第7讲 原电池与化学电源Word文档格式.docx

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【小纳辨析】

（1）理论上说，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池（√）

（2）在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极（√）

（3）用Mg、Al分别作电极，用NaOH溶液作电解液构成的原电池，Mg为正极（√）

（4）在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生（×

）

（5）原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动（×

（6）两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极（×

（7）一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高（√）

（8）由于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（×

【小思提示】判断电极时，不能简单地依据金属的活动性顺序来判断，要看反应的具体情况，例如：

Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；

Fe、Al在浓HNO3中钝化，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。

【例1】分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是（　　）

A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极

B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑

C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋

D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

【小思点评】②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极，A错；

电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO

＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；

；

③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，C错；

④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。

本题答案为B。

【例2】根据下图，下列判断中正确的是（　　）

A．烧杯a中的溶液pH降低

B．烧杯b中发生氧化反应

C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑

D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑

【小思点评】由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－，烧杯a中c（OH－）增大，溶液的pH升高；

烧杯b中，Zn发生氧化反应：

Zn－2e－===Zn2＋。

故答案为B。

【例3】控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。

下列判断不正确的是（　　）

A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应

B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原

C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态

D．电流表读数为零后，在甲中加入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极

【小思点评】由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；

电流表读数为零时，Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态，C正确；

在甲中加入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。

答案为D。

【例4】M、N、P、E四种金属，已知：

①M＋N2＋===N＋M2＋；

②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；

③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。

则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是（　　）

A．P＞M＞N＞EB．E＞N＞M＞P

C．P＞N＞M＞ED．E＞P＞M＞N

【小思点评】由①知，金属活动性：

M＞N；

M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：

P＞M；

N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：

N＞E。

综合可知，A正确。

此题答案为A。

【例5】银器日久表面会逐渐变黑，这是因为生成了硫化银。

有人设计用原电池原理进行“抛光”，其处理方法：

将一定浓度的氯化钠溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去，而银器恢复光泽，且不会损失。

试回答：

（1）氯化钠溶液的作用是________________________________________________。

（2）在此原电池反应中，负极发生的电极反应为______________________________________，正极发生的电极反应为________________________________________________。

（3）反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，溶液中发生的反应为_________________________，原电池总反应方程式为____________________________________。

【小思点评】要善于抓住题给信息，“黑色会褪去，而银器恢复光泽，且不会损失”，必然发生Ag2S―→Ag，显然这是原电池的正极反应，Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－，负极反应为活泼金属Al发生氧化反应：

Al－3e－===Al3＋。

正极生成的S2－和负极生成的Al3＋在溶液中发生双水解反应：

2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al（OH）3↓＋3H2S↑，与题意产生臭鸡蛋气味的气体相吻合。

原电池的总反应为上述三个反应的和：

3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al（OH）3↓＋3H2S↑。

本题答案为

（1）为电解质溶液，起导电作用

（2）2Al－6e－===2Al3＋　3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－

（3）2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al（OH）3↓＋3H2S↑　

3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al（OH）3↓＋3H2S↑

【考点二】化学电源

1．日常生活中的三种电池

（1）碱性锌锰干电池——一次电池

正极反应：

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；

负极反应：

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2；

总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2。

（2）锌银电池——一次电池

Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag。

（3）二次电池（可充电电池）

铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。

①放电时的反应

a．负极反应：

Pb＋SO

－2e－===PbSO4；

b．正极反应：

PbO2＋4H＋＋SO

＋2e－===PbSO4＋2H2O；

c．总反应：

Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。

②充电时的反应

a．阴极反应：

PbSO4＋2e－===Pb＋SO

b．阳极反应：

PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO

2PbSO4＋2H2O

Pb＋PbO2＋2H2SO4。

2．“高效、环境友好”的燃料电池

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。

种类

酸性

碱性

负极反应式

2H2－4e－===4H＋

2H2＋4OH－－4e－===4H2O

正极反应式

O2＋4e－＋4H＋===2H2O

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

电池总反应式

2H2＋O2===2H2O

备注

燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用

【小思提示】

1.充放电电池

（1）可充电电池的充电和放电由于反应条件不同，不能认为是可逆反应。

放电时为原电池，充电时为电解池。

（2）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。

（3）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。

2.

