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1、1 第一讲原电池化学电源 【知识要点：】一、原电池1、从能量转变看，原电池是将化学能转变成电能的装置。从化学反应来看，原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经过导线传递给氧化剂，使氧化反应、还原反应分别在负极、正极上进行。2、构成原电池的条件: 原电池的构成是有条件的。（）有相互连接( 或接触 ) 、活泼性不同的金属( 其中一种可以是非金属) 作电极； ( )电解质溶液； ( ) 电极与电解质溶液接触构成通路。3、原电池原理的应用制作化学电源加快化学反应速率。实验室中用粗锌与稀硫酸反应制氢气比用纯锌快。从理论上揭示钢铁腐蚀的主要原因由原电池来判定金属活动性的强弱。原电池中，活动性强的金
2、属为负极，活动性弱的金属为正极。4、原电池的正、负极及其判断方法正极 : 电子流入的极；负极: 电子流出的极。判断方法 : 由组成原电池的电极活泼性判断，当两个活泼性不同的金属组成原电池时，一般是较活泼金属做负极；根据外电路中电流方向或电子流方向判断，电子流出或电流流入的极为负极；根据内电路中电解质溶液里阴、阳离子的迁移方向判断，阳离子流向的极为负极；根据两极发生的氧化还原反应判断，发生氧化反应的极（失电子）为负极；根据反应现象：如A极减少， B极增加，则A是负极5、电极反应式的写法第一、 活性电极： 负极失去电子发生氧化反应；正极上 : 电解质溶液中的阳离子与活性电极直接反应时，阳离子（或氧
3、化性强的离子）得到电子；电解质溶液中的阳离子与活性电极不反应时，溶解在溶液中的O2得电子，发生还原反应。第二、两个电极得失电子总数守恒。第三、注意电极产物是否与电解质溶液反应，若反应，一般要将电极反应和电极产物与电解质溶液发生的反应合并写。二、化学电池1、一次电池 ( 不能充电，不能反复使用) 如碱性锌锰电池: 电解质为KOH 负极 :Zn + 2OH一 2e= Zn(OH)2 正极： 2MnO2 + 4H+ + 2e = 2MnOOH + 2OH总反应 :Zn+2MnO2+2H2O = 2MnOOH 十 Zn(OH)2 2、二次电池 ( 可充电，可多次重复使用) 如铅蓄电池 :H2SO4作电
4、解液放电时 : 负极 :Pb + SO42 一 2e= PbSO4正极： PbO2+4H+ SO42+2e = PbSO 4 + 2H2O 总反应： Pb 十 PbO2+2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O 充电反应为电解过程，是放电反应的逆过程。阴极 :PbSO4 + 2e= Pb + SO42阳极 : PbSO4 + 2H2O一 2e- = PbO2+4H+ + SO 42 总反应 : PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2+2H2SO43、燃料电池2 (1) 氢氧燃料电池: 用酸性电解质时: 负极 :H2一 2e= 2H+ 正极 :1/2 O2 +2H+2e = 2H
5、2O 总反应 :2H2+O2 = 2H2O 用 NaOH等碱性溶液时 : 负极 :H2 + 2OH-2e = 2H2O 正极 : 1/2 O2 + H2O +2e= 2OH总反应 :2H2+O2 = 2H2O (2)CH4燃料电池 : 电解质为KOH 负极 : CH4 + lOOH一 8e = CO 32十 7H2O 正极 : 2O2 + 4H2O +8e = 8OH总反应 : CH4 + 2O2 +2OH = CO 32 十 3H 2O 4、书写燃料电池电极反应式必须遵循的原则：（1）电池的负极一定是可燃性气体（如H2、CO、 CH4）在失电子时，发生氧化反应，电池的正极一定是助燃性气体（如
6、O2） ，在得电子时，发生还原反应。（2）电极材料一般不发生化学反应，只起传导电子的作用。（3）电极反应式作为一种特殊的电子反应方程式，也必须遵循原子守恒、电荷守恒的规律。（4）写电极反应式时，一定要注意电解质是什么，其中的离子要和电极反应式中出现的离子相对应。三、金属的腐蚀和防护（1）金属的腐蚀: 实质是金属原子失去电子而被氧化的过程，即M - ne= Mn+。类型主要有电化腐蚀( 主要 ) 和化学腐蚀两种。而电化腐蚀又分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀( 主要 ) 。现列表比较如下: 种类化学腐蚀电化腐蚀原理金属和非电解质或其它物质接触而直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀不纯金属或合金在电解质溶液中发生
7、原电池反应，使较活泼的金属失电子被氧化而消耗区别金属直接与其它物质发生化学反应而消耗不纯金属在电解质溶液中发生原电池作用腐蚀过程无电流产生有电流产生金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍、危害更严重。析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强水膜酸性较弱或呈中性正极反应2H2O+2e = H 2+2OH2 H20+ O2 + 4e= 40H负极反应 Fe一 2e= Fe2+Fe一 2e= Fe2+二、例题分析 例 1 ：下列反应在一定装置中可产生电流的是A 、Cu + 2AgNO3 = 2Ag + Cu(NO3)2 B 、CuSO4 + Na2S = CuS + N
8、a2SO4C 、Fe + H2SO4 ( 稀) = FeSO4 + H2D 、NH4HCO3 NH3 + H2O + CO23 例 2：科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为：A、H22OH 2H2O2eB、O24H4e2H 2O C、H22H2eD、O22H2O4e4OH 例 3 ：某原电池的总反应方程式为2Fe3+Fe = 3Fe2+，不能实现该反应的原电池是A 、正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液B 、正极为C，负极为 Fe，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液C 、正极为Fe，负极为Zn，电解
