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1第3节化学能转化为电能——电池课标解读要点网络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。3.了解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。原电池工作原理及其应用1．原电池的构成(1)概念和反应本质电化学上将这种能把化学能转化为电能的装置称为原电池。(2)构成条件反应能发生自发进行的氧化还原反应(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2.原电池的工作原理如图是CuZn原电池，请填空：(1)两装置的差别①图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，电能效率低。2②图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，电流稳定，且持续时间长，电能效率高。(2)反应原理电极名称负极正极电极材料ZnCu电极反应Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu反应类型氧化反应还原反应(3)原电池中的三个方向①电子方向：从负极流出沿导线流入正极。②电流方向：从正极沿导线流向负极。③离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。(4)盐桥作用①连接内电路，形成闭合回路。②平衡电荷(盐桥中阴离子移向负极，阳离子移向正极)，使原电池不断产生电流。3．原电池原理的应用(1)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。(2)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。例如，在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。(3)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Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu(NO3)2，负极用Cu，正极用Ag或C等，AgNO3为电解质溶液。[补短板](1)原电池反应必须是氧化还原反应，但自行发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应，也可能是电极与溶解的氧气等发生反应，如将铁与石墨相连插入食盐水中。(2)在理解形成原电池可加快反应速率时，要注意对产物量的理解，Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液，锌足量时，不影响产生H2的物质的量，但稀硫酸足量时，产生H2的物质的量要减少。(3)原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。如在Mg－NaOH(aq)－Al原电池中Al为负极；在Cu－浓硝酸－Fe(Al)原电池中Cu为负极。[基础判断]3(1)在化学反应中，所有自发的放热反应均可以设计成原电池。()(2)在Mg－NaOH(aq)－Al电池中负极反应为Al－3e－＋4OH－===AlO－2＋2H2O。()(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)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。()(5)含盐桥的原电池工作时，盐桥中的阳离子向负极迁移。()[答案](1)×(2)√(3)×(4)×(5)×[知识应用]1．在如图所示的5个装置中，不能形成原电池的是____________(填序号)。③装置发生的电极反应式为______________________________________________________________________________________________________________。[答案]②④负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：2H＋＋2e－===H2↑2．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。[答案](1)CuAgNO3溶液(2)正Ag＋＋e－===Ag(3)Cu(NO3)2命题点1原电池的工作原理1．(2019·武汉调研)下列装置为某实验小组设计的CuZn原电池，下列说法错误的是()4甲乙A．装置甲中电子流动方向为：Zn→电流表→CuB．装置乙比装置甲提供的电流更稳定C．装置乙盐桥中可用装有琼胶的Na2CO3饱和溶液D．若装置乙中盐桥用铁丝替代，反应原理发生改变C[装置甲中Zn电极为负极，Cu电极为正极，电子从负极流出经导线流入正极，故电子流动方向：Zn→电流表→Cu，A项正确；装置甲中Zn与CuSO4溶液直接反应生成的Cu会附着在Zn电极上，使电池效率降低，装置乙为带有盐桥的原电池，氧化反应和还原反应在两池中分别发生，提供的电流更稳定，B项正确；装置乙盐桥中若用装有琼胶的Na2CO3饱和溶液，则CO2－3向ZnSO4溶液中迁移，ZnSO4溶液中会产生沉淀，C项错误；若装置乙中盐桥用铁丝替代，则形成两个串联的原电池，反应原理改变，D项正确。]2．(双选)(2019·海淀区模拟)全钒电池以惰性材料作电极，在电解质溶液中发生的原电池反应为VO＋2(黄色)＋V2＋(紫色)＋2H＋===VO2＋(蓝色)＋H2O＋V3＋(绿色)。下列说法不正确的是()A．正极反应为VO＋2＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2OB．负极附近的溶液由紫色逐渐变为蓝色C．反应每生成1molH2O时转移电子的物质的量为0.5molD．原电池使用过程中溶液的pH逐渐增大BC[由电池总反应VO＋2(黄色)＋V2＋(紫色)＋2H＋===VO2＋(蓝色)＋H2O＋V3＋(绿色)可得，VO＋2为正极的活性物质，V2＋为负极的活性物质，所以左室为正极室，右室为负极室。正极反应为VO＋2＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O，A项正确；负极反应为V2＋－e－===V3＋，所以负极附近溶液的颜色由紫色逐渐变为绿色，B项错误；由电极反应VO＋2＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O可知，反应每生成1molH2O时转移电子的物质的量为1mol，C项错误；由原电池总反应可知，反应过程中5H＋被不断消耗，所以溶液的pH逐渐增大，D项正确。]3．(2019·厦门模拟)将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列说法不正确的是()A．盐桥中的K＋移向FeCl3溶液B．反应开始时，乙中石墨电极反应式为2I－－2e－===I2C．检流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D．检流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极D[A项，甲池中石墨电极为正极，乙池中石墨电极为负极，盐桥中阳离子向正极移动，所以K＋向FeCl3溶液迁移，正确；B项，反应开始时，乙中I－失去电子，发生氧化反应，正确；C项，当检流计读数为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，正确；D项，当加入Fe2＋，导致平衡逆向移动，则Fe2＋失去电子生成Fe3＋，作为负极，而乙中石墨成为正极，错误。]原电池的工作原理简图注意：①若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。②若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。命题点2原电池原理的应用4．等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中滴入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是()ABCDD[a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu，Zn的量减少，产生H2的量减少，但Zn、Cu和稀H2SO4形成原电池，加快反应速率，D项图示符合要求。]65．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．PMNEB．ENMPC．PNMED．EPMNA[由①知，金属活动性：MN；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：PM；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：NE。]6．设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。(1)负极反应式：_________________________________________________。(2)正极反应式：_________________________________________________。(3)电池总反应方程式：___________________________________________。(4)在框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：①不含盐桥②含盐桥[答案](1)Cu－2e－===Cu2＋(2)2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋(3)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋(4)①②原电池设计的一般思路(1)正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。(2)电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶7解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液一般选择与电极材料相同的阳离子溶液。(3)画装置图：注明电极材料与电解质溶液。但应注意盐桥不能画成导线，要形成闭合回路。常见化学电源的工作原理1．一次电池(1)碱性锌锰干电池碱性锌锰干电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH，其电极反应如下：负极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；正极：MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－；总反应：Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn(OH)2。(2)银锌电池银锌电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH，其电极反应如下：负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。(3)锂电池锂电池是用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOCl2)中组成。其电极反应如下：负极：8Li－8e－===8Li＋；正极：3SOCl2＋8e－===6Cl－＋SO2－3＋2S；总反应：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。2．二次电池铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)放电充电2PbSO4(s)＋2H2O(l)8[补短板](1)二次电池充电时的电极连接即正极接正极，负极接负极。(2)充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应与放电时的正极反应相反，充电时的阴极反应与放电时的负极反应相反。3．燃料电池燃料电池中的常见燃料有氢气、烃(CH4、C2H6)、烃的衍生物(甲醇、乙醇)、CO、金属(Al、Li等)，燃料在电池中的负极发生反应。以氢氧燃料电池为例介质酸性碱性负极反应式2H2－4e－===4H＋2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－电池总反应式2H2＋O2===2H2O注意：①燃料