高二化学原电池人教实验版知识精讲

高二化学高二化学原电池原电池人教实验版人教实验版 【本讲教育信息本讲教育信息】 一. 教学内容： 原电池 1、原电池 2、化学电源 二. 重点、难点 1、理解原电池原理，并能正确判断原电池的两极，熟练书写电极反应式。 2、掌握构成原电池的条件，并会进行简单的原电池设计。 3、了解常见电池的分类、优点及适用范围。 4、了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、反应原理及应用。 三. 教学过程 电能是现代社会工农业生产、国防、科研、日常生产中应用最广泛，使用最方便、污 染最小的一种二次能源，又称电力。例如，日常生活中使用的手提电脑、手机、相机、摄 像机这一切都依赖于电池的应用。常常使用到蓄电池、干电池、温差电池、氧化银电 池、高能电池等。为了更好地使用各种电池，并创造出更多更好的新电池，必须学习最简 单的电池，也就是学习原电池的构造和它的工作原理。 （一）原电池 1、原电池的定义：将化学能直接转变为电能的装置。 分析分析：锌片、铜片插入稀硫酸中，锌片有气泡产生，铜片上没有气泡产生，这是因为 在金属活动性顺序表中，锌排在氢的前面，容易失去电子，能置换酸中的氢，铜排在氢的 后面，不能置换酸中的氢。把锌片和铜片用导线连起来后，铜上有气泡放出而锌上没有是 因为锌是比较活泼的金属，锌片的锌原子失电子变成锌离子，溶解在溶液里。锌原子失去锌原子失去 电子通过导线流到铜片上电子通过导线流到铜片上，而溶液中的氢离子从铜片上得到电子变成氢原子，二个氢原子 组成了氢分子。 2、原电池的原理：从化学反应来看,较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属 （负极）流向较不活泼的金属（正极）（负极）流向较不活泼的金属（正极）（负极）流向较不活泼的金属（正极） 。 3、原电池的电极：原电池有两个电极，一个是正极正极，一个是负极负极。 （1）原电池中电子流出流出的一极称为负极，该极上发生氧化反应。 负极：电子流出，较活泼， （锌片）：Zn 2e = Zn2+ （氧化反应） （2）原电池电子流入流入的一极称为正极，该极上发生还原反应。 正极：电子流入，较不活泼， （铜片）：2H+2e = H2（还原反应） （3）电子的流动方向：负极正极 （4）电流的流动方向：正极负极 （5）离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 4、组成原电池的条件：有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体）作电极；电极 材料均插入电解质溶液中；两极相连形成闭合回路。 5、原电池反应的应用： （1）比较金属的活泼性活泼金属作负极被损耗，不活泼金属作正极。 （2）改变金属与酸反应产生氢气的反应速率粗锌的速率比纯锌要快。 （3）依据原电池反应的原理防止金属的腐蚀，保护金属。 【知识归纳知识归纳 1】原电池正负极的判断方法 根据电极材料判断：一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金 属为正极。 根据电流方向（或电子流动方向）判断：电流是由正极流向负极；电子流动方向是 由负极流向正极。 根据离子的定向流动方向判断：在原电池的电解质溶液中，阳离子移向的极是正极， 阴离子移向的极是负极。 根据发生的反应来判断：原电池的负极总是失电子发生氧化反应，其正极总是得电 子发生还原反应。 【知识归纳知识归纳 2】电极反应式的书写 原电池的工作原理可以用电极方程式表示原电池两电极上所发生的反应。书写电极方 程式时，应写清楚正极、负极；在电极后面括一个括号，写电极材料名称；然后再书写原 子（分子）或离子的符号，以及得失电子的数目；最后配平并在反应物、生成物的符号间 写等号。注意：正负极反应式之和为电池反应的总反应方程式。如果已知电池反应的总反 应方程式，一般先写出较易写出的电极反应式，然后用总方程式减去较易写出的电极反应 式得较难写的电极反应式。 6、盐桥的作用：可使由它连接的两溶液保持电中性，盐桥保障了电子通过外电路从锌到 铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。 （二）化学电源 1、实用电池的特点： （1）能产生稳定而具有较高电压的电流； （2）安全、耐用且便于携带； （3）能够适用于特殊用途； （4）便于回收处理，不污染环境或对环境产生影响较小。 2、电池的优劣标准： 单位质量或单位体积所能输出电能的多少，即比能量的大小；输出功率的大小即比功 率的大小以及电池的存储时间的长短。 