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1原电池化学电源【考纲要求】1、理解原电池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式。2、了解常见化学电源的种类及其工作原理【基础知识回顾】一、原电池的概念和反应本质1、原电池的定义：原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应2、组成原电池的条件(1)两个活泼性不同的电极：①其中一个相对较活泼，另一个相对较不活泼，如：金属与金属、金属与非金属、非金属与非金属②燃料电池中两极可同选石墨或铂(2)电解质溶液(溶液或者熔融)(3)电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路(两个半电池要用盐桥连接)(4)有自发进行的氧化还原反应4、规避原电池工作原理的4个失分点(1)只有自发进行的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路(3)无论在原电池还是电解池中，电子均不能通过电解质溶液(4)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数二、原电池的工作原理：如图是两种锌铜原电池示意图1、反应原理电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu反应类型氧化反应还原反应电池反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu电子流向由Zn沿导线流向Cu(电子由负极经导线流向正极)电流流向由Cu沿导线流向Zn(电流由正极经导线流向负极)离子移向盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极2、原电池中的三个方向(1)电子流动方向：从负极流出沿导线流入正极(2)电流流动方向：从正极沿导线流向负极(3)离子迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移3、两个装置的比较：装置Ⅰ中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2＋，会有一部分Zn与Cu2＋直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高，易造成能量损耗；装置Ⅱ中Zn和CuSO4溶液分别在两个池中，Zn与Cu2＋不直接接触，不存在Zn与Cu2＋直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，能避免能量损耗，且电流稳定，持续时间长。II装置的原电池效率比甲装置的电池效率高，I装置电流在短时间内就会衰减4、盐桥的成分及作用(1)成分：盐桥通常是装有饱和KCl或者NH4NO3琼脂溶胶的U形管，溶液不致流出来，但离子则可以在其中自由移动(2)作用：①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电荷，使原电池不断产生电流5、原电池中正负极的判断方法(1)根据电极反应或总反应方程式来判断作还原剂、失电子、化合价升高、发生氧化反应的电极是负极作氧化剂、得电子、化合价降低、发生还原反应的电极是正极(2)根据外电路中电子流向或电流方向来判断电子流出或电流流入的一极负极；电子流入或电流流出的一极正极(3)根据内电路(电解质溶液中)中离子的迁移方向来判断阳离子向正极移动；阴离子向负极移动(4)根据原电池的两电极材料来判断两种金属(或金属与非金属)组成的电极，若它们都与(或都不与)电解质溶液单独能反应，则较活泼的金属作负极；若只有一种电极与电解质溶液能反应，则能反应的电极作负极(5)根据电极质量的变化来判断工作后，X极质量增加，说明溶液中的阳离子在X极放电，X极为正极，X极活泼性弱；反之，X极质量减少，说明X极金属溶解，X极为负极，活动性强(6)根据电池中的现象来判断：若某电极上有气泡冒出，则是因为析出了H2，说明该电极为正极，活泼性弱2【练习1】1、在如图所示的8个装置中，不能形成原电池的是_______________，并指出原因。2、锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是()A．铜电极上发生氧化反应B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO2－4)减小C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡3、控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。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，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极4、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↑三、原电池原理的“四”个基本应用1、加快氧化还原反应的速率：一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率加快。如：在Zn与稀H2SO4反应时，加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快，因为锌、铜(是锌与CuSO4反应产生的)与稀硫酸构成了原电池2、设计制作化学电源：从理论上讲，任何自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池，还原剂在负极上发生氧化反应，失去的电子通过导线转移到正极上，氧化剂在正极上得到电子发生还原反应，从而形成闭合回路，外电路中则有电流产生3、比较金属活动性的强弱①方法：一般情况下，负极的金属活动性比正极的金属活动性强。②常见规律：电极质量较少，作负极较活泼，有气体生成、电极质量不断增加或不变作正极，较不活泼4、制造化学电源：如各种干电池、蓄电池、燃料电池5、用于金属的防护：使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如：要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极3【练习2】1、下列关于实验现象的描述不正确的是()A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡B．用锌片做阳极，铁片做做阴极，电解氯化锌溶液，铁片表面出现一层锌C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁D．