第6章第2節(jié) 原電池 化學電源

第二節(jié)原電池化學電源2013高考導航考綱要求1.了解原電池的工作原理，能寫出電極反應和電池反應方程式。2.了解常見化學電源的種類及其工作原理命題熱點1.原電池的工作原理及電極反應式的書寫。2.設計原電池，并繪制裝置圖。教材回扣夯實雙基一、原電池的工作原理1．概念2．工作原理(以鋅銅原電池為例)電極名稱負極正極電極材料鋅片銅片電極反應Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu反應類型氧化反應還原反應電子流向由_____沿導線流向_____鋅片銅片3.構成條件(1)能自發(fā)地發(fā)生__________反應。(2)電解質溶液(構成電路或參加反應).(3)由還原劑和導體構成___極系統(tǒng)，由氧化劑和導體構成___極系統(tǒng)。(4)形成__________(兩電極接觸或用導線連接)。氧化還原負閉合回路正思考感悟原電池內部陰、陽離子如何移動？【提示】陰離子要移向負極，陽離子要移向正極。這是因為負極失電子,生成大量陽離子積聚在負極附近，致使該極附近有大量正電荷，所以溶液中的陰離子要移向負極；正極得電子,該極附近的陽離子因得電子生成電中性的物質而使該極附近帶負電荷，所以溶液中的陽離子要移向正極。不參與電極反應的離子從微觀上講發(fā)生移動，但從宏觀上講其在溶液中各區(qū)域的濃度基本不變。二、化學電源1．一次電池(堿性鋅錳干電池)2．二次電池(可充電電池)鉛蓄電池是最常見的二次電池，負極材料是____，正極材料是_______。(1)放電時的反應PbPbO2②正極反應：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)③電池總反應：____________________________________________________(2)充電時的反應①陰極反應：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq) Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)②陽極反應：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)③電池總反應：_____________________________________________________________________ 2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)3．燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分酸性和堿性兩種。酸性堿性負極反應式2H2－4e－===4H＋2H2＋4OH－－4e－===4H2O酸性堿性正極反應式_____________________________________________________電池總反應式2H2＋O2===2H2OO2＋4e－＋4H＋===2H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－考點串講深度剖析考點一原電池正、負極的判斷與電極反應式的書寫1．正、負極的判斷2．電極反應式的書寫(1)一般電極反應式的書寫如CH4酸性燃料電池中,負極反應式為:CH4＋2O2===CO2＋2H2O……總反應式2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正極反應式CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……負極反應式特別提醒(1)原電池正、負極的判斷基礎是氧化還原反應，如果給出一個方程式判斷正、負極，可以直接根據化合價的升降來判斷。發(fā)生氧化反應的一極為負極，發(fā)生還原反應的一極為正極。(2)當兩電極都與電解質溶液反應時，活潑的電極作負極，不活潑的電極作正極；當只有一電極與電解質溶液反應時，與電解質溶液反應的電極作負極，另一電極作正極。即時應用1．(2011·高考新課標全國卷)鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時的總反應為：Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2。下列有關該電池的說法不正確的是(

)A．電池的電解液為堿性溶液，正極為Ni2O3、負極為FeB．電池放電時，負極反應為Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2C．電池充電過程中，陰極附近溶液的pH降低D．電池充電時，陽極反應為2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O解析：選C。本題考查充電電池的有關知識，意在考查考生對充電電池正負極的判斷及書寫電極反應式的能力。在鐵鎳蓄電池中，Fe是負極，Ni2O3是正極，由于生成Fe(OH)2，則電解液為堿性溶液，故A正確；電池放電時，負極反應為：Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，故B正確；電池充電時,陰極反應式為：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，陰極附近溶液pH升高，故C錯誤；由充電時的總反應式減去陰極反應式，可得到陽極反應式，D正確考點二原電池原理的應用