3.对于燃料电池的反应，需要注意：

（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。

【例1】普通锌锰干电池的简图如图所示，它是用锌皮制成的锌筒作电极，中央插一根碳棒，碳棒顶端加一铜帽。

在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。

该电池工作时的总反应为Zn＋2NH

＋2MnO2===[Zn（NH3）2]2＋＋Mn2O3＋H2O。

下列关于锌锰干电池的说法中正确的是（　　）

A．当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原

B．电池负极反应式为2MnO2＋2NH

＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O

C．原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极

D．外电路中每通过0.1mol电子，锌的质量理论上减小6.5g

【小思点评】普通锌锰干电池是一次电池，不能充电复原，A项错误；

根据原电池工作原理，负极失电子，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，B项错误；

由负极的电极反应式可知，每通过0.1mol电子，消耗锌的质量是65g·

mol－1×

＝3.25g，D项错误。

故答案为C。

【例2】锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。

该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。

回答下列问题：

（1）外电路的电流方向是由________（填字母，下同）极流向________极。

（2）电池正极反应式为_____________________________________________________。

（3）是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？

___________（填“是”或“否”），原因是________________________________________________________________________。

【小思点评】

（1）结合所给装置图以及原电池反应原理，可知Li作负极材料，MnO2作正极材料，所以电子流向是从a→b，那么电流方向则是b→a。

（2）根据题目中的信息“电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2”，所以正极的电极反应式为MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2。

（3）因为负极的电极材料Li是活泼的金属，能够与水发生反应，故不能用水代替电池中的混合有机溶剂。

本题答案为

（1）b　a

（2）MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2（3）否　电极Li是活泼金属，能与水反应

【例3】镍镉（Ni－Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。

已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：

Cd＋2NiOOH＋2H2O

Cd（OH）2＋2Ni（OH）2，有关该电池的说法正确的是（　　）

A．充电时阳极反应：

Ni（OH）2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O

B．充电过程是化学能转化为电能的过程

C．放电时负极附近溶液的碱性不变

D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动

【小思点评】放电时Cd的化合价升高，Cd作负极，Ni的化合价降低，NiOOH作正极，则充电时Cd（OH）2作阴极，Ni（OH）2作阳极，电极反应式为Ni（OH）2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，A项正确；

充电过程是电能转化为化学能的过程，B项错误；

放电时负极电极反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd（OH）2，Cd电极周围OH－的浓度减小，C项错误；

放电时OH－向负极移动，D项错误。

本题答案为A。

【例4】锌—空气燃料电池可作电动车的动力电源，电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋2H2O＋4OH－===2Zn（OH）

