知识讲解_原电池和化学电源(基础)

高考总复习原电池和化学电源

【考纲要求】

1．了解原电池的工作原理。

2．能写出原电池的电极反应式和反应的总方程式。

3．能根据氧化还原反应方程式设计简单的原电池。

4．能根据原电池原理进行简单计算。

5．熟悉常见的化学电源（一次电池、二次电池和燃料电池），能分析常见化学电池工作原理，了解废旧电池回收的意义。

【考点梳理】

考点一、原电池的概念

1．能量的转化

原电池：将化学能转变为电能的装置。

电能是现代社会应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。2．工作原理

设计一种装置，使氧化还原反应所释放的能量直接转变为电能，即将氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，并使电子转移经过导线，在一定条件下形成电流。

电子从负极（较活泼金属）流向正极（较不活泼金属或碳棒），负极发生氧化反应，正极发生还原反应。

电极电极材料反应类型电子流动方向

负极还原性较强的金属氧化反应负极向外电路提供电子

正极还原性较弱的金属还原反应正极从外电路得到电子

以下是锌铜原电池装置示意图：

3．原电池的组成条件

(1)两个活泼性不同的电极(材料可以是金属或导电的非金属)，分别发生氧化和还原反应。原电池中两极活泼性相差越大，电池电动势就越高。

(2)电解质溶液，电解质中阴离子向负极方向移动，阳离子向正极方向移动，阴阳离子定向移动成电路。

(3)导线将两电极连接，形成闭合回路。

（4）有能自发进行的氧化还原反应。

4．原电池的判断方法

（1）先分析有无外接电池，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池。

（2）多池相连，但无外电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看

做电解池。

5

判断依据负极正极

电极材料活泼性较强的金属活泼性较弱的金属或能导电的非金属

电子流动方向电子流出极电子流入极电解质溶液中离子定

阴离子移向的负极阳离子移向的正极向移动方向

发生的反应氧化反应还原反应

反应现象溶解的极增重或有气泡放出的极

6．原电池中带电粒子的移动方向

在原电池构成的闭合电路中，有带电粒子的定向移动。在外电路上电子从负极经导线上流入正极；在电路上即在电解质溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极。具体情况见图：

考点二、原电池原理的应用

1．加快氧化还原反应的速率

例如：在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。

2．比较金属活动性强弱

例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入到稀H2SO4中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。根据现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性a ＞b。

3．用于金属的防护

将要保护的金属设计成原电池的正极，得到保护。例如：在钢（铁）闸门上连接上锌块，由于锌比铁活泼，可使钢闸门受到保护。

4．原电池的设计

设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：

（1）首先将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应；

（2）根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料及电解质溶液。

①电极材料的选择

在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液或其中溶解的物质反应。

②电解质溶液的选择

电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如空气中的氧气）。但如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。如在铜—锌—硫酸铜构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。

（3）按要求画出原电池装置图。

考点三、几种常见的电池

（一）电池的评价

比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。

比功率：电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。

质量轻、体积小而输出电能多、功率大、可储存时间长的电池，更适合使用者的需要。（二）实用电池的特点

(1)能产生比较稳定而且较高电压的电流；

(2)安全、耐用且便于携带，易于维护；

(3)能够适用于各种环境；

(4)便于回收处理，不污染环境或对环境的污染影响较小；

(5)能量转换率高。

（三）几种常见的电池

1、一次电池：放电之后不能充电，部的氧化还原反应是不可逆的。

干电池：一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动。

碱性锌锰电池

构成：负极是锌，正极是MnO2，电解质是KOH

负极：Zn+2OH－－2e－=Zn(OH)2；

正极：2MnO2+2H2O+2e－=2MnOOH+2OH－

总反应式：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

特点：比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电。

2、二次电池

①铅蓄电池

放电电极反应：

负极：Pb(s)+SO42－(aq)－2e－＝PbSO4(s)；

正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)+2e－＝PbSO4(s)+2H2O(l)

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

充电电极反应：

阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)－2e－=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)；

阴极：PbSO4(s)+2e－=Pb(s)+SO42－(aq)

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

总反应方程式：

Pb (s)+ PbO2(s) +2H2SO4(aq) 2PbSO4(s) +2H2O(l) 说明：

a负极阴极正极阳极

K1

K2

电池的正负极分别和电源的正负极相连