1．加快氧化還原反應的速率一個自發(fā)進行的氧化還原反應，設計成原電池時反應速率增大。例如，在Zn與稀H2SO4反應時加入少量CuSO4溶液能使產生H2的反應速率加快。2．比較金屬活動性強弱兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑.3．用于金屬的防護使被保護的金屬制品作原電池正極而得到保護。例如，要保護一個鐵制的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負極。4．設計制作化學電源設計原電池時要緊扣原電池的構成條件。具體方法是：(1)首先將已知的氧化還原反應拆分為兩個半反應；(2)根據原電池的電極反應特點，結合兩個半反應找出正、負極材料及電解質溶液。①電極材料的選擇在原電池中，選擇還原性較強的物質作為負極；還原性較弱的金屬或能導電的非金屬及氧化物作為正極。并且,原電池的電極必須導電。電池中的負極必須能夠與電解質溶液或其中溶解的物質反應。②電解質溶液的選擇電解質溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應,或者電解質溶液中溶解的其他物質能與負極發(fā)生反應(如空氣中的氧氣).但如果兩個半反應分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋)，則左右兩個容器中的電解質溶液應選擇與電極材料相同的陽離子溶液。如在銅—鋅—硫酸銅構成的原電池中，負極金屬鋅浸泡在含有Zn2＋的電解質溶液中，而正極銅浸泡在含有Cu2＋的電解質溶液中.(3)按要求畫出原電池裝置圖。如根據以下反應設計的原電池：原理裝置圖化學反應：CuCl2＋Fe===FeCl2＋Cu電極反應：負極：Fe－2e－===Fe2＋正極：Cu2＋＋2e－===Cu特別提醒(1)自發(fā)進行的氧化還原反應不一定都能設計成原電池，如：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O等。(2)判斷電極時，不能簡單地依據金屬的活潑性來判斷，要看反應的具體情況，如：a.Al在強堿性溶液中比Mg更易失電子，Al作負極，Mg作正極；b.Fe、Al在濃硝酸中鈍化后，比Cu等金屬更難失電子，Cu等金屬作負極，Fe、Al作正極。(3)原電池中的電解質溶液不一定參與反應，如燃料電池，水中一般要加入NaOH、H2SO4等。即時應用2．已知電極材料：鐵、銅、銀、石墨、鋅、鋁；電解質溶液：CuCl2溶液、NaOH溶液、鹽酸，按要求回答下列問題。(1)電工經常說的一句口頭禪：“銅接鋁，瞎糊弄”，所以電工操作上規(guī)定不能把銅導線與鋁導線連接在一起使用，說明原因：________________________________________________________________________________________________。(2)通常說的燃料電池都以鉑為電極，將燃燒反應的化學能轉化為電能，在燃料電池中，可燃物在______極反應,________在另一極反應。(3)請運用原電池原理設計實驗，驗證Cu2＋、Fe3＋氧化性的強弱。請寫出電極反應式，負極________________________________________________________________________，正極______________，并在方框內畫出實驗裝置圖。

解析：(2)可燃物被氧化失電子，在電源負極發(fā)生反應。答案：(1)銅鋁接觸在潮濕的環(huán)境中形成原電池，加快了鋁的腐蝕，易造成電路斷路(2)負助燃物(3)Cu－2e－===Cu2＋

2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋命題視角把脈高考視角1教材高頻考點對原電池工作原理的考查是教材中的高頻考點。

用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導線和鹽橋(裝有瓊脂—KNO3的U形管)構成一個原電池(如圖所示)。以下有關該原電池的敘述正確的是(

)例1①在外電路中，電子由銅電極流向銀電極②正極反應為：Ag＋＋e－===Ag③實驗過程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作④將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學反應與該原電池反應相同A．①②

B．①②④C．②③

D．①③④【解析】該原電池中Cu為負極，銀為正極，電子由銅電極流向銀電極，①對；該原電池中Ag＋在正極上得電子，電極反應為Ag＋＋e－===Ag，②對；實驗中取出鹽橋，不能形成通路，原電池不能繼續(xù)工作,③錯；該原電池的總反應為Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag，④對。【答案】

B【名師指津】鹽橋的作用鹽橋中通常裝有含瓊脂的KCl飽和溶液。鹽橋中的電解質溶液能使兩燒杯中的溶液形成一個通路。當其存在時,隨著反應的進行，其中的Cl－會移向Cu(NO3)2溶液，K＋移向AgNO3溶液，使Cu(NO3)2溶液和AgNO3溶液保持電中性，使氧化還原反應得以繼續(xù)進行,從而使原電池不斷產生電流。[跟蹤訓練]將鎂條、鋁條平行插入盛有一定濃度的NaOH溶液的燒杯中，用導線和電流表連接成原電池，裝置如圖所示.此電池工作時,下列敘述正確的是(

)A．Mg比Al活潑，Mg失去電子被氧化成Mg2＋B．鋁條表面雖有氧化膜，但可不必處理C．該電池的內外電路中，電流均是由電子定向移動形成的D．Al是電池負極，開始工作時溶液中會立即有白色沉淀析出解析：選B。本題是新情境下原電池的相關試題，解題的關鍵仍然是要明確原電池工作時所對應的自發(fā)氧化還原反應，在堿性條件下，金屬鎂不能發(fā)生反應，而單質Al則能與NaOH反應生成NaAlO2和H2，則Al為還原劑，作原電池負極。A項，電解質溶液為NaOH溶液，Al失電子，為負極，錯;B項，鋁條表面的氧化膜為Al2O3，Al2O3能與NaOH反應，故不必處理，對。C項，在內電路中電流是陰、陽離子定向移動形成的，錯。D項，電池工作時鋁元素的反應為Al→AlO,所以無沉淀產生，錯。原電池原理的應用是命題的熱點。

