第7章 第2节 原电池化学电源.docx

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第7章第2节原电池化学电源

第二节原电池__化学电源

明考纲要求

理主干脉络

1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。

2.了解常见的化学电源的种类及其工作原理。

一、原电池

1．概念

把化学能转化为电能的装置。

2．构成条件

（1）有两上活动性不同的电极（常见为金属或石墨）。

（2）具有电解质溶液。

（3）两电极间形成闭合回路。

3．工作原理

如图是两种CuZn原电池示意图，请填空：

（1）电极：

负极为Zn，正极为Cu。

（2）电极反应；负极：

Zn－2e－===Zn2＋，正极：

Cu2＋＋2e－===Cu。

（3）电子移动方向和电流方向：

电子从负极流出经外电路流入正极；电流从正极流出经外电路流入负极。

（4）离子的迁移方向：

电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。

（5）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阴阳离子定向移动的通路，导电。

二、化学电源

1．一次电池——碱性锌锰干电池

负极材料：

Zn

电极反应：

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2

正极材料：

碳棒

电极反应：

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－

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：

Pb（s）＋SO（aq）－2e－===PbSO4（s）

②正极：

PbO2（s）＋4H＋（aq）＋SO（aq）＋2e－===PbSO4（s）＋2H2O（l）

③总反应：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）===2PbSO4（s）＋2H2O（l）。

（2）充电时的反应：

①阴极：

PbSO4（s）＋2e－===Pb（s）＋SO（aq）

②阳极：

PbSO4（s）＋2H2O（l）－2e－===PbO2（s）＋4H＋（aq）＋SO（aq）。

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

碱性

负极反应式

2H2－4e－===4H＋

2H2＋4OH－－4e－===4H2O

正极反应式

O2＋4H＋＋4e－===2H2O

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

电池总反应式

2H2＋O2===2H2O

1.如何判断一个装置是原电池？

提示：

（1）先分析有无外接电源，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池；然后依据原电池的形成条件分析判断。

主要是“四看”：

看电极——两极为导体且存在活泼性差异（燃料电池的电极一般为惰性电极）；看溶液——是否是电解质溶液；看回路——两极插入溶液中，形成闭合回路或两极直接接触；看本质——有无氧化还原反应发生，原电池反应是总反应能够自发进行的氧化还原反应。

（2）多池相连，但无外接电源时，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。

2．实验室常用锌和稀H2SO4反应制备H2，试讨论纯锌和粗锌哪个反应快，为什么？

提示：

粗锌快，因为粗锌中含有杂质金属，可以和锌形成原电池，反应速率较快。

3．依据氧化还原反应：

2Ag＋（aq）＋Cu（s）===Cu2＋（aq）＋2Ag（s）设计的原电池如图所示。

请回答下列问题：

（1）电极X的材料是__________；电解质溶液Y是________；

（2）银电极为电池的______极，发生的电极反应为______________________________；

X电极上发生的电极反应为_________________________________________________；

（3）外电路中的电子是从______电极流向________电极。

答案：

（1）Cu　AgNO3

（2）正　Ag＋＋e－===Ag

Cu－2e－===Cu2＋

（3）Cu　Ag

4．铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。

（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式_____________________________

________________________________________________________________________。

（2）若将

（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。

正极反应：

_______________________________________________________________；

负极反应：

_______________________________________________________________。

解析：

（1）Fe3＋具有强氧化性，可以把一些金属单质如铁、铜等氧化成相应的离子，离子方程式是：

2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。

（2）由反应2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋可以判断出铜发生氧化反应，铜作负极，Fe3＋发生还原反应，正极可以选用石墨棒，电解质溶液可以选用氯化铁溶液，仿照教材上的铜锌原电池装置，可以画出此原电池的装置图。

答案：

（1）2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

（2）

正极反应：

2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋

负极反应：

Cu－2e－===Cu2＋

原电池正负极的判断和电极反应式的书写

1．（2013·课标全国卷Ⅰ）银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故。

根据电化学原理可进行如下处理：

在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去。

下列说法正确的是（　　）

A．处理过程中银器一直保持恒重

B．银器为正极，Ag2S被还原生成单质银

C．该过程中总反应为2Al＋3Ag2S===6Ag＋Al2S3

D．黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl

解析：

选B　根据信息可知在银器处理过程中运用了原电池原理，铝质容器作负极，电极反应为2Al－6e－===2Al3＋；银器作正极，电极反应为3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－；继而Al3＋和S2－发生互相促进的水解反应：

