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1、1/16 第四讲原电池 【教学目标】 1.通过化学能与电能的相互转化，认识常见的能量转化形式及其重要应用。 2.理解原电池的工作原理并正确书写电极反应和总反应方程式。 3.了解原电池在实际中的应用。 【知识梳理】 知识点一原电池工作原理及应用 1原电池原理： （1）从能量转化来看：化学 能 电能的装置 （2）从化学反应来看：还原剂 失的电子经 导线 传给 氧化剂 ，使氧化、还原反应分别在两个电极上 进行 2原电池的构成条件： （1）两个电极：由两种活动性不同的金属或其他能导电的非金属材料组成 【注】很活泼的金属不可作负极，如K、Na、 Ca 等 （2）两电极必须浸在电解质溶液 中 【注】电解质
2、溶液中的正、负离子的定向移动形成内电路 （3）两电极间要用导线连接形成闭合回路 3原电池正、负极的判断 （1）由电极材料判断：一般较活泼金属作负极， 失电子。还原性较弱的金属作正极， 得电子。 特例： Mg 、Al 作电极， NaOH电解液， 此时 Al 做负极 （本质： Al 与置换 H2O 中的氢，生成H2， 与 Mg 无关。） ； （2）根据两极发生的变化判断： 负极： 失电子，发生 氧化 反应；正极： 得电子，发生 还原 反应； （3）根据三个方向判断： 电流流动方向：正极经 外电路流向 负极； 电子流动方向：负极经 外电路流向 正极。 （与电流方向 相反 ） ； 离子移动方向：电解液
3、中的阴离子移向负极；阳离子移向正极； *【注】 只有金属中有自由移动的电子，所以电子在导线和金属及石墨（一个 C 有一个自由移动的 2/16 电子）电极中有自由移动的电子，溶液中没有电子，只有自由移动的离子，整个电路是由电子和 离子导电共同组成的通路）。 4. 原电池的应用 （1）判断金属活动性顺序 （2）提高化学反应速率 典型例题 1.铜 -锌原电池 （1）总反应方程式：Zn+Cu 2+ =Zn 2+ + Cu 负极： 锌极 ，失电子，发生 氧化 反应， Zn-2e -=Zn2+ 正极： 铜极 ，得电子，发生 还原 反应， Cu 2+ +2e - = Cu （2）三个方向 电子：由 锌经过
4、外 电路到 铜； 电流：由 铜经过 外 电路到 锌； 电解质溶液中：阳离子移向正极，阴离子移向负极 2.(2015朝阳一模10) 右图为锌铜原电池装置图，下列说法不正确 的是 C A. 电子由 Zn 极流向 Cu 极 B. 该装置的总反应为：Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu C. 一段时间后，A 池带正电荷，B 池带负电荷 D. 取出盐桥，电流计指针不再偏转 3/16 3 （2014石景山一模9）根据右图，下列判断正确的是 A电子从Zn 极流出，流入Fe 极，经盐桥回到Zn 极 B烧杯 b 中发生的电极反应为Zn 2e Zn2+ C烧杯 a 中发生反应O2+4H + +4e 2H
5、2O，溶液 pH 降低 D 向烧杯a 中加入少量K3Fe(CN)6溶液，有蓝色沉淀生成 4.（ 2013北京）通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如下: 写出 NiO 电极的电极反应式NO - 2 e- + O2- =NO2 知识点二二次电源 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 负极： Zn+2OH - -2e - =Zn(OH)2 正极： 2MnO2 2H2O 2e =2MnOOH （氢氧化氧锰）2OH 总反应： Zn 2MnO 22H2O=2MnOOH Zn(OH)2 碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，它的能量比和可储存时间具有
