高三化学一轮 第六章 第2讲 原电池 化学电源

第2讲原电池化学电源[考纲要求]1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。考点一原电池及其工作原理1．概念把化学能转化为电能的装置。2．工作原理以锌铜原电池为例电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由Zn沿导线流向Cu盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极3．原电池的构成条件(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：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液。题组一原电池工作原理的考查1．下列装置中能构成原电池产生电流的是()答案B解析A项，电极相同不能构成原电池；C项，酒精不是电解质溶液，不能构成原电池；D项，锌与电解质溶液不反应，无电流产生。2．有关电化学知识的描述正确的是()A．CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成D．理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池答案D解析CaO＋H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应，KCl和AgNO3反应生成AgCl沉淀易阻止原电池反应的发生；作电极的不一定是金属，如石墨棒也可作电极。规避原电池工作原理的4个易失分点(1)只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能。(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)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。(4)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。题组二原电池正、负极的判断3．下列有关原电池的说法中正确的是()A．在内电路中，电子由正极流向负极B．在原电池中，相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极C．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生D．原电池工作时，可能会伴随着热能变化答案D解析A项，内电路中不存在电子的移动；B项，若是由铝、镁、氢氧化钠溶液构成的原电池，则负极是铝；C项，若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池，则正极表面析出铜，没有气泡产生。4．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑答案B解析②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；③中Fe在浓硝酸中易钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A错，C错。②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极电极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO－2＋4H2O，二者相减得到正极电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确。④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。原电池正、负极判断方法说明原电池的正极与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势。考点二原电池原理的应用1．用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。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。3．比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。4．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H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。题组训练原电池原理的应用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：______________________________________________________________________。答案铜、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．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Cu－2e－===Cu2＋2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋3．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；⑤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()A．ABCDEB．ACDBEC．CABDED．BDCAE答案B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＋在正极电极表面得到电子生成H2，电子运动方向由负极→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。4．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________。答案(1)A(2)B(3)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CH3COO－＋H＋3COOH，a中c(H＋)减少，反应速率减小，但产生H2的体积不变，所以C项正确。改变Zn与H＋反应速率的方法(1)加入Cu或CuSO4，形成原电池，加快反应速率，加入Cu不影响Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量减少，是否影响产生H2的量，应根据Zn、H＋的相对量多少判断。(2)加入强碱弱酸盐，由于弱酸根与H＋反应，使c(H＋)减小，反应速率减小，但不影响产生H2的量。考点三化学电源1．碱性锌锰干电池——一次电池总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。2．锌银电池——一次电池负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；总反应式：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。3．二次电池(可充电电池)铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。(1)放电时的反应①负极反应：Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4；②正极反应：PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2O；③总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。(2)充电时的反应①阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4；②阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO2－4；③总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。4．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。种类酸性碱性负极反应式2H2－4e－===4H＋2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极反应式O2＋4e－＋4H＋===2H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－电池总反应式2H2＋O2===2H2O深度思考1．可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？答案2．铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正负极极板是惰性材料，请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：(1)放电时电解液中H2SO4的浓度将变_______________________________________________________；当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加________g。(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按右图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成________，B电极上生成____________，此时铅蓄电池的正负极的极性将________。答案(1)小48(2)PbPbO2对换解析(1)放电时为原电池，正极为PbO2，其电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2O。从电池总反应式可知，随着电池放电，H2SO4不断被消耗，因此，其浓度逐渐变小；由Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4可知，当外电路通过1mole－时，理论上负极板有0.5molPb变为0.5molPbSO4，即质量增加96g·mol－1×0.5mol＝48g。(2)当完全放电耗尽PbO2和Pb时，两极均变为PbSO4，再按图中通电——电解时，A极板发生反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4，B极板发生反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO2－4。此时铅蓄电池的正负极的极性将对换。3．(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)减小增大题组一化学电源中电极反应式的书写1．Li­SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4­SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为__________，发生的电极反应为________________________。(2)电池正极发生的电极反应为_________________________________________。答案(1)锂Li－e－===Li＋(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑解析分析反应的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被还原，为氧化剂。(1)负极材料为Li(还原剂)，Li－e－===Li＋；(2