2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al（OH）3↓＋3H2S↑，故原电池的总反应为：

3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al（OH）3＋3H2S↑，故C错误。

黑色褪去的原因是Ag2S被还原为Ag，此过程中银器质量逐渐减小，故A、D错误，B正确。

2．（2013·江苏高考）Mg－H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。

该电池以海水为电解质溶液，示意图如下。

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．H2O2在石墨电极上发生氧化反应

C．石墨电极附近溶液的pH增大

D．溶液中Cl－向正极移动

解析：

选C　根据题意可知电池的总反应为：

Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O。

Mg电极是该电池的负极，A错误。

H2O2在正极发生还原反应，B错误。

石墨电极的电极反应式为：

H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，由于水电离出的H＋不断被消耗，所以该电极附近溶液的pH增大，C正确。

在原电池中，阴离子向负极移动，D错误。

3．高考组合题

书写以下电极反应式或电池反应方程式。

（1）（2013·新课标全国卷Ⅰ节选）二甲醚（CH3OCH3）直接燃料电池具有启动快、效率高的特点，若电解质为酸性，其负极反应式为_____________________________________________。

（2）（2012·新课标全国高考节选）高铁酸钾（K2FeO4）是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。

FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4，其反应的离子方程式为________________________________；与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为________________________，该电池总反应的离子方程式为____________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）（2013·新课标全国卷Ⅱ节选）普通锌锰电池放电时发生的主要反应为：

Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn（NH3）2Cl2＋2MnOOH

该电池中，负极材料主要是______________，电解质的主要成分是________，正极发生的主要反应是__________________________________________________________________。

（4）（2011·四川高考节选）用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料（用MH表示），NiO（OH）作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量、长寿命的镍氢电池。

电池充放电时的总反应为：

NiO（OH）＋MHNi（OH）2＋M

电池放电时，负极的电极反应式为____________________________________________。

解析：

（1）首先判断酸性条件下的反应产物。

电池正极O2为反应物，正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，则负极二甲醚被氧化为CO2。

负极发生氧化反应，由反应物、生成物，结合得失电子守恒、原子守恒及溶液呈酸性，可写出负极反应式为CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋。

（2）FeCl3和KClO在强碱性条件下反应，实质是KClO氧化Fe（OH）3，ClO－的还原产物应该是Cl－；K2FeO4Zn组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，FeO中＋6价铁元素被还原为Fe（OH）3中＋3价铁元素，其电极反应式为FeO＋3e－＋4H2O===Fe（OH）3＋5OH－；书写总反应的离子方程式时，关键是抓住Fe和Zn的存在形式分别是Fe（OH）3和Zn（OH）2。

（3）由普通锌锰电池放电时的总反应可知，Zn作负极，NH4Cl为电解质，正极上发生还原反应：

MnO2＋NH＋e－===MnOOH＋NH3。

（4）负极实际上是稀土储氢合金吸附的H2失去电子生成H＋，H＋再与OH－结合生成H2O，所以负极的电极反应式为MH－e－＋OH－===M＋H2O

答案：

（1）CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋

（2）2Fe（OH）3＋3ClO－＋4OH－===2FeO＋5H2O＋3Cl－

FeO＋3e－＋4H2O===Fe（OH）3＋5OH－

2FeO＋8H2O＋3Zn===2Fe（OH）3＋3Zn（OH）2＋4OH－

（3）Zn　NH4Cl　MnO2＋NH＋e－===MnOOH＋NH3

（4）MH－e－＋OH－===M＋H2O

1．原电池正、负极判断的七种方法

（1）由组成原电池的两极材料判断。

一般相对较活泼的金属为负极，相对不活泼的金属或能导电的非金属为正极。

（2）根据电流方向或电子流动方向判断。

在外电路，电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。

（3）根据原电池里电解质溶液中离子的定向移动方向判断。

在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。

（4）根据原电池两极发生的变化来判断。

原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应。

（5）X极增重