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第17讲　原电池与化学电源
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1.理解原电池的构成、工作原理及应用，正确判断原电池的两极，能书写电极反应式和总反应方程式。
2.了解常见化学电源的种类及其工作原理；了解燃料电池的应用。体会研制新型电池的重要性。
3.能够认识和书写新型化学电源的电极反应式。
考点一
原电池
知识点一　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：把化学能转化为电能的装置。
(2)原电池的形成条件
①能自发进行的氧化还原反应。
②两个金属活动性不同的电极(燃料电池的两个电极可以相同)。
③形成闭合回路，需满足三个条件：a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.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)
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电极名称
负极
正极
电极材料
锌片
铜片
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
电极质量变化
减小
增大
反应类型
氧化反应
还原反应
电子流向
由Zn片沿导线流向Cu片
盐桥中离子移向
盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
盐桥作用
a.连接内电路形成闭合回路b.维持两电极电势差(中和电荷)，使电池能持续提供电流
3.电极的判断
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4．原电池的应用
(1)设计制作化学电源
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(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正极而受到保护。
判断
(1)NaOH溶液与稀硫酸的反应是自发进行的放热反应，此反应可以设计成原电池(×)
错因：该反应不是氧化还原反应，没有电子转移。
(2)Mg—Al形成的原电池，Mg一定作负极(×)
错因：若是酸性介质Mg作负极，若是碱性介质Al作负极。
(3)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(√)
(4)原电池工作时，电子从负极流出经导线流入正极，然后通过溶液流回负极(×)
错因：电子不进入溶液，溶液中阴阳离子定向移动形成电流。
(5)在Cu|CuSO4|Zn原电池中，正电荷定向移动的方向就是电流的方向，所以Cu2＋向负极移动(×)
错因：在外电路中电流由正极流向负极，而在电解质溶液中，阳离子都由负极移向正极。
小结
活泼性强的金属一定是原电池的负极吗？
答案　不一定。一般在原电池反应中活泼金属作负极包含两层含义：
(1)“活泼”是指相对活泼而不是绝对活泼。
(2)在大部分原电池反应中，金属活泼性较强的作负极，另一电极作正极。但在某些特殊条件下例外，如：
①冷的浓硝酸作电解质溶液，金属铁或铝与金属铜作电极时，铁或铝在冷的浓硝酸中钝化，金属活动性弱的铜与浓硝酸发生反应，作负极。
②NaOH溶液作电解质溶液，金属镁与金属铝作电极时，因铝能与NaOH溶液反应，作负极，而金属活动性强的镁只能作正极。
题组练习
题组一　原电池装置及电极的判断
1．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是_______________________________________。
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答案　②④⑥⑦⑧
2．将相同的锌片和铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中，以下叙述正确的是(　　)
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A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．两烧杯中溶液的H＋浓度都减小
C．产生气泡的速率甲比乙慢
D．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
答案　B
解析　甲装置形成原电池，铜是正极，氢离子放电产生氢气，铜片表面有气泡产生；乙装置不能构成原电池，锌与稀硫酸反应产生氢气，铜不反应，A错误；两烧杯中溶液中的H＋均得到电子被还原为氢气，因此氢离子浓度都减小，B正确；形成原电池时反应速率加快，则产生气泡的速率甲比乙快，C错误；金属性锌强于铜，则甲中铜片是正极，锌片是负极，乙中没有形成闭合回路，不能形成原电池，D错误。
题组二　原电池的工作原理
3．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　)
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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↑
答案　B
解析　②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。
4．(2019·北京朝阳区期末)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(　　)
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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
答案　D
解析　该装置是原电池装置，将化学能转化为电能，A项正确；根据电子的移动方向，可以推断出左侧电极为负极，该电极反应式为Ag＋I－－e－===AgI，B项正确；该电极的总反应式是Ag＋＋I－===AgI，C项正确；左侧电极为负极，右侧电极为正极，NO带负电荷，向负极移动，所以NO应该从右向左移动，D项错误。
5．某兴趣小组同学利用氧化还原反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计了如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1
mol·L－1，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。回答下列问题：
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(1)发生氧化反应的烧杯是________(填“甲”或“乙”)。
(2)外电路的电流方向为从________(填“a”或“b”，下同)到__________。
(3)电池工作时，盐桥中的SO移向________(填“甲”或“乙”)烧杯。
(4)甲烧杯中发生的电极反应为__________________________。
答案　(1)乙　(2)a　b　(3)乙　(4)MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O
解析　根据题给氧化还原反应可知，甲烧杯中石墨作正极，发生还原反应，电极反应式为MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O；乙烧杯中石墨作负极，发生氧化反应，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋；外电路的电流方向从正极流向负极，即从a到b；电池工作时，盐桥中的阴离子移向负极，阳离子移向正极，即SO移向乙烧杯。
练习
(1)判断电极名称的基本方法是看电极反应物的反应类型，若电极反应物失去电子，发生氧化反应则为负极，反之为正极。
(2)双液铜、锌原电池(带盐桥)与单液原电池相比，最大的优点是Zn与氧化剂(Cu2＋)不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，放电时间长。
(3)无论是原电池还是电解池，电子均不能通过电解质溶液，即电子不下水，离子不上线。
题组三　金属活泼性比较
6．M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，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．P＞M＞N＞E
B．E＞N＞M＞P
C．P＞N＞M＞E
D．E＞P＞M＞N
答案　A
解析　由①知，金属活动性：M＞N；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，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：P＞M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N＞E。综合可知，A正确。
7．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
实验装置
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部分实验现象
a极质量减少；b极质量增加
b极有气体产生；c极无变化
d极溶解；c极有气体产生
电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动顺序是(　　)
A．a＞b＞c＞d
B．b＞c＞d＞a
C．d＞a＞b＞c
D．a＞b＞d＞c
答案　C
解析　把四个实验从左到右分别编号为①②③④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a＞b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b＞c；由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：d＞c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d＞a。综上所述可知活动性：d＞a＞b＞c。
题组四　原电池的设计
8．设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。
(1)写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式：_____________________________。
(2)若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：
①负极________________________________________________________________________。
②正极________________________________________________________________________。
(3)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)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)①Cu－2e－===Cu2＋　②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)
①不含盐桥
②含盐桥
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9.可利用原电池装置证明反应Ag＋＋Fe2＋===Ag＋Fe3＋能发生。
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其中甲溶液是____________，操作及现象是_____________________________________。
答案　FeSO4溶液　分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色加深
小结
1．原电池电极反应式书写
(1)负失氧、正得还。
(2)注意溶液的酸碱性，适当在电极反应式两边添加H＋、OH－、H2O等，以遵循电荷守恒和质量守恒。
(3)注意电极反应产物是否与电解质溶液反应。
(4)活泼金属不一定为负极，如镁、铝、氢氧化钠电池中，不活泼的铝为负极。
2．原电池电解质的选择
电解质是使负极放电的物质，因此一般情况下电解质溶液[或者电解质溶液中溶解的其他物质(如溶液中溶解的氧气)]要能够与负极发生反应。
3．原电池电极材料的选择
原电池的电极必须能导电；负极一般情况下能够与电解质溶液反应，容易失电子，因此负极一般是活泼的金属材料；正极和负极之间只有产生电势差时，电子才能定向移动，所以正极和负极一般不用同一种材料。
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精品试卷·第
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