高一化学原电池的工作原理化学电源

• 2．加快化学反应速率
• 由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反 应且有电流产生，因而反应速率加快。
• 如 中Z滴n加与少稀量H2CSOuS4反O4应溶制液氢，气形时成，Cu可—Z向n原溶液电 池，加快反应进行。
• 3．设计制作化学电源
• 设计原电池时要紧扣原电池的三个条件。 具体方法是：
• (1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半 反应。
成负极系统，由氧化剂和导体构成正极系 统；④形成闭合回路(两电极接触或用导线 连接)。
• 【即时巩固1】 (2008·广东化学)用铜片、 银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线 和盐桥(装有琼脂－KNO3的U型管)构成一 个原电池。以下有关该原电池的叙述正确 的是( )
• ①在外电路中，电流由铜电极流向银电极 ②正极反应为Ag＋＋e－===Ag ③实验过
.
• 总反应： • 2PbSO4 ＋ 2H2O===Pb ＋ PbO2 ＋ 4H ＋ ＋
2SO42－
• 3．燃料电池
• 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池， 可分酸性和碱性两种。
负极 反 应 式
正极 反
酸性
碱性
2H2－4e－＋===4H
2H2－4e－＋4OH－ ===
4H2O
O2＋4H＋＋4e－ O2＋2H2O＋4e－
1.了解原电池的工作原理，能写出电 课程标 极反应式。
准 2.了解常见化学电源的种类及其工作 原理。
1.原电池的工作原理分析，尤其是带 盐桥的原电池装置。
考点展 2.根据所给自发进行的反应设计原电 示 池，并能绘制装置图。 3.了解常用化学电源的构造及新型电 源的工作原理。
• 一、原电池的工作原理
• (3)按要求画出原电池装置图。 • 如根据以下两反应设计的原电池：
原理
2FeCl3＋ Cu=== 2FeCl2＋ CuCl2
电解
负 极
正极
质 溶
液
电极反应
负极：Cu－
2e－
Cu
C(Fe3 ＋)
FeCl3
===Cu2＋ 正极：2Fe3
＋＋2e－
原理
电解
负 极
正极
质 溶
液
电极反应
负极：2H2＋ 4OH－－4e
• 【答案】 C
• 原电池原理的应用
• 1．比较不同金属的活动性强弱
• 根据原电池原理可知，在原电池反应过程 中，一般活动性强的金属作负极，而活动 性弱的金属(或碳棒)作正极。
• 若有两种金属A和B，用导线将A和B连接 后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观 察到A极溶解，而B极上有气体放出，则 说明在原电池工作过程中，A被氧化成阳 离子而失去电子作负极，B作正极，则可 以断定金属A的金属活动性比B的强。
• 1．定义
• 原电池是将 化学能 转化为电能 的装置。
• 2．形成条件
• (1)两个活泼性不同
的电极直，接二接者触
用导线或相连
，电插解质入溶液
中。
• (2)形成 闭合 回路。 • (3)总反应为能自发发生氧化的还原
反应。
• 3．原电池的两极
• 负极：活泼性强
反应。
弱
的金属氧，化发生
还原
• 正极：活泼性 生 反应。
• 铅蓄电池：H2SO4作电解质溶液 • (1)放电时 • 负极： Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4 . • 正极：PbO2＋SO2－4＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O
.
• 电池反应：
• Pb ＋ PbO2 ＋ 4H ＋ ＋ 2SO42 － ===2PbSO4 ＋ 2H2O
• (2)充电时 • 阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4 . • 阳极： PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO2－4
还原反应
• 灵犀一点：
• 原电池反应的实质是负极发生氧化反应， 失去电子，正极发生还原反应，得到电子。 对于具体问题要具体分析，不能想当然， 不然就会落入出题者的陷阱当中，如：① 铁、铜和浓硝酸组成的电池，虽然铁的活 泼性比较强，但Fe与浓HNO3发生钝化， 而铜不可以，因此铜做负极，铁做正极。 ②镁、铝和NaOH溶液组成原电池，做负 极的应该是铝，而不是镁。
的金属或导体，发
• 4．电极反应式的书写和电荷移动方向
• (1)电极反应式的书写
• 负极：Zn，电极反应式Z为n－2e－===Zn2＋
。 Cu
Cu2＋＋2e－===Cu
• 正极： 。
，Z电n＋极Cu反SO应4==式=Z为nSO4＋Cu
• 电池反应负极为
外电路
。正极
• (2)电荷移动阳方离向子
•还电原 子由阴离子 释放，经
• 电池反应方程式：
• (2)碱性锌锰电池
• 负极(Zn)： Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
.
