高三化学第讲：原电池（教师版）

1、第10讲 原电池 一、原电池：1.概念：化学能转化为电能的装置叫做原电池 2.组成条件：两个活泼性不同的电极 电解质溶液 电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路。3.电子流向：外电路：负极导线正极 内电路：盐桥中阴离子移向负极的电解质溶液，盐桥中 阳 离子移向正极的电解质溶液。4.电极反应：以锌铜原电池为例：负极：氧化反应： Zn2eZn2（较活泼金属）正极：还原反应： 2H2eH2（较不活泼金属）总反应式：Zn+2H+=Zn2+H25.正、负极的判断： （1）从电极材料：一般较活泼金属为负极；或金属为负极，非金属为正极。（2）从电子的流动方向： 负极流入正极 （3）从电流方向： 正极流入负极

2、 （4）根据电解质溶液内离子的移动方向： 阳离子流向正极，阴离子流向负极 （5）根据实验现象： 溶解的一极为负极增重或有气泡一极为正极 二、化学电池1.电池的分类：化学电池、太阳能电池、原子能电池2.化学电池：借助于化学能直接转变为电能的装置3.化学电池的分类：一次电池、二次电池、燃料电池 (1)一次电池 常见一次电池：碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等(2)二次电池二次电池：放电后可以再充电使活性物质获得再生，可以多次重复使用，又叫充电电池或蓄电池。电极反应：铅蓄电池放电：负极（铅）：PbSO42-2e- PbSO4正极（氧化铅）：PbO24H+SO42-2e- PbSO42H2O充电：阳极：

3、PbSO42H2O2e- PbO24H+SO42-阴极：PbSO42e- PbSO42- 目前已开发出新型蓄电池：银锌电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池(3)燃料电池燃料电池：是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池电极反应：一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同，可根据燃烧反应写出总的电池反应，但不注明反应的条件;负极发生氧化反应，正极发生还原反应，不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应。以氢氧燃料电池为例，铂为正、负极，介质分为酸性、碱性和中性。当电解质溶液呈酸性时： 负极：2H24e- =4H+ 正极：O24 e- 4H+ =2H2O当电解质溶液呈碱

4、性时： 负极：2H24OH-4e-4H2O 正极：O22H2O4e-4OH-另一种燃料电池是用金属铂片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷燃料和氧气。电极反应式为：负极：CH410OH- 8e- CO32- 7 H2O；正极：4H2O2O28e-8OH-。电池总反应式为：CH42O22KOHK2CO33H2O燃料电池的优点：能量转换率高、废弃物少、运行噪音低(4)废弃电池的处理：回收利用1.重点掌握电极名称及其判断2.重点掌握一次电池、二次电池和燃料电池等几大类。例1（2014·全国大纲版理综化学卷，T9）右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(MHNi

5、电池)。下列有关说法不正确的是（ ）A放电时正极反应为：NiOOHH2OeNi(OH)2OHB电池的电解液可为KOH溶液C充电时负极反应为：MHOHMH2OeDMH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高解析：镍氢电池中主要为KOH作电解液，充电时，阳极反应：Ni(OH)2+ OH= NiOOH+ H2Oe，阴极反应：M+ H2Oe=MH+ OH，总反应为M+ Ni(OH)2=MH+ NiOOH；放电时，正极：NiOOHH2OeNi(OH)2OH，负极：MHOHMH2Oe，总反应为MH+NiOOH=M+Ni(OH)2。以上各式中M为金属合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金。A.放电时，正

6、极：NiOOH+H2O+e= Ni(OH)2+OH，故A正确；B.为了防止MH被氢离子氧化，镍氢电池中电解液为碱性溶液，主要为KOH作电解液，故B正确；C.充电式，负极作阴极，阴极反应为M+H2O+e=MH+OH，故C错误；D.M为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金，储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高，故D正确。答案：C例2.（2014·全国理综II化学卷，T12）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（ ）Aa为电池的正极B电池充电反应为LiMn2O4=Li1-xMn2O4+xLiC放电时，a极锂的化合价发生变化D放电时，溶液中的

7、Li+从b向a迁移解析：根据题给装置图判断，电极b是原电池的负极，电极反应式为Li-e- =Li+，电极a是原电池的正极，电极反应为LiMn2O4 +xLi +xe- =Li1-xMn2O4。A.综上所述，a是原电池的正极，A正确；B.根据正负极的电极反应可知，电池充电反应为LiMn2O4=Li1-xMn2O4+xLi，B正确；C.放电时，a极锰的化合价发生变化，Li的化合价没有变化，C错误；D.放电时，溶液中的Li+从b向a迁移，D正确。答案:C例3.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1m

