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O 2Zn(OH 。 下列说法正确的是 ( ) A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动 B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小 C.放电时,负极反应为:Zn+4OH-2e- Zn(OH D.放电时,电路中通过2 mol电子,消耗氧气22.4 L(标准状况),题组二 燃料电池,答案 C 充电时为电解池,溶液中的阳离子向阴极移动,发生的反应为 2Zn(OH 2Zn+O2+4OH-+2H2O,电解质溶液中c(OH-)增大,故A 项、B项均错误;放电时负极反应为Zn+4OH-2e- Zn(OH ,故C项正 确;每消耗1 mol O2电路中通过4 mol电子,故D项错误。,5.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 NASICON中自由移动。 (1)负极反应式为 ; 正极反应式为 。 电池总反应为 。 (2)如果将上述电池中电解质“氧化钇氧化钠,其中O2-可以在固体介,质NASICON中自由移动”改为熔融的K2CO3,b极通入的气体为氧气和 CO2,写出相关的电极反应式。 负极: ; 正极: 。 电池总反应为 。,答案 (1)CO+O2-2e- CO2 O2+4e- 2O2- 2CO+O2 2CO2 (2)2CO-4e-+2C 4CO2 O2+4e-+2CO2 2C 2CO+O2 2CO2,解析 (1)该装置是原电池,通入一氧化碳的电极a是负极,负极上一氧化 碳失电子发生氧化反应,电极反应式为:CO+O2-2e- CO2;b为正极,电 极反应式为O2+4e- 2O2-,总反应式为2CO+O2 2CO2。 (2)该电池的总反应为2CO+O2 2CO2。正极反应式为O2+4e-+2CO2 2C 。负极反应式=总反应式-正极反应式:2CO-4e-+2C 4CO2。,+得燃料电池总反应:CH4+2O2+2NaOH Na2CO3+3H2O,其离子 方程式为CH4+2O2+2OH- C +3H2O。 (2)然后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都是O2,电解 质溶液不同,其电极反应有所不同,常见的类型有: 酸性电解质溶液环境下的电极反应式:O2+4H+4e- 2H2O。 碱性电解质溶液环境下的电极反应式:O2+2H2O+4e- 4OH-。 固体电解质(高温下能传导O2-)环境下的电极反应式:O2+4e- 2O2-。 熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下的电极反应式:O2+2CO2+4e- 2C 。,(3)最后根据电池的总反应和正极反应式写出电池的负极反应式:电池 的总反应-电池的正极反应式=电池的负极反应式。因为O2不是负极反 应物,因此在将两个反应式相减时,要彻底消去O2。,6.(2016四川理综,5,6分)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放 电时电池总反应为:Li1-xCoO2+LixC6 LiCoO2+C6(x1)。下列关于该 电池的说法不正确的是 ( ) A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移 B.放电时,负极的电极反应式为LixC6-xe- xLi+C6 C.充电时,若转移1 mol e-,石墨(C6)电极将增重7x g D.充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2-xe- Li1-xCoO2+xLi+,题组三 新型电池,答案 C 由放电时的电池总反应可知,放电时负极反应式为LixC6-xe- C6+xLi+,正极反应式为Li1-xCoO2+xe-+xLi+ LiCoO2,在原电池内 部阳离子由负极向正极迁移,A、B项均正确;充电时阴极反应式为C6+ xLi+xe- LixC6,阳极反应式为LiCoO2-xe- Li1-xCoO2+xLi+,转移x mol e-,石墨电极增重7x g,若转移1 mol e-,石墨电极将增重7 g,C项不正 确,D项正确。,7.(2014课标,12,6分)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液 锂离子电池体系。下列叙述错误的是 ( ) A.a为电池的正极 B.电池充电反应为LiMn2O4 Li1-xMn2O4+xLi C.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,答案 C 由图可知,b极(Li电极)为负极,a极为正极,放电时,Li+从负极 (b)向正极(a)迁移,A项、D项正确;该电池放电时,负极:xLi-xe- xLi+, 正极:Li1-xMn2O4+xLi+xe- LiMn2O4,a极Mn元素的化合价发生变化,C 项错误;由放电反应可得充电时的反应,B项正确。,
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