9、质溶液为Fe2(S04)3溶液D 、正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液例 4：下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是A、纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗B、当镀锡铁制品的镀层破损时，镶层仍能对铁制品起保护作用C、在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法D、可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀解析：银器在空气中久置会被O2所氧化变黑，为化学腐蚀，A 正确。当镀层破损时，Sn-Fe可形成原电池，不再起到保护作用，B 错。与 Zn 块形成原电池，Zn 作负极（阳极） ，从而保护Fe 正极（阴极），所以 C 正确； 外加电流保护法应该与直流电
10、源的负极相连，故 D 错。例 5：关于铅蓄电池的说法正确的是A、在放电时，正极发生的反应是Pb(s) +SO42（aq）= PbSO 4(s) +2eB、在放电时，该电池的负极材料是铅板C、在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小D、在充电时，阳极发生的反应是PbSO4(s)+2e= Pb(s)+ SO 42（aq）例 6：取一张用饱和的NaCl 溶液浸湿的pH 试纸，两根铅笔芯作电极， 接通直流电源，一段时间后，发现a 电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色。则下列说法错误的是DA、b 电极是阴极B、a 电极与电源的正极相连C、电解过程中水是氧化剂D、b 电极附近溶液的pH
11、变小例 7：镍镉（ Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH 溶液，其充、放电按下式进行：Cd + 2NiOOH + 2H2O放 电充 电Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2有关该电池的说法正确的是A、充电时阳极反应：Ni(OH)2e+ OH- = NiOOH + H 2O B、充电过程是化学能转化为电能的过程C、放电时负极附近溶液的碱性不变D、放电时电解质溶液中的OH-向正极移动例 8：将 Al 片和 Cu 片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入稀NaOH 溶液中，分别形成了原电池。4 （1）在这两个原电池中，负极分别是A Al 片、 Cu 片B
12、Cu 片、 Al 片C Al 片、 Al 片 D Cu 片、 Cu 片（2）写出插入浓硝酸中形成原电池的电极反应式（3）插入稀NaOH 溶液中形成原电池的电极反应式。例 9：一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是ACH3OH(g)+O2(g)=H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2eBO2(g)+4H+(aq)+4e=2H2O(1) CCH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6eD O2(g)+2H2O(1)+4e=4OH 例 10 ： 一种新型燃料电池， 一极通入空气， 另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧
13、化钇(Y203)的氧化锆 (ZrO2) 晶体，在熔融状态下能传导02。下列对该燃料电池说法正确的是A 、在熔融电解质中，02由负极移向正极B 、电池的总反应是: 2C4H10 + 1302 8 CO2 + lOH2O C 、通入空气的一极是正极，电极反应为:O2 + 4e = 202D、通丁烷的一极是正极，电极反应为: C4H10 + 26e+ 1302-=4C0 2 + 5H2O 三、练习（一）选择题1、由锌片、铜片和稀硫酸组成的原电池中，所发生的总反应的离子方程式是A 、Zn - 2e=Zn2+B、Cu2+2e= Cu C 、2H+2e=H2 D、Zn +2H+ = Zn2+ H 22 、
14、铁钉和碳棒用导线连接后，浸入0.Olmol/L的食盐溶液中，可发生的反应是A 、碳棒上放出氯气 B、碳棒附近产生OHC 、碳棒上放出氧气 D、铁钉被氧化3、某学生设计了一个“黑笔写红字” 的趣味实验。 滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿， 然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是D A、 铅笔端作阳极，发生还原反应B、铂片端作阴极，发生氧化反应C、铅笔端有少量的氯气产生D、 a 点是负极， b 点是正极4、LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为：FePO4+Li放 电充 电LiFePO4，电池的正
15、极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含U 导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法正确的是A可加入硫酸以提高电解质的导电性B 放电时电池内部Li 向负极移动 . C充电过程中，电池正极材料的质量减少D放电时电池正极反应为：FePO4+Li+e-=LiFePO45 5、如题图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和NaCl 的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶（离子在琼胶内可以移动），下列叙述正确的是（）Aa 中铁钉附近呈现红色Bb 中铁钉上发生还原反应Ca 中铜丝上发生氧化反应D b 中铝条附近有气泡产生6、据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在奥运会期间为运动员提供服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH 溶液。下列有关电池的叙述不正确的是A正极反应式为：O22H2O4e=4OHB工作一段时间后，电解液中的KOH 的物质的量不变C该燃料电池的总反应方程式为：2H2O2=2H2O D用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24LCl2(标准状况 )时，有 0.1mol 电子转移7、有 A、B、C 、D四种金属。将A 与 B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B 不易腐蚀。将A、D 分
