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1第二节原电池化学电源考纲定位要点网络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。原电池工作原理及其应用1．原电池的构成(1)概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。(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。②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(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](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(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．(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绿色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C[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项正确；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H＋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。5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，乙中石墨电极上发生氧化反应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，当电流计读数为零时，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。]5．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6E2＋＋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。7(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。常见化学电源的分类及其工作原理1．一次电池(1)碱性锌锰电池碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH，其电极反应如下：负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(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)[补短板](1)二次电池充电时的电极连接8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燃料电池的电极不参加电极反应，通入的燃料发生负极反应，O2发生正极反应。②书写电极反应式时，注意介