第七章_第2讲___原电池__化学电源_

一、原电池自我诊断1.在如图所示的锌铜原电池中：Zn为极，Cu为极；负极上发生反应，电极反应式为，正极上发生反应，电极反应式为；基础盘点原电池化学电源电子流出的极是极，电子流入的极是_______极；电流方向。盐桥中的盐溶液是溶液，其作用为。盐桥中的会移向ZnSO4溶液，移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性。该原电池工作一段时间后，两电极的质量将会。答案负正氧化Zn-2e-Zn2+还原Cu2++2e-Cu负正沿导线从Cu极流向Zn极饱和KCl提供定向移动的阴、阳离子Cl-K+Zn极减小，Cu极增加基础回归1.概念把转化为的装置。2.构成条件（1）能自发地发生反应。（2）电解质溶液（构成电路或参加反应）。（3）由还原剂和导体构成极系统，由氧化剂和导体构成极系统。（4）形成（两电极接触或用导线连接）。化学能电能氧化还原负正闭合回路3.工作原理原电池的工作原理和电子流向可用下列图示表示：原电池内部电解质溶液中离子的移动规律：误区警示二、化学电源自我诊断2.铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为稀硫酸。工作时该电池总反应式为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O根据上述情况判断：（1）工作时，电解质溶液的pH（填“增大”、“减小”或“不变”）。（2）工作时，电解质溶液中阴离子移向极。（3）电流方向从极流向极。（4）写出负极的电极反应式：。答案（1）增大（2）负（3）正负（4）Pb+SO42--2e-PbSO43.某原电池的总反应是Zn+Cu2+Zn2++Cu，该原电池的正确组成是()ABCD正极ZnCuZnCu负极CuZnCuZn电解质溶液CuCl2CuCl2ZnCl2ZnCl2解析从电极的总反应式看锌为负极，活泼性比锌弱的电极（本题为铜）为正极，电解液中含有铜离子。B基础回归电池负极反应正极反应总反应式碱性锌锰电池（Zn|KOH|MnO2）2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-铅蓄电池（Pb|H2SO4|PbO2）Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)氢氧燃料电池（H2-O2）2H2+O22H2OZn+2OH--2e-Zn(OH)2Pb(s)-2e-+SO(aq)PbSO4(s)PbO2(s)+2e+4H+(aq)+SO(aq)PbSO4(s)+2H2O(l)2H2-4e-4H+酸性：O2+4e-+4H+2H2O2424碱性：O2+4e-+2H2O4OH-固体：O2+4e-2O2-Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2迷津指点1.化学电源优劣的判断标准：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，或输出功率的大小，电池的使用寿命的长短，以及对环境污染程度的大小。2.燃料电池和普通电池不同，必须使用辅助电极，电极本身不参与反应，所采用的燃料一般为H2、CH4、CH3OH等，助燃剂一般为O2（或空气）。要点一原电池正、负极的判断与电极反应式的书写1.正、负极的判断要点精讲特别提醒①原电池正、负极的判断基础是自发进行的氧化还原反应，如果给出一个方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断。发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。②判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如：(a).Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；(b).Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。2.电极反应式的书写（1）一般电极反应式的书写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，找出得失电子的数量。电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H+应让其结合OH-生成水。电极反应式要遵守电荷守恒和质量守恒、电子守恒等加以配平。列物质标得失看环境配守恒两式加验总式（2）复杂电极反应式的书写：=-如CH4酸性燃料电池中，负极反应式为：CH4+2O2CO2+2H2O……总反应式2O2+8H++8e-4H2O……正极反应式(2O2+4H2O+8e-8OH-……碱性)CH4+2H2O-8e-CO2+8H+……负极反应式复杂电极反应式总反应式较简单一极的电极反应式两电极反应式相加，与总反应离子方程式对照验证特别提醒正极:吸氧腐蚀:O2+4e-+4H+2H2O(注意酸\碱性环境)析氢腐蚀:2H++2e-H2【典例导析1】镁/H2O2酸性燃料电池采用海水作电解质（加入一定量的酸),下列说法不正确的是（）A.此燃料电池的总反应为：Mg+H2O2Mg(OH)2B.正极发生的电极反应为：H2O2+2H++2e-2H2OC.工作时，正极周围海水的pH增大D.电池工作时，溶液中的H+向正极移动解析由于电解质溶液中加入一定量的酸，Mg(OH)2不能存在，电池总反应为：Mg+H2O2+2H+Mg2++2H2O。负极反应为：Mg-2e-Mg2+;正极反应为H2O2+2H++2e-2H2O，消耗H+，工作时正极周围海水pH增大，溶液中的H+向正极移动。答案A迁移应用1一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料电池说法不正确的是()A.在熔融电解质中，O2-移向负极B.电池的总反应是：2C4H10+13O28CO2+10H2OC.通入空气的一极是正极,电极反应为:O2+4e-2O2-D.通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10+26e-+13O2-4CO2↑+5H2O解析由原电池原理知阴离子移向负极，A正确；原电池反应就是一个氧化还原反应，只是氧化反应和还原反应分别在两极进行，由丁烷的燃烧反应知，该电池的总反应为：2C4H10+13O28CO2+10H2O，且丁烷失电子，O2得电子，故选D。