原电池.docx

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原电池

原电池

课堂引入：

普通干电池纽扣电池

电脑电池“神六”专用太阳能电池

1.上述装置从能量角度看有什么共同特点？

2.这些装置中发生的化学反应是什么类型的反应呢?

为什么？

原电池定义：

将化学能转变为电能的装置叫原电池。

化学电池的本质：

氧化还原反应。

知识点一、一次能源和二次能源

1．能源按其来源可分为一次能源和二次能源。

能源类别

定义

实例

一次能源

直接从自然界中取得的能源

太阳能、风能、地热能、潮汐能、原煤、石油、天然气等

二次能源

由一次能源经过加工、转换得到的能源

电能（水电、火电、核电）、蒸汽能、机械能等

2.二次能源——火力发电

（1）火力发电原理：

首先通过化石燃料燃烧，使化学能转变为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电。

（2）能量转换过程：

化学能

热能

机械能

电能。

其中能量转换的关键环节是燃烧。

（3）火力发电弊端：

①煤属于不可再生资源，用一点少一点，用煤发电会造成资源的浪费。

②能量经过多次转化，利用率低，能量损失大。

③煤燃烧会产生有害物质（如SO2、CO、NO2、粉尘等），污染环境。

例1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源（　　）

（2）电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源（　　）

（3）火力发电是化学能间接转化为电能的过程（　　）

（4）水力发电是将化学能转化为电能的过程（　　）

答案　

（1）√　

（2）√　（3）√　（4）×

知识点二、原电池

按要求完成下列实验，并填表

实验步骤

现象

解释或说明

锌片逐渐溶解，表面有气泡；铜片表面无气泡

锌与稀硫酸发生置换反应产生H2，而铜则不能

锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡，电流表指针发生偏转

锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生，导线中有电流

两锌片逐渐溶解且表面都有气泡，电流表指针不偏转

锌与稀硫酸反应，但导线中无电流

无现象

乙醇是非电解质，与Zn、Cu都不反应

1．概念：

是将化学能转变为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应。

2．构成条件

①原电池反应必须是自发的氧化还原反应；

②具有活动性不同的两个电极（金属与金属或金属与能导电的非金属）；

③两电极均插入电解质溶液中；

④电解质溶液、电极、导线形成闭合回路。

3．原电池的工作原理

原电池总反应式：

Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。

原电池的工作原理：

（1）反应类型：

负极发生氧化反应，正极发生还原反应。

（2）电子的移动方向：

负极流出，经导线流向正极。

（3）离子的移动方向：

阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。

4．能量转化过程：

原电池在工作时，负极失电子，电子通过导线流向正极，被氧化性物质得到，闭合回路中形成电流，化学能转变为电能。

5．原电池正、负极的判断

例2．分析下列几个装置图，判断能构成原电池的是

答案：

ABE

例3．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池（　　）

（2）将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转（　　）

（3）在铜—锌—稀硫酸原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌（　　）

（4）原电池中阳离子向正极移动（　　）

（5）原电池中的负极反应一定是电极材料失电子（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×

例4．原电池中作负极的一定是活泼金属，作正极的一定是不活泼金属吗？

答案　不一定。

在原电池中的两极可以都是活泼金属（如Zn－Fe－稀硫酸，Zn作负极），也可以都是不活泼金属（如Cu－Ag－AgNO3，Cu作负极）也可以是一种金属和一种能导电的非金属（如Cu－C－AgNO3，Cu作负极）。

例5．如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下，在卡片上描述合理的是（　　）

实验后的记录：

①Zn为正极，Cu为负极

②H＋向负极移动

③电子流动方向：

从Zn经外电路流向Cu

④Cu极上有H2产生

⑤若有1mol电子流过导线，则产生H2为0.5mol

⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋

A．①②③B．③④⑤

C．④⑤⑥D．②③④

答案　B

解析　在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn作负极，Cu作正极，电子由Zn流出经导线流向Cu片，负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故转移1mol电子时，产生H20.5mol，在溶液中H＋向正极移动，SO

向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确，选B项。

知识点三、原电池原理的应用

1．比较金属活动性

作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性弱。

2．改变化学反应速率

如：

在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正、负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率。

3．设计原电池

如：

把Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设计成原电池，可用Fe作负极，铜（或石墨）作正极，FeCl3溶液作电解质溶液。

