高考化学讲与练 第6章 第2讲 原电池、化学电源(含解析

第6章第2讲原电池、化学电源

李仕才

考纲要求 1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写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。

考点一 原电池的工作原理及应用

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．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。

3．工作原理

以锌铜原电池为例

(1)反应原理

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

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

(2)盐桥的组成和作用

①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。

②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。

(1)理论上说，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池(√)

(2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极(√)

(3)用Mg、Al分别作电极，用NaOH溶液作电解液构成的原电池，Mg为正极(√)

(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)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动(×)

(6)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极(×)

(7)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高(√)

(8)由于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(×)

原电池正负极的判断方法

(1)由组成原电池的电极材料判断。一般是活动性较强的金属为______极，活动性较弱的金属或能导电的非金属为______极。

(2)根据电流方向或电子流动方向判断。电流由______极流向______极；电子由______极流向______极。

(3)根据原电池中电解质溶液内离子的移动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向______极，阴离子移向______极。

(4)根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的______极失电子发生氧化反应，其______极得电子发生还原反应。

(5)根据现象判断。一般情况下，溶解的一极为______极，增重或有气体逸出的一极为______极。

答案 (1)负 正 (2)正 负 负 正 (3)正 负 (4)负 正 (5)负 正

提示 判断电极时，不能简单地依据金属的活动性顺序来判断，要看反应的具体情况，例如：Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；Fe、Al在浓HNO3中钝化，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。

题组一 原电池的工作原理

1．(1)下列装置属于原电池的是________。

(2)在选出的原电池中，________是负极，电极反应为__________；________是正极，电极反应为__________。

答案 (1)⑤ (2)Fe Fe－2e－===Fe2＋ Cu 2H＋＋2e－===H2↑

2．(2017·信阳质检)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↑

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－2＋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。

(1)Fe作负极，发生氧化反应时，失2e－变成Fe2＋，而不是Fe3＋。

(2)书写某一极电极反应式时，若书写困难，也可先写另一极的电极反应式。用“减法”来处理，即用总的电极反应式减去容易写出一极的电极反应式(前提是电量守恒)。

题组二 聚焦“盐桥”原电池

3．(2017·太原市第五中学高三模拟)根据下图，下列判断中正确的是( )

A．烧杯a中的溶液pH降低

B．烧杯b中发生氧化反应

C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑

D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑

答案 B

解析 由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，烧杯a中c(OH－)增大，溶液的pH升高；烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋。

4．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－??2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是(

)

A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应

B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原

C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态

D．电流表读数为零后，在甲中加入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极

答案 D

解析 由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流表读数为零时，Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态，C正确；在甲中加入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－??2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。

题组三 原电池工作原理的应用

5．(2018·江门质检)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。

6．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)Cu AgNO3 (2)正 Ag＋＋e－===Ag(3)Cu(NO3)2

原电池设计类试题的解题思路

(1)利用氧化还原反应知识判断题给总反应中的氧化反应、还原反应。

(2)选择合适的电极材料和电解质溶液。

(3)画出原电池装置图。画图时应注意：电极材料、电解质溶液；简易装置图和带有盐桥的装置图的区别等。

7．银器日久表面会逐渐变黑，这是因为生成了硫化银。有人设计用原电池原理进行“抛光”，其处理方法：将一定浓度的氯化钠溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去，而银器恢复光泽，且不会损失。试回答：

(1)氯化钠溶液的作用是________________________________________________。

(2)在此原电池反应中，负极发生的电极反应为______________________________________

__________________________________________________________，正极发生的电极反应为

________________________________________________________________________。

(3)反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，溶液中发生的反应为____________________________

________________________________________________________________________，原电池总反

应方程式为__________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案 (1)为电解质溶液，起导电作用

(2)2Al－6e－===2Al3＋ 3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－

(3)2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑ 3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3↓＋3H2S↑

解析 要善于抓住题给信息，“黑色会褪去，而银器恢复光泽，且不会损失”，必然发生Ag2S―→Ag，显然这是原电池的正极反应，Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－，负极反应为活泼金属Al发生氧化反应：Al－3e－===Al3＋。正极生成的S2－和负极生成的Al3＋在溶液中发生双水解反应：2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑，与题意产生臭鸡蛋气味的气体相吻合。原电池的总反应为上述三个反应的和：3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3↓＋3H2S↑。

考点二 化学电源

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。