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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。考点一原电池的工作原理/基础·自主落实1．原电池工作原理(1)能量转化：将能自发进行的氧化还原反应的能转化为电能。(2)反应过程：图甲和图乙是铜锌原电池装置示意图。化学深化提能素养再进阶电极名称负极正极电极材料Zn片Cu片电极反应Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由Zn片沿导线流向Cu片[说明]①图乙盐桥中通常装有含琼脂的KCl饱和溶液，其作用是使整个装置构成闭合回路，代替两溶液直接接触；平衡电荷；提高电池效率。②两装置的不同之处：甲中还原剂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；乙中还原剂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。(3)粒子流向电子流向(外电路)：负极→导线→正极(电流方向与电子流向相反)。离子流向(内电路)：阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。2．原电池工作原理的应用(1)加快化学反应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。如在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液构成原电池，反应速率加快。(2)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。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)比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。(4)设计制作化学电源①首先将氧化还原反应分成两个半反应。②根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。如根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计的原电池为[基础排查]1．判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极()(2)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()(3)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()(4)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()(5)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()(6)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高()√××××√2．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．abdc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，则活动性：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。答案：C3．一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成H2的总量，可采取的措施是()A．加入少量稀NaOH溶液B．加入少量CH3COONa固体C．加入少量NH4HSO4固体D．加入少量CuSO4溶液解析：A中加入NaOH溶液，消耗盐酸，H2的生成量会减少，错误；B中加入CH3COONa固体，在溶液中CH3COO－会结合H＋生成醋酸，减慢反应速率，错误；C中加入NH4HSO4固体，增加了H＋的量，生成的H2会增多，错误；D中加入少量CuSO4溶液，Zn置换出少量Cu附着在锌表面，形成原电池可以加快反应速率，并且不影响H2的生成量，正确。答案：D4．(2020·广西桂林、贺州、崇左调研)如图所示原电池的盐桥中装有饱和K2SO4溶液，电池工作一段时间后，甲烧杯中溶液颜色不断变浅。下列叙述中正确的是()A．b极是电池的正极B．甲烧杯中K＋经盐桥流向乙烧杯C．甲烧杯中溶液的pH逐渐减小D．电池的总反应离子方程式为MnO－4＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O解析：由甲烧杯中溶液颜色不断变浅，可知KMnO4中Mn元素的化合价降低，得到电子，Fe元素的化合价升高，失去电子，则b为负极，a为正极，所以总的电极反应式为2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O。由于Fe2＋在b电极失去电子，发生氧化反应，所以b极是电池的负极，A错误；K＋向正极移动，所以K＋从盐桥流向甲烧杯，B错误；甲烧杯中a电极上MnO－4获得电子，发生还原反应，Mn元素的化合价降低，电极反应为MnO－4＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O，所以甲烧杯中溶液的pH逐渐增大，C错误；由总的电极反应式可知，反应的离子方程式为MnO－4＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O，D正确。答案：D5．利用反应Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋设计了如图所示的原电池。回答下列问题：(1)该原电池的负极材料是________，发生________(填“氧化”或“还原”)反应。(2)X是____________，图中“→”表示________的方向。(3)盐桥中的SO2－4移向________溶液。答案：(1)Cu氧化(2)Fe2(SO4)3(或FeCl3)溶液电子移动(3)CuSO4素养·应用达成用模型认知法突破原电池工作原理及电极反应式的书写[典例]微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()A．正极反应中有CO2生成B．微生物促进了反应中电子的转移C．质子通过交换膜从负极区移向正极区D．电池总反应为C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O[解析]图示所给出的是原电池装置。A.有氧气反应的一极为正极，发生还原反应，因为有质子通过，故正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C6H12O6在微生物的作用下发生氧化反应，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，负极上有CO2产生，故A不正确。B.微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置，所以微生物促进了反应中电子的转移，故B正确。C.质子是阳离子，阳离子由负极区移向正极区，故C正确。D.正极的电极反应式为6O2＋24e－＋24H＋12H2O，负极的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，两式相加得电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D正确。[答案]A[模型认知]1．原电池正、负极的判断2．电极反应式的书写步骤(1)书写步骤(2)注意事项①常见介质：酸性溶液(生成物中没有OH－)，碱性溶液(生成物中没有H＋)、中性溶液(反应物若是H＋得电子或OH－失电子，则H＋或OH－均来自于水的电离)、水溶液(不能出现O2－)、熔融态的盐或氧化物(可以出现O2－)。②复杂电极反应式的书写思路总体思路：复杂电极反应式＝总反应式－较简单一极电极反应式[对点训练]1．(思维建模能力)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↑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。答案：B2．（创新应用能力）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解析：题中所述锌铜原电池中，Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；Cu为正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，发生还原反应。Zn2＋通过阳离子交换膜向正极移动；乙池溶液中消耗的Cu2＋与由甲池迁移过来的Zn2＋的物质的量相同，则乙池溶液质量增加。溶液中的阴离子无法通过阳离子交换膜。答案：C考点二常见化学电源/基础·自主落实1．一次电池(1)碱性锌锰干电池正极反应：；负极反应：；总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2深化提能素养再进阶(2)锌银电池负极反应：；正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；总反应：。Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag2．二次电池(可充电电池)铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是，正极材料是。(1)放电时的反应①负极：。②正极：。③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。PbPbO2Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反应)PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)(还原反应)(2)充电时的反应①阴极：。②阳极：。③总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)=====电解Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)(还原反应)PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)(氧化反应)3．燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性和碱性两种。酸性碱性负极反应式2H2－4e－===4H＋正极反应式电池总反应式2H2＋O2===2H2OO2＋4H＋＋4e－===2H2O2H2＋4OH－－4e－===4H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－[注意]①可充电电池的充、放电不能理解为可逆反应。②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。③可充电电池在充电时，其负极连接外接电源的负极，正极连接外接电源的正极。[基础排查]1．判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加()(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池()(3)若使反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原电池方式进行，可用锌铁作电极材料()(4)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长()√×××(5)二次电池充电时为原电池，放电时是电解池()(6)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能()(7)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2－4e－===4H＋()×××2．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是()A．甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降解析：铜锌原电池(电解质溶液为硫酸)中铜作正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故铜电极附近H＋浓度降低，A项错误。答案：A3.银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH