原电池的工作原理及化学电源

专题1 第二单元化学能与电能的转化
原电池的工作原理及化学电源
【学习目标】
1．掌握原电池的工作原理，掌握电极反应式和电池反应方程式的书写
方法。

2．了解常见化学电源的种类及工作原理，熟悉其在生产、生活中的应
用。

【重点难点】正确书写原电池的电极反应式和电池反应方程式。

学习过程：
一、原电池的工作原理
【复习回顾】
1. 电流计的指针发生 ，说明有 产生，即发生了
能转化为 能的过程。

2．原电池的工作原理（以铜锌原电池为例进行研究）：
（1）Zn为__ 极，负极上发生 反应，电极反应式为___ _，
Cu为__ _极；正极上发生 反应，电极反应式为 。

（2）电子流出的极是___ _极，电子流入的极是__ __极；
（3）电流方向是 。

（4）两极之间溶液中 的定向移动和外部导线中 的定向移
动构成闭合的回路，使两个电极反应持续进行，发生有序的电子转移过
程，产生电流。

其总反应式为： 。

改进后的装置：由两个半电池组成原电池的工作原理：
盐桥中的盐溶液是 ，通过盐桥将两个隔离的电解质溶液连
接起来，可使电流传导。

将副反应降低至最小程度，这样，更彻底的将
反应所释放的能量转化为电能。

盐桥中的__ __会移向ZnS04溶液,
移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性，使电流继续流
通，形成闭合的回路。

盐桥的作用： 【归纳总结】构成原电池的条件：
例题1：请根据氧化还原反应 : Fe + Cu2+= Cu + Fe2+ 设计成原电
池。

画出原电池构造示意图，并指出正负极，请写出电极反应式。

二、化学电源
1.银锌钮扣电池（一次电源）
是用不锈钢制成的小圆盒，形似纽扣，故称纽扣电池。

两极分别为Ag2O
和Zn，电解质为KOH溶液，发生氧化还原反应后生成Ag和Zn(OH)2.请写
出该电池的电极反应式和电池反应方程式
2.碱性锌锰干电池（一次电源）总反应：Zn + 2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+
2MnOOH
请写出该电池的电极反应式
3.铅蓄电池（二次电源）
放电
铅蓄电池充电和放电的总化学方程式：PbO2+ Pb + 2H2SO4PbSO4+ 2H2O
充电
请写出该电池放电时的电极反应式和电池反应方程式
4.燃料电池（一种高效低污染的新型电池）
例如右图所示氢氧燃料电池
请写出该电池的电极反应式和电池反应方程式
酸性条件下
负极（H2）： 正极（O2）：总反应：
碱性或中性条件下
负极（H2）：正极（O2）：总反应：
例题2：一种新型燃料电池，它是以两根金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通入甲烷和氧气。

负极电极反应为：正极电极反应为：
电池总反应：
例题3：熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：
负极反应式：正极反应式：_______________ 总电池反应式：________________
例题4：如图是2004年批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的结构示意图。

甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子。

电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应。

电池总反应式为： 2CH3OH＋
3O2＝2CO2＋4H2O。

下列说法中正确的是
A．左边的电极为电池的负极，a处通入的是甲醇
B．右边的电极为电池的负极， b处通入的是空气
C．电池负极的反应式为： CH3OH + H2O － 6e－ = CO2 + 6H+
D．电池的正极反应式为：O2+2H2O+4e－=4OH－
巩固练习：
1.用铜、银、AgNO3溶液设计一个原电池，这一原电池的正极是，负极是___ _，负极的电极反应是____ ，总反应是。

2.海水电池：1991年，我国首创以铝-空气-海水为能源的新型电池，用作航海标志灯。

该电池以取之不的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。

这种海水电池的能量比“干电池”高20～50倍。

负极电极反应为：正极电极反应为：
电池总反应：
3.锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池的总反应为Li + MnO2=LiMnO2,下列说法正确的是（）
A、 Li是正极，电极反应为Li － e- = Li+
B、Li是负极，电极反应为Li －e- = Li+
C、 Li是负极，电极反应为MnO2 + e- = MnO2–
D、Li是负极，电极反应为Li －2e- = Li2+
4.银锌电池广泛用作各种电子仪器的电池，它的充电和放电过程可表示为：
充电
放电
Ag20+Zn+H20 2Ag +Zn(OH)2在此电池放电时，负极上发生反应的物质是 ( )
A.Ag B．Zn(OH)2 C．Ag20 D．Zn
5.一种新燃料电池，一极通入空气，另一极通人丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(Zr02)晶体，在熔融状态下能传导02-。

下列对该燃料说法正确的是 ( )
A．在熔融电解质中，02-由负极移向正极
B．电池的总反应是2C4H10+1302=8CO2+10H20
C．通入空气的一极是正极，电极反应为02+4e-=202-
D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为C4H10+26e-+1302-=4CO2+ 5 H20
6．随着石油资源不断减少，石油价格不断上扬，相对环保型的电瓶车愈来愈受到人们的喜爱。

电瓶车所用电池一般为铅蓄电池，这是一种可充电电池，电池总反应式为Pb+PbO2+4H++2SO42-=2PbS04+2H2O，则下列说法正确的是( )
A. 放电时，电子流动方向由A到B
B．放电时，正极反应是Pb+S042--2e-=PbSO4
C．放电时,B极为负极，A极为正极
D．充电时，阳极反应是PbS04+2H20-2e-=Pb02+SO42-+ 4H+
7．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( )
A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反应为：C6H1206+6H20-24e-=6C02↑+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L
8．科学家预言，燃料电池是21世纪获得电子的重要途径， 一种甲醇燃
料电池是采用铂或碳化钨作电极催化剂，在硫酸电解液中直接加入纯化
后的甲醇，同时向一个电极通人空气，回答如下问题。

已知电池放电时
发生的化学反应方程式：2CH30H + 302 = 2C02 + 4H20
(1)在硫酸电解液中，CH3OH失去电子，此电池的正极发生的反应是 ；负极发生的反应是 。

(2)电解液中的H+向 极移动；向外电路释放电子的电极是
极．
(3)比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要
有两点：首先燃料电池的能量转化效率高，其次是 。

9.铝电池性能优越，Al-AgO电池可用作水下
动力电源，其原理如右下图所示。

该电池反应
的负极反应式：
正极反应式：
电池反应式为
10．银锌碱性电池的电解质溶液为
溶液，电池放电时正极的
转化为
，负极的
转化为
，写出该电池反应方程式： .。