3、化学电池主要分类：一次电池 、二次电池 、燃料电池。 4、一次电池：一次电池的种类有普通干电池、碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池 正极 材料 负极 材料 正极反应式负极反应式 普通干 电池 MnO2Zn 2NH4+2e=2NH3+H2 H22MnO2Mn2O3 H2O Zn2eZn2+ Zn2+4NH3ZnNH342+ 碱性锌 锰电池 MnO2Zn 2MnO2+2H2O+2e =2MnOOH +2OH Zn+2OH2e= Zn（OH）2 锌银 电池 Ag2OZn Ag2O+H2O+2e=2Ag+ 2OH Zn+2OH2e=ZnO+H2O 5、二次电池：铅蓄电池为典型的可充电电池。 （1）铅蓄电池： 放电的电极反应为： 负极：PbSO422e PbSO4 正极：PbO24H+SO422e PbSO42H2O 充电的电极反应为： 阳极：PbSO42H2O2e PbO24H+SO42 阴极：PbSO42e PbSO42 总反应式： （2）银锌蓄电池： 放电的电极反应为： 负极：Zn2OH2e ZnOH2 正极：Ag2OH2O2e 2Ag2OH 充电的电极反应为： 阳极：2Ag2OH2e Ag2OH2O 阴极：ZnOH22e Zn2OH 总反应式： 6、燃料电池： （1）氢氧燃料电池 负极：H22OH2 e2H2O 正极：22H2O4 e4OH 电池总反应式为：2H222H2O （2）甲烷燃料电池 负极：CH410OH8e CO327H2O 正极：4H2O2O28e 8OH 电池总反应式为：CH42O22KOHK2CO33H2O 【归纳总结归纳总结】燃料电池书写电极反应式应注意以下几点： （1）电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如“拆”、 “平”） ； （2）将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到 另一极反应； （3）负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如 4 价的 C 在酸性溶液中以 CO2形式存在，在碱性溶液中以 CO32形式存在） ； （4）溶液中不存在 O2：在酸性溶液中它与 H结合成 H2O、在碱性或中性溶液中它 与水结合成 OH。 【典型例题典型例题】 例 1、关于如图所示装置的叙述正确的是： A、铜是阳极，铜片上有气泡产生 B、铜片质量逐渐减少 C、电流从锌片经导线流向铜片 D、氢离子在铜片表面被还原 分析：分析：图中锌、铜、硫酸、导线构成了一个原电池装置，锌做负极，失去电子，失去 的电子经导线转移到铜片上，H+从铜片表面获得电子而被还原，铜是正极，其质量在反应 中不会改变，故 A、B 项错误，电流的方向与电子的运动方向相反，即从铜片经导线流向 锌片，故 C 项错误。答案选 D。 例 2、由铜、锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的 pH 怎样变化 （ ） A、不变 B、先变小后变大 C、逐渐变大 D、逐渐变小 分析：分析：根据该原电池工作的总反应，Zn+2H+=Zn2+H2只要原电池不断工作，该反应 就不断发生，溶液中 c（H+）逐渐减小，溶液的 pH 将不断增大。答案选 C。 例 3、有 a、b、c、d 四种金属，将 a 与 b 用导线联结起来，浸入电解质溶液中，b 不易 腐蚀。将 a、d 分别投入等浓度盐酸中，d 比 a 反应剧烈。将铜浸入 b 的盐溶液中，无明显 变化。如果把铜浸入 c 的盐溶液中，有金属 c 析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺 序是（ ） A、dcab B、dabc C、dbac D、badc 分析：分析：判断金属的活动性强弱有几种方法：与等浓度酸反应时，剧烈的就是金属性强 的。金属与盐溶液的置换，活泼性较强的金属能从盐溶液中置换出活泼性较差的金属。用 导线将不同金属联结起来，构成原电池时，金属活动性强的金属易被腐蚀。本题中由第一 个原电池条件，可知金属活动性顺序为 ab，由第二个与酸反应剧烈程度可知金属活动性 顺序为 da，由后面金属之间的置换可知金属活动性顺序为 bCuc，综合可得 d a bc。答案选 B。 例 4、电子表或电子计算器中的电源常用微型银锌原电池，其电极分别为 Ag2O 和 Zn， 电解质溶液为 KOH 溶液，放电时锌极上的电极反应是：Zn+2 OH2 e=Zn（OH）2；氧 化银电极上的反应式为：Ag2O+ H2O +2 e=2Ag+2 OH。