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1、第二节原电池化学电源 考点一原电池的工作原理 核心知识通关 1 概念及反应本质 把 转化为 的装置 其本质是发生了 反应 化学能 电能 氧化 还原 2 构成条件 自发进行 石墨 电解质溶液 电解质溶液 3 工作原理 可用简图表示如下 1 电子移动方向 锌 电子逐渐溶解变成Zn2 进入溶液 电子从 极经导线流入 极 2 离子移动方向 阴离子向 极移动 如 阳离子向 极移动 如Zn2 和H 溶液中H 在 极上得电子形成氢气在铜片上冒出 失 负 正 负 正 正 3 两极电极反应式 负极 锌极 氧化反应 正极 铜极 还原反应 总反应 Zn 2H Zn2 H2 Zn 2e Zn2 2H 2e H2 4
2、单液原电池和双液原电池对比 电能和热能 电能 特别提醒 1 只有氧化还原反应才能设计成原电池 2 活泼性强的金属不一定作负极 但负极一定发生氧化反应 3 电子不能通过电解质溶液 溶液中的离子不能通过盐桥 4 负极失去电子总数一定等于正极得到电子总数 5 原电池反应速率一定比直接发生的氧化还原反应快 高考模拟精练 1 2016 玉溪模拟 下图各个装置中能组成原电池的是 解析 选B A中两极电极材料相同 错误 C中酒精是非电解质 不能构成闭合回路 错误 D中两个烧杯也不能构成闭合回路 错误 2 2015 天津高考 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
3、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 解析 选C 由锌铜原电池原理可知 锌电极为负极 失电子 发生氧化反应 铜电极为正极 得电子 发生还原反应 A项错误 阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过 两池中c 不变 B项错误 电池工作过程中Zn2 由甲池通过阳离子交换膜进入乙池 乙池中Cu2 2e Cu 其溶液中的离子转换为Cu2 Zn2 摩尔质量M Cu2 M Zn2 乙池溶液的总 质量增加 C项正确 阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过 电池工作过程中Zn2 由甲
4、池通过阳离子交换膜进入乙池保持溶液的电荷平衡 阴离子并不通过交换膜 D项错误 3 2015 安徽高考节选 常温下 将除去表面氧化膜的Al Cu片插入浓HNO3中组成原电池 图1 测得原电池的电流强度 I 随时间 t 的变化如图2所示 反应过程中有红棕色气体产生 0 t1时 原电池的负极是Al片 此时 正极的电极反应式是 溶液中的H 向 极移动 t1时 原电池中电子流动方向发生改变 其原因是 解析 原电池的正极是硝酸发生还原反应 2H e NO2 H2O 原电池中的阳离子移向正极 t1时电子流动方向发生改变 则原电池的正 负极发生改变 原因是铝表面生成了氧化膜而不再参加反应 此时铜作负极 答案
5、2H e NO2 H2O正铝在浓硝酸中发生钝化 表面生成了氧化膜阻止了Al的进一步反应 加固训练 1 如图为锌铜原电池装置图 下列说法不正确的是 A 电子由Zn极流向Cu极B 该装置的总反应为Zn Cu2 Zn2 CuC 一段时间后 A池带正电荷 B池带负电荷D 取出盐桥 电流计指针不再偏转 解析 选C 铜锌原电池中锌为负极 铜为正极 电子由Zn极移向Cu极 原电池总反应为Zn Cu2 Zn2 Cu 取出盐桥 原电池中闭合回路断开 不再存在电流 电流表指针不偏转 盐桥中阳离子移向B池 阴离子移向A池 A池和B池中溶液仍然保持电中性 2 2016 蚌埠模拟 流动电池的主要特点是可以通过电解质溶液
6、的循环流动 在电池外部调节电解质溶液 以保持电池内部电极周围溶液浓度的稳定 北京化工大学新开发的一种流动电池如图所示 电池总反应为Cu PbO2 2H2SO4 CuSO4 PbSO4 2H2O 下列说法不正确的是 A a为负极 b为正极B 该电池工作时PbO2电极附近溶液的pH增大C a极的电极反应为Cu 2e Cu2 D 调节电解质溶液的方法是补充CuSO4 解析 选D A项 根据电池总反应 Cu PbO2 2H2SO4 CuSO4 PbSO4 2H2O可得铜作负极 PbO2作正极 正确 B项 该电池工作时PbO2电极发生的反应为PbO2 4H 2e PbSO4 2H2O 消耗了溶液中的H