6、 提高，适用于大电流和连续放电，是民用电池的升级换代产品之一。 G NaCl溶液 a b O2 N2 FeZn盐桥 e 4/16 2. 锌银电池 锌银电池的负极是Zn ，正极是Ag2O ，电解质是KOH 负极： Zn 2OH 2e =Zn(OH)2 正极： Ag2O H2O 2e =2Ag 2OH 总反应： Zn Ag2OH2O=Zn(OH) 22Ag 这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电，常制成纽扣式微型电池，广 泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。 典型例题 1 （2014东城期末）如图是一种应用广泛的锂电池，LiPF 6是电解质， SO(CH3)2作溶
7、剂， 反应原理 4Li+FeS 2=Fe+2Li2S。下列说法不正确的是C A该装置将化学能转化为电能 B电子移动方向是由a 极到 b 极 C可以用水代替SO(CH3)2做溶剂 Db 极反应式是FeS2+4Li +4e-=Fe+2Li 2S 2. （ 2014 丰 台 期 末 ） 镁 锰 干 电 池 的 电 化 学 反 应 式 为 ： Mg+2MnO2+H2O = Mg(OH)2+Mn2O3。下列说法不正确 的是 C A镁为负极，发生氧化反应 B可以选择碱性溶液作为电解质 C反应后正极和负极附近溶液的pH 均升高 D正极的电极反应为：2MnO2H2O2e =Mn 2O3 2OH 5/16 3.
8、热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作 为电解质的无水LiCl KCl 混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为： PbSO4 2LiCl Ca = CaCl2 Li2SO4 Pb 。 下 列 有 关 说 法 正 确 的 是D A正极反应式：Ca2Cl 2e=CaCl 2 B放电过程中，Li 向负极移动 C放电过程中，PbSO4被氧化 D负极反应式：PbSO4-2e = Pb + SO 4 2- 4有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是D 图碱性锌锰电池图铅 -硫酸蓄电池图电解精炼铜图银锌纽扣电 池 A图所示电池中，MnO2的作用是催
9、化剂 B图 II 所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大 C图 III 所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu 2+ 浓度始终不变 D图 IV 所示电池中， Ag2O 是氧化剂，电池工作过程中还原为Ag 知识点三燃料电池 1燃料电池的定义： 燃料电池是一种连续地将燃料 和氧化剂 的化学 能直接转换成 电能的化学电池。 这是一种高效、 环境友好的发电装置。 2燃料电池的构成 （1）常见的燃料电池的燃料：氢气、一氧化碳、烃、甲醇、葡萄糖、肼、氨、煤气、金属铝 6/16 （2）常见燃料电池的氧化剂：纯氧气或空气中的氧气 （3）常用的电解质溶液：酸性（硫酸、 磷酸） 、碱性（氢氧化钾）、熔融盐（碳酸锂和碳
10、酸钠） 、 固体（在高温下能传导O 2- ） 3电极反应方程式的书写 【重点】书写步骤： 观察已知条件写出反应物和生成物 依据化合价变化确定e 个数 观察介质补入相关离子配平电荷 补入介质中微粒（H2O、 熔 融物等）等配平原子 （1）氢氧燃料电池（以氢氧化钾溶液为电解质） 总反应：O2 2H2 2H2O 正极： O2 2H2O 4e 4OH 负极： 2H2 4OH- 4e-4H2O 氢氧燃料电池（以硫酸溶液为电解质溶液） 总反应：O2 2H2 2H2O 正极：O2+ 4H+ 4e- = 2H2O 负极： 2H2 4e 4H+ （2）一氧化碳燃料电池（以氢氧化钾溶液为电解质） 总反应： 2CO