答案D迁移应用2我国首创以铝-空气-海水电池作为能源的新型海水标志灯，它以海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光。则；（1）该电源负极材料为；正极材料为。（2）负极反应为。（3）正极反应为。解析Al、O2（空气）之间的氧化还原反应为：4Al+3O22Al2O3,首先分析出该反应的还原剂为Al，作负极；氧化剂为O2，可以用碳棒作正极，完成O2得电子的反应，然后写出二者得失电子的情况。负极：4Al-12e-4Al3+;正极为吸氧腐蚀:3O2+6H2O+12e-12OH-。答案（1）铝石墨（2）4Al-12e-4Al3+(3)3O2+6H2O+12e-12OH-要点二原电池原理及其应用1.原电池原理利用氧化还原反应可将化学能转变为电能，具体如下：负极失电子发生氧化反应电子沿导线传递，从而产生电流即化学能转化为电能正极得电子发生还原反应2.原电池原理在化工、农业生产及科研中的应用（1）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。（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）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。（4）设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：①首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；②根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液。a.电极材料的选择在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极能够与电解质溶液反应。b.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极发生反应（如空气中的氧气）。但如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。如在锌—铜—硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中，而正极金属铜浸泡在含有Cu2+的溶液中。③按要求画出原电池装置图。如根据以下反应设计的原电池：原理装置图化学反应：CuCl2+FeFeCl2+Cu电极反应：负极：Fe-2e-Fe2+正极：Cu2++2e-Cu化学反应：2H2+O22H2O电极反应：负极：2H2+4OH--4e-4H2O正极：O2+2H2O+4e-4OH-碱性溶液特别提醒应用原电池原理可以设计任一自发的氧化还原反应的电池，但有的电流相当微弱。同时要注意电解质溶液不一定参与反应，如燃料电池，水中一般要加入NaOH、H2SO4或Na2SO4等。【典例导析2】依据氧化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如下图所示。请回答下列问题：（1）电极X的材料是；电解质溶液Y是；（2）银电极为电池的极，发生的电极反应为；X电极上发生的电极反应为；（3）外电路中的电子是从电极流向电极。解析根据所给氧化还原反应方程式，结合原电池反应原理以及所给原电池装置，Cu应作负极，AgNO3溶液为电解质溶液，从而推知：（1）X的材料为铜，Y是AgNO3溶液。（2）银为原电池的正极，发生的电极反应式为Ag++e-Ag。X电极上发生的电极反应式为Cu-2e-Cu2+。（3）外电路中的电子从X（负）电极流向银（正）电极。答案（1）铜（或Cu）AgNO3溶液（2）正Ag++e-AgCu-2e-Cu2+(3)负(Cu)正(Ag)归纳总结原电池原理的考查主要从三个方面考查：一是外电路电子定向移动；二是电极上的氧化还原反应；三是溶液中离子运动，溶液中离子定向移动。迁移应用3利用生活中常见的材料可以进行很多科学实验，甚至制作出一些有实际应用价值的装置来，下图就是一个用废旧材料制作的可用于驱动玩具的电池的示意图。当电池工作时，有关说法正确的是（）A.铝罐将逐渐被腐蚀B.炭粒和炭棒上发生的反应为O2+4e-2O2-C.炭棒应与玩具电机的负极相连D.该电池工作一段时间后炭棒和炭粒的质量会减轻解析在原电池工作时，活泼金属铝作负极，电极反应式为：Al-3e-Al3+,炭棒作正极，电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,由此可知炭棒和炭粒的质量不会改变。由于炭棒作正极，因此应与玩具电机的正极相连。答案A迁移应用4X、Y、Z、W四块金属分别用导线两两相连浸入稀硫酸中组成原电池。X、Y相连时，X为负极；Z、W相连时，电流方向是W→Z；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡；W、Y相连时，W极发生氧化反应。据此判断四种金属的活动性顺序是()A.X＞Z＞W＞YB.Z＞X＞Y＞WC.X＞Y＞Z＞WD.Y＞W＞Z＞X解析在原电池中，活泼金属作为原电池的负极，失去电子发生氧化反应；不活泼的金属作为原电池的正极，得到电子发生还原反应。电子由负极经导线流向正极，与电流的方向相反，因此，X、Y相连时，X为负极，则活泼性X＞Y；Z、W相连时，电流方向是W→Z，则活泼性Z＞W；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡，则活泼性X＞Z；W、Y相连时，W极发生氧化反应，则W＞Y。综上，可以得出金属的活泼性顺序是X＞Z＞W＞Y。答案为A。答案A迁移应用5利用反应Fe+CuSO4FeSO4+Cu设计一个原电池，画出实验装置图，并指出：（1）正极材料为，电极反应式为；（2）负极材料为，电极反应式为；（3）电解质溶液为。解析该反应中的氧化反应为：Fe-2e-Fe2+,还原反应为Cu2++2e-Cu。因此，Fe一定是负极，正极可选用Pt棒或C棒等惰性电极。选择含Cu2+的溶液作电解质溶液。画实验装置图时要注意电极不可全部没入液面以下，以防有副反应发生。答案实验装置图（1）比铁不活泼的稳定金属或CCu2++2e-Cu(2)FeFe-2e-Fe2+(3)CuSO4溶液对点训练题组一原电池原理及其应用1.理论上不能用于设计成原电池的反应是（）A.HCl+NaOH