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1、第2节 原电池 化学电源,-2-,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。,-3-,基础梳理,考点突破,考点一 原电池及其工作原理 1.定义 原电池是把化学能转化为电能的装置。 2.工作原理 以铜锌原电池为例:,-4-,基础梳理,考点突破,(1)原理分析。,-5-,基础梳理,考点突破,(2)两种装置比较。 盐桥的作用:a.连接内电路形成闭合回路。b.维持两电极电势差(中和电荷),使电池能持续提供电流。 装置中有部分Zn与Cu2+直接反应,使电池效率降低;装置中使Zn与Cu2+隔离,电池效率提高,电流稳定。 3.原电池构成的条
2、件 (1)原理条件:能够自发进行的氧化还原反应。 (2)装置条件:两个活泼性不同的电极(燃料电池例外)。 电极插入电解质溶液中。 整个装置构成闭合回路。,-6-,基础梳理,考点突破,自主巩固 判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)(2015广东理综)原电池可将化学能转化为电能,原电池需外接电源才能工作 ( ) (2)NaOH溶液与稀硫酸反应是放热反应,此反应可以设计成原电池 ( ) (3)Fe+CuSO4 FeSO4+Cu的反应可以设计成原电池 ( ) (4)氧化还原反应2H2O 2H2+O2可以设计成原电池 ( ) (5)同种条件下,带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续
3、时间长 ( ) (6)在原电池中,发生氧化反应的一极一定是负极 ( ) (7)在原电池中,负极材料的活泼性一定比正极材料强 ( ),-7-,基础梳理,考点突破,1.图解原电池工作原理,-8-,基础梳理,考点突破,2.原电池中正、负极的判断 判断原电池的正负极需抓住闭合回路和氧化还原反应进行分析,如图 注意:原电池的正负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关,不要形成思维定式活泼金属一定是负极。如Al、Mg和NaOH溶液构成的原电池中,Al为负极,Mg为正极。,-9-,基础梳理,考点突破,例1(2015陕西宝鸡质检)某准晶体X由一定比例的Al、Fe、Cu组成,取两小块该准晶体:一块投入到盛K
4、OH溶液的烧杯中;另一块投入到盛稀硫酸的烧杯中,两烧杯中固体均被液体浸没。下列分析合理的是( ) A.烧杯中若构成微型电池,正极反应为4OH-4e- 2H2O+O2 B.烧杯中若铝、铜作电极构成微型电池,负极反应为Al-3e-+3OH-Al(OH)3 C.烧杯中可能构成三种微型电池,且正极反应相同 D.烧杯溶液最终呈蓝色,答案,解析,-10-,基础梳理,考点突破,答题模板:电极反应式书写的三个步骤 列物质标得失按照负极发生氧化反应,正极发生还原反应,判断出电极反应物和产物,找出得失电子的数量。 看环境配守恒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
5、。电极反应式要遵守电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等,并加以配平。 两式加验总式两电极反应式相加,与总反应方程式对照验证。,-11-,基础梳理,考点突破,跟踪训练 1.(2015天津理综,4)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是( ) A.铜电极上发生氧化反应 B.电池工作一段时间后,甲池的c( )减小 C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加 D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡,答案,解析,-12-,基础梳理,考点突破,2.(2015江西景德镇联考)某原电池构造如图所示。下列有关叙述正确的是( ) A.在外电路
6、中,电子由银电极流向铜电极 B.取出盐桥后,电流表的指针仍发生偏转 C.外电路中每通过0.1 mol电子,铜的质量理论上减小6.4 g D.原电池的总反应式为Cu+2AgNO3 2Ag+Cu(NO3)2,答案,解析,-13-,基础梳理,考点突破,3.(2015安徽安庆示范高中联考)已知在酸性条件下发生的反应为 在碱性条件下发生的反应为 设计如图装置(C1、C2均为石墨电极),分别进行下述操作: .向B烧杯中逐滴加入浓盐酸 .向B烧杯中逐滴加入40% NaOH溶液 结果发现电流计指针均发生偏转。,-14-,基础梳理,考点突破,试回答下列问题: (1)两次操作中指针为什么发生偏转? 。 (2)两次
7、操作过程中指针偏转方向为什么相反?试用化学平衡移动原理解释之: 。 (3)操作过程中C1棒上发生的反应为 。 (4)操作过程中C2棒上发生的反应为 。 (5)操作过程中,盐桥中的K+移向 烧杯溶液(填“A”或“B”)。,-15-,基础梳理,考点突破,-16-,基础梳理,考点突破,-17-,基础梳理,考点突破,考点二 原电池原理的应用 原电池在化工、农业生产及科学研究中的应用 1.加快氧化还原反应速率 一个自发的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率增大,例如Zn与稀硫酸反应时加入少量的CuSO4溶液能使产生氢气的速率加快。 2.比较金属活动性强弱 金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属活动性
8、比正极的强。 3.用于金属的防护 使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如,保护铁制输水管或钢铁桥梁,可用导线将其和一块锌块相连,使Zn作原电池的负极。,-18-,基础梳理,考点突破,自主巩固 填空。 (1)用稀硫酸与锌粒反应制取氢气,加入少量硫酸铜可以加快化学反应速率的原因:Zn与CuSO4反应生成Cu,形成铜锌原电池,可以加快反应速率。 (2)A、B两种金属用导线连接,放入稀硫酸中,B的质量逐渐减小,则两种金属的活动性AB。,-19-,基础梳理,考点突破,设计原电池 (1)必须是能自发进行且放热的氧化还原反应才能设计成原电池。 (2)正、负极材料的选择:根据氧化还原关系找出正、负极