8、olCH4可以向外电路提供8mole-负极上CH4失去电子，电极反应式CH4+10OH-8e-=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.解析：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CH4-8e-+10OH-=C

9、O32-+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：A例4.熔融盐燃料电池具有高的发电效率，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CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：阳极反应式：2CO+2CO32-4e-= 4CO2阴极反应式：_，电池总反应

10、式：_。解析：作为燃料电池，总的效果就是把燃料进行燃烧。本题中CO为还原剂，空气中O2为氧化剂，电池总反应式为：2CO+O2=2CO2。用总反应式减去电池负极（即题目指的阳极）反应式，就可得到电池正极（即题目指的阴极）反应式：O2+2CO2+4e-= 2CO32- 。例5.下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是 ( )Aa电极是负极 Bb电极的电极反应为：4OH-4e-= 2H2O+O2C氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置解析：分析氢氧燃料电池原理示意图，可知a极为负极，其电极反应为：2H2

11、-4e-=4H+，b极为正极，其电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，电池总反应式为：2H2+O2=2H2O。H2为还原剂，O2为氧化剂，H2、O2不需全部储藏在电池内。答案：B 例6.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为： Zn(s)+ 2MnO2(s) + H2O(l) = Zn(OH)2(s) + Mn2O3(s)下列说法错误的是（ ）A电池工作时，锌失去电子B电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)+H2O(1)+2e- = Mn2O3(s)+2OH-(aq)C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D外电路

12、中每通过O.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g解析： 该电池的电解液为KOH溶液，结合总反应式可写出负极反应式：Zn(s)+2OH-(aq)-2e- = Zn(OH)2(s)，用总反应式减去负极反应式，可得到正极反应式：2MnO2(s)+H2O(1)+2e- = Mn2O3(s)+2OH-(aq)。Zn为负极，失去电子，电子由负极通过外电路流向正极。1molZn失去2mol电子，外电路中每通过O.2mol电子，Zn的质量理论上减小6.5g。答案：C A1. 铅蓄电池放电时发生下列变化：负极：Pb +SO422e =PbSO4  正极：PbO2 + 4H+ SO42+ 2e=Pb

13、SO4+ 2H2O 使用该电池电解CuSO4溶液，要得到纯铜1.6g，这时铅蓄电池消耗H2SO4的物质的量为( ) A. 0.025mol    B. 0.05mol      C. 0.1mol    D. 0.2mol2. 随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是( ) A利用电池外壳的金属材料 B防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染 C不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D回收其中石墨电极3. 下列变化中属于原电池反应的是

14、( )A白铁(镀Zn铁)表面有划损时，也能阻止铁被氧化B在空气中金属铝表面迅速被氧化形成保护膜C红热的铁丝与水接触表面形成蓝色保护层D在铁与稀H2SO4反应时，加几滴CuSO4溶液，可加快H2的产生4. 航天技术上使用一种氢氧燃料电池，它具有高能轻便、不污染环境等优点，该电池总反应方程式为：2H2+O2=2H2O，该电池的正极反应可表示为( )A.4H+4e=2H2 B.O2+2H2O+4e=4 OH C.4OH4e=O2+2H2O              

15、60;     D2H24e=4H5. 钢铁发生电化腐蚀时，负极发生的反应是( ) A.2H+2e=H2 B.2H2O+4e+O2=4OH C.Fe2e=Fe2+D.4OH2e=2H2O+O26. 燃料电池是燃料（如CO、H2、CH4等）跟O2（或空气）反应，将化学能转化为电能的装置，电解质溶液是强碱溶液。下列关于CH4燃料电池的说法正确的是( ) A负极反应式为：O2+2H2O+4e=4OH B负极反应式为：CH4+10OH8e=CO32-+7H2O C随着放电的进行，溶液的pH不变 D放电时溶液中的阴离子向正极移动7. 将两铂片插入KOH溶

16、液中作为电极，在两极区分别通入甲烷和氧气构成燃料电池，则通入甲烷气体的极是原电池的         ，该极的电极反应是        ，电池工作时的总反应的离子方程式是             。8. 如图所示装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的相接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液。(1)片刻后

17、可观察到的现象是(指悬吊的金属圈)          （  ）  A铁圈和银圈左右摇摆不定      B保持平衡状态不变  C铁圈向下倾斜          D银圈向下倾斜(2)产生上述现象的原因是_。9为省药品和时间，甲、乙、丙三位同学用铜片、锌片、稀硫酸、CuSO4溶液；直流电源、石墨电极、导线、烧杯、试管等中学化学常见的药品和仪器（

