原电池化学电源知识点及题型

原电池化学电源知识点及题型
考点一原电池及其工作原理
1．概念
把化学能转化为电能的装置。

2．工作原理
以锌铜原电池为例
电极名称负极正极
电极材料锌片铜片
电极反应Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型氧化反应还原反应
电子流向由Zn沿导线流向Cu
盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
3．原电池的构成条件
(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。

(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。

(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电
极插入电解质溶液。

题组一原电池工作原理的考查
1．下列装置中能构成原电池产生电流的是()
2．有关电化学知识的描述正确的是()
A．CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成
D．理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池
规避原电池工作原理的4个易失分点
(1)只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能。

(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。

(3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。

(4)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。

题组二原电池正、负极的判断
3．下列有关原电池的说法中正确的是(双选)()
A．在外电路中，电子由负极流向正极
B．在原电池中，相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极
C．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生
D．原电池工作时，可能会伴随着热能变化
4．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()
A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极
B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
考点二原电池原理的应用
1．用于金属的防护
使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。

例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。

2．设计制作化学电源
(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。

(2)根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。

3．比较金属活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。

4．加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。

例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。

题组训练原电池原理的应用
1．电工经常说的一句口头禅：“铜接铝，瞎糊弄”，所以电工操作上规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用，说明原因：______________________________________________________________________。

2．请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱。

请写出电极反应式，负极___________________，正极___________，
并在方框内画出实验装置图，要求用烧杯和盐桥，并标出外电路电子流向。

3．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；
⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。

据此，判断五种金属的活动性顺序是()
A．A>B>C>D>E B．A>C>D>B>E C．C>A>B>D>E D．B>D>C>A>E
4．把适合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示)
(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积
V(L)与时间t(min)的关系是________。

(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)
与时间t(min)的关系是________
(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是________。

改变Zn与H＋反应速率的方法
(1)加入Cu或CuSO4，形成原电池，加快反应速率，加入Cu不影响Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量减少，
是否影响产生H2的量，应根据Zn、H＋的相对量多少判断。

(2)加入强碱弱酸盐，由于弱酸根与H＋反应，使c(H＋)减小，反应速率减小，但不影响产生H2的量。

考点三化学电源
1．碱性锌锰干电池——一次电池
总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。

正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。

2．锌银电池——一次电池
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应式：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。

3．二次电池(可充电电池)
铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。

(1)放电时的反应
①负极反应：Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4；
②正极反应：PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2O；
③总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。

(2)充电时的反应
①阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4；
②阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO2－4；
③总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。

4．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。

种类酸性碱性
负极反应式2H2－4e－===4H＋2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式2H2＋O2===2H2O
深度思考
2．铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正负极极板是惰性材料，请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：
(1)放电时电解液中H2SO4的浓度将变____________________________；
当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加________g。

(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按右图连接，电解一段时间后，
则在A电极上生成________，B电极上生成____________，此时铅
蓄电池的正负极的极性将________。

3．(1)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH___________。

(填“减小”、“增大”或“不变”)
(2)氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的
pH__________________。

(填“减小”、“增大”或“不变”)
题组一化学电源中电极反应式的书写
1．Li­SOCl2电池可用于心脏起搏器。

该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4­SOCl2。

电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。

请回答下列问题：
(1)电池的负极材料为__________，发生的电极反应为________________________。

(2)电池正极发生的电极反应为_________________________________________。

2．铝­空气海水电池：以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。

电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3
负极：______________________________________________________________；
正极：______________________________________________________________。

题组二不同介质对燃料电池电极反应式书写的影响
3．以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：
(1)酸性条件
燃料电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
燃料电池正极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：____________________________________。

(2)碱性条件
燃料电池总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O①
燃料电池正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：______________________________________。

(3)固体电解质(高温下能传导O2－)
燃料电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
燃料电池正极反应式：O2＋4e－===2O2－②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：_____________________________________。

(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下
电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
正极电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：____________________________________。

考点四盐桥原电池的专题突破
1．盐桥的组成和作用
(1)盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。

(2)盐桥的作用：①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电荷，使原电池不断产生电流。

2．单池原电池和盐桥原电池的对比
图1和图2两装置的相同点：正负极、电极反应、总反应、反应现象。

负极：Zn－2e－===Zn2＋
正极：Cu2＋＋2e－===Cu
总反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋
不同点：图1中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2＋，会有一部分Zn与Cu2＋直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。

图2中Zn和CuSO4溶液在两个池子中，Zn与Cu2＋不直接接触，不存在Zn与
Cu2＋直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。

关键点：盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。

深度思考
1．能用金属代替盐桥吗？
2．在有盐桥的铜锌原电池中，电解质溶液的选择为什么要与电极材料的阳离子相同？如Zn极对应的是硫酸锌，能不能是氯化铜或者氯化钠？
题组一有关原电池原理的考查
1．某原电池构造如下图所示。

下列有关叙述正确的是()
A．在外电路中，电子由银电极流向铜电极
B．取出盐桥后，电流表的指针仍发生偏转
C．外电路中每通过0.1 mol电子，铜的质量理论上减小6.4 g
D．原电池的总反应式为Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu(NO3)2
2．如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变化)()
A．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端高B端低
B．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端低B端高
C．当杠杆为导体时，A端低B端高
D．当杠杆为导体时，A端高B端低
题组二可逆反应与原电池的工作原理
3．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(双选)()
A．反应开始时，乙中石墨电极上发生还原反应
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
D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极
4．已知在酸性条件下发生的反应为AsO3－4＋2I－＋2H＋===AsO3－3＋I2＋H2O，
在碱性条件下发生的反应为AsO3－3＋I2＋2OH－===AsO3－4＋H2O＋2I－。

设
计如图装置(C 1、C2均为石墨电极)，分别进行下述操作：
Ⅰ.向B烧杯中逐滴加入浓盐酸
Ⅱ.向B烧杯中逐滴加入40% NaOH溶液
结果发现电流表指针均发生偏转。

试回答下列问题：
(1)两次操作中指针为什么发生偏转？
(2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？试用化学平衡移动原理解释之。

(3)操作Ⅰ过程中C1棒上发生的反应为___________________________________；
(4)操作Ⅱ过程中C2棒上发生的反应为___________________________________。

(5)操作Ⅱ过程中，盐桥中的K＋移向______烧杯溶液(填“A”或“B”)。