第六章化学反应与能量第二节原电池化学电源讲述

第六章化学反应与能量第二节原电池化学电源考点一| 原电池原理[教材知识层面]1．概念把化学能转化为电能的装置。

2．构成条件(1)有两个活泼性不同的电极(常见为金属或石墨)。

(2)将电极插入电解质溶液中。

(3)两电极间构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。

(4)能自发发生氧化还原反应。

3．工作原理如图是Cu­Zn原电池，请填空：(1)反应原理：(2)原电池中的三个方向：①电子方向：从负极流出沿导线流入正极；②电流方向：从正极沿导线流向负极；③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。

(3)两种装置的比较：装置Ⅰ中还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，易造成能量损耗；装置Ⅱ能避免能量损耗；装置Ⅱ中盐桥的作用是提供离子迁移通路，导电。

[高考考查层面]命题点1 与原电池原理有关的辨析理解原电池的工作原理要注意的四点(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形成了一个完整的闭合回路。

(3)不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)原电池负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。

[典题示例]1．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是( )A．①④B．③④⑤C．④⑧ D．②④⑥⑦解析：选D 根据原电池的构成条件可知：①中只有一个电极，③中两电极材料相同，⑤中酒精不是电解质，⑧中两电极材料相同且无闭合回路，故①③⑤⑧不能构成原电池。

2.如图，在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是( )A．外电路的电流方向为：X→外电路→YB．若两电极分别为铁和碳棒，则X为碳棒，Y为铁C．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应D．若两电极都是金属，则它们的活动性强弱为X＞Y解析：选D 外电路电子流向为X→外电路→Y，电流方向与其相反，X极失电子，作负极，Y极发生的是还原反应，X极发生的是氧化反应。

若两电极分别为铁和碳棒，则Y为碳棒，X为铁。

命题点2 原电池正、负极的判断及电极反应式的书写1．原电池正、负极的判断方法2. “三”步完胜电极反应式的书写[典题示例]1．(2015·泗洪模拟)如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是( )A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极B．电极Ⅱ的电极反应式为Cu2＋＋2e－===CuC．该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子解析：选C 该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。

电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的正极，反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，电极Ⅱ为原电池负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。

盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递离子。

2．(2012·四川高考)一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。

下列有关说法正确的是( )A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动B．若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气C．电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2OD．正极上发生的反应是O2＋4e－＋2H2O===4OH－解析：选C 电解质溶液中阳离子应向正极移动，A项错误；酸性溶液中，正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D项错误；结合正极反应式，转移0.4 mol电子时，消耗O20.1 mol，其在标准状况下的体积为2.24 L，B项错误；C项符合题目要求，正确。

[考点达标层面]1．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．一般地说，能自发进行的氧化还原反应可设计成原电池解析：选D CaO＋H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应；KCl和AgNO3反应生成AgCl沉淀易阻止原电池反应的发生；作电极的不一定是金属，如石墨棒也可作电极。

2．铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是( )A．正极反应为：Zn－2e－===Zn2＋B．电池反应为：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuC．在外电路中，电子从Cu极流向Zn极D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液解析：选B 该电池中Zn为负极，电极反应：Zn－2e－===Zn2＋，Cu为正极，电极反应为：Cu2＋＋2e－===Cu，A项错误；电池总反应为：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，B项正确；原电池工作时，外电路中电子由负极流出经导线流向正极，C项错误；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，D项错误。

考点二| 化学电源[教材知识层面] 1．一次电池(碱性锌锰干电池)负极材料：Zn电极反应：Zn＋2OH－—2e－===Zn(OH)2正极材料：碳棒电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)22．二次电池(以铅蓄电池为例)(1)放电时的反应：①负极反应：Pb(s) －2e－＋SO2－4(aq)===PbSO4(s)。

②正极反应：PbO2(s)＋2e－＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)===PbSO4(s)＋2H2O(l)。

③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。

(2)充电时的反应：①阴极反应： PbSO4(s)＋2e－=== Pb(s) ＋SO2－4(aq)。

②阳极反应：PbSO4(s)＋2H2O(l)－ 2e－=== PbO2(s)＋ 4H＋＋SO2－4(aq)。

③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。

酸性碱性负极反应式2H2－4e－===4H＋2H2＋4OH－—4e－===4H2O 正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－电池总反应式2H2＋O2===2H2O[高考考查层面]命题点1 新型电源中电极反应式的书写首先根据电池反应分析物质得失电子情况，然后再考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应；对于较复杂的电极反应，可以利用总反应方程式减去较简单一极的电极反应式，从而得到较复杂一极的电极反应式。

[典题示例]按要求写出电极反应式或总反应方程式。

(1) 肼(N2H4)_空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的电极反应式为____________________。

(2)K2FeO4_Zn可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应为________________________________________________________________________，该电池总反应的离子方程式为_______________________。

(3)铝电池性能优越，Al_AgO电池可用作水下动力电源，其原理如下图所示。

该电池反应的化学方程式为_______________________________________________________。

解析：(1)肼_空气燃料电池是一种碱性电池，O2在正极反应，故负极是肼发生反应：N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O。

(2) K2FeO4_Zn组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，FeO2－4中＋6价铁元素被还原为Fe(OH)3中＋3价铁元素，其电极反应式为FeO2－4＋ 3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－；总反应的离子方程式也可写出，关键是抓住Fe和Zn的存在形式分别是Fe(OH)3和Zn(OH)2。

(3)Al作负极，AgO/Ag作正极，NaOH和NaAlO2溶液是电解质溶液，所以生成物是NaAlO2、Ag、H2O。

答案：(1)N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O(2) FeO2－4＋ 3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－2FeO2－4＋8H2O＋3Zn===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－(3)2Al＋3AgO＋2NaOH===2NaAlO2＋3Ag＋H2O命题点2 不同环境对燃料电池电极反应式的影响[典题示例]甲烷燃料电池在不同环境下电极反应式的书写：(1)酸性条件电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①正极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O②①－②×2，得燃料电池负极反应式：________________________________________________________________________________________________________________。

(2)碱性条件电池总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O①正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－②①－②×2，得燃料电池负极反应式：_______________________________________________________________________________________________________________。

(3)固体电解质(高温下能传导O2－)电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①正极反应式：O2＋4e－===2O2－②①－②×2，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正极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3②①－②×2，得燃料电池负极反应式：_______________________________________________________________________________________________________________。