11、+O2+4OH-=2CO32- + 2H2O 正极： O2 2H2O 4e 4OH 负极： 2CO 8OH 4e 4H2O +2CO3 2- 一氧化碳燃料电池（以硫酸溶液为电解质） H2 O2 电解质 7/16 总反应： 2CO+O2 = 2CO2 正极： O2+ 4H+ 4e- = 2H2O 负极： 2CO+ 2H2O-4e-4H+ 2CO2 一氧化碳燃料电池（以熔融盐为电解质） 总反应： 2CO+O2= 2CO2 正极： O2+2CO2 +4e- = 2CO3 2- 负极：2CO+ 2CO3 2- = 4CO2+4e- 【总结】燃料电池在酸、碱、熔融氧化物、碳酸盐为电解质溶液中的反应是不同
12、的。所以， 要注意看生成的新离子能不能稳定存在电解质溶液中。若不能，在写反应式时应写出最稳定 的物质要注意电解质溶液的性质。例：溶液为碱性时，电极反应式中不能出现H + ；溶液为酸 性时，电极反应式中不能出现OH 。 典型例题 1.（ 2015丰台一模11 ）NO2、 O2和熔融KNO3可制作燃 料电池，其原理如图，该电池在使用过程中石墨I 电极上生 成氧化物Y，Y 可循环使用。下列说法正确的是D AO2在石墨附近发生氧化反应 B该电池放电时NO3 向石墨电极迁移 C石墨附近发生的反应：3NO2 +2e = NO+ 2NO3 D相同条件下，放电过程中消耗的NO2和 O2的体积比为41 2 （2
13、015朝阳二模10 ）右图为Pt 电极的氢氧燃料电池工作原理示意图，H2SO4为 电解质溶液。有关说法不正确 的是 C A. a 极为负极，电子由a 极流向 b 极 B. a 极的电极反应式是：H2 -2e - = 2H+ C. 电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)增大 D. 若将 H2改为等物质的量CH4，O2的用量增多 8/16 3.（2015门头沟二模11 ）某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH 4 为燃料时，该电池工作原理见下图。下列说法正确的是B A此电池在常温时也能工作 B正极电极反应式为：O2+2CO2+4e =2CO 3 2 CCO3 2 向正
14、极移动 Da 为 CH4，b 为 CO2 4.（2015房山一模26 ）利用 CO2与 H2反应可合成二甲醚（CH3OCH3） 。以 KOH 为电解 质溶液，组成二甲醚- 空气燃料电池，该电池工作时其负极反应式是CH3OCH3 12e- + 16OH- = 2CO32- + 11H2O 5.（ 2015门头沟一模26 ）将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如 图是通过人工光合作用以CO2和 H2O 为原料制备HCOOH和 O2的原理示意图。 催化剂 b 表面发生的电极反应式为CO2+2e-+2H+=HCOOH 【巩固练习】 1 （ 2015年石景山期末8）某同学组装了如图所示的
15、原电池装置，下列叙述中正确的是A A电流方向：电极A电极 B电极逐渐溶解 C电极上发生还原反应 D盐桥中装有含氯化钾的琼脂，Cl 向右池移动 9/16 2. （ 2015广渠门中学期中16 ）某原电池装置如图所示，下列有关叙述中，正确的是 D AFe 作正极，发生氧化反应 B负极反应：2H +2e=H 2 C工作一段时间后，两烧杯中溶解pH 均不变 D工作一段时间后，NaCl 溶液中 c(Cl )增大 3.(2015东城 11 月联考 7) 结合右图判断，下列叙述正确的是 A A和中正极均被保护 B. 和中Cl 均向 Fe 电极移动 C. 和中负极反应均是Fe-2e =Fe 2+ D. 和中正
16、极反应均是O2+4e +2H 2O=4OH 4.（2015北京十三中期中2）右图是一个盐桥中充满饱和KCl 溶液锌铜原电池装置，下列 分析正确的是C A.Cu 片上发生氧化还原反应 B.电子由 Cu 片经外电路流向Zn 片 C.盐桥中得 Cl -移向 ZnSO 4溶液 D.一段时间后烧杯中c(Zn 2+)、c(Cu2+ )均减小 10/16 5.（ 2014顺义二模8） 铜锌原电池装置(见右图 )，下列分析正确的是C A一段时间后两烧杯中c(Zn 2+ )、c(Cu 2+ )均减小 B原电池工作时，Cu 电极流出电子，发生氧化反应 C原电池工作时的总反应为Zn Cu 2 =Zn 2Cu D盐桥
