1、1/16第四讲 原电池【教学目标】1.通过化学能与电能的相互转化，认识常见的能量转化形式及其重要应用。2.理解原电池的工作原理并正确书写电极反应和总反应方程式。3.了解原电池在实际中的应用。【知识梳理】知识点一 原电池工作原理及应用1原电池原理：（1）从能量转化来看：化学 能电能的装置（2）从化学反应来看：还原剂 失的电子经导线传给氧化剂，使氧化、还原反应分别在两个电极上进行2原电池的构成条件：（1）两个电极：由两种活动性不同的金属或其他能导电的非金属材料组成【注】很活泼的金属不可作负极，如 K、Na、Ca 等（2）两电极必须浸在电解质溶液 中【注】电解质溶液中的正、负离子的定向移动形成内电路
2、（3）两电极间要用导线连接形成闭合回路3原电池正、负极的判断（1）由电极材料判断： 一般较活泼金属作 负极，失电子。还原性较弱的金属作正极，得电子。特例：Mg、Al 作电极，NaOH 电解液，此时 Al 做负极（本质：Al 与置换 H2O 中的氢，生成H2，与 Mg 无关。 ） ；（2）根据两极发生的变化判断：负极：失电子，发生氧化反应；正极：得电子，发生还原反应；（3）根据三个方向判断：电流流动方向：正极经外电路流向负极；电子流动方向：负极经外电路流向正极。 （与电流方向相反） ；离子移动方向：电解液中的阴离子移向负极；阳离子移向正极；*【注 】 只有金属中有自由移动的电子，所以电子在导线和
3、金属及石墨（一个 C 有一个自由移动2/16的电子）电极中有自由移动的电子，溶液中没有电子，只有自由移动的离子，整个电路是由电子和离子导电共同组成的通路） 。4. 原电池的应用（1）判断金属活动性顺序（2）提高化学反应速率典型例题1.铜 -锌原电池（1）总反应方程式：Zn+Cu 2+=Zn2+ + Cu负极：锌极，失电子，发生氧化反应，Zn-2e -=Zn2+正极：铜极，得电子，发生还原反应，Cu 2+2e-= Cu（2）三个方向电子：由锌经过外电路到铜；电流：由铜经过外电路到锌；电解质溶液中：阳离子移向正极，阴离子移向负极2.(2015 朝阳一模 10)右图为锌铜原电池装置图，下列说法不正确
4、的是 CA. 电子由 Zn 极流向 Cu 极B. 该装置的总反应为：Zn + Cu 2+ = Zn2+ + CuC. 一段时间后，A 池带正电荷， B 池带负电荷D. 取出盐桥，电流计指针不再偏转3/163 （2014 石景山一模 9）根据右图，下列判断正确的是GNaCl 溶液a b O2 N2Fe Zn盐桥eA电子从 Zn 极流出，流入 Fe 极，经盐桥回到 Zn 极 B烧杯 b 中发生的电极反应为 Zn2e Zn 2+C烧杯 a 中发生反应 O2+4H+ +4e 2H 2O，溶液 pH 降低D向烧杯 a 中加入少量 K3Fe(CN)6溶液，有蓝色沉淀生成 4.（ 2013 北京）通过 NO
5、x传感器可监测 NOx的含量，其工作原理示意图如下:写出 NiO 电极的电极反应式 NO - 2 e- + O2- =NO2 知识点二 二次电源1.碱性锌锰电池碱性锌锰电池的负极是 Zn，正极是 MnO2，电解质是 KOH负极：Zn+2OH -2e-=Zn(OH)2正极：2MnO2 2H2O2e =2MnOOH（氢氧化氧锰）2OH 总反应：Zn2MnO 22H 2O=2MnOOHZn(OH) 2碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，它的能量比和可储存时间具有提高，适用于大电流和连续放电，是民用电池的升级换代产品之一。4/162.锌银电池锌银电池的负极是 Zn，正极是 Ag2O，电解质是 KOH负极
6、：Zn2OH 2e =Zn(OH)2正极：Ag2OH2O2e =2Ag2OH 总反应：ZnAg 2OH 2O=Zn(OH)22Ag这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电，常制成纽扣式微型电池，广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。典型例题1（2014 东城期末）如图是一种应用广泛的锂电池，LiPF 6是电解质，SO(CH 3)2作溶剂，反应原理 4Li+FeS2=Fe+2Li2S。下列说法不正确的是 C A该装置将化学能转化为电能B电子移动方向是由 a 极到 b 极C可以用水代替 SO(CH3)2做溶剂Db 极反应式是 FeS2+4Li+4e-=Fe+2Li2
7、S2.（ 2014 丰台期末）镁锰干电池的电化学反应式为： Mg+2MnO2+H2O = Mg(OH)2+Mn2O3。下列说法不正确的是 CA镁为负极，发生氧化反应 B可以选择碱性溶液作为电解质C反应后正极和负极附近溶液的 pH 均升高D正极的电极反应为：2MnO 2H 2O2e =Mn2O32OH 5/163.热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水 LiClKCl 混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为：PbSO 42LiClCa = CaCl2Li 2SO4Pb。下列有关说法正确的是 D A正极反应式：Ca2Cl 2e
8、=CaCl2B放电过程中，Li 向负极移动C放电过程中，PbSO 4被氧化D负极反应式：PbSO 4-2e = Pb + SO42-4有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是 D图碱性锌锰电池 图铅-硫酸蓄电池 图电解精炼铜 图银锌纽扣电池A图所示电池中，MnO 2的作用是催化剂B图 II 所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大C图 III 所示装置工作过程中，电解质溶液中 Cu2+浓度始终不变D图 IV 所示电池中，Ag 2O 是氧化剂，电池工作过程中还原为 Ag知识点三 燃料电池1燃料电池的定义：燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。这是一种高效、环境友好的
9、发电装置。2燃料电池的构成（1）常见的燃料电池的燃料：氢气、一氧化碳、烃、甲醇、葡萄糖、肼、氨、煤气、金属6/16铝（2）常见燃料电池的氧化剂：纯氧气或空气中的氧气（3）常用的电解质溶液：酸性（硫酸、磷酸） 、碱性（氢氧化钾） 、熔融盐（碳酸锂和碳酸钠） 、固体（在高温下能传导 O2-）3电极反应方程式的书写【重点】书写步骤：观察已知条件写出反应物和生成物依据化合价变化确定 e 个数观察介质补入相关离子配平电荷补入介质中微粒（H 2O、 熔 融物等）等配平原子（1）氢氧燃料电池（以氢氧化钾溶液为电解质）H2222222H2O2O2电解质总反应： O22H22H2O正极：O22H2O 4e 4O
10、H 负极：2H24OH- 4e-4H2O 氢氧燃料电池（以硫酸溶液为电解质溶液）总反应： O22H22H2O正极： O2+ 4H+ 4e- = 2H2O 负极：2H24e 4H+（2）一氧化碳燃料电池（以氢氧化钾溶液为电解质）总反应：2CO+O2+4OH-=2CO32- + 2H2O正极：O22H2O 4e 4OH 负极：2CO8OH4e 4H2O +2CO32-7/16一氧化碳燃料电池（以硫酸溶液为电解质）总反应：2CO+O2 = 2CO2正极：O2+ 4H+ 4e- = 2H2O 负极：2CO+ 2H2O-4e-4H+ 2CO2一氧化碳燃料电池（以熔融盐为电解质） 总反应：2CO+O2=
11、2CO2正极：O2+2CO2 +4e- = 2CO32- 负极： 2CO+ 2CO32-= 4CO2+4e-【总结】燃料电池在酸、碱、熔融氧化物、碳酸盐为电解质溶液中的反应是不同的。所以，要注意看生成的新离子能不能稳定存在电解质溶液中。若不能，在写反应式时应写出最稳定的物质要注意电解质溶液的性质。例：溶液为碱性时，电极反应式中不能出现 H+；溶液为酸性时，电极反应式中不能出现 OH 。典型例题1.（ 2015 丰台一模 11）NO 2、O 2和熔融 KNO3可制作燃料电池，其原理如图，该电池在使用过程中石墨 I 电极上生成氧化物 Y，Y 可循环使用。下列说法正确的是 DAO 2在石墨 附近发生