7、故溶液的pH增大 正确 C项 铜电极的电极反应为Cu 2e Cu2 正确 D项 通过总反应可以看到H2SO4参加了反应 故应补充H2SO4 错误 3 某小组设计如图装置 盐桥中盛有浸泡了KNO3溶液的琼脂 研究电化学原理 下列叙述正确的是 A 银片为负极 发生的反应为Ag e AgB 进行实验时 琼脂中K 移向Mg NO3 2溶液C 用稀硫酸代替AgNO3溶液 可形成原电池D 一段时间后 两电极的质量都减少 解析 选C 从图来看 该装置为Mg Ag的原电池 在该原电池中镁作负极 失电子形成镁离子 A错误 银电极一侧得到电子 析出银单质 所以盐桥中的K 往右侧硝酸银溶液迁移 B错误 若把硝酸银换
8、成稀硫酸 H 在银电极处得到电子生成氢气 同样可以构成原电池 C正确 原电池工作一段时间后 负极质量减少 正极质量增加 D错误 4 2016 聊城模拟 SO2 CO CO2 NOx是对环境影响较大的几种气体 对它们的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径 利用电化学原理将CO SO2转化为重要化工原料 装置如图所示 1 若A为CO B为H2 C为CH3OH 则通入CO的一极为 极 2 若A为SO2 B为O2 C为H2SO4 则负极的电极反应式为 3 若A为NO2 B为O2 C为HNO3 则正极的电极反应式为 解析 1 一氧化碳和氢气反应转化为甲醇的过程中氢元素的化合价升高 碳元素的化合价降
9、低 因此氢气被氧化作负极 一氧化碳被还原作正极 2 二氧化硫 氧气和水反应生成硫酸过程中 硫元素化合价升高 二氧化硫被氧化作负极 3 二氧化氮 氧气和水反应生成硝酸过程中 氧元素的化合价降低 氧气被还原作正极 答案 1 正 2 SO2 2e 2H2O 4H 3 O2 4e 4H 2H2O 考点二化学电源电极反应式的书写 核心知识通关 1 一次电池 碱性锌锰干电池 碱性锌锰干电池的工作原理如图 Zn 2OH 2e Zn OH 2 2 二次电池 以铅蓄电池为例 1 放电时的反应 负极反应 正极反应 PbO2 s 4H aq aq 2e PbSO4 s 2H2O l 总反应 Pb s PbO2 s
10、2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l 2 充电时的反应 阴极反应 阳极反应 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 可分为酸性和碱性两种 2H2 4e 4H 2H2 4OH 4e 4H2O O2 4H 4e 2H2O O2 2H2O 4e 4OH 特别提醒 1 锂电池不能选用水作电解液 因为锂是比较活泼的金属 会和水发生反应 2 可充电电池的放电反应和充电反应因反应条件不同不互为可逆反应 其中充电时的阴极反应式为 放电 时负极的逆反应 阳极反应式为 放电 时正极的逆反应 3 原电池反应中
11、负极材料本身不一定参加反应 如燃料电池中 作为负极的材料不参加反应 只起到了导电的作用 4 书写燃料电池的电极反应式时 一定要注意溶液的酸碱性对产物存在形式的影响 如甲烷燃料电池在酸性介质中生成CO2 在碱性介质中生成 典题技法归纳 2015 全国卷 微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置 其工作原理如图所示 下列有关微生物电池的说法错误的是 A 正极反应中有CO2生成B 微生物促进了反应中电子的转移C 质子通过交换膜从负极区移向正极区D 电池总反应为C6H12O6 6O2 6CO2 6H2O 解析 选A 根据碳元素的化合价的变化 二氧化碳中碳元素的化合价为最高价 4价 所以生