• 正极(MnO2)：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋
2OH－ .
• 电池反应方程式：
• 2MnO2 ＋ Zn ＋ 2H2O===2MnOOH ＋ Zn(OH)2
• 2．二次电池(可充电、可多次重复使用)
2H2＋O2 2H2O
Pt(H 2)
Pt(O 2)
KOH
－===4H2O 正极：O2＋
2H2O＋4e－
===4OH－
• 灵犀一点：
• ①应用原电池原理可以判断两种金属活泼 性的强弱，但同时要注意电解质溶液的选 择。
• ②应用原电池原理可以设计任一自发的氧 化还原反应的电池，但有的电流相当微弱。 同时要注意电解质溶液不一定参与反应， 如 燃 料 电 池 ， 水 中 一 般 要 加 入 NaOH 、 H2SO4或Na2SO4。
===
===
• 原电池工作原理、正负极的判断及电极反 应式的书写
• 1．原理图示
• 2．原电池的判断方法
• (1)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”：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)；看溶液——两极插入溶液中；看回路— —形成闭合回路或两极直接接触；看本质— —有无氧化还原反应发生。
程中取出盐桥，原电池仍继续工作 ④将 铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与 该原电池反应相同
• A. ①②
B．②③ C．②④
• 【解析】 Cu作负极，Ag作正极。负极： Cu － 2e － ===Cu2 ＋ ； 正 极 ： Ag ＋ ＋ e － ===Ag。在外电路中，电子由Cu电极流向 Ag电极，而电流方向与电子流向相反，所 以①错。没有盐桥，原电池不能继续工作， ③错。无论是否为原电池，反应实质相同， 均为氧化还原反应，④对。
• D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2 固体，乙中石墨电极为负极
• 【解析】 本题中涉及带有盐桥的原电池， 盐桥可使氧化还原反应在不同反应容器中 同时发生，大大提高电流效率。但其工作 原理和不带盐桥的原电池的一样，即负极 失电子发生氧化反应，正极得电子发生还 原反应。
• 对于本题，甲中石墨作正极，发生还原反 应，电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋；
应，电极反应式为2Fe2＋－2e－===2Fe3＋；
乙中石墨作正极，发生还原反应，电极反
－
－
• 【规律技巧】 氧化还原反应与原电池的 关系：
• (1)在原电池中发生的反应均是通常情况下 能自发进行的氧化还原反应，反之，理论 上能自发进行的氧化还原反应均可以设计 成原电池的反应。将一个氧化还原反应变 成原电池反应，就是使氧化反应和还原反 应分别在两个电极上发生，电子的转移通 过连接两电极的导线来完成。
• (2)根据原电池的电极反应特点，结合两个 半反应找出正负极材料(负极就是失电子的 物质，正极用比负极活泼性差的金属即可， 也可以用石墨)及电解质溶液。
• ①电解质溶液的选择
• 电解质是使负极放电的物质。因此电解质 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(如空气中的氧气)。但如果两个半反 应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)， 则左右两个容器中的电解质溶液应选择与 电极材料相同的阳离子。如在铜-锌-硫酸
工作时，外电路中电子由负极流出经导线 流向正极，③正确；负极上由于Zn放电， ZnSO4溶液中Zn2＋的浓度增大，故盐桥中 的Cl－移向ZnSO4溶液，④错误。 • 【答案】 B
• 【规律方法】 原电池是将化学能转化为 电能的装置，构成原电池的条件：①能自 发地发生氧化还原反应；②电解质溶液(构 成电路或参加反应)；③由还原剂和导体构
沿导线流
入 ，电解质溶液中的
移向正极，
在其表面得电子被 ；
或活泼负极失
电子，形成一个闭合回路。

• [想一想]用活泼性不同的两种金属作为电 极形成原电池时，较活泼的金属一定是原 电池的负极吗？
