第二节　资源综合利用　环境保护教学评价实录

原电池

[考纲要求] 1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

考点一

原电池及其工作原理

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．工作原理

以铜锌原电池为例

(1)反应原理

电极名称

电极材料

电极反应

反应类型

电子流向

盐桥中离子移向

(2)两个装置的比较

负极

锌片

Zn－2e===Zn

氧化反应

由Zn沿导线流向Cu －2＋

正极

铜片

Cu＋2e===Cu 还原反应

2＋－盐桥含饱和KCl溶液，K移向正极，Cl移向负极

＋－装置Ⅰ中还原剂Zn与氧化剂Cu直接接触，易造成能量损耗；装置Ⅱ盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区，能避免能量损耗。

3．原电池的构成条件

(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。

(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。

(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：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。

深度思考

判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极(

) (2)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强(

) (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)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(

) 2＋

答案

(1)√

(2)×

(3)×

(4)√

题组一

原电池工作原理的考查

1．下面装置中，能构成原电池的是________(填序号)。

答案

②④⑥⑦⑨

2．有关电化学知识的描述正确的是(

) A．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

B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液

C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成

D．从理论上讲，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池

答案

D 解析

CaO＋H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应；KCl和AgNO3反应生成AgCl沉淀易阻止原电池反应的发生；作电极的不一定是金属，如石墨棒也可作电极。

原电池正、负极判断方法

说明

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。

考点二

原电池原理的“四”个基本应用

1．用于金属的防护

使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，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。

2．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。

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．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增大。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。

深度思考

1.电工经常说的一句口头禅：“铝接铜，瞎糊弄”，所以电工操作上规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用，试说明原因：

________________________________________________________________________。

答案

铜、铝接触在潮湿的环境中形成原电池，加快了铝的腐蚀，易造成电路断路

2.将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液。请画出产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系图像。

答案

一思两变

1．将上面2题中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，请画出产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系图像。

答案

2．将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，请画出产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系图像。

答案

改变Zn与H反应速率的方法

1．加入Cu或CuSO4，形成原电池，加快反应速率，加入Cu不影响Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量减少，是否影响产生H2的量，应根据Zn、H的相对量多少判断。

2．加入强碱弱酸盐，由于弱酸根与H反应，使c(H)减小，反应速率减小，但不影响生成H2的量。

＋＋＋＋

题组一

判断金属的活泼性

1．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是(

) A．A>B>C>D>E C．C>A>B>D>E 答案

B 解析

金属与稀H2SO4溶液组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H在正极电极表面得到电子生成H2，电子运动方向由负极→正极，电流方向则由正极→负极。在题述原电池中，A­B原电池，A为负极；C­D原电池，C为负极；A­C原电池，A为负极；B­D原电池，D为负极；E先析出，E不活泼。综上可知，金属活动性顺序：A>C>D>B>E。

2．有A、B、C、D四种金属，做如下实验：①将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀；②将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；③将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化，如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是(

) A．A＞B＞C＞D

C．D＞A＞B＞C

答案

C 解析

①A与B用导线连接后浸入电解质溶液中会构成原电池，B不易腐蚀，说明B为原电池的正极，金属活动性A＞B；②A、D与等物质的量浓度的盐酸反应，D比A反应剧烈，金属活动性D＞A；③根据置换反应规律，Cu不能置换出B，说明金属活动性B＞Cu；Cu能置换出C，说明金属活动性Cu＞C。则四种金属活动性的排列顺序是D＞A＞B＞C。

考点三

化学电源的工作原理

B．C＞D＞A＞B D．A＞B＞D＞C ＋

B．A>C>D>B>E D．B>D>C>A>E

1．日常生活中的三种电池

(1)碱性锌锰干电池——一次电池

正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e===2MnOOH＋2OH；

负极反应：Zn＋2OH－2e===Zn(OH)2；

总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。

－－－－

(2)锌银电池——一次电池

负极反应：Zn＋2OH－2e===Zn(OH)2；

正极反应：Ag2O＋H2O＋2e===2Ag＋2OH；

总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。

(3)二次电池(可充电电池) 铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。

①放电时的反应

a．负极反应：Pb＋SO4－2e===PbSO4；

b．正极反应：PbO2＋4H＋SO4＋2e===PbSO4＋2H2O；

c．总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。

②充电时的反应

a．阴极反应：PbSO4＋2e===Pb＋SO4；

b．阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e===PbO2＋4H＋SO4；

c．总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。

2．“高效、环境友好”的燃料电池

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。

种类

负极反应式

正极反应式

电池总反应式

酸性

2H2－4e===4H

O2＋4e＋4H===2H2O 2H2＋O2===2H2O －＋－＋－＋2－－2－＋2－－2－－－－－－碱性

2H2＋4OH－4e===4H2O O2＋2H2O＋4e===4OH

－－－－

题组一

判断正、负极，书写化学电源电极反应式

1．Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4­SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。

请回答下列问题：

(1)电池的负极材料为__________，发生的电极反应为

________________________________________________________________________。

(2)电池正极发生的电极反应为________________________________________________________________________。

答案

(1)锂

4Li－4e===4Li

(2)2SOCl2＋4e===4Cl＋S＋SO2↑

解析

分析反应的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被还原，为氧化剂。

(1)负极材料为Li(还原剂)，4Li－4e===4Li。

(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl2＋4e===4Cl＋S＋SO2↑。

2．Mg－AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgCl＋Mg===Mg＋2Ag＋2Cl

2＋－－－－＋－－－＋

试书写该电池的正、负极电极反应式。

答案

负极：Mg－2e===Mg

正极：2AgCl＋2e===2Ag＋2Cl

3．铝－空气海水电池：以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。

电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3

负极：________________________________________________________________________；

正极：________________________________________________________________________。

答案

4Al－12e===4Al

3O2＋6H2O＋12e===12OH

化学电源中电极反应式书写的一般步骤

“加减法”书写电极反应式

1．先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。

2．注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH，若电解质溶液为酸性，则H必须写入正极反应式中，O2生成水。

3．正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。

题组二

“一池多变”的燃料电池

4．以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。

(1)酸性介质(如H2SO4) 负极：________________________________________________________________________；

正极：________________________________________________________________________；

总反应式：_______________________________________________________。

答案

CH4－8e＋2H2O===CO2＋8H

2O2＋8e＋8H===4H2O CH4＋2O2===CO2＋2H2O (2)碱性介质(如KOH) 负极：________________________________________________________________________；

正极：________________________________________________________________________；

总反应式：____________________________________________________________。

答案

CH4－8e＋10OH===CO3＋7H2O 2O2＋8e＋4H2O===8OH

CH4＋2O2＋2OH===CO3＋3H2O (3)固体电解质(高温下能传导O) 负极：________________________________________________________________________；

正极：________________________________________________________________________；

2－－2－－－－－2－－＋－＋＋－－3＋－－－－－2＋

总反应式：________________________________________________________。

答案

CH4－8e＋4O===CO2＋2H2O 2O2＋8e===4O

CH4＋2O2===CO2＋2H2O (4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下

负极：________________________________________________________________________；

正极：________________________________________________________________________；

总反应式：___________________________________________________________。

答案

CH4－8e＋4CO3===5CO2＋2H2O －2－－2－－2－2O－2－2＋8e＋4CO2===4CO3

CH4＋2O2===CO2＋2H2O