资源简介

第25讲　原电池　化学电源 班级 姓名
考点一　原电池的工作原理及应用
1．原电池的概念及构成条件
(1)定义：将化学能直接转化为电能的装置。
(2)原电池的形成条件：①能自发进行的氧化还原反应。②两个活泼性不同的电极(燃料电池的两个电极可以相同)。
③形成闭合回路。④存在电解质：两电极插入电解质溶液或熔融电解质中。
2．工作原理(以锌铜原电池为例)
(1)装置变迁
(2)电极反应
负极：Zn－2e－===Zn2＋，氧化反应。
正极：Cu2＋＋2e－===Cu，还原反应。
总反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋。
(3)盐桥的组成和作用
①盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶。
②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b. ，使原电池不断产生电流。
③盐桥中离子移向：阴离子移向 极，阳离子移向 极。
3．原电池的应用
(1)设计制作化学电源
(2)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或能导电的非金属)。
(3)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。
(4)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的 极而受到保护。
【对点训练1】正误判断
1．理论上，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池(　　)
2．放热反应都可设计成原电池(　　)
3．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(　　)
4．两种活动性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极(　　)
5．一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高(　　)
6．实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳(　　)
7. 银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，其工作示意图如下。下列说法不正确的是
A．Zn电极发生氧化反应
B．Ag2O电极是电源的正极
C．电池工作时，电子从Zn电极经导线流向Ag2O电极，再由Ag2O电极经电解质溶液流向Zn电极
D．Zn电极上发生的反应：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
8. 分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　)
A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极
B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
9. 设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。画出装置图，指出电极材料和电解质溶液。
考点二　常见化学电源及工作原理
1．分类：① ；② ；③ 。
2．工作原理
电池 电极反应
碱性锌锰电池 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2； 负极： 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===
铅酸蓄电池　 总反应： ； 负极： ； 正极：
氢氧燃料电池 酸性 总反应：2H2＋O2===2H2O 负极： ；正极： 。
碱性 总反应：2H2＋O2===2H2O 负极： ；正极： 。
3.二次电池的充放电
(1)可充电电池原理示意图：充电时，原电池负极与外接电源负极相连，原电池正极与外接电源正极相连，记作：“正接正，负接负”。
(2)可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。充电、放电不是可逆反应。
(3)放电时的负极反应和充电时的阴极反应相反，放电时的正极反应和充电时的阳极反应相反。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。
例：Fe＋Ni2O3＋3H2OFe(OH)2＋2Ni(OH)2，放电时负极的电极反应式为Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2。则充电时阴极的电极反应式为 。
【对点训练2】正误判断
1．太阳能电池不属于原电池(　　)
2．可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应(　　)
3．铅酸蓄电池工作时，当电路中转移0.1 mol电子时，负极增重4.8 g(　　)
4．燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用(　　)
5．科学家用氮化镓材料与铜组装如图1所示的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4。该电池负极是______，负极产物是______，正极是________，正极产物是________。
6．钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池工作时的反应为2RuⅡ*＋I===2RuⅢ＋3I－，装置如图2。该电池负极材料为_______________，负极对应的产物为____；正极材料为__________，正极对应的产物为___，正极反应式：___。
7．“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如图3。该电池负极是________，负极产物是__________，正极产物是________。
8．写出不同介质中甲烷燃料电池的电极反应式。
(1)酸性介质(如H2SO4)
总反应式：_________________________。负极：______________________。正极：_______________________。
(2)碱性介质(如KOH)
总反应式：_________________________。负极：______________________。正极：_______________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)
总反应式：_________________________。负极：______________________。正极：_______________________。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)
总反应式：_________________________。负极：______________________。正极：_______________________。
【真题演练】
1.(2022·浙江1月选考，21)pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag AgCl电极)和另一Ag AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH＝。下列说法正确的是(　　)
A.如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)＋e－===Ag(s)＋Cl－(0.1 mol·L－1)
B.玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化
C.分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH
D.pH计工作时，电能转化为化学能
2．(2021·山东，10)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清洁燃料电池，下列说法正确的是(　　)
A．放电过程中，K＋均向负极移动 B．放电过程中，KOH物质的量均减小
C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大
D．消耗1 mol O2时，理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
3．(2020·天津，11)熔融钠—硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na＋xSNa2Sx(x＝5～3，难溶于熔融硫)，下列说法错误的是(　　)
A．Na2S4的电子式为Na＋[]2－Na＋
B．放电时正极反应为xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx
C．Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D．该电池是以Na-β-Al2O3为隔膜的二次电池
4．我国化学工作者提出一种利用有机电极(PTO/HQ)和无机电极(MnO2/石墨毡)在酸性环境中可充电的电池，其放电时的工作原理如图所示：
下列说法正确的是(　　)
A．放电时，MnO2/石墨毡为负极，发生还原反应
B．充电时，有机电极和外接电源的正极相连
C．放电时，MnO2/石墨毡电极的电极反应式为Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋
D．充电时，每消耗1 mol PTO，理论上外电路中转移电子为4 mol
5．十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．该电池放电时质子从Pt2电极经过内电路移向Pt1电极
B．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋
C．Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1
【课后限时作业】
1.我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na—CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na??2Na2CO3＋C。下列说法错误的是
A．放电时，ClO向负极移动
B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2
C．放电时，正极反应为3CO2＋4e－===2CO＋C
D．充电时，阳极反应为Na＋＋e－===Na
2．Li—FeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池，其结构如图所示。已知电池放电时的反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列说法错误的是
A．Li为电池的负极
B．电池工作时，Li＋向正极移动
C．正极的电极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－
D．将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，电池性能更好
3．用于驱动潜艇的液氨—液氧燃料电池示意图如下图所示，下列有关说法正确的是
A．电极2发生氧化反应
B．电池工作时，Na＋向负极移动
C．电流由电极1经外电路流向电极2
D．电极1发生的电极反应为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O
4. Hg—Hg2SO4标准电极常用于测定其他电极的电势，测知Hg—Hg2SO4电极的电势高于Cu电极的电势。以下说法正确的是
A．K2SO4溶液可用CCl4代替
B．Hg—Hg2SO4电极反应为Hg2SO4—2e－===2Hg＋SO
C．若把Cu－CuSO4体系换作Zn－ZnSO4体系，电压表的示数变大
D．微孔瓷片起到阻隔离子通过的作用
5．某同学设计如下原电池，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是
A．该装置将化学能转化为电能
B．负极的电极反应式是Ag＋I－－e－===AgI
C．电池的总反应式是Ag＋＋I－===AgI
D．盐桥(含KNO3的琼脂)中NO从左向右移动
6.王浩天教授团队发明的制取H2O2 的绿色方法原理如图所示(已知：H2O2H＋＋HO，Ka＝2.4×10－12)。下列说法不正确的是
A．b极上的电极反应为O2＋H2O＋2e－===HO＋OH－
B．X 膜为选择性阳离子交换膜
C．催化剂可促进反应中电子的转移，加快反应速率
D．每生成1 mol H2O2，电路中转移4 mol e－
7. (1)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示：
①HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的电极反应式是________________________。
②若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是_______________________________。
(2)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力，其工作原理如图所示。
①a电极的电极反应式是______________________；
②一段时间后，需向装置中补充KOH，请依据反应原理解释原因
___________________________________________________________________。
第25讲　原电池　化学电源 参考答案
考点一　平衡电荷，消除电极电势 负 正 正
【对点训练1】1.√　2.×　3.×　4.×　5.√　6.√ 7.C 8.B 9.
考点二 一次电源 二次电源 燃料电池
电池 电极反应
碱性锌锰电池 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2； 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－
铅酸蓄电池　 总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O； 负极：Pb＋SO－2e－===PbSO4； 正极：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O
氢氧燃料电池 酸性 总反应：2H2＋O2===2H2O 负极：2H2－4e－===4H＋； 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
碱性 总反应：2H2＋O2===2H2O 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O； 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－
【对点训练2】 1.√　2.×　3.√　4.√ 5. GaN　O2　Cu　CH4
6. 透明导电玻璃　RuⅢ　镀Pt导电玻璃　I－ I＋2e－===3I－ 7. 铝　Al2(C2O4)3　C2O
8. (1)CH4＋2O2===CO2＋2H2O CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ 2O2＋8e－＋8H＋===4H2O
(2)CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O 2O2＋8e－＋4H2O===8OH－
(3)CH4＋2O2===CO2＋2H2O CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O 2O2＋8e－===4O2－
(4)CH4＋2O2===CO2＋2H2O CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O 2O2＋8e－＋4CO2===4CO
【真题演练】CCCDD
【课后限时作业】1-5 DDDCD 6.D
7. (1)①HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋
②HS－、SO的浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环地把有机物氧化成CO2放出电子
(2)①2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
②发生反应：4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，有水生成，使溶液逐渐变稀，为了保持碱溶液的浓度不变，所以要补充KOH

展开更多......

收起↑