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第2讲原电池化学电源最新考纲要求核心素养脉络1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和总反应方程式。2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。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。能多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转换。2．证据推理与模型认知：能利用典型的原电池装置，分析原电池原理，建立解答原电池问题的思维模型，并利用模型揭示其本质及规律。3．科学态度与社会责任：具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与原电池有关的社会热点问题作出正确的价值判断。考点一原电池的工作原理及应用一、原电池工作原理1．原电池的概念及反应本质：把________转化为_____的装置，其本质是发生了_________反应。2．原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)：化学能电能氧化还原电极名称负极正极电极材料_________电极反应____________________________________电极质量变化__________反应类型_____反应_____反应电子流向由_____沿导线流向_____锌片铜片Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu减小增大氧化还原ZnCu电极名称负极正极盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向____极，Cl－移向____极盐桥作用a.连接内电路形成闭合回路。b．维持两电极电势差(中和电荷)，使电池能持续提供电流正负电极名称负极正极装置差异比较原电池Ⅰ：温度升高，化学能转化为电能和热能，两极反应在相同区域，部分Zn与Cu2＋直接反应，使电池效率降低；原电池Ⅱ：温度不变，化学能只转化为电能，两极反应在不同区域，Zn与Cu2＋隔离，电池效率提高，电流稳定3.原电池的构成条件：电极两极为导体，且存在活动性差异溶液两极插入________溶液中回路形成闭合回路或两极直接接触本质看能否自发地发生___________反应4．原电池中的三个移动方向：(1)电子方向：从____极流出沿导线流入____极。(2)电流方向：从____极沿导线流向____极。(3)离子迁移方向：电解质溶液中，阴离子向____极迁移，阳离子向____极迁移。注意“离子不上线，电子不下水”。电解质氧化还原负正正负负正[思维诊断1]判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)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，把其中的化学能转化为电能()(2)在原电池中，发生氧化反应的电极一定是负极()(3)其他条件均相同，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长()(4)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()×√√×(5)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()(6)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥内可以是含琼脂的KCl饱和溶液()(7)因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池，必是铁作负极、铜作正极()×××二、原电池原理的应用1．比较金属的活动性强弱原电池中，_____一般是活动性较强的金属，_____一般是活动性较弱的金属(或导电的非金属)。2．加快化学反应速率氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。3．用于金属的防护将需要保护的金属制品作原电池的______而受到保护。如要保护一个铁质的输水管道不被腐蚀，可用导线将其与一块锌块相连，锌块作原电池的_____。负极正极正极负极[思维诊断2]判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)电工操作中规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用，是因为铜、铝在潮湿的环境中形成原电池，加快了铝的腐蚀，易造成断路()(2)将氧化还原反应设计成原电池，可以把物质内部的能量全部转化为电能()√×(3)10mL浓度为1mol·L－1的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的CuSO4溶液能减慢反应速率但又不影响氢气生成量()(4)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀()××教材对接高考1．(RJ选修4·P71图4－1改编)某原电池装置如图所示。下列有关叙述中，正确的是()A．Fe作正极，发生氧化反应B．负极反应：2H＋＋2e－===H2↑C．工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不变D．工作一段时间后，NaCl溶液中c(Cl－)增大D解析：选D。负极是铁发生氧化反应，A项错误；正极是石墨，H＋在此电极发生还原反应，B项错误；工作一段时间后，右池中H＋在石墨棒上被还原为H2，溶液的pH增大，C项错误；盐桥中的Cl－移向负极，NaCl溶液中c(Cl－)增大，D项正确。2．(溯源题)(2015·高考天津卷)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：选C。A.Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO2－4不参加电极反应，故甲池的c(SO2－4)基本不变，错误；C.电池工作时，甲池反应为Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64gCu析出，则进入乙池的Zn2＋为65g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。探源本题源于RJ选修4P73T5的变式，重在考查根据氧化还原反应设计原电池以及原电池在工作时的两极反应和溶液的变化情况等。1．原电池正、负极的判断判断方法负极正极①电极材料较活泼金属较不活泼金属或石墨②两极反应类型发生氧化反应的电极发生还原反应的电极③电子流向(或电流方向)电子流出的电极(或电流流入的电极)电子流入的电极(或电流流出的电极)④离子移向阴离子移向的电极阳离子移向的电极⑤电极质量变化质量减小(或不变)的电极质量增加(或不变)的电极2．