■2011化学高考必备课件+练习全套■6-2第二节 原电池 化学电源

正极：
；
总反应：H2＋ O2===H2O。
②用NaOH等碱性溶液时：
负极： H2＋2OH－－2e－===2H2O ；
正极： 总反应：H2＋ O2===H2O。 ；
(2)CH4燃料电池：电解质为KOH 负极： ；
正极： 2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ ；
总反应：CH4＋2O2＋2KOH===C2CO3＋3H2O。 延伸：(1)燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。 (2)燃料电池在负极上发生氧化反应的是燃料(如H2、CH4、CH3OH等)，在正 极上参与反应的是空气或氧气，电解质溶液一般是KOH溶液。 (3)书写电极反应方程式时：酸性条件下可用H＋和H2O配平；碱性条件可用 OH－和H2O配平。
原电池的工作原理和电子流向可用下列图示表示：
延伸：原电池判定：先分析有无外接电源，有外接电源者为电解池，无外接电源 者可能为原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“四看”： ①一看电极：两极为导体且活泼性不同；②再看溶液：两极插入电解质溶液中；
③三看回路：形成闭合回路或两极接触；④四看本质：有无氧化还原反应发生。
还原反应 属 ( 或接受 )—— 发 金 石墨 外电路提供的电子
3．原电池的构成条件 (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)。 4．原电池工作原理 以稀H2SO4作为电解质溶液的Cu—Zn原电池为例： (1)电极： Zn 为负极， Cu 为正极
第二节
原电池
化学电源
1. 了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。 2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。
1．原电池装置能量转化特点 化学能 转化为 电能 。 2．原电池的电极 原电池的负极—— 活泼 金属——发生 氧化 反应——向外电路 提供 不活泼 原 电 池 的 正 极 —— 生 —— 电子
解析：(1)Fe3＋氧化性强于Cu2＋，故Cu可溶于FeCl3溶液中，发生离子反应： 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。
(2)Fe3＋有氧化性，可得e－，Cu有一定还原性可失e－，FeCl3溶液与Cu可组成原电池， 发生氧化还原反应，其中铜棒做负极，碳棒做正极，FeCl3溶液做电解质溶液。 答案：(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ Cu－2东泰安一模)一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极 通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下 能传导O2－。下列对该燃料电池说法不正确的是( A．在熔融电解质中，O2－由负极移向正极 B．电池的总反应是：2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O C．通入空气的一极是正极，电极反应为：O2＋4e－===2O2－ D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为： C4H10－26e－＋13O2－===4CO2↑＋5H2O )
合价升高，失去电子，是电池的负极，电极反应式为CH4－8e－＋10OH－===
＋7H2O，1 mol CH4参加反应有8 mol e－发生转移，O2在正极上发生反应，获得
电子，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。虽然正极产生OH－，负极消耗
OH－，但从总反应CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O可看出是消耗KOH，
【例2】据报道，我国拥有完全自主知识产权的氢氧燃料电池车已经在奥运会期间 为运动员提供了服务。某种氢氧燃料电池的电解质溶液为KOH溶液。下列有 关该电池的叙述不正确的是( )
A．正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．工作一段时间后，电解质溶液中的KOH的物质的量不变 C．该燃料电池的总反应方程式为：2H2＋O2===2H2O D．用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24 L Cl2(标准状况)时，有0.1 mol电子转移
1．正负极的判断 在书写原电池的电极反应式时，首先应正确判断原电池的两个电极哪一 个是正极，哪一个是负极。常用的判断方法有： (1)根据电子流动方向判断。在原电池中，电子流出的一极是负极；电子
流入的一极是正极。
(2)根据两极材料判断。一般活泼性较强金属为负极；活泼性较弱的金属 或能导电的非金属为正极。
(1)放电时： 负极： ；
正极：
总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
；
(2)充电反应为电解过程，是放电反应的逆过程
阴极： 阳极： 总反应：2PbSO4＋2H2O Pb＋PbO2＋2H2SO4。 ； ；
3．燃料电池
(1)氢氧燃料电池
①用酸性电解质时：
－ ＋ 负极： H2－2e ===2H ；
