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第二节原电池化学电源1．理解原电池的构成、工作原理及应用。2．能写出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。考纲要求1考点(一)原电池的工作原理2考点(二)常见的化学电源3课时跟踪检测目录CONTENTS考点(一)原电池的工作原理【点多面广精细研】过基础1．原电池(1)概念：原电池是把能转化为能的装置。(2)构成条件①能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活动性强的金属与电解质溶液反应)。②活动性不同的两电极(金属或石墨)。③形成闭合回路。形成闭合回路需三个条件：溶液；两电极直接或间接接触；两电极插入溶液中。化学电解质电解质电2．原电池的工作原理(1)两种装置图甲和图乙是铜锌原电池装置示意图。[说明]①图乙盐桥中通常装有含琼脂的KCl饱和溶液。②盐桥的作用：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)反应原理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3.原电池工作时导电粒子流向电子流向(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。4．原电池正、负极的判断[小题练微点]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()√××××√[学霸微提醒](1)不论在原电池中还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。(2)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可以与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。(3)Fe、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)。过题点题点一原电池的工作原理及电极反应式的书写1．(2016·全国卷Ⅱ)Mg—AgCl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：Mg—AgCl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．(2015·全国卷Ⅰ)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＋6O2===6CO2＋6H2O解析：图示所给出的是原电池装置。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错误；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；质子是阳离子，阳离子由负极区移向正极区，故C正确；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方法规律原电池电极反应式的书写(1)一般电极反应式的书写①书写步骤②常见介质常见介质注意事项中性溶液反应物若是H＋得电子或OH－失电子，则H＋或OH－均来自于水的电离酸性溶液反应物或生成物中均没有OH－碱性溶液反应物或生成物中均没有H＋水溶液不能出现O2－(2)用总反应式书写电极反应式①书写三步骤②书写技巧若某电极反应式较难写出时，可先写出较易写的电极反应式，然后根据得失电子守恒，用总反应式减去较易写的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。题点二原电池原理的应用3．M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是()A．P＞M＞N＞EB．E＞N＞M＞PC．P＞N＞M＞ED．E＞P＞M＞N解析：由①知，金属活动性：M＞N；M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：P＞M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N＞E。答案：A4．(2013·广东高考节选)能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。(1)完成原电池甲的装置示意图(见右图)，并作相应标注。要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。(2)铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极____________________________________________。(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(3)以Zn和Cu作电极为例分析，如果不用盐桥，则除了发生电化学反应外还发生Zn和Cu2＋的置换反应，反应放热，会使部分化学能以热能形式散失，使其不能完全转化为电能，而盐桥的使用，可以避免Zn和Cu2＋的直接接触，从而避免能量损失，提供稳定电流。答案：(1)如图所示(2)电极逐渐溶解，表面有红色固体析出(3)甲电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应，化学能在转化为电能时损耗较小[归纳拓展]原电池原理的四大应用(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设计的原电池为过能力1．有关如图所示原电池的叙述不正确的是()A．电子沿导线由Cu片流向Ag片B．正极的电极反应式是Ag＋＋e－===AgC．Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应D．反应时盐桥中的阳离子移向Cu(NO3)2溶液[做一当十]点拨：原电池工作时，电解质溶液以及盐桥中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。解析：A项，该装置是原电池，铜作负极，银作正极，电子从铜片沿导线流向银片，正确；B项，正极电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，正确；C项，铜片上失电子发生氧化反应，银片上得电子发生还原反应，正确；D项，原电池工作时，电解质溶液以及盐桥中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以反应时盐桥中的阳离子移向AgNO3溶液，错误。答案：D2．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是()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↑[做一当十]点拨：原电池正、负极的活泼与否是参照电解质溶液确定的。如稀硫酸作电解质溶液，Mg作负极，NaOH溶液作电解质溶液，Al与NaOH反应，而Mg不反应，Al作负极。解析：①中Mg作负极；②中Al作负极；③中铜作负极；④是铁的吸氧腐蚀，Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。答案：B3．一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．(2019·海淀区模拟)Mg—AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池的总反应如下：2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－，有关该电池的说法正确的是()A．该电池可用于海上应急照明供电B.负极反应式为AgCl＋e－===Ag＋Cl－C．该电池不能被KCl溶液激活D．电池工作时，每消耗1.2gMg，溶液中的Cl－增多0.2mol[做一当十]点拨：①负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋；②正极上得电子发生还原反应，电极反应式为AgCl＋e－===Ag＋Cl－。解析：电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池工作时将化学能转化为电能，电能的产生可用于海上应急照明供电，故A正确；AgCl是正极，正极上得电子发生还原反应，电极反应式为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，故B错误；电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，所以KCl溶液也可以激活电池，故C错误；电池工作时，每消耗1.2gMg即0.05mol，溶液中的Cl－增多0.1mol，故D错误。答案：A5．(1)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO－3)已成为环境修复研究的热点之一。Fe还原水体中的NO－3的反应原理如图1所示。①作负极的物质是________。②正极的电极反应式是___________________________。(2)通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如图2所示。①Pt电极上发生的是________反应(填“氧化”或“还原”)。②写出NiO电极的电极反应式：_____________________。[做一当十]点拨：正极发生还原反应，元素化合价降低，根据图示判断在正极上NO－3转化为NH＋4。答案：(1)①铁②NO－3＋8e－＋10H＋===NH＋4＋3H2O(2)①还原②NO＋O2－－2e－===NO2考点(二)常见的化学电源【点多面广精细研】过基础1