4．保护金属设备

如：

船体是钢铁材料，在海水中易被腐蚀，在船体外壳焊接上比铁活泼的金属（如Zn），则构成以Zn、Fe为电极的原电池，Zn被消耗掉而Fe得到保护。

例6．100mL2mol·L－1的盐酸与过量的锌反应，为加快速率，又不影响产生氢气的总量，可采用的方法是（　　）

A．加入适量的6mol·L－1的盐酸

B．加入数滴氯化铜溶液

C．加入适量的蒸馏水

D．加入适量的氯化钠溶液

答案　B

解析　能加快反应速率，但增加了产生氢气的总量，A错误；不影响H2的量，但稀释了盐酸，降低了反应速率，C、D错误；发生反应Cu2＋＋Zn===Zn2＋＋Cu，形成Cu－Zn原电池，加快了反应速率，B正确。

例7．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：

实验

装置

部分实

验现象

a极质量减小，b极质量增大

b极有气体产生，c极无变化

d极溶解，c极有气体产生

电流从a极流向d极

由此可判断这四种金属的活动性顺序是（　　）

A．a＞b＞c＞dB．b＞c＞d＞a

C．d＞a＞b＞cD．a＞b＞d＞c

解析　装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属易失去电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序表中氢的后面；装置三和四均形成原电池，易知d比c活泼，d比a活泼。