。

下列说法正确的是（　　）

A．放电时，电解质溶液中K＋移向负极

B．放电时，电解质溶液的pH不变

C．充电时，阴极的反应为Zn（OH）

＋2e－===Zn＋4OH－

D．充电时，当有4.48L氧气（标准状况下）释放出来时，则析出固体Zn为13g

【小思点评】放电时，为原电池，溶液中阳离子向正极移动，即K＋向正极移动，故A错误；

放电时，消耗氢氧根离子，碱性减弱，pH减小，故B错误；

充电时，阴极上发生得电子的还原反应，则阴极反应为Zn（OH）

＋2e－===Zn＋4OH－，故C正确；

产生1mol氧气，转移电子为4mol，充电时，当有4.48L氧气（标准状况下）释放出来时，转移电子的物质的量为

×

4＝0.8mol，根据Zn～2e－，则析出固体Zn：

65g·

mol－1＝26g，故D错误。

本题答案为C

【例5】科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。

质子膜H2S燃料电池的结构示意图如下图所示。

下列说法错误的是（　　）

A．电极a为电池的负极

B．电极b上发生的电极反应：

O2＋4H＋＋4e－===2H2O

C．电路中每通过4mol电子，在正极消耗44.8LH2S

D．每17gH2S参与反应，有1molH＋经质子膜进入正极区

【小思点评】根据题目可知，该电池为燃料电池，根据燃料电池的特点，通氧气的一极为正极，故电极b为正极，电极a为负极，A项正确；

电极b为正极，氧气得电子生成水，B项正确；

从装置图可以看出，电池总反应为2H2S＋O2===S2＋2H2O，电路中每通过4mol电子，正极应该消耗1molO2，负极应该有2molH2S反应，但是题目中没有给定标准状况下，所以不一定是44.8L，故C错误；

17gH2S即0.5molH2S，每0.5molH2S参与反应会消耗0.25molO2，根据正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2O，可知有1molH＋经质子膜进入正极区，故D正确。

本题答案为C。

【小思提示】新型电源的电极反应式书写

1．电极反应式书写的一般步骤（类似氧化还原反应方程式的书写）

2．已知总方程式，书写电极反应式

（1）书写步骤

①步骤一：

写出电池总反应式，标出电子转移的方向和数目（ne－）。

②步骤二：

找出正、负极，失电子的电极为负极；

确定溶液的酸碱性。

③步骤三：

写电极反应式。

还原剂－ne－===氧化产物

氧化剂＋ne－===还原产物

（2）书写技巧

若某电极反应式较难写时，可先写出较易的电极反应式，用总反应式减去较易写的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。

如：

CH3OCH3（二甲醚）酸性燃料电池中：

总反应式：

CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O

正极：

3O2＋12H＋＋12e－===6H2O

负极：

CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋

注意：

单一电极反应中转移的电子数，必须与总方程式中转移的电子数相同。

3．氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应总结

【小纳自测】

1．课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。

下列结论错误的是（　　）

A．原电池是将化学能转化成电能的装置

B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成

C．图中a极为铝条、b极为锌片时，导线中会产生电流

D．图中a极为锌片、b极为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片

答案　D

解析　D项，a极为负极，电子由负极（锌片）流出。

2．有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是（　　）

Ⅰ.碱性锌锰电池

Ⅱ.铅－硫酸蓄电池

Ⅲ.铜锌原电池

Ⅳ.银锌纽扣电池

A.Ⅰ所示电池工作中，MnO2的作用是催化剂

B．Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大

C．Ⅲ所示电池工作过程中，盐桥中K＋移向硫酸锌溶液

D．Ⅳ所示电池放电过程中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中被还原为Ag

解析　碱性锌锰电池中二氧化锰为氧化剂，A项错误；

铅蓄电池放电时电池反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，H2SO4浓度减小，B项错误；

原电池中阳离子向正极移动，故盐桥中K＋移向硫酸铜溶液，C项错误；

该原电池中，正极上氧化银得电子生成银，所以Ag2O作氧化剂，D项正确。

3．有关下图所示原电池的叙述不正确的是（　　）

A．电子沿导线由Cu片流向Ag片

B．正极的电极反应是Ag＋＋e－===Ag

C．Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应

D．反应时盐桥中的阳离子移向Cu（NO3）2溶液

解析　该装置是原电池装置，实质上发生的是Cu与硝酸银的反应，所以Cu失去电子，发生氧化反应，则Cu是负极，Ag是正极，电子从负极流向正极，A正确；

正极是Ag＋发生还原反应，得到电子生成Ag，B正确；

根据以上分析，Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应，C正确；

原电池中，阳离子向正极移动，所以盐桥中的阳离子移向AgNO3溶液，D错误。

4．如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀H2SO4为电解质溶液。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．a极为负极，电子由a极经外电路流向b极