总反应式为：Ag2O+ H2O +Zn=Zn（OH）2+2Ag。下列说法正确的是（ ） A、锌是负极，氧化银是正极 B、锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应 C、溶液中 OH向正极移动，K+、H+向负极移动 D、随着电极反应的不断进行，电解质溶液的 pH 基本保持不变 分析：分析：在原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，正极发生还原反应，负极失去 电子，正极得到电子，所以电子由负极经外电路流向正极。本题中，由电极反应可知，Zn 是负极，Ag2O 是正极。所以 A 正确。放电时溶液中阳离子向正极移动，所以 C 不正确。 由电极反应知负极区不断消耗 OH，故 pH 值减小，所以 B、D 不正确。答案选 A。 例 5、航天技术中使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。氢氧 燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池总反应方程式都可表示为 2H2+O2=2H2O， 酸式氢氧燃料电池的电解质是酸，其负极反应可表示为 2H24e=4H+，则其正极反应 表示为_碱氢氧燃料电池的电解质是碱，其正极反应表示为 O2+2H2O+4e =4OH，则其负极反应可表示为_。 分析：分析：原电池正极发生还原反应：O2+2H2O+4e =4OH，在酸性溶液中， 4OH+4H+=4H2O，故正极反应式为：O2+4H+4e=2H2O。原电池负极发生氧化反应： 2H24e=4H+，在碱性溶液中，4OH+4H+=4H2O，所以负极反应式为：2H2+4 OH 4e=4 H2O 答案：答案：O2+4H+4e=2H2O 2 H2+4 OH4e=4 H2O 例 6、有一种锂电池，用金属锂和石墨作电极材料，电解质溶液是由四氯铝锂溶解在亚 硫酰氯（SOCl2）中形成的，电池总反应方程式为：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S，已知亚 硫酰氯和 AlCl36H2O 混合共热蒸干，可制得无水氯化铝 AlCl3，则下列叙述正确的是（ ） A、电解质溶液中混入水，对电池反应无影响 B、金属锂作电池的正极，石墨作电池的负极 C、电池工作过程中，SOCl2被还原为 Li2SO3 D、电池工作过程中，金属锂提供的电子与正极区析出的 S 的物质的量之比为 4：1 分析：分析：本题取材虽然较新，但试题考查点却是原电池原理。要求解题时分清正负极， 搞清楚哪极发生氧化反应，哪极发生还原反应，并根据有关信息和现象判断正负极。由信 息“亚硫酰氯和 AlCl36H2O 混合共热蒸干，可制得无水氯化铝 AlCl3”知，SOCl2极易与 水反应，不能与水共存，即 SOCl2+AlCl36H2O=AlCl3+H2SO3+2HCl+4H2O，结合金属 Li 是 活泼金属与水反应可以确定 A 选项错误；由原电池原理可知活泼金属 Li 作原电池的负极 可以确定 B 选项错误；由总方程式可知电池工作过程中，SOCl2应被还原成 S 可以确定 C 选项错误。答案选 D。 例 7、有人设计出利用 CH4和 O2的反应，用铂电极在 KOH 溶液中构成原电池。电池的 总反应类似于 CH4在 O2中燃烧，则下列说法正确的是（ ） 每消耗 1molCH4可以向外电路提供 8mole负极上 CH4失去电子，电极反应式 CH4+10OH8e=CO32+7H2O负极上是 O2获得电子，电极反应式为 O2+2H2O+4e=4OH电池放电后，溶液 pH 不断升高 A、 B、 C、 D、 分析：分析：本题是考查原电池原理在燃料电池中的具体应用，首先要判断出电池的正负极， 其方法是确定在该电极上发生的是失电子还是得电子反应，若发生的是失电子反应是原电 池的负极，反之是正极。CH4在铂电极上发生类似于 CH4在 O2燃烧反应，即 CH4 CO2严 格讲生成的 CO2还与 KOH 反应生成 K2CO3，化合价升高，失去电子，是电池的负极，电 极反应式为 CH48e+10OH=CO32+7H2O，1molCH4参加反应有 8mole发生转移，O2 在正极上发生反应，获得电子，电极反应式为 O2+2H2O+4e=4OH。虽然正极产生 OH，负极消耗 OH，但从总反应 CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 可看出是消耗 KOH， 所以电池放电时溶液的 pH 值不断下降，故正确，错误。