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1、1 专题专题 4 14 1 原电池原电池 一 电化学及其分类一 电化学及其分类 1 1 电化学的概念 电化学的概念 研究 相互转换的装置 过程和效率的科学 2 2 电化学的分类 电化学的分类 二 原电池及其工作原理二 原电池及其工作原理 1 1 原电池 原电池 1 概念 将 转化为 的装置 2 实质 利用能自发进行的 反应将化学能转化为电能 3 构成条件 两个 的电极 溶液 形成 回路 自发进行的 反应 2 2 原电池的工作原理 以锌铜原电池为例 原电池的工作原理 以锌铜原电池为例 工作原理 利用 反应在不同区域内进行 以适当方式连接起来 获得电 流 以铜锌原电池为例 1 在 ZnSO4溶液中
2、 锌片逐渐溶解 即 Zn 被 锌原子失电子 形成 进入溶液 从锌片上释放的电子 经过导线流向 CuSO4溶液中 从铜片上得电子 还原成为 并沉积在铜片上 锌为 发生 反应 电极反应式为 Zn 2e Zn2 铜为 发生 反应 电极反应式为 Cu2 2e Cu 总反应式为 Zn Cu2 Zn2 Cu 反应是自发进行的 2 闭合回路的构成 外电路 电子从 到 电流从正极到负极 2 内电路 溶液中的阴离子移向 ZnSO4溶液 阳离子移向 CuSO4溶液 3 盐桥 盐桥中通常装有含琼胶的 KCl 饱和溶液 当其存在时 随着反应的进行 Zn 棒中的 Zn 原子失去电子成为 Zn2 进入溶液中 使 ZnSO
3、4溶液中 Zn2 过多 带正电荷 Cu2 获得电子 沉积为 Cu 溶液中 Cu2 过少 过多 溶液带负电荷 当溶液不能保持电中性时 将阻 止放电作用的继续进行 盐桥的存在就避免了这种情况的发生 其中 Cl 向 ZnSO4溶液迁移 K 向 CuSO4溶液迁移 分别中和过剩的电荷 使溶液保持电中性 反应可以继续进行 三 原电池的设计三 原电池的设计 1 1 设计依据 设计依据 理论上 任何一个自发的 都可以设计成原电池 2 2 设计步骤 设计步骤 以根据反应 Fe CuSO4FeSO4 Cu设计原电池为例 1 首先分析所给的氧化还原反应 将其拆分成两个半反应 反应和 反应 氧化反应 Fe 2e F
4、e2 还原反应 Cu2 2e Cu 2 根据原电池的特点再结合两个半反应确定正 负极的材料及电解质溶液 负极材料 正极材料 比负极 电解质溶液 负极区 正极区 3 画出装置图 3 一 1 化学能与电能 2 原电池 电解池 二 Cu2 2e Cu Zn 2e Zn2 1 1 化学能 电能 2 氧化还原 3 活泼性不同 电解质 闭合 氧化还原 2 氧化还原 1 氧化 Zn2 铜片 Cu2 金属铜 负极 氧化 正极 还原 2 负极 正极 三 1 氧化还原反应 2 1 氧化 还原 2 还原剂 Fe 不活泼的金属 如Cu 或非金属 如C FeSO4溶液 CuSO4溶液 一 原电池的判定一 原电池的判定
5、先分析有无外接电源 有外接电源的为电解池 无外接电源的可能为原电池 然后依据 原电池的形成条件分析判断 主要是 四看 一看电极 两极为导体且存在活泼性差异 燃料电池的电极一般为惰性电极 二看溶液 两极插入电解质溶液中 三看回路 形成闭合回路或两极直接接触 四看本质 有无自发的氧化还原反应发生 注意啦注意啦 多池相连 但无外接电源时 两极活泼性差异最大的一池为原电池 其他各池 可看做电解池 下列装置中能构成原电池产生电流的是 4 解析 A D 项中电极与电解质溶液之间不发生反应 不能构成原电池 B 项符合原电池的 构成条件 两电极发生的反应分别是 Zn 2e Zn2 2H 2e H2 C 项中酒
6、精不是 电解质 故不能构成原电池 答案 B 二 原电池正 负极的判断方法二 原电池正 负极的判断方法 1 根据电极材料判断 负极 活泼性较强的金属 正极 活泼性较弱的金属或能导电的非金属 注意啦 注意啦 活泼金属不一定作负极 如 Mg Al 在 NaOH 溶液中 Al 做负极 2 根据电子流动方向或电流方向或电解质溶液内离子的定向移动方向判断 负极 电子流出极 电流流入极或阴离子定向移向极 正极 电子流入极 电流流出极或阳离子定向移向极 3 根据两极发生的变化判断 负极 失去电子 化合价升高 发生氧化反应 正极 得到电子 化合价降低 发生还原反应 4 根据反应现象判断 负极 会逐渐溶解 质量减