17、中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子 6.（ 2015广渠门中学期中9）据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在奥运 会期间为运动员提供服务某种氢氧燃料电池的电解液为KOH 溶液 下列有关电池的叙述 不正确的是D A、正极反应式为：O2+2H 2O+4e - 4OH - B、工作一段时间后，电解液中的KOH 的物质的量不变 C、该燃料电池的总反应方程式为：2H2+O2 2H2O D、用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24LCl2（标准状况）时，有0.1mol电子转移 7.(2013丰台期末 )将反应 Cu (s) + 2Ag + (aq) ? Cu 2+ (aq) + 2Ag (s
18、) 设计成原电池，某一 时刻的电子流向及电流计（G）指针偏转方向如图所示，有关叙述正确的是C AKNO3盐桥中的K +移向 Cu(NO 3)2溶液 B当电流计指针为0 时，该反应达平衡，平衡常数K=0 C若此时向AgNO3溶液中加入NaCl 固体， 随着 NaCl 量的增加， 电流计指针向右偏转幅 度减小指针指向0向左偏转 D若此时向Cu(NO 3)2溶液中加入 NaOH 固体，随着NaOH量的增加电流计指针向右偏 转幅度减小指针指向0向左偏转 11/16 8.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是B A该电池能够在高温下工作 B电池的负极反应式为C6H12
19、O66H2O 24e = 6CO 2 24H C放电过程中，H 从正极区向负极区迁移 D在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体 22.4 6 L 9.（ 2014海淀期末）微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。 已知某种甲醇微生物燃料电池中，电解质溶液为酸性，示意图如下： 该电池外电路电子的流动方向为从A到B（填写“从 A到 B”或“从 B到 A”）。 工作结束后 ，B电极室溶液的pH 与工作前相比将不变（填写“增大”、“减 小”或“不变”，溶液体积变化忽略不计）。 A电极附近甲醇发生的电极反应式为CH3OH + H2O - 6e- = 6H
20、+ CO2 12/16 10. （2014东城一模27 ）为避免生成白烟，该学生设计了下图装置以完成Cl2和 NH 3的反 应： 2NH3(g)3Cl2(g) N2(g)6HCl(g) 若该装置能实现设计目标，则 石墨 b 电极上发生的是反应还原（填“氧化”或“还原”） 写出石墨a 电极的电极反应式：2NH3 6OH - -6e- N2 6H2O 11. （2014海淀二模27.14分）含乙酸钠和对氯酚（ OHCl ）的废水可以利用微 生物电池除去，其原理如下图所示。 B 是电池的 负极（填“正”或“负”） ；A 极的电极反应式为Cl OH + 2e + H+ = OH + Cl OHCl O
21、H 质子交换膜A极B 极 微生物膜 CH3COO HCO3 H + Cl 和 13/16 【拓展提升】 1.（ 2015西城二模10 ）电化学气敏传感器可用于监测环境中NH 3的含量，其工作原理示 意图如下。下列说法不正确 的是 C AO2在电极 b 上发生还原反应 B溶液中OH 向电极 a 移动 C反应消耗的NH3与 O2的物质的量之比为4:5 D负极的电极反应式为：2NH36e 6OH =N 26H2O 2.（ 2014丰台二模8）下列叙述中正确的是D A图中正极附近溶液pH 降低 B图中电子由Zn 流向 Cu ，盐桥中的Cl 移向 CuSO 4溶液 C图正极反应是O22H2O 4e 4O