答案选 A。 【模拟试题模拟试题】 1、银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源,它的充电和放电过程可以表示为: 在此电池放电时,负极上发生反应的物质是（ ） A、Ag B、Zn（OH）2 C、Ag2O D、Zn 2、下列关于铜锌稀 H2SO4构成的原电池的有关叙述中错误的是（ ） A、锌为负极，锌发生氧化反应 B、铜为正极，铜不易失去电子而受到保护 C、负极发生还原反应，正极发生氧化反应 D、外电路电子流入的一极为正极，电子流出的一极为负极 3、表明金属甲比金属乙活动性强的叙述正确的是（ ） A、在氧化还原反应中，甲失电子数比乙多 B、同价态阳离子；甲比乙氧化性强 C、常温下甲能与浓 HNO3反应而乙不能 D、将甲、乙组成原电池时，甲为负极 4、对于铜锌稀 H2SO4组成的原电池装置中，当导线中有 1 mol 电子通过时，理论上 的两极变化是 （ ） 锌片溶解了 32.5 g锌片增重 32.5 g铜片上析出 1 g H2铜片上析出 1 mol H2 A、和 B、和 C、和 D、和 5、某原电池总反应的离子方程式为：2Fe3+Fe=3Fe2+不能实现该反应的原电池是（ ） A、正极为 Cu，负极为 Fe，电解质溶液为 FeCl2 B、正极为 C，负极是 Fe，电解质溶液为 Fe（NO3）2 C、正极为 Ag，负极为 Fe，电解质溶液为 Fe2（SO4）3 D、正极为 Ag，负极为 Fe。电解质溶液为 CuSO4 6、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍 电池的总反应式为：根据反应式判断，下列叙述正确的是（ ） A、电池放电时，电池负极周围溶液的 pH 不断增大 B、电池放电时，镍元素被氧化 C、电池放电时，电池负极周围溶液的 pH 不断减小 D、电池放电时，负极是 H2被氧化 7、如图所示的装置，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬吊在盛水的烧杯中，使 之平衡。小心地向烧杯中央滴入 CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是 （ ） A、铁圈和银圈左右摇摆不定 B、保持平衡状况 C、铁圈向下倾斜 D、银圈向下倾斜 8、某原电池，将两金属 X、Y 用导线连接。同时插入相应的电解质溶液中，发现 Y 电 极质量增加，则可能是下列情况中的 （ ） A、X 是负极，电解质溶液为 CuSO4溶液 B、X 是负极，电解质溶液为稀 H2 SO4溶液 C、X 是正极，电解质溶液为稀 CuSO4溶液 D、X 是正极，电解质溶液为稀 H2 SO4溶液 9、用两根铂丝做电极插入 KOH 溶液中。再分别向两极通入甲烷气体和氧气，可形成原 电池燃料电池，该电池放电时发生的反应为：CH4+2KOH2O2=K2CO3+3H2O，下列 说法错误的是（ ） A、通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极 B、放电时，通入 O2一极附近溶液的 pH 升高 C、放电一段时间后，KOH 的物质的量不发生变化 D、通甲烷一极的电极反应式是：CH4+10OH8e=CO327H 2O 10、某原电池的电池反应为：Fe+2Fe3+=3 Fe2+，与此电池反应不符的原电池是（ ） A、铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池 B、石墨、铁片、Fe（NO3）3溶液组成的原电池 C、铁片、锌片、Fe2（SO4）3溶液组成的原电池 D、银片、铁片、Fe（NO3）2溶液组成的原电池 11、据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没 有铅污染。其电池反应为：2Zn+O2=2ZnO，原料为锌粒、电解液和空气。则下列叙述正确 的是（ ） A、锌为正极，空气进入负极反应 B、负极反应为 Zn2e=Zn2+ C、正极发生氧化反应 D、电解液肯定不是强酸 12、有 A、B、C、D 四种金属，将 A 与 B 用导线联结起来，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（ ） A、ABCD B、DABC C、CABD D、BCAD 13、熔融盐燃料电池具有高的电效率，因而受到重视，可用 Li2CO3和 Na2CO3的熔融盐 混合物作电解质，CO 为阳极燃气，空气与 O2的混合气体为阴极助燃气，这是在 650下 工作的燃料电池，完成有关的电池反应式： 阳极反