7、小 正极 有气泡逸出或质量增加 注意啦 注意啦 原电池正负极判断的基础是氧化还原反应 如果给出一个方程式让判断正 负极 可以直接根据化合价的升降变化来判断 发生氧化反应的一极为负极 发生还原反应 的一极为正极 原电池的正极一定是 A 化学性质较活泼的金属 B 化学性质较不活泼的金属 C 电子流出的一极 D 电子流入的一极 5 解析 原电池的正极材料可以是金属 非金属或金属氧化物等 但无论是哪种材料 正极 上都发生还原反应 是电子流入的一极 答案 D 三 原电池原理的应用三 原电池原理的应用 1 1 加快氧化还原反应的速率 加快氧化还原反应的速率 在锌与稀硫酸反应时加入少量 CuSO4溶液能使产
8、生 H2的速率加快 2 2 寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源 寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源 下节学习下节学习 3 3 比较金属活动性强弱 比较金属活动性强弱 两种金属 a 和 b 用导线连接后插入到稀硫酸中 观察到 a 极溶解 b 极上有 气泡产生 根据电极现象判断出 a 是负极 b 是正极 由原电池原理可知 金属活动性 a b 4 4 用于金属的防护 用于金属的防护 要保护一个铁闸 可用导线将其与一锌块相连 使锌作原电池的负极 铁闸作 正极 5 5 设计化学电池 设计化学电池 以 2FeCl3 Cu2FeCl2 CuCl2为依据 设计一个原电池 1 将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反
9、应两个半反应 分别作原电池的负极和正极 的电极反应式 负极 Cu 2e Cu2 正极 2Fe3 2e 2Fe2 2 确定电极材料 如发生氧化反应的物质为金属单质 可用该金属直接作负极 如为气体 H2 或溶液中的 还原性离子 可用惰性电极 如 Pt 碳棒 作负极材料 发生还原反应的电极材料必须 6 不如负极材料活泼 本例中可用铜棒作负极 用铂丝或碳棒作正极 3 确定电解质溶液 一般选用反应物中的电解质溶液即可 如本例中可用 FeCl3溶液 作电解液 4 构成闭合回路 注意啦注意啦 设计原电池时 若氧化还原方程式中无明确的电解质溶液 可用水作电解质 但为了增强其导电性 通常加入强碱或一般的强酸 如
10、燃料电池 水中一般要加入KOH或H2SO4 一种新型燃料电池 它以多孔镍板为电极插入 KOH 溶液中 然后分别向两极通入乙 烷和氧气 则有关此电池推断正确的是 A 通入乙烷的电极为正极 B 参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比为 7 2 C 放电一段时间后 KOH 的物质的量浓度减少 D 负极反应式为 C2H6 6H2O 14e 2 18H 解析 乙烷燃烧的化学方程式为 2C2H6 7O2 4CO2 6H2O 在该反应中氧气得电子 乙 烷失电子 因此通入氧气的电极为正极 而通入乙烷的电极为负极 故 A 答案错误 反应中 参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比应为 2 7 故 B 答案错误 考虑到该电
11、池是以 KOH 为电解质溶液的 生成的 CO2会和 KOH 反应转化成 K2CO3 反应中消耗 KOH KOH 的物质的量 浓度减少 故 C 答案正确 由于该电池是以 KOH 溶液为电解液的 D 答案中负极生成的 H 显然在溶液中是不能存在的 故 D 答案错误 考虑到电解质溶液的影响 此时该电池的总反 应式应为 2C2H6 8KOH 7O2 4K2CO3 10H2O 正极反应式为 14H2O 7O2 28e 28OH 正 极氧气得电子 理论上形成 O2 但该粒子在水中不稳定 必须以 OH 形式存在 负极反 应式可用总反应式减去正极反应式得到 2C2H6 36OH 28e 4 24H2O 答案
12、C 7 1 下列各装置能形成原电池的是 2 把 A B C D 四块金属泡在稀 H2SO4中 用导线两两相连可以组成各种原电池 A B 相 连时 A 为负极 C D 相连时 D 上有气泡逸出 A C 相连时 A 极减轻 B D 相连时 B 为正极 则四种金属的活动性顺序由大到小排列为 A A B C D B A C B D C A C D B D B D C A 3 一个由锌片和石墨棒作为电极的原电池 电极反应分别是 锌片 2Zn 4OH 4e 2ZnO 2H2O 石墨 2H2O O2 4e 4OH 下列说法中不正确的是 A 电解质溶液为酸性溶液 B 锌片是负极 石墨棒是正极 C 电池反应为
13、2Zn O22ZnO D 该原电池工作一段时间后石墨棒附近溶液的 pH 增大 4 某新型水系钠离子电池工作原理如下图所示 TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电 充电时 Na2S4还原为 Na2S 下列说法错误的是 A 充电时 太阳能转化为电能 又转化为化学能 B 放电时 a 极的电极反应式为 4S2 6e S42 8 C 充电时 阳极的电极反应式为 3I 2e I3 D M 是阴离子交换膜 5 已知某原电池的电极反应是 Fe 2e Fe2 Cu2 2e Cu 据此设计该原电池 并回答问题 1 若原电池装置为图中甲 电极材料 A 是 B 是 写名称 观察到 A 电极的现象是 2 若原电池装置为
14、图中乙 电极材料 X 是 填序号 下同 a 铁 b 铜 c 石墨 电解质 Y 是 a FeSO4 b CuSO4 c CuCl2 6 为了探究原电池的工作原理 某化学学习小组设计了一组实验 其装置如图所示 甲 乙 丙 丁 戊 回答下列问题 1 根据原电池原理填写下表 9 装置序号 正极 负极反应式 阳离子移动方向 甲 乙 丙 丁 戊 2 电极类型除与电极材料的性质有关外 还与 有关 3 根据上述电池分析 负极材料是否一定参加电极反应 填 是 否 或 不 一定 用上述电池说明 4 上述电池放电过程中 电解质溶液酸碱性的变化 甲 丙 戊 均填 酸性减弱 或 碱性减弱 7 2017 天津 下列能量转
15、化过程与氧化还原反应无关的是 A 硅太阳能电池工作时 光能转化成电能 B 锂离子电池放电时 化学能转化成电能 C 电解质溶液导电时 电能转化成化学能 D 葡萄糖为人类生命活动提供能量时 化学能转化成热能 8 2016 上海 图 1 是铜锌原电池示意图 图 2 中 x 轴表示实验时流入正极的电子的物质 的量 y 轴表示 A 铜棒的质量 B c Zn2 C c H D c 10 1 答案 D 2 答案 C 解析 金属组成原电池 相对活泼的金属失去电子作负极 相对不活泼的金属作正极 负 极被氧化 质量减轻 正极发生还原反应 有物质析出 由题意得活动性 A B A C C D D B 故正确答案为 C
16、 3 答案 A 解析 由电极反应可知 Zn 发生氧化反应 是原电池的负极 O2发生还原反应 石墨棒是 正极 电解质溶液应为碱性溶液 随着反应的进行锌片周围 pH 减小 石墨棒周围产生 OH pH 增大 两电极反应相加得总反应式 2Zn O22ZnO 4 答案 D 解析 TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电 所以充电时 太阳能转化为电能 电能又 能转化为化学能 A 正确 充电时 Na2S4还原为 Na2S 放电和充电互为逆过程 所以 a 是负 极 a 极的电极反应式为 4S2 6e S42 B 正确 在充电时 阳极 I 失电子发生氧化反应 极反应为 3I 2e I3 C 正确 通过图示可知 交换膜只允许钠离子自由通过 所以 M 是阳 离子交换膜 D 错误 正确选项 D 点睛 本题考查了原电池的原理 明确正负极上得失电子及反应类型是解题的关键 难点是 电极反应式的书写 明确哪种离子能够自由通过交换膜 可以确定交换膜的类型 题目难度 中等 5 答案 1 铜 或石墨棒 铁 有红色物质析出 或变粗 2 bc bc 解析 1 结合氧化还原反应的知识可知 Fe 2e Fe2 是负极反应 故 Fe