1．一次电池：如碱性锌锰电池，电解质溶液为KOH溶液中： 负极： Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－
电池反应的总反应式为： Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 。
2．二次电池(可充电，可多次重复使用) 如铅蓄电池：H2SO4作电解质溶液
解析：由原电池原理知负极失去的电子经导线转移到正极，所以正极上富集极电 子，根据电性关系，O2－不可能移向正极，A错；原电池反应就是一个氧化还原 反应，只是氧化反应和还原反应分别在两极进行，由丁烷的燃烧反应知，该电池 的总反应为：2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O，且丁烷失电子，O2得电子；丁烷 作为还原剂，应通入负极，反应中失去e－，C4H10－26e－＋13O2－===4CO2↑＋ 5H2O。
(2)电极反应：
Zn为负极：发生 氧化 反应： Zn－2e－===Zn2＋ ； Cu为正极，发生 还原 反应： 2H＋＋2e－===H2↑ 。 (3)电子和电流方向： 电子从负极 流出经 导线 流入正极 ；电流从 正极 流出经外电路流入 负极 。 (4)离子的迁移方向 电解质溶液中，阴离子向 负极 迁移，阳离子向 正极 迁移。
【例2】 (2009·江苏化学，12)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如
图所示。关于该电池的叙述正确的是(
A．该电池能够在高温下工作
)
B．电池的负极反应为：C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋ C．放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移 D．在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2 气体 L
答案：A
高分策略 本题考查了新型燃料电池的基本工作原理。O2的作用考查较为新颖。O2在不同 介质中的电极反应式：a.在碱性、中性或弱酸性条件下正极：O2＋2H2O＋4e－ ===4OH－；
b.在较强酸性条件下正极： O2＋4H＋ ＋4e－===2H2O；c.在熔融的金属氧化物
中正极：O2＋4e－===2O2－；d.在其他介质中的电极反应式，如：在熔融的碳酸 盐中，正极反应物是O2和CO2时，正极电极反应式为：O2＋2CO2＋4e－ === 。
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。
【例1】有人设计出利用CH4 和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。 电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是( ①每消耗1 mol CH4可以向外电路提供8 mol e－ ②负极上CH4失去电子，电极反应式：CH4＋10OH－－8e－===CO ③负极上是O2 获得电子，电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ ④电池放电后，溶液pH不断升高 A．①② B．①③ C．①④ D．③④ ＋7H2O )
2．(2010·原创)铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板 腐蚀剂和外伤止血剂等。
(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式_______________________。
(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极， 并写出电极反应式。 正极反应________，负极反应________。
应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则H2O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＋必须写入正极反应式中，且O2生成H2O； 若在熔融盐电解质中反应，则O2可能得电子变成O2－。③依据电子守恒，正负电 极反应式相加得到电池反应的总方程式，若能写出已知电池反应的总方程式，可 以减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式。
所以电池放电时溶液的pH不断下降，故①②正确，③④错误。
答案：A
①原电池正、负极的判断基础是氧化还原反应，如果给出一个方程式判断正、负 极，可以直接根据化合价的升降来判断。发生氧化反应的一极为负极，发生还原 反应的一极为正极。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
(3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。阳离子向正极移动， 阴离子向负极移动。 (4)根据原电池两极发生的变化来判断。负极总是失去电子，发生氧化反应，
正极总是得到电子发生还原反应。
(5)根据现象判断。溶解的一极为负极，质量增加或放出气体的一极为正极。
2．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
解析：本题是考查原电池原理在燃料电池中的具体应用，首先要判断出电池的正 负极，其方法是确定在该电极上发生的是失电子还是得电子反应，若发生的是失 电子反应则是原电池的负极，反之是正极。CH4在铂电极上发生类似于CH4在O2 中的燃烧反应，即CH4→CO2 ，严格讲生成的CO2还与KOH反应生成K2CO3，化