9、材料,一般选择活泼性较强的金属作为负极;活泼性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。 (3)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(如溶解于溶液中的氧气)。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子,这样可减少离子极化作用,便于电子和离子的移动,如在Cu-Zn构成的原电池中,负极Zn浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中,而正极Cu浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。,-20-,基础梳理,考点突破,-21-,基础梳理,考点突破,例2(2013广东理综,33节选)
10、能量之间可相互转化:电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能,而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率。 限选材料:ZnSO4(aq),FeSO4(aq),CuSO4(aq);铜片,铁片,锌片和导线。 (1)完成原电池甲的装置示意图(如图),并作相应标注。要求:在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。,-22-,基础梳理,考点突破,(2)以铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在 一个烧杯中组装原电池乙,工作一段时间后,可观察到负极 。 (3)甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是 ,其原因是 。 (4)根据牺牲阳极的阴极保护法原理,为减缓
11、电解质溶液中铁片的腐蚀,在限选材料中应选 作阳极。,-23-,基础梳理,考点突破,答案:(1) (2)金属逐渐溶解 (3)甲 甲电池(使用盐桥)可以避免锌和铜离子的接触,从而避免能量损失,提高电池效率,提供稳定的电流 (4)Zn,-24-,基础梳理,考点突破,解析:(1)因为题给图中电子流向为从左到右,故左侧为原电池的负极,右侧为正极;所以设计原电池时可以在左侧烧杯内盛放ZnSO4(aq),电极选用锌片,右侧烧杯内放CuSO4(aq),电极选用铜片。如图: (2)由所给的电极材料可知,当铜片作电极时,铜片一定是正极,则负极是活泼的金属(失电子发生氧化反应),反应的现象是负极逐渐溶解。,-25-
12、,基础梳理,考点突破,(3)以Zn和Cu作电极为例,如果不用盐桥则除了发生电化学反应外,还会使Zn和CuSO4直接反应,这时不能转化为电能,而盐桥的使用,可以避免Zn和Cu2+的接触,从而避免电量损失,提高电池效率,提供稳定的电流。 (4)根据牺牲阳极的阴极保护法,可知被保护的金属作阴极,比其活泼的金属作阳极,即应选Zn作为阳极。,-26-,基础梳理,考点突破,易错警示:原电池装置图常见失分点警示 (1)没有注明电极材料名称或元素符号。 (2)没有画出电解质溶液(或画出但不标注)。 (3)误把盐桥画成导线。 (4)没有连成闭合回路。,-27-,基础梳理,考点突破,跟踪训练 1.四种金属片两两相
13、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. D.,答案,解析,-28-,基础梳理,考点突破,2.向两份等质量的铁粉a、b中分别加入过量的稀硫酸,同时向b中加入少量的CuSO4溶液,下列各图表示的是产生H2的体积V(同温同压下测定)与时间t的关系,其中正确的是( ),答案,解析,-29-,基础梳理,考点突破,3.根据下式所示的氧化还原反应设计一个原电池: (1)装置可采用烧杯和盐桥,画出此原电池的装置简图。 (2)注明原电池的正极和负极。 (3)注明外电路中电子
14、的流向。 (4)写出两个电极上的电极反应。,-30-,基础梳理,考点突破,答案:(1)(2)(3)如图所示:,-31-,基础梳理,考点突破,解析:首先将已知的反应拆成两个半反应: 然后结合原电池的电极反应特点分析可知,该电池的负极应该用Cu作材料,正极材料为Ag。原电池由两个半电池组成,铜和铜盐溶液组成铜半电池,银和银盐溶液组成银半电池,中间通过盐桥连接起来。,-32-,基础梳理,考点突破,考点三 化学电源,-33-,基础梳理,考点突破,-34-,基础梳理,考点突破,自主巩固 判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)Zn具有还原性和导电性,可用作锌锰干电池的负极材料( ) (2)铅蓄电池
15、在放电过程中,负极质量减小,正极质量增加 ( ) (3)锂碘电池的电池反应为2Li(s)+I2(s) 2LiI(s),则碘电极作该电池的负极 ( ) (4)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应 ( ),-35-,基础梳理,考点突破,利用“加减法”书写原电池电极反应式 (1)先确定原电池的正、负极,列出正、负极上的反应物,并标出相同数目电子的得失。 (2)根据氧化还原反应原理写出电极反应式。 负极反应。 负极失去电子发生氧化反应。注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存,则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式。,-36-,基础梳理,考点突破,正极反应。 正极
16、得到电子发生还原反应。当正极上的反应物质是O2时:若电解质溶液为中性或碱性,则水必须写入正极反应式中,与O2生成OH-,写为O2+2H2O+4e- 4OH-;若电解质溶液为酸性,则H+必须写入正极反应式中,与O2生成水,写为O2+4H+4e- 2H2O。 (3)写出电池总反应方程式。 结合电子守恒将正、负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式。 (4)若已知电池反应的总反应式,可先写出较易书写的一极的电极反应式,然后在电子守恒的基础上,用总反应式减去较易写出的一极的电极反应式,即得到较难写出的另一极的电极反应式。,-37-,基础梳理,考点突破,例3(1)(2015江苏化学,10)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是( ),-38-,基础梳理,考点突破,(2)(2
