1、第2讲 原电池 化学电源,【考纲要求】 1.理解原电池的构成、工作原理及应用,能书写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。,知识整合 核心主干 系统全面,1.概念和反应本质 原电池是把化学能转化为电能的装置,其反应本质是 。,考点一 原电池工作原理,氧化还原反应,2.构成条件,自发进行,石墨,电解质溶液,3.工作原理,锌,氧化,铜,还原,锌,铜,负极,正极,【多维思考】 1.判断下列说法是否正确,正确的画“”,错误的画“”。 (1)不是所有氧化还原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
2、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。( ) 提示: (1) (2) (3) (4) (5) (6) 2.在双液原电池中,盐桥的作用是什么? 提示:形成闭合回路,使两溶液保持电中性。,题组一,原电池工作原理,1.(2017浙江嘉兴模拟)下列说法正确的是( )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.如图原电池中,电流由锌棒经外电路流向铜棒 C
3、.通过构成原电池,能将反应的化学能全部转化为电能 D.银锌纽扣电池的放电反应:Zn+Ag2O+H2O Zn(OH)2+2Ag,其中Ag2O作正极,发生还原反应,D,题组演练 精挑细选 练透练全,2.分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( ),B,练后归纳,判断原电池正、负极的五种方法,注意: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,不要形成活泼电极一定作负极的思维定式。,题组二,盐桥原电池,3.(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
4、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,D,解析:原电池负极铜失电子,正极银得电子,电子从负极沿导线流向正极,电解质溶液通过离子的定向移动形成电流,所以电子不经过电解质溶液,故A错误;铜线代替盐桥,乙池是原电池,甲池是电解池发生电镀,所以不是原来的装置反应原理,故B错误;银片是原电池的正极,溶液中的银离子得到电子发生还原反应,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发生了Cu+2Ag+2Ag+Cu2+,故D正确。,4.导学号 16972147 控制适合的条件,将反应Fe
5、3+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,D,解析: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
6、量的铁粉,由2Fe3+Fe 3Fe2+,c(Fe3+) 降低, c(Fe2+) 增大,该平衡向左移动,故电流计指针向左偏转。,练后归纳,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,电流表指针示数为零;当电流表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。,知识整合 核心主干 系统全面,1.设计制作化学电源,考点二 原电池原理的四大应用,拆分反应,将氧化还原反应分成两个半反应,选择电 极材料,将还原剂(一般为比较活泼金属)作 ,活泼性比负极弱的金属或非金属导体作 /,负极,正极,构成闭 合回路,如果两个半反
7、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应含有与 相同的金属的阳离子,电极材料,画出 装置图,结合要求及反应特点,画出原电池装置图,标出电极材料名称、正负极、电解质溶液等,2.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的反应速率加快。 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.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。
8、,自发,增大,负极,正极,正极,【多维思考】 1.电工经常说的一句口头禅:“铝接铜,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,试说明原因: 。 提示: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.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 。 提示:DABC,题组一,判断金属的活泼性及反应速率,1.(2016江西萍乡校级三模)X、Y、
9、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,D,题组演练 精挑细选 练透练全,2.等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀H2SO4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( ),D,解析:等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀H2SO4中,同时向a中放入少量的CuSO4溶液,发生:Zn+Cu2+ Zn2+Cu,形成原电池,反
10、应速率增大,反应用时少于b,但生成的氢气也少于b,图像应为D。,题组二,设计原电池,3.将镉(Cd)浸在氯化钴(CoCl2)溶液中,发生反应的离子方程式为Co2+(aq)+ Cd(s) Co(s)+Cd2+(aq)(aq表示溶液)。若将该反应设计为如图的原电池,则下列说法一定错误的是( )A.Cd作负极,Co作正极 B.原电池工作时,电子从负极沿导线流向正极 C.根据阴阳相吸原理,盐桥中的阳离子向负极(甲池)移动 D.甲池中盛放的是CdCl2溶液,乙池中盛放的是CoCl2溶液,C,解析:在电池反应中,Co2+得电子发生还原反应,则Co作正极、Cd作负极,A正确;放电时,电子从负极Cd沿导线流向
11、正极Co,B正确;盐桥中阳离子向正极区域乙池移动、阴离子向负极区域甲池移动,C错误;甲池中的电极为Cd,故甲池中,电解质溶液为CdCl2溶液,乙池中盛放的是CoCl2溶液,D正确。,4.(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。,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
12、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)或其他不活泼性金属。,答案: (1)如图,(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,则此时该溶液中电极变为 (填“正”或“负”)极。,解析: (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。,答案: (2)2I-2
13、e- I2 (3)无 (4)负,知识整合 核心主干 系统全面,1.一次电池,考点三 化学电源,2.二次电池 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),3.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 供给。,外部,【多维思考】 1.判断下列说法是否正确,正确的画“”,错误的画“”。 (1)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应。( ) (2)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。( ) (3)铅蓄
14、电池工作时,当电路中转移0.1 mol电子时,负极增加4.8 g。( ) (4)在化学电源中,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。( ) (5)二次电池充电时,充电器的正极接二次电源的正极。( ) 提示: (1) (2) (3) (4) (5) 2.(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 (填“减小”“增大”或“不变”,下同),溶液的pH 。 (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 。 提示: (1)减小 减小 (2)减小 增大,典例示范 审题答题 规范训练,答案:C,
15、练后归纳,电极反应式的书写方法,题组一,电极、电池反应式的书写,B,题组演练 精挑细选 练透练全,2.(2014大纲全国卷,9)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,C,解析:在原电池的负极发生的是氧化反应,在原电池的正极发生的是还原反应,分析元素化合价的升降可知,A选项正确;因为该电池为金属氢化物镍电池,又
16、有Ni(OH)2等产生,因此可用碱性溶液作电解质溶液,B选项正确;该反应为放电时的负极反应,C选项不正确;氢密度越大,单位体积内放出的电量越多,电池的能量密度越高,D选项正确。,思维建模,电极反应式书写的三个步骤,列物质 标得失,按照负极发生氧化反应,正极发生还原反应;判断出电极反应产物,标出得失电子的数目,看环境 配守恒,电极产物在电解质溶液中应能稳定存在,如碱性溶液中生成的H+应结合OH-生成水。电极反应式要遵守电荷守恒、质量守恒和得失电子守恒等,并注意配平,两式加 验总式,两电极反应式相加,与总反应式对照验证,题组二,燃料电池,D,4.导学号 16972148 某汽车尾气分析仪以燃料电池
17、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)其反应式为负极: ; 正极: 。 电池反应为 。 (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,负极: ; 正极: 。 电池反应为 。,练后归纳,燃料电池电极反应式的书写,(3)根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式:电池的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式。因为O2不是负极反应物,因此在将两个反应式相减时,要消去O2。,题组三,新型电池,5.(2014
18、全国卷,12) 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,C,解析:根据原电池中金属性较强的材料作负极,可知b为电池的负极,则a为电池的正极,A项正确;电池的充电反应为电解池原理,B项正确;放电时,a作电池的正极,Mn元素化合价发生变化,Li元素化合价不变,C项错误;放电时,阳离子移向电池的正极,D项正确。,6.导学号 16972149 现在污水治理越来越引起人们重视,可以通过膜电池除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚,其原理如图所示,下列说法正确的是( )A.电流方向从B极沿导线经小灯泡流向A极 B.A极的电极反应式为 +e- Cl-+C.当外电路中有0.2 mol e-转移时,通过质子交换膜的H+的个数为0.2NA D.B极为电池的正极,发生还原反应,C,
