1、1第二节 原电池 化学电源考纲定位 考情播报1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。2016全国甲卷 T11/全国丙卷 T112015全国卷T 11/全国卷T 26(1)(2)2014全国卷T 122013全国卷T 10、T 27(5)、T 28(5)/全国卷 T112012全国卷 T26(4)考点 1| 原电池的工作原理及简单应用 基础知识自查1概念及反应本质把化学能转化为电能的装置，其本质是发生了氧化还原反应。2构成条件(1)有两个活动性不同的电极(常见为金属或石墨)。(2)将电极插入电解质溶液中。(3)两电极间构成闭合回
2、路(两电极接触或用导线连接)。(4)能自发发生氧化还原反应。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 Zn Cu电极反应 Zn2e =Zn2 Cu2 2e =Cu反应类型 氧化反应 还原反应(2)原电池中的三个方向电子方向：从负极流出沿导线流入正极；电流方向：从正极沿导线流向负极；离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。(3)两种装置的比较2图中 Zn 在 CuSO4溶液中直接接触 Cu2 ，会有一部分 Zn 与 Cu2 直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。图中Zn 和
3、 CuSO4溶液分别在两个池中，Zn 与 Cu2 不直接接触，不存在 Zn 与 Cu2 直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。(4)盐桥作用连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使原电池不断产生电流。4原电池原理的三个应用(1)设计制作化学电源首先将氧化还原反应分成两个半反应。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。(2)比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。(3)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加快。例如，在 Zn 与稀H2SO4反应时加入少量 CuSO
4、4溶液能使产生 H2的反应速率加快。应用体验1在如图所示的 8 个装置中，不能形成原电池的是_(填序号)，并指出原因。提示 只有一个金属，不能构成两极两极金属相同酒精不是电解质溶液，不导电未形成闭合回路2(1)根据反应 Fe2Fe 3 =3Fe2 设计的原电池的负极反应式为_，正极反应式为_。(2)根据 2CuO 22H 2SO4=2CuSO42H 2O 设计的原电池的正极反应式为_。提示 (1)Fe2e =Fe2 2Fe 3 2e =2Fe23(2)O24e 4H =2H2O考点多维探究角度 1 原电池的工作原理及电极判断1(2015天津高考)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳
5、离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是( ) 【导学号：95812145】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24C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 A.Cu 作正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO 不参加电24极反应，故甲池的 c(SO )基本不变；C.电池工作时，甲池反应为 Zn2e =Zn2 ，乙池24反应为 Cu2 2e =Cu，甲池中 Zn2 会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有 64 g Cu 析出，则进入乙池的 Zn2
6、 为 65 g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜。2控制适合的条件，将反应 2Fe3 2I 2Fe 2 I 2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是( )A反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B反应开始时，甲中石墨电极上 Fe3 被还原C电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流表读数为零后，在甲中溶入 FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极D 由图示结合原电池原理分析可知，Fe 3 得电子变成 Fe2 被还原，I 失去电子变成I2被氧化，所以 A、B 正确；电流表读数为零时，Fe 3 得电子速率等于 Fe2 失电子速率，4反应达到平衡状态，C 正
7、确；D 项在甲中溶入 FeCl2固体，平衡 2Fe3 2I 2Fe 2 I 2向左移动，I 2被还原为 I ，乙中石墨为正极，D 不正确。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 6H2O6e =6OH 3H 2C中 Fe 作负极，电极反应式为 Fe2e =Fe2D中 Cu 作正极，电极反应式为 2H 2e =H2B 中 Mg 不与 NaOH 溶液反应，而 Al 能和 NaOH 溶液反应失去电子作负极；中 Fe在浓 HNO3中钝化，Cu 和浓 HNO3反应失去电子作负极，则 Fe 作正极，A、C 错误；中电池总反
8、应为 2Al2NaOH2H 2O=2NaAlO23H 2，负极反应式为2Al8OH 6e =2AlO 4H2O，二者相减得到正极反应式为 26H2O6e =6OH 3H 2， B 正确；中 Cu 作正极，电极反应式为O22H 2O4e =4OH ，D 错误。原电池的工作原理简图注意：一般负极金属较活泼，正极金属或非金属不活泼。一般负极溶解或质量减轻，正极有气泡或质量增重。若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。角度 2 原电池原理的应用4有 A、B、C、D、E 五块金属片，进行如下实验，试比较金属活动性的强弱： 【导学号：95812146】(1)A、B 用导线相连后，同时浸入稀
9、H2SO4溶液中，A 极为负极，活动性_；(2)C、D 用导线相连后，同时浸入稀 H2SO4溶液中，电流由 D导线C，活动性_；(3)A、C 相连后，同时浸入稀 H2SO4溶液中，C 极产生大量气泡，活动性_；5(4)B、D 相连后，同时浸入稀 H2SO4溶液中，D 极发生氧化反应，活动性_；(5)用惰性电极电解含 B 离子和 E 离子的溶液，E 先析出，活动性_。综上所述，这五种金属的活动性从强到弱的顺序为_。答案 (1)AB (2)CD (3)AC (4)DB (5)BE ACDBE5把适合题意的图像填在横线上(用 A、B、C、D 表示)(1)将等质量的两份锌粉 a、b 分别加入过量的稀硫
10、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，则图像是_。解析 (1)a 中加入 CuSO4，消耗一部分 Zn，Cu、Zn 形成原电池，反应速率加快，所以 a 放出 H2的量减少，但速率加快。(2)a 中加入 CuSO4消耗 Zn，但不影响产生 H2的量，速率也加快。(3)CH3COONa 与 H2SO4反应
11、后生成弱酸 CH3COOH，从而减慢反应速率，但产生 H2的量没发生变化。答案 (1)A (2)B (3)C6请运用原电池原理设计实验，验证 Cu2 、Fe 3 氧化性的强弱。请写出电极反应式，负极：_，正极：_，并在方框内画出实验装置图，要求用烧杯和盐桥，并标出外电路电子流向。答案 Cu2e =Cu2 2Fe 3 2e =2Fe2原电池设计的思维模板(1)正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。6(2)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
12、极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。(3)画装置图：注明电极材料与电解质溶液。但应注意盐桥不能画成导线，要形成闭合回路。考点 2| 常见化学电源的原理及电极反应式的书写 基础知识自查1一次电池(以碱性锌锰电池为例)总反应为 Zn2MnO 22H 2O=2MnOOHZn(OH) 2。负极：Zn2OH 2e =Zn(OH)2；正极：2MnO 22H 2O2e =2MnOOH2OH 。2二次电池(1)铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为Pb(s)PbO 2(s)2H 2SO4(aq) 2
13、PbSO4(s)2H 2O(l) 放 电 充 电(2)二次电池充电时的电极连接3燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。介质 酸性 碱性负极反应式 2H24e =4H 2H24OH 4e =4H2O正极反应式 O24H 4e =2H2O O22H 2O4e =4OH电池总反应式 2H2O 2=2H2O注：燃料电池的电极不参加电极反应，外通入的燃料发生负极反应，O 2发生正极反7应。书写电极反应时，注意介质的参与反应。应用体验1已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH 溶液，其充、放电按下式进行：Cd2NiOOH2H 2O Cd(OH)22Ni(OH) 2 放 电 充 电请
14、回答下列问题：(1)放电时，负极反应式为_，正极反应式为_。(2)充电时，阴极反应式为_，阳极反应式为_。(3)放电时，K 向_极迁移，负极的溶液 pH 的变化为_。(4)充电时，镍镉电池的负极应与外接电源的_极相连。提示 (1)Cd2e 2OH =Cd(OH)22NiOOH2e 2H 2O=2Ni(OH)22OH (2)Cd(OH)22e =Cd2OH 2Ni(OH)22OH 2e =2NiOOH2H 2O(3)正 减小 (4)负2以 CO 为燃料气，请分别写出电解质符合下列条件的正、负极的电极反应式和总反应式(填入表格中)。8提示 O 24e 4H =2H2O2CO4e 2H 2O=2CO
15、24H 2COO 2=2CO2O 24e 2H 2O=4OH2CO4e 8OH =2CO 4H 2O232COO 24OH =2CO 2H 2O23O 24e =2O22CO4e 2O 2 =2CO22COO 2=2CO2O 24e 2CO 2=2CO232CO4e 2CO =4CO2232COO 2=2CO2考点多维探究角度 1 常见化学电源的原理分析1(2017长沙模拟)比亚迪双模电动汽车使用的是高铁电池，其总反应为 3Zn(OH)22Fe(OH) 34KOH 3Zn2K 2FeO48H 2O，下列说法正确的是( ) 充 电 放 电A放电时，若有 6 mol 电子发生转移，则有 2 mol
16、 K2FeO4被氧化B放电时，正极反应为 FeO 4H 2O3e =Fe(OH)35OH 24C充电时，电池的负极与外接电源的负极相连D充电时，阴极附近溶液的 pH 变小C 由反应方程式可知，放电时，K 2FeO4被还原，A 项错误；放电时正极得电子，电极反应为 FeO 4H 2O3e =Fe(OH)35OH ，B 项错误；充电时，电池的负极与外接电24源的负极相连，C 项正确；充电时，阴极附近溶液的 pH 变大，D 项错误。2(2017信阳市一模)某充电宝锂离子电池的总反应为xLiLi 1 xMn2O4 LiMn2O4，某手机镍氢电池总反应为 NiOOHMH MNi(OH) 放 电 充 电
17、放 电 充 电92(M 为储氢金属或合金)，有关上述两种电池的说法不正确的是( ) 【导学号：95812147】A锂离子电池放电时，Li 向正极迁移B镍氢电池放电时，正极的电极反应式：NiOOHH 2Oe =Ni(OH)2OH C如图表示用锂离子电池给镍氢电池充电D锂离子电池充电时，阴极的电极反应式：LiMn 2O4 xe =Li1 xMn2O4 xLiD A 项，锂离子电池放电时阳离子移向正极，所以 Li 向正极迁移，故 A 正确；B 项，放电时，正极发生还原反应，方程式为 NiOOHe H 2O=Ni(OH)2OH ，故 B 正确；C 项，题图表示用锂离子电池为放电过程，而镍氢电池为充电过
18、程，故负极 Li 接 M 极发生MH e =MH，故 C 正确； D 项，锂离子电池充电时，阴极的电极反应式：Li e =Li，故 D 错误。3(2016全国丙卷)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 2ZnO 24OH 2H 2O=2Zn(OH) 。下列说法正确的是( )24A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：Zn4OH 2e =Zn(OH)24D放电时，电路中通过 2 mol 电子，消耗氧气 22.4 L(标准状况)C A 项，充电时，电解质溶液中 K 向阴极移动，错误；B 项，充电时
19、，总反应方程式为 2Zn(OH) 2ZnO 24OH 2H 2O，所以电解质溶液中 c(OH )逐渐增24 = = = = =通 电 大，错误；C 项，在碱性环境中负极 Zn 失电子生成的 Zn2 将与 OH 结合生成 Zn(OH) ，24正确；D 项，O 24e ，故电路中通过 2 mol 电子时，消耗氧气 0.5 mol，在标准状况体积为 11.2 L，错误。角度 2 常见电源电极反应式的书写4(1)FeCu稀 H2SO4组成的原电池中，负极反应为_，正极反应为_，电池总反应为_。(2)MgAlNaOH 溶液组成的原电池中，负极反应为_，正极反应为_，电池总反应为_。10(3)(2015全
20、国卷节选)酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO 2、ZnCl 2和 NH4Cl 等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。回答下列问题：该电池的正极反应式为_，电池反应的离子方程式为_。维持电流强度为 0.5 A，电池工作 5 分钟，理论上消耗锌_g。(已知 F96 500 Cmol1 )(4)(2012全国卷节选)与 MnO2Zn 电池类似，K 2FeO4Zn 也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为_，该电池总反应的离子方程式为_。(5)用吸收 H2后的稀土储氢合金作为电池负
21、极材料(用 MH 表示)，NiO(OH)作为电池正极材料，KOH 溶液作为电解质溶液，可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：NiO(OH)MH Ni(OH)2M 放 电 充 电电池放电时，负极的电极反应式为_，充电时，阳极反应式为_。解析 (1)Fe 作负极，电极反应：Fe2e =Fe2 ；Cu 作正极，电极反应：2H 2e =H2。(2)Al 作负极，电极反应：Al3e 4OH =AlO 2H 2O；Mg 作正极，电极反应： 22H2O2e =H22OH 。(3)根据酸性锌锰干电池的构造可知，放电时，负极 Zn 失去电子生成 Zn2 ，正极MnO2得到电子生成 MnOOH，
22、从而可写出正极和负极的电极反应式，然后在遵循电子守恒的前提下将两极反应式加合可得电池反应的离子方程式。电池工作 5 分钟，通过的电量Q It0.5 A5 min60 s/min150 C，因此通过电子的物质的量 n(e ) QF1.55410 3 mol，则理论消耗 Zn 的质量是 m(Zn)150 C96 500 C/mol 65 g/mol0.05 g。1.55410 3 mol2(4)K2FeO4Zn 组成碱性电池，K 2FeO4在电池中作为正极材料，FeO 中6 价铁元素24被还原为 Fe(OH)3中3 价铁元素，其电极反应式为 FeO 3e 4H 2O=Fe(OH)2435OH ；书写总反应的离子方程式时，关键是抓住 Fe 和 Zn 的存在形式分别是 Fe(OH)3和Zn(OH)2。(5)负极实际上是稀土储氢合金吸附的 H2失去电子生成 H ，H 再与 OH 结合生成