溶液pH变化判断(1)当负极产生的金属离子结合溶液中的OH－时，电极附近的溶液pH降低。当正极O2得电子结合溶液中的水时，生成OH－使溶液中的pH增大。(2)电池工作时整个溶液pH的变化必须从总反应式来分析。当电解质溶液中酸被消耗时，溶液pH增大，当电解质溶液中碱被消耗时，溶液pH减小。1．(2019·河北邯郸模拟)原电池中，B极逐渐变粗，A极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的()A．A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸B．A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸C．A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液D．A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液C解析：选C。在原电池中，一般活泼金属作负极，失去电子发生氧化反应(金属被氧化)而逐渐溶解(或质量减轻)；不活泼金属(或导电的非金属)作正极，发生还原反应有金属析出(质量增加)或有气体放出；依据题意可知A为负极、B为正极，即活泼性A大于B，且A能从电解质溶液中置换出金属单质。所以，只有C选项符合题意。2．实验发现，298K时，在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3＋立即被还原成Fe2＋。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。下列有关说法正确的是()A．该原电池的正极反应是Zn－2e－===Zn2＋B．左烧杯中溶液的血红色逐渐褪去C．该电池铂电极上有气泡出现D．该电池总反应为3Zn＋2Fe3＋===2Fe＋3Zn2＋B解析：选B。该电池的总反应为Zn＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Zn2＋，所以左烧杯Pt为正极，电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，右烧杯Zn为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋。由于左烧杯中的Fe3＋被还原为Fe2＋，所以左烧杯中溶液的血红色逐渐褪去。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．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极D解析：选D。由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，A、B项均正确；电流计读数为零时，Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态，C项正确；在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D项错误。实例：根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：4．事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是________(填序号，下同)。a．C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)ΔH0b．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)ΔH0c．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)ΔH0若以KOH溶液为电解质溶液，依据所选反应设计一个原电池，其正极的电极反应为______________________________________________________________________________。某同学用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂—KNO3的U形管)设计成一个原电池，如图所示，下列判断中正确的是________。a．实验过程中，左侧烧杯中NO－3浓度不变b．实验过程中取出盐桥，原电池能继续工作c．若开始时用U形铜代替盐桥，装置中无电流产生d．若开始时用U形铜代替盐桥，U形铜的质量不变解析：根据题中信息，设计成原电池的反应通常是放热反应，排除a，根据已学知识，原电池反应必是自发进行的氧化还原反应，排除c。原电池正极发生还原反应，由于是碱性介质，则电极反应中不应出现H＋，故正极的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。该原电池的工作原理是Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，盐桥起形成闭合回路和平衡电荷的作用，因此当电池工作时，盐桥中的NO－3向负极移动，因此左侧烧杯中NO－3的浓度将增大，a错误；当取出盐桥，不能形成闭合回路，电池处于断路状态，不能继续工作，b错误；若开始时用U形铜代替盐桥，则左侧烧杯相当于电解装置，而右侧烧杯相当于原电池装置，电极反应从左往右依次为阳极：Cu－2e－===Cu2＋，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，负极：Cu－2e－===Cu2＋，正极Ag＋＋e－===Ag，由此可知c错误、d正确。答案：bO2＋4e－＋2H2O===4OH－d考点二化学电源一、化学电池的分类1．一次电池：发生氧化还原反应的物质消耗到一定程度，就不能再使用的电池，如普通锌锰干电池、锌银电池、锂电池等。2．二次电池：放电后可以再充电使活性物质再生，可以多次重复使用的电池，如铅蓄电池、氢镍电池、锂离子电池等。3．燃料电池：能连续将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电池，如氢氧燃料电池、甲醇燃料电池等。二、常见化学电源名称电极材料电解质溶液电极反应电池反应碱性锌锰干电池正极：MnO2负极：ZnKOH溶液负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH名称电极材料电解质溶液电极反应电池反应铅蓄电池正极：PbO2负极：Pb30%H2SO4溶液负极：Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4正极：PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2OPb＋PbO2＋2H2SO4放电充电2PbSO4＋2H2O名称电极材料电解质溶液电极反应电池反应氢氧燃料电池正极：石墨负极：石墨KOH溶液负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH