第6章第2节 原电池 化学电源

第二节原电池化学电源2013高考导航考纲要求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命题热点1.原电池的工作原理及电极反应式的书写。2.设计原电池，并绘制装置图。教材回扣夯实双基一、原电池的工作原理1．概念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_____沿导线流向_____锌片铜片3.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)。氧化还原负闭合回路正思考感悟原电池内部阴、阳离子如何移动？【提示】阴离子要移向负极，阳离子要移向正极。这是因为负极失电子,生成大量阳离子积聚在负极附近，致使该极附近有大量正电荷，所以溶液中的阴离子要移向负极；正极得电子,该极附近的阳离子因得电子生成电中性的物质而使该极附近带负电荷，所以溶液中的阳离子要移向正极。不参与电极反应的离子从微观上讲发生移动，但从宏观上讲其在溶液中各区域的浓度基本不变。二、化学电源1．一次电池(碱性锌锰干电池)2．二次电池(可充电电池)铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是____，正极材料是_______。(1)放电时的反应PbPbO2②正极反应：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)③电池总反应：____________________________________________________(2)充电时的反应①阴极反应：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq) Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)②阳极反应：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)③电池总反应：_____________________________________________________________________ 2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)3．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。酸性碱性负极反应式2H2－4e－===4H＋2H2＋4OH－－4e－===4H2O酸性碱性正极反应式_____________________________________________________电池总反应式2H2＋O2===2H2OO2＋4e－＋4H＋===2H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－考点串讲深度剖析考点一原电池正、负极的判断与电极反应式的书写1．正、负极的判断2．电极反应式的书写(1)一般电极反应式的书写如CH4酸性燃料电池中,负极反应式为:CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应式2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正极反应式CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……负极反应式特别提醒(1)原电池正、负极的判断基础是氧化还原反应，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)当两电极都与电解质溶液反应时，活泼的电极作负极，不活泼的电极作正极；当只有一电极与电解质溶液反应时，与电解质溶液反应的电极作负极，另一电极作正极。即时应用1．(2011·高考新课标全国卷)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是(

)A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为FeB．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O解析：选C。本题考查充电电池的有关知识，意在考查考生对充电电池正负极的判断及书写电极反应式的能力。在铁镍蓄电池中，Fe是负极，Ni2O3是正极，由于生成Fe(OH)2，则电解液为碱性溶液，故A正确；电池放电时，负极反应为：Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，故B正确；电池充电时,阴极反应式为：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，阴极附近溶液pH升高，故C错误；由充电时的总反应式减去阴极反应式，可得到阳极反应式，D正确考点二原电池原理的应用

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，要保护一个铁制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)首先将已知的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。①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；还原性较弱的金属或能导电的非金属及氧化物作为正极。并且,原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液或其中溶解的物质反应。②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溶液。如在铜—锌—硫酸铜构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的电解质溶液中.(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＋Fe===FeCl2＋Cu电极反应：负极：Fe－2e－===Fe2＋正极：Cu2＋＋2e－===Cu特别提醒(1)自发进行的氧化还原反应不一定都能设计成原电池，如：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O等。(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在浓硝酸中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。(3)原电池中的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等。即时应用2．已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、NaOH溶液、盐酸，按要求回答下列问题。(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：________________________________________________________________________________________________。(2)通常说的燃料电池都以铂为电极，将燃烧反应的化学能转化为电能，在燃料电池中，可燃物在______极反应,________在另一极反应。(3)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。

解析：(2)可燃物被氧化失电子，在电源负极发生反应。答案：(1)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)负助燃物(3)Cu－2e－===Cu2＋

2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋命题视角把脉高考视角1教材高频考点对原电池工作原理的考查是教材中的高频考点。

用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂—KNO3的U形管)构成一个原电池(如图所示)。以下有关该原电池的叙述正确的是(

)例1①在外电路中，电子由铜电极流向银电极②正极反应为：Ag＋＋e－===Ag③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A．①②

B．①②④C．②③

D．①③④【解析】该原电池中Cu为负极，银为正极，电子由铜电极流向银电极，①对；该原电池中Ag＋在正极上得电子，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，②对；实验中取出盐桥，不能形成通路，原电池不能继续工作,③错；该原电池的总反应为Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag，④对。【答案】

B【名师指津】盐桥的作用盐桥中通常装有含琼脂的KCl饱和溶液。盐桥中的电解质溶液能使两烧杯中的溶液形成一个通路。当其存在时,随着反应的进行，其中的Cl－会移向Cu(NO3)2溶液，K＋移向AgNO3溶液，使Cu(NO3)2溶液和AgNO3溶液保持电中性，使氧化还原反应得以继续进行,从而使原电池不断产生电流。[跟踪训练]将镁条、铝条平行插入盛有一定浓度的NaOH溶液的烧杯中，用导线和电流表连接成原电池，装置如图所示.此电池工作时,下列叙述正确的是(

)A．Mg比Al活泼，Mg失去电子被氧化成Mg2＋B．铝条表面虽有氧化膜，但可不必处理C．该电池的内外电路中，电流均是由电子定向移动形成的D．Al是电池负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀析出解析：选B。本题是新情境下原电池的相关试题，解题的关键仍然是要明确原电池工作时所对应的自发氧化还原反应，在碱性条件下，金属镁不能发生反应，而单质Al则能与NaOH反应生成NaAlO2和H2，则Al为还原剂，作原电池负极。A项，电解质溶液为NaOH溶液，Al失电子，为负极，错;B项，铝条表面的氧化膜为Al2O3，Al2O3能与NaOH反应，故不必处理，对。C项，在内电路中电流是阴、阳离子定向移动形成的，错。D项，电池工作时铝元素的反应为Al→AlO,所以无沉淀产生，错。原电池原理的应用是命题的热点。

(2011·高考福建卷)研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下视角2追踪命题热点例2列说法不正确的是(

)A．水既是氧化剂又是溶剂B．放电时正极上有氢气生成C．放电时OH－向正极移动D．总反应为：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑【解析】本题考查原电池工作原理及考生解决新情境中实际问题的能力.该电池的负极是锂，氧化剂水在正极上得到电子生成氢气，又电解质是LiOH，故A、B、D项正确；原电池中正极带负电，OH－向负极移动，C项错误。【答案】

C[跟踪训练]查处酒后驾驶采用的“便携式乙醇测量仪”以燃料电池为工作原理，在酸性环境中，理论上乙醇可以被完全氧化为CO2，但实际乙醇被氧化为X，其中一个电极的反应式为CH3CH2OH－2e－===X＋2H＋。下列说法中正确的是(

)A．电池内部H＋由正极向负极移动B．另一极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－C．乙醇在正极发生反应，电子经过外电路流向负极D．电池总反应式为2CH3CH2OH＋O2===2CH3CHO＋2H2O解析：选D。根据原电池工作原理、反应规律及质量守恒等，可以确定乙醇作原电池的负极，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，物质X的分子式为C2H4O，是乙醇被氧化的产物，为CH3CHO，则电池的总反应式为2CH3CH2OH＋O2===2CH3CHO＋2H2O；工作过程中负极产生H＋，正极消耗H＋，所以H＋应由负极向正极移动；外电路中的电子应由负极流出,正极流入。

(2012·汕头高三模拟)熔融碳酸盐燃料电池的电解质为Li2CO3和Na2CO3的混合物，燃料为CO，氧化剂是含CO2的O2，在工作过程中，电解质熔融液的组成、浓度都不变。视角3易错易误剖析例3①负极反应为：_______________________________________________________________，②正极反应为：______________________________________________________________，③工作时熔融体中的___________向负极移动。【常见错误】

①中错答为“CO＋CO2＋2e－===CO”或者“CO＋CO2－2e－===CO”或者不配平。②中错答成Li＋＋e－===Li。③中错答成Li＋或者H＋。②错误原因：燃料电池用熔融的碳酸盐作电解质，由于思维定势，正极的反应应为溶液中的阳离子得电子，根据同主族元素性质递变，锂离子应比钠离子易得电子，所以得出正极反应为：Li＋＋e－===Li。③错误原因：在原电池中不知阴、阳离子流向哪一极。也是由于思维定势,往往认为负极电子多，阳离子应该流向负极，实际上是负极失电子，但电子不是停留在负极，而是由外电路很快流向正极(产生电流，释放电能),阳离子流向正极，在正极放电，生成新物质；相反阴离子将流向负极。实验探究专项突破探究导致钢铁生锈的因素纯铁为银白色金属，通常状况下，纯铁在空气中耐腐蚀。钢铁属于铁的合金，在空气中易被腐蚀，尤其是潮湿的空气中，钢铁生锈的速率大大增加.了解导致钢铁生锈的因素是防止钢铁被锈蚀的前提。[典例探究]如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。

为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验:序号内容实验现象1常温下将铁丝放在干燥空气中一个月干燥的铁丝表面依然光亮2常温下将铁丝放在潮湿空气中一小时铁丝表面依然光亮3常温下将铁丝放在潮湿的空气中一个月铁丝表面已变得灰暗序号内容实验现象4将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时铁丝表面略显灰暗5将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时铁丝表面已变得灰暗6将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时铁丝表面灰暗程度比实验5严重回答以下问题：(1)金属腐蚀的实质是_______________________________________________________________。(2)上述实验中发生了电化学腐蚀的是(填实验序号)________；在电化学腐蚀中，负极反应是_____________________________________________________________；正极反应是______________________________________________________________；(3)由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素是_________________________________________________________________________________________