(2011·高考福建卷)研究人員研制出一種鋰水電池，可作為魚雷和潛艇的儲備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料，以LiOH為電解質，使用時加入水即可放電。關于該電池的下視角2追蹤命題熱點例2列說法不正確的是(

)A．水既是氧化劑又是溶劑B．放電時正極上有氫氣生成C．放電時OH－向正極移動D．總反應為：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑【解析】本題考查原電池工作原理及考生解決新情境中實際問題的能力.該電池的負極是鋰，氧化劑水在正極上得到電子生成氫氣，又電解質是LiOH，故A、B、D項正確；原電池中正極帶負電，OH－向負極移動，C項錯誤?！敬鸢浮?/p>

C[跟蹤訓練]查處酒后駕駛采用的“便攜式乙醇測量儀”以燃料電池為工作原理，在酸性環(huán)境中，理論上乙醇可以被完全氧化為CO2，但實際乙醇被氧化為X，其中一個電極的反應式為CH3CH2OH－2e－===X＋2H＋。下列說法中正確的是(

)A．電池內部H＋由正極向負極移動B．另一極的電極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－C．乙醇在正極發(fā)生反應，電子經過外電路流向負極D．電池總反應式為2CH3CH2OH＋O2===2CH3CHO＋2H2O解析：選D。根據原電池工作原理、反應規(guī)律及質量守恒等，可以確定乙醇作原電池的負極，正極反應式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，物質X的分子式為C2H4O，是乙醇被氧化的產物，為CH3CHO，則電池的總反應式為2CH3CH2OH＋O2===2CH3CHO＋2H2O；工作過程中負極產生H＋，正極消耗H＋，所以H＋應由負極向正極移動；外電路中的電子應由負極流出,正極流入。

(2012·汕頭高三模擬)熔融碳酸鹽燃料電池的電解質為Li2CO3和Na2CO3的混合物，燃料為CO，氧化劑是含CO2的O2，在工作過程中，電解質熔融液的組成、濃度都不變。視角3易錯易誤剖析例3①負極反應為：_______________________________________________________________，②正極反應為：______________________________________________________________，③工作時熔融體中的___________向負極移動。【常見錯誤】

①中錯答為“CO＋CO2＋2e－===CO”或者“CO＋CO2－2e－===CO”或者不配平。②中錯答成Li＋＋e－===Li。③中錯答成Li＋或者H＋。②錯誤原因：燃料電池用熔融的碳酸鹽作電解質，由于思維定勢，正極的反應應為溶液中的陽離子得電子，根據同主族元素性質遞變，鋰離子應比鈉離子易得電子，所以得出正極反應為：Li＋＋e－===Li。③錯誤原因：在原電池中不知陰、陽離子流向哪一極。也是由于思維定勢,往往認為負極電子多，陽離子應該流向負極，實際上是負極失電子，但電子不是停留在負極，而是由外電路很快流向正極(產生電流，釋放電能),陽離子流向正極，在正極放電，生成新物質；相反陰離子將流向負極。實驗探究專項突破探究導致鋼鐵生銹的因素純鐵為銀白色金屬，通常狀況下，純鐵在空氣中耐腐蝕。鋼鐵屬于鐵的合金，在空氣中易被腐蝕，尤其是潮濕的空氣中，鋼鐵生銹的速率大大增加.了解導致鋼鐵生銹的因素是防止鋼鐵被銹蝕的前提。[典例探究]如何防止鐵的銹蝕是工業(yè)上研究的重點內容。

為研究鐵銹蝕的影響因素，某同學做了如下探究實驗:序號內容實驗現象1常溫下將鐵絲放在干燥空氣中一個月干燥的鐵絲表面依然光亮2常溫下將鐵絲放在潮濕空氣中一小時鐵絲表面依然光亮3常溫下將鐵絲放在潮濕的空氣中一個月鐵絲表面已變得灰暗序號內容實驗現象4將潮濕的鐵絲放在常溫的氧氣流中一小時鐵絲表面略顯灰暗5將潮濕的鐵絲放在高于常溫的氧氣流中一小時鐵絲表面已變得灰暗6將浸過氯化鈉溶液的鐵絲放在高于常溫的氧氣流中一小時鐵絲表面灰暗程度比實驗5嚴重回答以下問題：(1)金屬腐蝕的實質是_______________________________________________________________。(2)上述實驗中發(fā)生了電化學腐蝕的是(填實驗序號)________；在電化學腐蝕中，負極反應是_____________________________________________________________；正極反應是______________________________________________________________；(3)由該實驗可知，可以影響鐵銹蝕速率的因素是_________________________________________________________________________________________