2020-2021学年高三化学一轮复习知识点第20讲 原电池 化学电源

第20讲原电池化学电源

【考情分析】

1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。

2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

【核心素养分析】

变化观念与平衡思想：认识原电池反应的本质是自发的氧化还原反应；能多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转换。

证据推理与模型认知：能利用典型的原电池装置，分析原电池原理，建立解答原电池问题的思维模型，并利用模型揭示其本质及规律。

科学态度与社会责任：具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与原电池有关的社会热点问题做出正确的价值判断与分析。

【重点知识梳理】

知识点一原电池的工作原理及应用

1.概念和反应本质

原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。

2.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中。

3.工作原理

以锌铜原电池为例

(1)反应原理

(2)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：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。

（3）单液原电池(无盐桥)和双液原电池(有盐桥)对比

4.原电池原理的应用

(1)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。

(2)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。

(3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。

(4)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根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。

知识点二常见化学电源及工作原理

一、一次电池：只能使用一次，不能充电复原继续使用

1.碱性锌锰干电池

总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。

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－。

2.纽扣式锌银电池

总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。

电解质是KOH。

负极材料：Zn。

电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。

正极材料：Ag2O。

电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。

3.锂电池

Li－SOCl2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LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。

(1)负极材料为锂，电极反应为8Li－8e－===8Li＋。

(2)正极的电极反应为3SOCl2＋8e－===2S＋SO2－3＋6Cl－。

二、二次电池：放电后能充电复原继续使用

1.铅酸蓄电池总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)

(1)放电时——原电池

负极反应：Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)；

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

(2)充电时——电解池

阴极反应：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)；

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

2.图解二次电池的充放电

3.二次电池的充放电规律

(1)充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后作阴极，正接正后作阳极。

(2)工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。

三、燃料电池

1.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。

2.解答燃料电池题目的思维模型

3.解答燃料电池题目的几个关键点

(1)要注意介质是什么？是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。

(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。

(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。

【典型题分析】

高频考点一原电池原理及其应用

【例1】（2020·湖南湘潭一中模拟）下图中四种电池装置是依据原电池原理设计的，下列有关叙述错误的是()

A．①中锌电极发生氧化反应

B．②中电子由a电极经导线流向b电极

C．③中外电路中电流由A电极流向B电极

D．④中Li x C6做负极

【答案】C

【解析】在原电池中阴离子移向负极，所以③中A电极为负极，则外电路中电流应由B电极流向A电极。

【变式探究】（2020·山西太原模拟）等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a 中滴入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是()