12、成二氧化碳的反应为氧化反应 应在负极生成 其电极反应式应为C6H12O6 6H2O 24e 24H 6CO2 A错误 在微生物的作用下 该装置为原电池装置 反应速率比化学反应速率快 所以微生物促进了反应的发生 B正确 原电池中阳离子 质子 向正极移动 C正确 电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应 D正确 归纳总结 1 书写电极反应式时的3个原则 1 共存原则 因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同 所以电极反应式的书写必须考虑介质环境 当电解质溶液呈酸性时 不可能有OH 参加反应 碱性溶液中CO2不可能存在 也不可能有H 参加反应 水溶液中不能出现O2 2 得氧失氧原则 得氧 在反应物中加
13、H2O 电解质为酸性时 或OH 电解质溶液为碱性或中性时 失氧 在反应物中加H2O 电解质为碱性或中性时 或H 电解质为酸性时 3 中性吸氧反应成碱原则 在中性电解质溶液中 通过金属吸氧所建立起来的原电池反应 其反应的最后产物是碱 2 化学电源中电极反应式书写的一般步骤 1 先确定原电池的正 负极 列出正 负极上的反应物质 并标出相同数目电子的得失 2 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 若正极上的反应物质是O2 且电解质溶液为中性或碱性 则水必须写入正极反应式中 且O2生成OH 若电解质溶液为酸性 则H 必须写入正极反应
14、式中 O2生成水 3 正 负极反应式相加得到电池反应的总反应式 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 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 高考模拟精练 1 2015 江苏高考 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 A 反应CH4 H2O3H2 CO 每消耗1molCH4转移12mol电子B 电极A上H2参与的电极反应为 H2 2OH 2e 2H2OC 电池工作时 向电极B移动D 电极B上发生的电极反应为 O2 2CO2 4e 2 解析 选D 根据化学反应方程式 每有1mol甲烷参
15、与反应转移电子数为6mol A项错误 因为电解质为熔融态的碳酸盐 所以电极A上H2参与的电极反应式为H2 2e H2O CO2 B项错误 根据原电池工作原理 电极A是负极 电极B是正极 阴离子向负极移动 碳酸根离子向负极移动 A电极 C项错误 电极B上氧气得电子与二氧化碳结合生成碳酸根离子 因此电极反应式为O2 4e 2CO2 2 D项正确 2 2014 浙江高考 镍氢电池 NiMH 目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型 NiMH中的M表示储氢金属或合金 该电池在充电过程中的总反应方程式是 Ni OH 2 M NiOOH MH已知 6NiOOH NH3 H2O OH 6Ni OH 2 下
16、列说法正确的是 A NiMH电池放电过程中 正极的电极反应式为NiOOH H2O e Ni OH 2 OH B 充电过程中OH 离子从阳极向阴极迁移C 充电过程中阴极的电极反应式 H2O M e MH OH H2O中的H被M还原D NiMH电池中可以用KOH溶液 氨水等作为电解质溶液 解析 选A 正极发生得电子的还原反应 结合充电时的方程式知A正确 电解时阴离子移向阳极 B错误 MH中M和氢化合价都是0价 充电时阴极发生水中的氢得电子被还原的反应 不是被M还原 C错误 根据已知信息6NiOOH NH3 H2O OH 6Ni OH 2 电解质溶液若用氨水时会发生副反应 D错误 加固训练 1 某汽车尾气分析仪以燃料电池为工作原理测定CO的浓度 其装置如图所示 该电池中电解质为氧化钇 氧化钠 其中O2 可以在固体介质NASICON中自由移动 下列说法不正确的是 A 工作时电极b作正极 O2 由电极b流向电极aB 负极的电极反应式为CO O2 2e CO2C 当传感器中通过2 10 3mol电子时 说明通过的尾气中含有2 24mLCOD 传感器中通过的电流越大 尾气中CO的含量越高 解析 选C
