原电池 化学电源知识点讲解

[典题示例] 1．下列示意图中能构成原电池的是( )
[解析]
本题考查原电池装置， 意在考查考生对原电池原理的理
解。Cu 与稀硫酸不反应，A 装置不能构成原电池；Al 与氢氧化钠溶 液发生氧化还原反应， B 装置能构成原电池； C 装置中的“导线”不 是盐桥，不能构成原电池；D 装置中缺少盐桥。
[答案] B
＋
B．电池反应为：Zn＋Cu2 ===Zn2 ＋Cu
＋
C．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]
＋ －
该电池中 Zn 为负极，Zn－2e ===Zn2 ，Cu 为正极，
－ ＋ ＋ ＋
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 浓度
(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，
2．(2015· 天津理综，4)锌铜原电池装置如下图所示，其中阳离子 交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是( )
A．铜电极上发生氧化反应 B．电池工作一段时间后，甲池的 c(SO2 4 )减小
－
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电 荷平衡
第六章 化学反应与能量
第二节 原电池 化学电源
沾化一中：孔令杰
◆考纲考情快报◆ 1．了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程 式。(5年30考) 2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。(5年6考)
考点一
原电池原理 [教材知识层]
1．概念
电能 的装置。 化学能 转化为______ 把________
(1)反应原理： 电极名称 电极材料 电极反应 反应类型 负极 锌片 Zn－2e ===Zn2
－ ＋ ＋
正极 铜片 Cu2 ＋2e ===Cu
－
氧化 反应
还原 反应
(2)原电池中的三个方向：
正 极； 负 极流出沿导线流入____ ①电子方向：从____ 负 极； 正 极沿导线流向____ ②电流方向：从____
－ －
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
－
2 应式为 FeO4 ＋3e ＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH ；总反应的离子方程
[解析]
＋
原电池反应为 Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu。Cu 电极作
正极，Cu2 在正极得电子，发生还原反应，A 项错误；由于两半池
2 中的阴离子 SO2 4 不能透过半透膜，故 c(SO4 )都不变，B 项错误；甲
－ －
池中由于生成 Zn2 ， 而乙池中 Cu2 ＋2e ===Cu， 则乙池中的 CuSO4
[ 解析 ]
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。
[答案] D
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
－ ＋
－ ＋
－
＋
发生反应：Cl2＋2e ＋2Ag ===2AgCl，依据得失电子守恒负极生成 两个 Ag ，正极消耗两个 Ag 生成两个 AgCl，所以电解质中 Ag 数 目不变，B 选项错误。
[答案] B
＋ ＋ ＋
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( )
负 极迁移，阳 ③离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向 ____
正 极迁移。 离子向____
(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。
[命题考查层] 命题 1 与原电池原理有关的辨析
－ ＋ － ＋
碱性 2H2＋4OH －4e ==4H2O O2＋2H2O＋4e ===4OH
－ － － －
2H2＋O2===2H2O
[命题考查层] 命题 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。
2．构成条件
活泼性不同 的电极(常见为金属或石墨)。 (1)有两个______________ 电解质溶液 中。 (2)将电极插入______________ 闭合回路 (两电极接触或用导线连接)。 (3)两电极间构成__________
(4)能自发发生氧化还原反应。
3．工作原理 如图是 Cu—Zn 原电池，请填空：
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。
－ －
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
2．二次电池(以铅蓄电池为例)
(1)放电时的反应： ①负极反应：Pb＋SO2 4 －2e ===PbSO4
－ －
2 ②正极反应：PbO2＋4H ＋SO4 ＋2e ===PbSO4＋2H2O
＋ － －
③ 总 反 应 ： Pb(s) ＋ PbO2(s) ＋ 2H2SO4(aq)===2PbSO4(s) ＋ 2H2O(l)。
－ － －
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
[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_______________________________________。
2 正极反应式：O2＋2CO2＋4e ===2CO3 ②
－ －
①－②×2 ，得燃料电池负极反应式： ____________________ ______________________________________。
[答案]
(1)CH4－8e ＋2H2O===CO2＋8H
－ － －
－
＋
(2)CH4＋10OH ＋8e ===CO2 3 ＋7H2O (3)CH4＋4O2 －8e ===CO2＋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(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 负极反应式 正极反应式 电池总反应式 2H2－4e ===4H O2＋4e ＋4H ===2H2O
－ － －
电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O① 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
＋ －
(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 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 )
－ － －
－
－
(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
－
来自百度文库题 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 ===2H2O② ①－②×2，得燃料电池负极反应式：______________________ __________________________________。
＋ － ＋
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＋ H2O D．正极上发生的反应是 O2＋4e ＋2H2O===4OH
－ －
[解析]
电解质溶液中阳离子应向正极移动，A 项错误；酸性溶
＋ ＋ －
部分变为 ZnSO4，导致乙池中溶液总质量变大，C 项正确，阴离子 不能透过半透膜，D 项错误。
[答案]
C
命题 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”步完成电极反应式的书写
[典题示例] 1．(2016· 四川成都一诊)利用如右图所示原电 池可测量空气中 Cl2 的含量，其中电解质是 Ag
＋
增大，故盐桥中 Cl 移向 ZnSO4 溶液，D 项错误。
－
[答案]
B
考点二
化学电源 [教材知识层]
1．一次电池(碱性锌锰干电池)
锌粉 负极材料：______
电极反应：Zn＋2OH －2e ===Zn(OH)2
－ －
石墨 正极材料：______
电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e ===2MnOOH＋2OH
－ ＋
液中，正极电极反应为 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 O2 0.1 mol，其在标况下的体 积为 2.24 L，B 项错误；C 项符合题目要求，正确。
[答案] C
[高考达标层] 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
＋
可以自由移动的固体物质。下列分析不正确的是 ( ) A．电子经外电路流向 Pt 电极 B．电池工作时，电解质中 Ag 数目减少 C．正极反应：Cl2＋2e ＋2Ag ===2AgCl D．空气中 c(Cl2)越大，Ag 极消耗速率越快
－ ＋ ＋
[解析]
该电池的负极是 Ag， 电极反应为 Ag－e ===Ag ， 正极