12、氧化反应B该电池放电时 NO3 向石墨电极迁移C石墨附近发生的反应：3NO 2 +2e = NO+ 2NO3D相同条件下，放电过程中消耗的 NO2和 O2的体积比为 412 （2015 朝阳二模 10）右图为 Pt 电极的氢氧燃料电池工作原理示意图，H 2SO4为电解质溶液。有关说法不正确的是 CA. a 极为负极，电子由 a 极流向 b 极B. a 极的电极反应式是：H 2 -2e- = 2H+C. 电池工作一段时间后，装置中 c(H2SO4)增大 D. 若将 H2改为等物质的量 CH4，O 2的用量增多8/163.（ 2015 门头沟二模 11）某种熔融碳酸盐燃料电池以 Li2CO3、K
13、2CO3为电解质、以CH4为燃料时，该电池工作原理见下图。下列说法正确的是 B A此电池在常温时也能工作B正极电极反应式为：O 2+2CO2+4e =2CO32CCO 32 向正极移动Da 为 CH4，b 为 CO24.（ 2015 房山一模 26）利用 CO2与 H2反应可合成二甲醚（CH 3OCH3） 。以 KOH 为电解质溶液，组成二甲醚-空气燃料电池，该电池工作时其负极反应式是 CH3OCH3 12e- + 16OH- = 2CO32- + 11H2O 5.（ 2015 门头沟一模 26）将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如图是通过人工光合作用以 CO2和 H2O 为
14、原料制备 HCOOH 和 O2的原理示意图。催化剂b 表面发生的电极反应式为 CO2+2e-+2H+=HCOOH 【巩固练习】1 （2015 年石景山期末 8）某同学组装了如图所示的原电池装置，下列叙述中正确的是 AA电流方向：电极 电极AB电极逐渐溶解 9/16C电极上发生还原反应D盐桥中装有含氯化钾的琼脂，Cl 向右池移动2.（ 2015 广渠门中学期中 16）某原电池装置如图所示，下列有关叙述中，正确的是 DAFe 作正极，发生氧化反应B负极反应：2H +2e =H2C工作一段时间后，两烧杯中溶解 pH 均不变D工作一段时间后，NaCl 溶液中 c(Cl )增大3.(2015 东城 11
15、 月联考 7) 结合右图判断，下列叙述正确的是 AA和中正极均被保护 B. 和 中 Cl 均向 Fe 电极移动 C. 和 中负极反应均是 Fe-2e =Fe2+D. 和 中正极反应均是 O2+4e +2H2O=4OH4.（ 2015 北京十三中期中 2）右图是一个盐桥中充满饱和 KCl 溶液锌铜原电池装置，下列分析正确的是 CA. Cu 片上发生氧化还原反应B. 电子由 Cu 片经外电路流向 Zn 片 C. 盐桥中得 Cl-移向 ZnSO4溶液D. 一段时间后烧杯中 c(Zn2+)、c(Cu 2+)均减小10/165.（ 2014 顺义二模 8） 铜锌原电池装置( 见右图)，下列分析正确的是
16、CA一段时间后两烧杯中 c(Zn2+)、c(Cu 2+)均减小 B原电池工作时，Cu 电极流出电子，发生氧化反应C原电池工作时的总反应为 ZnCu 2 =Zn2 CuD盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子6.（ 2015 广渠门中学期中 9）据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在奥运会期间为运动员提供服务某种氢氧燃料电池的电解液为 KOH 溶液下列有关电池的叙述不正确的是 DA、正极反应式为：O 2+2H2O+4e-4OH-B、工作一段时间后，电解液中的 KOH 的物质的量不变C、该燃料电池的总反应方程式为：2H 2+O22H2OD、用该电池电解 CuCl2溶液，产生 2.24LCl2（标准状况）时，有 0.1mol 电子转移7.(2013 丰台期末)将反应 Cu (s) + 2Ag+ (aq) Cu2+ (aq) + 2Ag (s) 设计成原电池，某一时刻的电子流向及电流计（G）指针偏转方向如图所示，有关叙述正确的是 CAKNO 3盐桥中的 K+移向 Cu(NO3)2溶液B当电流计指针为 0 时，该反应达平衡，平衡常数 K=0C若此时向 AgNO3溶液中加入 NaCl 固体，随着 NaCl 量的增加，电流计指针向右偏转幅度减小指针指向 0向左偏转D若此时向 Cu(NO3)2溶液中加入 NaOH 固体，随着 NaOH 量的增加电流计指针向右偏