B．a极的电极反应式：

H2－2e－===2H＋

C．电池工作一段时间后，装置中c（H2SO4）增大

D．若将H2改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，O2的用量增多

答案　C

解析　a极通入的H2发生氧化反应，为负极，电子由a极经外电路流向b极，以稀H2SO4为电解质溶液时，负极的H2被氧化为H＋，总反应为2H2＋O2===2H2O，电池工作一段时间后，装置中c（H2SO4）减小，则C项错误；

根据电池总反应：

2H2＋O2===2H2O，CH4＋2O2===CO2＋2H2O，可知等物质的量的CH4消耗O2较多。

5．①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。

①②相连时，外电路电流从②流向①；

①③相连时，③为正极；

②④相连时，②上有气泡逸出；

③④相连时，③的质量减少。

据此判断这四种金属活动性由强到弱的顺序是（　　）

A．①③②④B．①③④②

C．③④②①D．③①②④

答案　B

解析　利用原电池的形成和工作原理解决问题。

在外电路中，电流从正极流向负极，则①作原电池的负极，②作正极，故活动性①>

②；

活动性相对较差的金属作原电池的正极，故金属的活动性①>

③；

有气泡产生的电极发生的还原反应，为原电池的正极，故活动性④>

质量减少的电极发生氧化反应生成金属离子而溶解，为原电池的负极，故活动性③>

④，由此可得金属活动性：

①>

③>

④>

②。

6．可充电氟镁动力电池比锂电池具有更高的能量密度和安全性，其电池反应为Mg＋2MnF3===2MnF2＋MgF2。

A．镁为负极材料

B．正极的电极反应式为MnF3＋e－===MnF2＋F－

C．电子从镁极流出，经电解质流向正极

D．每生成1molMnF2时转移1mol电子

解析　由电池反应知，镁作还原剂，发生氧化反应，镁极为负极，A项不符合题意；

电池反应中，三氟化锰发生还原反应，B项不符合题意；

电子由负极（镁极）流出经外电路流向正极，C项符合题意；

锰元素由＋3价降至＋2价，D项不符合题意。

7．下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO

＋2I－＋2H＋

AsO

＋I2＋H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。

甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；

乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40%NaOH溶液。

下列叙述中正确的是（　　）

A．甲组操作时，电流表（A）指针发生偏转

B．甲组操作时，溶液颜色变浅

C．乙组操作时，C2作正极

D．乙组操作时，C1上发生的电极反应为I2＋2e－===2I－

解析　装置Ⅰ中的反应，AsO

＋I2＋H2O，当加入适量浓盐酸时，平衡向右移动，有电子转移，但电子不会沿导线通过，所以甲组操作时，电流表（A）指针不会发生偏转，但由于I2浓度增大，所以溶液颜色变深；

向装置ⅡB烧杯中加入NaOH溶液，C2上发生：

－2e－＋2OH－===AsO

＋H2O，电子沿导线到C1，I2＋2e－===2I－，所以C2为负极，C1为正极。

8．“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。

下列关于该电池的叙述错误的是（　　）

A．电池反应中有NaCl生成

B．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子

C．正极反应为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－

D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动

解析　结合蓄电池装置图，利用原电池原理分析相关问题。

A项，负极反应为Na－e－===Na＋，正极反应为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－，故电池反应中有NaCl生成；

B项，电池的总反应是金属钠还原二价镍离子；

C项，正极上NiCl2发生还原反应，电极反应为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－；

D项，钠在负极失电子，被氧化生成Na＋，Na＋通过钠离子导体在两电极间移动。

9．如图所示为水溶液锂离子电池体系。

下列叙述错误的是（　　）

A．a为电池的正极

B．电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi

C．放电时，a极锂的化合价发生变化

D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移

解析　图示所给出的是原电池装置。

A项，由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，正确；

B项，电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，正确；

C项，放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，不正确；

D项，放电时为原电池，锂离子应向正极（a极）迁移，正确。

10．“神舟7号”宇宙飞船的能量部分来自太阳能电池，另外内部还配有高效的MCPC型燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾，已知该电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，负极反应为H2＋CO

－2e－===CO2↑＋H2O，则下列推断中，正确