• 提示：不一定。如将镁、铝插入氢氧化钠 溶液中形成原电池，镁较活泼，但因为镁 不与氢氧化钠溶液反应，而铝
• 4.原电池电极反应式的书写
• 书写电极反应式时，按照负极发生氧化反 应，正极发生还原反应，首先正确判断出 电极反应产物，然后结合反应物及转移电 子数量写出反应式，再结合质量守恒、电 荷守恒配平各电极反应式。两电极反应式 相加则得总反应式。
• (1)根据两个电极反应式写出总反应式。使 两个电极反应式得失电子数相等后，将两 式相加，消去相同的化学式。
• (2)根据总反应式写电极反应式一般分四个 步骤：①列物质，标得失；②选离子，配 电荷；③配个数，巧用水；④两式加，验 总式。
• 灵犀一点：
• 原电池电极反应式的书写应注意以下几点：
• ①明确电池的负极反应物是电极本身还是 其他物质、反应产物及化合价的变化。
• ②确定电池的正极反应物是电解质溶液中 的离子，还是其他物质(如溶有或通入的氧 气)。
• ③判断是否存在特定的条件(如介质中的微 粒H＋、OH－非放电物质参加反应)，进而 推断电解质溶液的酸碱性的变化。
• ④总的反应式是否满足质量守恒、得失电 子守恒、电荷守恒。
• 【案例1】 (2010·广东理综)铜锌原电池 (如图)工作时，下列叙述正确的是( )
• ①正极反应为：Zn－u
• ③在外电路中，电子从负极流向正极
• ④盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液
• A．①②
B．②③
C．③④
D．①④
• 【解析】 本题考查原电池，意在考查考 生对原电池工作原理的分析能力。该电池 中 Zn 为 负 极 ， 电 极 反 应 为 ： Zn － 2e － ===Zn2＋，Cu为正极，电极反应为：Cu2＋ ＋2e－===Cu，①错误；电池总反应为： Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，②正确；原电池
• 与氢氧化钠溶液发生氧化还原反应，铝被 氧化是负极，则镁条为正极。
• 二、化学电源 • 1．一次电池(不能充电，不能反复使用) • (1)银锌纽扣电池：电极材料分别为Ag2O
和Zn，电解质溶液为KOH溶液。 • 负极(Zn)：Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O . • 正极. (Ag2O)：Ag2OZ＋n＋H2AOg＋2O2=eK=－O===H===Z2nAOg＋＋22OAHg －
• 【案例2】 (2009·福建理综)控制适合的 条件，将反应2Fe3＋＋2I－ 2Fe2＋＋I2设 计成如下图所示的原电池。下列判断不正 确的是( )
• A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧 化反应
• B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被 还原
• C．电流计读数为零时，反应达到化学平 衡状态
乙中石墨作负极，发生氧化反应，电极反
应式为2I－－2e－===I2。当反应达到平衡时， 正逆反应速率相等，此时电路中电流强度
的和为零，故灵敏电流计的读数为零，选
项A、B、C均正确。当灵敏电流计读数为
零后，在甲中再溶入FeCl2固体，导致化学 平衡逆向移动，即把该反应的逆反应设置
成原电池，甲中石墨作负极，发生氧化反
• (2)多池相连，但无外电源时，两极活泼性 差异最大的一池为原电池，其他各池可看
• 3．原电池正负极的判断
判断依据
电极材料
电子流动方向 电解质溶液中
离子 定向流动方向
发生的反应
负极
活泼性较 强的金属
电子流出极
阴离子移向 的极
氧化反应
正极 活泼性较弱的
金属或能导 电的非金属 电子流入极
阳离子移向的 极
构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有 Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含 有Cu2＋的电解质溶液中。
• ②电极材料的选择
• 在原电池中，选择还原性较强的物质作为 负极；氧化性较强的物质作为正极。并且， 原电池的电极必须导电。电池中的负极必 须能够与电解质溶液反应，容易失去电子， 因此负极一般是活泼的金属材料(也可以是 还原性较强的非金属材料如H2、CH4等)。