18、用品），以巧妙的构思，“接力”的方式，设计了比较铜与锌金属活动性相对强弱的系列实验。试填写下列空白：（1）甲同学分别将一小片铜片、锌片置于烧杯底部（铜与锌不接触），小心向烧杯中加入稀硫酸，观察到的现象是 。甲同学的设计思路是 。（2）乙同学接着甲的实验，向烧杯中滴加 溶液，进而观察到的现象是 乙同学作出锌、铜金属活动性相对强弱所依据的原理是 。（3）丙同学使用直流电源、石墨电极组装好电解装置，向乙同学实验后的溶液中补充了必要的试剂（作为电解液）。反应在调控下随即开始，实验中有关化学反应方程式为 。获得的实验明显现象是 。（4）请你再单独设计一个简单的实验（试剂、仪器自选），探究和证实锌和铜的金

19、属活动性的相对强弱（简要说明操作和现象） 。10已知蓄电池在充电时作电解池，放电时作原电池。铅蓄电池上有两个接线柱，一个接线柱旁标有“+”，另一个接线柱旁标有“”。关于标有“+”的接线柱，下列说法中正确的是A充电时作阳极，放电时作负极 B充电时作阳极，放电时作正极C充电时作阴极，放电时作负极 D充电时作阴极，放电时作正极11. 室温下为液态的金属是_(填汉字名称)。电解它的一价金属的硝酸盐溶液时，阴极得到的产物是该金属的单质。当阴极消耗2 mol该盐的正离子时，阳极可得1 mol的气体产物，则此气体的产物是_(填分子式)。由此可推断得知该盐的化学式是(填化学式)。 其阴极上所发生的还

20、原反应方程式是：_。12.将1L含有0.4mol CuSO4和0.2mol NaCl的水溶液用惰性电极电解一段时间后，在一个电极上得到0.3mol Cu，另一电极上析出气体(在标准状况下)的体积是多少?此时溶液的pH值是多少?13铁是应用最广泛的金属，铁的卤化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物；要确定铁的某氯化物FeClx的化学式，可用离子交换和滴定的方法。实验中称取0.54 g的 FeClx样品，溶解后进行阳离子交换预处理，再通过含有饱和OH 的阴离子交换柱，使Cl和OH发生交换，交换完成后，流出溶液的OH用0.40molL1的盐酸滴定，滴至终点时消耗盐酸25.0mL，计算该样品中

21、的物质的量，并求出FeClx中x值： (列出计算过程)；现有一含有FeCl2 和FeCl3的混合物样品，采用上述方法测得n(Fe):n(Cl)=1:2.1，则该样品中FeCl3的物质的量分数为 ，在实验室中，FeCl2可用铁粉和 反应制备，FeCl3可用铁粉和 反应制备；FeCl3与氢碘酸反应时可生成棕色物质，该反应的离子方程式为 ；高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。FeCl3与KClO3在强碱性条件下反应可制取K2FeO4，其反应的离子方程式为 。与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn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

22、 ，该电池总反应的离子方程式为 。14 X、Y、Z、M、G五种元素分属三个短周期，且原子序数依次增大。X、Z同主族，可形成离子化合物ZX；Y、M同主族，可形成MY2、MY3两种分子。回答下列问题：Y在元素周期表中的位置为 。上述元素的最高价氧化物对应的水化物酸性最强的是 (写化学式)，非金属气态氢化物还原性最强的是 (写化学式)。Y、G的单质与量元素之间形成的化合物可作水消毒剂的有 (写出其中两种物质的化学式)。X2M的燃烧热Ha kJ/mol，写出X2M燃烧反应的热化学方程式： 。ZX的电子式为 ；ZX与水反应放出气体的化学方程式为 。熔融状态下，Z的单质和FeG2能组成可充电电池(装置示意

23、图如下)，反应原理为：2Z+ FeG2Fe+ 2ZG放电时，电池的正极反应式为 ；充电时， (写物质名称)电极接电源的负极；该电池的电解质为 。15（2014·山东理综化学卷，T30）离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、Al2Cl7和AlCl4组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。（1）钢制品应接电源的 极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为 。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为 。（2）为测定镀层厚度，用NaOH溶液溶解钢制品表面的铝镀层，当反应转移6 mol电子时，所得还原产物的物质的量为 mol。（3）用铝

24、粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有 。 aKCl b. KClO3 c. MnO2 d. Mg 取少量铝热反应所得到的固体混合物，将其溶于足量稀H2SO4，滴加KSCN溶液无明显现象， （填“能”或“不能”）说明固体混合物中无Fe2O3，理由是 （用离子方程式说明）。 1四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池，相连时，外电路电流从流向；相连时，为正极；相连时，上有气泡逸出；相连时，的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是  （  ）A B C D2某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时，现断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1

25、，闭合K2，发现电流表指针偏转，下列有关描述正确的是  （  ） A断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：2H+2Cl Cl2+H2B断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红C断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应为：Cl2+2e2ClD断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极3人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。下图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是   （  ） A该过程是将太阳能转化为化学能的过程B催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生C催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强D催化剂b表面

26、的反应是CO2 +2H+2e一=HCOOH4将右图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是  （  ）A电极上发生还原反应B电子沿ZnabCu路径流动C片刻后甲池中c（SO42）增大D片刻后可观察到滤纸b点变红色5下列与金属腐蚀有关的说法正确的是  （  ）A图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重B图b中，开关由M改置于N时，Cu-Zn合金的腐蚀速率减小C图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大D图d中，Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的6右图所示装置中发生反应的离子方程式为：Zn + 2HZn2

27、+ H2，下列说法错误的是  （  ）A a，b不可能是同种材料的电极B该装置可能是电解池，电解质溶液为稀盐酸C该装置可能是原电池，电解质溶液为稀盐酸D该装置可看作是铜一锌原电池，电解质溶液是稀硫酸 1将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是 （  ）A两烧杯中铜片表面均无气泡产生B甲中铜片是正极，乙中铜片是负极C两烧杯中溶液的pH均增大D产生气泡的速度甲比乙慢2下列各变化中属于原电池反应的是  （  ） A在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护层 B镀锌铁表面有划损时，也能阻止铁被氧化 C红热的铁丝与冷水

28、接触，表面形成蓝黑色保护层 D浓硝酸比稀硝酸更能氧化金属铜3.钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是  （  ）A . 2H+2eH2 B . Fe2+2eFe C . 2H2OO24e4OH D . Fe3+eFe2+ 4（2014·福建理综化学卷，T11）某原电池装置如右图所示，电池总反应为2AgCl22AgCl。下列说法正确的是  （  ）A正极反应为AgCl eAg ClB放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变D当电路中转移0.01 mol e时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 m

29、ol离子5（2014·北京理综化学卷，T8）下列电池工作时，O2在正极放电的是（ ）A锌锰电池B氢燃料电池C铅蓄电池D镍镉电池6（2014·北京理综化学卷，T9）下列解释事实的方程式不正确的是（ ）A测0.1mol/L氨水的pH为11：NH3·H2ONH4+OH-B将Na块放入水中，放出气体：2Na+2H2O=2NaOH+H2C用CuCl2溶液做导电实验，灯泡发光：CuCl2 Cu2+2Cl- DAl片溶于NaOH溶液中，产生气体：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H27某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳

30、粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞（如图1）。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。图1 （1）请完成以下实验设计表（表中不要留空格）编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/g为以下实验作参照0.52.090.0醋酸浓度的影响0.536.00.22.090.0 （2）编号实验测得容器中压强随时间变化如图2。时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了 腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动的方向；此时，碳粉表面发生了 （填“氧化”或“还原”）反应，其电极反应式为_。 图2 图3 （3）该小组对图2中的0 时压强变大的原因提出如下假设。请你完成假设二： 假设一：发生析氢腐蚀产生气

31、体； 假设二： ； 1. B 2. B 3. AD 4. B 5. C 6. B 7. （1）负极（2）CH4+10OH 8e=CO32+7H2O （3） CH4+2O2+2OH= CO32+3H2O8. (1)D (2)加入CuSO4溶液后，构成Fe-Ag原电池，Fe溶解、减轻，Cu2+在银圈上得电子，沉积在其上。增重。9.（1）锌片上有气泡产生，铜片上无气泡。锌能置换出酸中的氢而铜不能。（2）CuSO4溶液。锌片上有红色铜析出，锌片上产生气泡的速率明显加快。活泼金属可不活泼金属从其盐溶液中置换出来，Zn、Cu，稀硫酸组成原电池，Zn为负极。 （3）2CuSO4 + 2H2O 2Cu + O2+ 2H2SO4 阴极上有红色铜析出。（4）分别取一小片铜片与锌片于试管中，向试管中加入少量的棕黄色的溶液，稍待，溶液的棕黄色褪去得一近乎无色溶液10.B11. 汞、 OHg 2 (NO3)2、Hg22+ 2e = 2Hg12. 惰性电极时，依据阴、阳离