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第二节原电池化学电源最新考纲：1.理解原电池的构成、工作原理及应用。2.能书写电极反应和总反应方程式。3.了解常见化学电源的种类及其工作原理。核心素养：1.变化观念与平衡思想：认识原电池的本质是氧化还原反应，能从多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转化。2.科学精神与社会责任：通过原电池装置的应用，能对与化学有关的热点问题作出正确的价值判断，能参与有关化学问题的社会实践。知识点一原电池工作原理及应用1．概念原电池是把___________能转化为___________能的装置。化学电2．构成条件反应能___________的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)电极一般是活泼性不同的两电极(金属或石墨)闭合回路①电解质溶液②两电极直接或间接接触③两电极插入电解质溶液中自发进行3.工作原理(如锌铜原电池可用简图表示)总反应离子方程式为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑(1)电极①负极：___________电子，发生___________反应；②正极：___________电子，发生___________反应。(2)电子定向移动方向和电流方向①电子从___________流出经外电路流入___________；②电流从___________流出经外电路流入___________；故电子定向移动方向与电流方向正好相反。(3)离子移动方向阴离子向___________移动(如SO2－4)，阳离子向___________移动(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)。失去氧化得到还原负极正极正极负极负极正极4．单液原电池(无盐桥)和双液原电池(有盐桥)对比名称单液原电池双液原电池装置相同点正、负极电极反应，总反应式，电极现象不同点还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长5.原电池原理的应用(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，形成原电池时会使反应速率加快。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，置换出的Cu能与Zn形成原电池，使产生H2的反应速率加快。(2)比较金属活动性强弱如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A溶解，而B上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，即可以断定金属活动性：A___________B。答案(3)设计制作化学电源实例：根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)1．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生()2．Mg、Al形成的原电池，Mg一定作负极()×提示：若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池，则正极表面析出铜，没有气泡产生。×提示：Mg、Al与氢氧化钠溶液形成的原电池，Mg作正极。3．在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应()4．用稀硫酸和锌粒制取H2时，加几滴CuSO4溶液以加快反应速率()5．铁铜原电池中，负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋()×√提示：燃料电池中正、负极(如Pt电极)不参与反应，而是燃料参加反应。×提示：铁参与原电池反应时一般生成Fe2＋。6．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()7．原电池工作时，电子从负极流出经导线流入正极，然后通过溶液流回负极()×提示：原电池工作时，电解质溶液中的阴离子向负极移动。×提示：电子只能在导线上运动，不能在溶液中传输。1．只有放热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．电子只能在导线上(外电路)移动，不能在溶液中(内电路)移动；离子只能在溶液中移动，不能在导线上移动。4．在原电池中，电极可能与电解质反应，也可能与电解质不反应；不发生反应的可看作金属发生吸氧腐蚀，如图所示。5．闭合回路的形成也有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极接触，如图所示。6．一般条件下，较活泼的金属材料作负极，失去电子，电子经外电路流向正极，再通过溶液中的离子形成的内电路构成回路。但Mg、Al和NaOH溶液构成原电池时，Al作负极；Fe、Cu和浓HNO3构成原电池时，Cu作负极。规律为：与电解质溶液能发生氧化还原反应的金属作负极。1．(2016·全国卷Ⅱ)MgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是()A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋B．正极反应式为Ag＋＋e－===AgC．电池放电时Cl－由正极向负极迁移D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑B解析：MgAgCl电池的电极反应：负极Mg－2e－===Mg2＋，正极2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－，A项正确；B项错误；在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，C项正确；Mg是活泼金属，能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，D项正确。2．(2017·上海卷)对原电池的电极名称，下列叙述中错误的是()A．电子流入的一极为正极B．比较不活泼的一极为正极C．电子流出的一极为负极D．发生氧化反应的一极为正极D解析：在原电池中正极为电子流入、性质不活泼、发生还原反应的一极，负极为电子流出、性质较活泼、发生氧化反应的一极，故D错误。3．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C解析：A项，由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Cu2＋得电子发生还原反应生成Cu，错误；B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c(SO2－4)不变，错误；C项，在乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M(Zn2＋)M(Cu2＋)，故乙池溶液的总质量增加，正确；D项，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电池工作过程中Zn2＋通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，错误。4．(2020·潍坊上学期统考)根据光合作用原理，设计如图原电池装置。下列说法正确的是()A．a电极为原电池的正极B．外电路电流方向是a→bC．b电极的电极反应式为：O2＋2e－＋2H＋===H2O2D．a电极上每生成1molO2，通过质子交换膜的H＋为2molC解析：根据图示可知，a电极上H2O转化为H＋和O2，发生氧化反应，则a电极为原电池的负极，A项错误；a电极为负极，b电极为正极；外电路电流方向应从正极到负极，即b→a，B项错误；根据图示可知，b电极上O2得电子转化为H2O2，电极反应式为：O2＋2e－＋2H＋===H2O2，C项正确；a电极上每生成1molO2，转移4mol电子，则通过质子交换膜的H＋为4mol，D项错误。5．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极质量增加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．abcdB．bcdaC．dabcD．abdcC解析：把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：ab；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活泼性：bc；由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：dc；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：da。综合所述可知活动性：dabc。6．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(盐桥为盛有KNO3琼脂的U形管)。请回答下列问题：(1)电极X的材料是___________；电解质溶液Y是___________(填化学式)。(2)银电极为电池的___________极，其电极反应为_____________________。(3)盐桥中的NO－3移向___________溶液。CuAgNO3正Ag＋＋e－===AgCu(NO3)2素养原电池工作原理的分析1．原电池正负极的判断特殊情况①金属的活动性受所处环境的影响。如Mg、Al的活动性：在中性或酸性溶液中活动性：MgAl；而在碱性溶液中，Al可与OH－反应，而Mg不反应，所以Mg与Al用导线连接后放入NaOH溶液中，Al是负极，Mg是正极。②Fe、Cu相连，浸入稀HNO3中，Fe作负极；浸在浓HNO3中，Cu作负极(Fe发生钝化)。2．原电池正、负极反应负极：失电子，发生氧化反应，化合价升高。正极：得电子，发生还原反应，化合价降低。3．原电池中盐桥分析(装置如图所示)(1)盐桥的构成盐桥里的物质一般是强电解质而且不与两池中电解质反应，教材中常使用装有饱和KCl琼脂溶胶的U形管，离子可以在其中自由移动，这样溶液是不致流出来的。(2)盐桥的作用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。盐桥中阳离子移向正极，阴离子移向负极。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↑B解析：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；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO－2＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。2．(2017·全国卷Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是()A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14gC．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多D解析：原电池工作时，正极发生一系列得电子的还原反应，即：Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A项正确；该电池工作时，每转移0.02mol电子，负极有0.02molLi(质量为0.14g)被氧化为Li＋，则负极质量减少0.14g，B项正确；石墨烯能导电，用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C项正确；充电过程中，Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多，D项错误。3．(2017·海南卷)一种电化学制备NH3的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H＋。下列叙述错误的是()A．Pd电极b为阴极B．阴极的反应式为：N2＋6H＋＋6e－===2NH3C．H＋由阳极向阴极迁移D．陶瓷可以隔离N2和H2A解析：用N2和H2合成氨时，N2发生还原反应，H2发生氧化反应，所以通入N2的一极(Pd电极a)是阴极，通入H2的一极(Pd电极b)是阳极，A项错误。阴极上N2得电子，并与通过陶瓷传输过来的H