22、H D图中加入少量K3Fe(CN) 6溶液，有蓝色沉淀生成 3.普通水泥在固化过程中自由水分子减少并产生Ca(OH) 2使溶液呈碱性。根据这一物理化 学特点， 科学家发明了电动势法测水泥初凝时间。此方法的原理如图所示，反应的总方程式 为： 2Cu Ag2O 2CuO 2Ag ，下列有关说法正确的是C A电池工作时，OH 向正极移动 B测量原理示意图中，Ag2O 为负极 C电流方向是从Ag2O/ Ag电极到 Cu 电极 D正极的电极反应为：2Cu 2OH 2e Cu2OH2O 14/16 4一种太阳能电池的工作原理示意图如下所示，电解质为铁氰化钾K3Fe(CN) 6和亚铁氰 化钾K4Fe(CN)
23、6的混合溶液，下列说法不正确 的是 C AK + 移向催化剂b B催化剂a 表面发生反应：Fe(CN)6 4- e -Fe(CN) 6 3- CFe(CN)6 3- 在催化剂b 表面被氧化 D 电解质溶液中Fe(CN)63-和 Fe(CN)64-浓度基本保持不变 5. 由镁、石墨、H2O2酸性溶液构成的原电池总反应是：Mg+H 2O2 + 2H +=Mg2+ + 2 H 2O， 装置如下图所示,下列说法正确的是C 正极附近溶液pH 减小 在外电路中，电子由石墨镁 负极发生氧化反应 正极发生的电极反应是：2H + +2e H2 6下图是将SO2转化为重要的化工原料H2SO4的原理示意图，下列说法
24、不正确 的是 B A该装置将化学能转化为电能 B催化剂b 表面 O2发生还原反应，其附近酸性增强 C催化剂a 表面的反应是：SO22H 2O2e - SO42-4H + D若得到的硫酸浓度仍为49% ，则理论上参加反应的SO2与加入 的 H2O 的质量比为8: 15 15/16 7.（2015门头沟一模26 ）氮氧化物进入水体可转化为NO3，电化学降解法可用于治理水 中 NO3 的污染。原理如图所示。 电源正极为A(填“ A”或“B” ) ，若电解过程中转移了0.4mol电子，则处理掉的NO3 为4.96g g。 8.（ 2015房山二模26 ）微生物可使甲醇在酸性环境下与空气中氧气发生原电池
25、反应，反 应原理如下图所示。 反应中阳离子的运动方向是A至B- 。 B极的反应式是O2+4e-+4H+=2H2O 。 A 极可能产生的物质是c、d 。 a.H2 b. CH 4c.HCOOH d.CO2 9.（ 2015东城二模26 ）直接供氨式固体氧化物燃料电池能量转化效率达85% ，其结构示 意图如下： 负极的电极反应式是2NH3 -6e-+3O2-= N2 +3H2O。 用该电池电解300mL饱和食盐水。一段时间后，溶液pH 为 13 （忽略溶液体积的变化）， 则消耗 NH3的体积是0.264 L（标准状况）。 直流电源 Pt 电极 Ag-Pt 电极 H2O NO3 N2 质子交换膜 A
26、 B 16/16 10. （2014西城一模26.13分）有人设想以N2和 H2为反应物， 以溶有 A 的稀盐酸为电解 质 溶液 ，可 制造 出既 能提 供电 能， 又能 固氮 的新 型燃 料电 池， 装置 如图l所示。 电池正极的电极反应式是N2+8H+6e-=2NH4+ ，A 是 NH4Cl 。 11. （2013东城一模25 ）砷酸盐可发生如下反应：AsO -3 4 2I 2H+ AsO -3 3 I2 H2O。下图装置中，C1、C2是石墨电极。 A 中盛有棕色的KI 和 I2的混合溶液，B 中盛有无色的Na3AsO4 和 Na3AsO3的混合溶液， 当连接开关K，并向 B 中滴加浓盐酸时发 现灵敏电流计G 的指针向右偏转。此时C2上发生的电极反应是 AsO3-4+ 2e- + 2H+ = AsO3-3+ H2O 。 一段时间后，当电流计指针回到中间“0”位时，再向B 中滴加过量浓NaOH溶液，可 观察到电流计指针向左偏 （填“不动” 、 “向左偏”或“向右偏”） 。