因此四种金属的活动性顺序为d＞a＞b＞c，故选C。

答案　C

例8．下图各容器中装有海水，铁的腐蚀速率由大到小的顺序正确的是（）

A4＞2＞1＞3B2＞1＞3＞4C4＞2＞3＞1D3＞2＞4＞1

【答案】A

随堂练习：

1．由煤燃烧，经过下面一系列的过程产生电能，最后制得

氢气，其中属于化学变化且为分解反应的过程是（）

2．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入相同浓度的稀硫酸中一段时间。

以下叙述正确的是（）

A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生

B．甲烧杯中铜片是正极，乙烧杯中铜片是负极

C．两烧杯中溶液的pH值都增大

D．甲烧杯产生气泡的速度比乙烧杯慢

3．将等质量的两份锌粉a和b，分别加入两个盛过量的稀硫酸的烧杯中，并向加入a的烧杯中再加入少量CuO粉末。

右边各图表示氢气体积V（H2）与反应时间t的关系，其正确的是（）

4．关于右图所示装置的叙述，错误的是（）

A．锌是负极，其质量逐渐减小

B．氢离子在铜的表面被还原，产生气泡

C．电流从锌片经导线流向铜片

D．

电子从锌片经导线流向铜片

5．下列各组材料中，

不能构成原电池的是（）

6．下列各组的电极材料和电解液，不能组成原电池的是（）

A．铜片、石墨棒，稀硫酸B．铜片、石墨棒，硝酸银溶液

C．锌片、铜片，

稀盐酸D．铜片、铁片，FeCl3溶液

7．实验室中欲制氢气,最好的方法是（）

A．纯锌与稀硫酸反应B．纯锌与浓硫酸反应

C．纯锌与稀盐酸反应D．粗锌（含铅、铜杂质）与稀硫酸反应

8．根据Zn+Cu2+===Zn2++Cu的反应原理所设计原电池装置，正确的是（）

[

9．下列叙述正确的是（）

A．构成原电池的电极必须是两种不同的金属

B．当两种不同金属作原电池的电极时，较活泼金属一定是负极

C．原电池中，正极区所发生的反应一定是还原反应

D．原电池工作时，电池液中的阳离子向负极方向移动[

10．现有A、B、C、D四种金属，进行如下操作：

①把A、B用导线连接后同时浸入稀硫酸中，A上有气泡产生；

②把C、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中，D发生还原反应；

③把A、C用导线连接后同时浸入稀硫酸中，A是负极。

根据上述情况，回

答下列问题：

（1）在①中金属_____发

生氧化反应。

（2）在②中金属_____作原电池的负极。

（3）如果把B、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中，则金属_____上有气泡产生。

（4）四种金属的活动性由强到弱的顺序是______

_________。

11．在甲、乙、丙三个烧杯中分别盛有相同浓度的稀硫酸，如图所示：

（1）甲中反应的离子方程式为________________________

___________________。

（2）乙中Sn极的电极反应式为_____________________________________________，

Sn极附近溶液的pH________（填“增大”“减小”或“不变”）。

（3）丙中被腐蚀的金属是________，总反应式为________________________

（写离子方程式）。

（4）比较甲、乙、丙中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序是　　　　　　　。

课后作业：

1.下列有关电池的说法不正确的是（　　）

A.手机上用的锂离子电池属于二次电池

B.铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极

C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能

D.锌锰干电池中，锌电极是负极

2.在理论上不能用于设计原电池的化学反应是（　　）

A.Al（OH）3（s）＋NaOH（aq）===NaAlO2（aq）＋2H2O（l）

B.CH3CH2OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）

C.4Fe（OH）2（s）＋2H2O（l）＋O2（g）===4Fe（OH）3（s）

D.H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）；ΔH＜0

3.如图所示装置中，属于电解池的是（　　）

4.某原电池的结构如右图所示，下列有关该原电池的说法不正确的是（　　）

A.该原电池工作时将电能转变为化学能

B.铁片的质量变轻

C.铜片上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑

D.SO

向铁片移动

5.X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出；X和Y组成原电池时，Y为电池的负极。

X、Y、Z三种金属的活动性顺序为（　　）

A.X＞Y＞Z　B.X＞Z＞Y　

C.Y＞X＞Z　D.Y＞Z＞X

6.有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：

实验装置

部分实验现象

a极质量减小，b极质量增大

b极有气体产生，c极无变化

d极溶解，c极有气体产生

电流从a极流向d极　

由此可判断这四种金属的活动性顺序是（　　）

A.a>b>c>d　B.b>c>d>a　

C.d>a>b>c　D.a>b>d>c

7.“直接煤燃料电池”能够将煤中的化学能高效、清洁地转化为电能，如图是用固体氧化物作“直接煤燃料电池”的电解质。

下列有关说法正确的是（　　）

A.电极b为电池的负极

B.电子由电极a沿导线流向b

C.电池反应为C＋CO2===2CO

D.煤燃料电池比煤直接燃烧发电能量利用率低

8.Mg—H2O2电池可用于驱动“蛟龙号”潜航器。

该电池以镁片、石墨为电极，海水为电解质溶液，电池反应为Mg＋H2O2===Mg（OH）2。

该电池工作时，下列说法正确的是（　　）

A.Mg电极是该电池的正极　

B.电池工作时实现了电能向化学能的转化

C.H2O2在石墨电极上发生还原反应　

D.电子从石墨电极流向Mg电极

9.如图所示，电极a与b均为石墨棒，在电解过程中，下列说法正确的是（　　）

A.电极a表面呈红色

B.电极b作阳极

C.电子由电源的正极沿导线流向电极a

D.当电路中通过0.2mol电子时，理论上b电极质量增加6.4g

10.某化学兴趣小组为了探究铬和铁的活泼性，设计如图所示装置，下列推断合理的是（　　）

A.若铬比铁活泼，则电子经外电路由铁电极流向铬电极

B.若铬比铁活泼，则铁电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

C.若铁比铬活泼，则溶液中H＋向铁电极迁移

D.若铁电极附近溶液pH增大，则铁比铬活泼

11.美国圣路易斯大学研制了一种新型的乙醇电池，用质子（H＋）溶剂，在200℃左右时供电。

电池总反应为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图如图。

下列说法正确的是（　　）

A.a极为电池的正极

B.电池工作时电子由b极沿导线经灯泡再到a极

C.电池正极的电极反应为4H＋＋O2＋4e－===2H2O

D.电池工作时，1mol乙醇被氧化时就有6mol电子转移

12.学生为完成2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑反应，设计下图所示的四个实验，其中可行的是（　　）

13.现有A、B、C、D和Cu五种金属片，将其分别用导线连接后浸入稀硫酸中（如图），每次实验时，通过灵敏电流计测出电子流动方向如下表：

实验分组

所用金属

电子流向

①

A、Cu

A→Cu

②

C、D

D→C

③

A、C

C→A

④

B、Cu

Cu→B

⑤

……

……

根据上述情况，回答下列问题：

（1）五种金属的活动性按从大到小的顺序是____________________。

（2）在①中，Cu片上观察到的现象是____________________。

（3）在②中，溶液中H＋向金属片________移动。

（4）如果实验⑤用B、D作电极，则导线中电流方向为________（填“B→D”或“D→B”）。

14.

（1）热电厂发电时的能量转化途径通常是“化学能→热能→机械能→电能”，而燃料电池的能量转化途径为“______能→______能”，因此燃料电池的能量转化效率高。

（2）某同学在做电解水实验后，观察到绕成螺旋状的两铂丝电极上附有大量气泡，于是他将两极接到电表上，发现“电表显示电压超过2V，且电压逐渐下降”。

对这个现象的合理解释是____________________________。

（3）下图为固态氧化物燃料电池（SOFC）的原理示意图。

试写出电极反应式：

正极______________，负极________________；在导线中电子流动方向为a______（用“→”或“←”表示）b。

该电池可选用的固态电解质为______（填字母）。

A.ZrO（氧化锆）　　　　　　B.NaOH　　　　　　C.Na2SO4

此电池的工作温度一般应为______（填字母）。

A.常温　　B.约100℃　　C.约1000℃

（4）在电池反应中，每消耗1mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体________L。