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快2、实验室欲制氢气，所用稀盐酸和稀硫酸的浓度相同，反应速率最快的是()A．纯锌与稀硫酸反应B．纯锌和浓硫酸反应C．纯锌与稀盐酸反应D．粗锌(含铅、铜杂质)与稀硫酸反应3、把适合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示)(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是________4、请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱。请写出电极反应式，负极：_________________________________，正极：__________________________________，并在方框内画出实验装置图，要求用烧杯和盐桥，并标出外电路电子流向5、有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验，试比较金属活动性的强弱：(1)A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极，活动性________(2)C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C，活动性________(3)A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡，活动性________(4)B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应，活动性________(5)用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出，活动性________综上所述，这五种金属的活动性从强到弱的顺序为________四、化学电源的工作原理1、概念：化学电池是将化学能转化为电能的装置2、分类：(1)一次电池：一次电池的特点是活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗一定程度后，就不能再重复使用。其电解质溶液是糊状物或制成胶状，不流动，也叫干电池。干电池是用锌制圆筒形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜的石墨作正极，在石墨周围填充NH4Cl和淀粉糊作电解质，还填有MnO2和炭黑。Zn参与负极反应，NH4+和MnO2参与正极反应。如普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池等①碱性锌锰干电池负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2②锌银电池负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag(2)二次电池：可多次充电、放电的电池，如铅蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等蓄电池等铅蓄电池可放电亦可充电，具双重功能。它是用橡胶或微孔塑料制成的长方形外壳，正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极板是海绵状金属铅，两极均浸在一定浓度的硫酸溶液中，且两极间用橡胶或微孔塑料隔开如：铅蓄电池反应方程式如下式：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)负极(Pb)：Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4正极(PbO2)：PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2O(3)燃料电池：燃料电池是一种持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。它与一般的化学电源不同，一般化学电池的活性物质储存在电池内部，故而限制了电池的容量，而燃料电池的电极本身不包括活性物质，只是一个催化转化元件。4工作时燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能。常见的燃料电池有：氢氧燃料电池，甲烷燃料电池。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＋===2H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－电池总反应式2H2＋O2===2H2O五、电极反应的书写技巧1、书写规则：①得失电子守恒：元素的化合价每升高一价，则元素的原子就会失去(－e—)一个电子，元素的化合价每降低一价，则元素的原子就会得到(＋e—)一个电子②电荷守恒：电极反应左、右两边的正电荷和负电荷数相等③原子守恒(质量守恒)：电极反应两边同种原子的原子个数相等2、书写技巧：(1)先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失(2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式中(3)用差值法写电极反应方程式规律：正、负极反应相加得到电池反应的离子方程式。反之，若能写出已知电池反应的离子方程式，可以减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式。（燃料电池、二次电池）(4)可充电电池的反应规律（二次电池）铅蓄电池电池总反应为：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)放电电极反应：负极(Pb)：Pb(s)＋SO42—(aq)—2e—PbSO4(s)(氧化反应)正极(PbO2)：PbO2(s)＋4H+＋SO42—(aq)＋2ePbSO4(s)＋2H2O(l)(还原反应)充电反应是上述反应的逆过程，则电极反应：阴极：PbSO4(s)＋2e—Pb(s)＋SO42—(aq)(还原反应)阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)—2e—PbO2(s)＋4H+＋SO42—(aq)(氧化反应)规律：①可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应②放电时的负极反应和充电时的阴极反应、放电时的正极反应和充电时的阳极反应在形式上互逆。将负(正)极反应式变方向并将电子移向即得出阴(阳)极反应式③放电总反应和充电总反应在形式上互逆(但不是可逆反应)④二次电池充电时原负极必然要发生还原反应(生