专题 10 原电池 一、原电池的工作原理 1．原电池的构成条件 (1)定义：能把化学能转化为电能的装置。 (2)构成条件： 2．实验探究：锌铜原电池的工作原理(含盐桥) 装置示意图 现象 能量转换 注：盐桥中装有含 KCl 饱和溶液的琼胶 锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，电流表指针发生偏转 化学能转化为电能 在硫酸锌溶液中，负极一端的 Zn 失去电子形成 Zn2＋进入溶液 微观探析 在硫酸铜溶液中，正极一端的 Cu2＋获得电子变成 Cu 沉积在铜片 电子或离子 上 电子：负极流向正极 移动方向 工作原理， 电极反应式 盐桥：Cl—移向 ZnSO4 溶液，K＋移向 CuSO4 溶液 负极：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应) 正极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应) 总反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 注意： ① 盐桥的作用：形成闭合回路；平衡两侧的电荷，溶液呈电中性；避免电极与电解质溶液 的直接接触，减少电流的衰减。 ② 原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。 3．原电池工作原理示意图 4.一般电极反应式的书写方法 (1)判断原电池的正、负极，即找出氧化剂和还原剂。 (2)结合介质的酸碱性确定还原产物和氧化产物。 (3)写出电极反应式，将两式相加得总反应式。 二、原电池的应用 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，CuSO4 与锌发生置换反应生成 Cu，从 而形成 Cu－Zn 微小原电池，加快产生 H2 的速率。 2．比较金属活动性强弱 例如，有两种金属 a 和 b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到 a 极溶解，b 极上有气泡产 生。由此可判断出 a 是负极、b 是正极，且金属活动性：a>b。 3．设计原电池 如：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2 ① 化合价升高的物质 ② 活泼性较弱的物质 ③ 化合价降低的物质 负极：Cu 正极：C 电解质溶液：FeCl3 示意图 一般来说，设计成原电池的反应为放热反应，但有些吸热反应如果能自发进行也可设计成 原电池，如：AsO＋2I－＋2H＋ AsO＋I2＋H2O 通过调节 B 中的 pH，实现原电池电极的转换，若正方向放热，则逆方向吸热，均能构成原 电池。 三、化学电源　 1.判断电池优劣的主要标准 ① 比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg－1 或(W·h)·L－1。 ② 比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是 W·kg－1 或 W·L－1。 ③ 电池可储存时间的长短。 2．一次电池：锌锰干电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 负极：锌 负极反应物：锌粉 正极：石墨棒 正极反应物：二氧化锰 电解质溶液：氯化铵和氯化锌 电解质溶液：氢氧化钾 负极：Zn＋2OH－－2e－ 负极：Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋ ===Zn(OH)2 工作 正极：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH) 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－ 原理 总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2 ===2MnO(OH)＋2OH－ ＋2MnO(OH) 总反应：Zn＋2MnO2＋ 示意 图 构造 2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 3.二次电池 （1）铅蓄电池 Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O 放电 ① 负极反应式是 Pb＋SO－2e－===PbSO4 ； ② 正极反应式是 PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ； ③ 放电过程中，负极质量的变化是增大，H2SO4 溶液的浓度减小。 充电 ① 阴极(还原反应)反应式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ； ② 阳极(氧化反应)反应式是 PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ； ③ 充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。即“负极接负极， 正极接正极”。 （2）锂离子电池 电极 负极 正极 电极反应 嵌锂石墨(LixCy)：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy 钴酸锂(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 总反应 LixCy＋Li1－xCoO2 LiCoO2＋Cy 反应过程：放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中，充电时，Li＋从钴酸 锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池 的正极、负极之间完成化学能与电能的相互转化。 4．燃料电池 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。 （1）氢氧燃料电池 负极反应 酸性电解质(H2SO4) 2H2－4e－===4H＋ 碱性电解质(KOH) 2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正极反应 总反应 O2＋4e－＋4H＋===2H2O 2H2＋O2===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 理论上来说，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，所以燃料电池的燃料除氢气外，还有 烃、肼、甲醇、氨、煤气等气体或液体，且能量转化率超过 80%，由燃料电池组合成的发 电站被誉为“绿色发电站”。 （2）燃料电池电极的书写方法 电极的负极反应物一定是燃料，正极反应物为 O2 或空气。 据氧化还原反应规律，负极燃料失电子发生氧化反应，正极氧气得电子发生还原反应。 特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电极反应式。 如 CH4 碱性(KOH 溶液)燃料电池负极反应式书写方法： 第一步　确定生成物 CH4―――→故 CH4 的最终产物为 CO 和 H2O； 第二步　确定价态变化及电子转移 CH4－8e－→CO＋H2O； 第三步　依据电解质性质，用 OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； 第四步　最后据氢原子守恒配平 H2O 的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 四、新型化学电源 1．常见考查方向：①电极的判断，②电子或电流的流向，③溶液中离子的流向，④电极的 反应类型，⑤ pH 的变化，⑥电子的转移数目，⑦电极反应式的书写。 2．正负极的判断： (1)根据装置图判断：①电子流向或电流流向，②电解质溶液中离子流向，③加入或生成物 质的化合价变化。 (2)根据总方程式判断：根据化合价变化，化合价升高的为负极，化合价降低的为正极。 一、单选题 1．化学与生活联系密切，下列说法错误的是 A．媒、石油、天然气是不可再生能源，风能、生物质能、沼气是可再生能源 B．纽扣银锌电池体型小，含有害物质少，用后不用分类回收，可以随意处理 C．草木灰中提取的 K 2CO3 可以去除餐具上的油污 D．推广氢燃料电池汽车，减少氮氧化物的排放 2．下列装置中，不属于原电池的是 A． B． C． D． 3．原电池的电极反应式不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法错误 的是 2+ A．由金属 Al、Cu 和浓硝酸组成的原电池，经过一段时间后负极反应式为： Cu-2e =Cu 3+ B．由金属 Al、Cu 和稀硫酸组成的原电池，负极反应式为： Al-3e =Al C．由 Al、Mg、NaOH 溶液组成的原电池，负极反应式为 D．由 Fe、Cu、 FeCl3 Al+4OH - -3e- =AlO-2 +2H 2 O 溶液组成的原电池，负极反应式为： Cu-2e- =Cu 2+ 4．如图所示装置中观察到电流计指针偏转，M 棒变粗，N 棒变细，指针指向 M，由此判 断下表中所列 M、N、P 物质，其中可以成立的组合是 M N P A 锌 铜 稀硫酸溶液 B 铜 铁 稀盐酸溶液 C 银 锌 硝酸银溶液 D 锌 铁 硝酸铁溶液 5．以 KOH 溶液为电解质溶液，分别组成 池，下列说法正确的是 CH3OH  O 2 、 H 2  O2 、 N2 H4  O2 清洁燃料电 A．放电过程中，OH-均向正极移动 B．放电过程中，KOH 物质的量均减小 C．消耗等质量氧气时， H 2  O2 D．消耗等物质的量燃料时， 燃料电池的理论放电量最大 CH3OH  O 2 燃料电池的理论放电量最大 6．在如图装置中，观察到图 1 装置铜电极上产生大量无色气泡，而图 2 装置中铜电极上无 气泡产生，铬电极上产生大量有色气泡。下列叙述不正确的是 A．图 1 装置中 Cu 电极上电极反应式是 2H++2e-=H2↑ B．图 2 装置中 Cu 电极上发生的电极反应为 Cu-2e-=Cu2+ C．图 2 装置中 Cr 电极上电极反应式为 NO3- +e-+2H+=NO2↑+H2O D．两个装置中，电子均由 Cr 电极经导线流向 Cu 电极 7．《RSCAdvances》报道了一种固体铁——空气电池(采用铁——石墨电极)，是大规模应 用于牵引力最有可能的电化学动力源之一。有关该电池工作时说法不正确的是 A．电子由铁电极流向石墨电极 B．石墨电极本身发生还原反应 C．电池的负极反应为：Fe-2e-=Fe2+ D．该电池工作时化学能转化为电能 8．火星大气由 96%的二氧化碳气体组成，火星探测器采用 Li—CO2 电池供电，其反应机理 如图所示，下列说法错误的是 A．R 方向为电子移动的方向 B．CO2 电极反应式为 4Li++4e-+3CO2=2Li2CO3+C C．可采用 LiNO3 溶液作为电解质溶液 D．碳酸锂的生成和分解形式提供了实现可逆电化学电池 9．肼( N2H4 )是一种还原性较强的液体，在生物膜电极表面容易发生氧化反应，从而达到  3 无污染净化高浓度酸性 NO 废水的目的，其装置如图所示。其中 M 为阴离子交换膜，N 为 阳离子交换膜。下列说法错误的是 A．X 为低浓度 KOH 溶液  B． K 通过 N 自左向右做定向移动 C．负极上的电极反应式为 N 2 H 4 -4e - +4OH - =N 2 �+4H 2 O D．电池放电时，正、负极产生的 N2 的物质的量之比为 1∶1 10．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电 池的工作原理如图所示，下列说法中错误的是 A．该微生物电池不宜在高温下工作 B．b 极为该微生物燃料电池的正极 C．若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电 D．HS-在硫氧化菌作用下转化为 SO 2－ 4 的电极反应式为 HS-＋4H2O＋8e-=SO 2－ 4 ＋9H＋