化学复习：第8章 第2讲 原电池 、化学高考电源

第八章
化学反应中的能量变化 电化学 原电池 化学电源
第2讲
基础盘点
一、原电池 1．定义 原电池是把 化学能 转化为 电能 的装置。
2．原电池的构成条件 (1)两个 活动性不同 的电极(两种金属 或
一种金属和一种可以导电的非金属 )。 (2)将电极插入 电解质溶液 中。 (3)用导线连接电极(或直接接触)形成闭 合回路 。
总反应式
酸性锌 － == Zn2＋ _____________ 锰干电 Zn-2e 池 一次电池 (锌锰干 2MnO2＋ 碱性锌 Zn 电池) ＋2OH－-2e- 2H2O＋2e－ _____________ 锰干电 ==2MnOOH ==Zn(OH) _____________ 2 池 ＋2OH－
(3) 根据原电池中电解质溶液内离子的定向移 动判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子向正极 移动，阴离子向负极移动。 (4)根据原电池两极发生的反应来判断。原电池 的负极总是失电子发生氧化反应，其正极总是得电 子发生还原反应 (不一定是电极本身得失电子， 特别 是正极 )。 (5)根据现象判断。溶解的一极为负极，增重或 有气泡生成的一极为正极。
源的正极，作阳极，发生氧化反应，电极反应式为： PbSO4(s)＋ 2H2O(l)－ 2e ===PbO2(s)＋ 4H (aq)
－ ＋ SO2 4 (aq) － ＋
② 燃料电池和普通电池不同，必须使用辅助电 极， 电极本身不参与反应， 所采用的燃料一般为 H2、 CH4、 CH3OH 等，助燃剂一般为 O2(或空气 )。
规律方法 一极为正极。
判断正、负极的基础是氧生还原反应的 即时巩固 1 将镁条、铝条平行插入盛有一定浓 度 NaOH 溶液的烧杯中，用导线和电流表连接成原 电池，装置如图所示。此电池工作时，下列叙述正 确的是( )
A.Mg 比 Al 活泼，Mg 失去电子被氧化成 Mg2 B．铝条表面虽有氧化膜，但可不必处理
答案
B
考点二
建模思想：电极反应式的书写
1．一般电极反应式的书写
列物质 标得失
判断出电极反应产物,找出得失电子 的数量 电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳 定存在，如碱性介质中生成的H+应让其 结合OH-生成水。电极反应式要根据电荷 守恒、质量守恒、电子守恒等加以配平。
两电极反应式相加,与总反应式对照 验证
－ PbO _____________ 2(s)＋2e ＋ Pb(s)＋PbO2(s) 2－ ＋(aq)＋ ＋2H2SO4(aq)== 4H _____________ SO4
燃料 电池 (氢氧 燃料 电池)
酸性 氢氧 燃料 电池
2H2→4H＋ ＋4e－
O2＋4e－＋4H＋ 2H2＋ O2 === →2H2O 2H2O
注意：①注意电解质溶液的酸碱性：酸性条件 用 H＋或 H2O 配平；碱性条件用 OH－或 H2O 配平。 ②除考虑反应前后有电子转移的元素的原子得 失电子情况外，还必须考虑这些元素形成微粒在溶 液中的主要存在形式。 ③同时写出正、负极电极反应式时 ， 要调整得 失电子数相等。
例 2 (2008· 宁夏理综， 10)一种燃料电池中发生的化 学反应为： 在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化 碳。该电池负极发生的反应是(
(6)根据电池总反应判断，反应中的还原剂是负 极的活性物质，对应的电极为负极；氧化剂则是正 极的活性物质，对应的电极为正极。 注意：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：a.Al 在强碱性溶液中比 Mg 更易失电子， Al 作负极， Mg 作正极；b.Fe、Al 在浓 HNO3 中钝化后，比 Cu 等金属更难失电子， Cu 等金属作负极，Fe、 Al 作 正极。
看环境 配守恒
两式加 验总式
2．复杂电极反应式的书写 复杂电极反应式 ＝ 总反应式 较简单一极的电极的电极反应式 如 CH4 酸性燃料电池中，负极反应式为： CH4＋2O2===CO2＋2H2O„„总反应式 －(2O2＋8H＋＋8e－===4H2O)„„正极反应式 CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋„„负极反应式
解析
燃料电池的负极通入的是燃料 H2， 发生氧化
反应，正极通入 O2 发生还原反应，因为电解质溶液为 碱性，所以电极与电池反应为 负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 电池反应：2H2＋O2===2H2O，A、C 正确，由电 池反应可以看出反应中只有水生成，所以 KOH 的物质 的量未变化，但浓度变小，B 正确；当电解 CuCl2 时， 阳极反应为 2Cl － － 2e － ===Cl2↑ ，当生成标准状况下 2.24 L Cl2(即 0.1 mol)时，转移的电子数为 0.2 mol，D 项错误。 答案 D
考点精讲
考点一 原电池的工作原理及正负极的判断 1．原电池的工作原理
( － )Zn|CuSO4|Cu( ＋ ) 原电池工作原理如下所 示：
电池反应： Zn＋Cu2 ===Zn2 ＋ Cu。
＋ ＋
外电路：电子从负极流向正极，电流从正极流 向负极。
内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极。 外电路、 内电路共同形成闭合电路， 形成电流， 从而使化学能转化为电能。 2．原电池的正负极的判断 讨论原电池正、负极的判断方法有： (1)由组成原电池的两极电极材料判断。由两种 金属 (或一种金属与一种非金属 )作电极时，一般情 况下较活泼的金属为负极，较不活泼的金属或能导 电的非金属为正极。 (2)根据电流方向或电子流动方向判断。电流由 正极流向负极；电子由负极流向正极。
3．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。 4．设计电池，制造化学电源 理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计 成原电池。 (1) 将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应 两个半反应，分别作原电池的负极和正极。
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；电流计读数为零时 Fe3＋得电子速 率等于 Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态；D 项 在甲中溶入 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。 答案 D
(2)确定电极材料 如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金 属直接作负极；如为气体(如 H2)或溶液中的还原性 离子，可用惰性电极(如 Pt、碳棒)作负极。 发生还原反应的电极材料必须不如负极材料活 泼。 (3)确定电解质溶液 一般选用反应物中的电解质溶液即可。 (4)构成闭合回路。 如根据以下两个反应设计的原电池如下表所示：
＋
C．该电池的内外电路中，电流均是由电子定向移 动形成的 D．Al 是电池负极，开始工作时溶液中会立即有白 色沉淀析出
解析 电解质溶液为 NaOH 溶液，应为 Al 失电子， Al 为负极，故 A 项错；铝条表面的氧化膜为 Al2O3，Al2O3 能与 NaOH 反应，故不必处理，B 项正确；在内电路中是 阴 、 阳 离 子 定 向 移 动 ， C 项 错 ； 开 始 工 作 时 Al [Al(OH)4]－，无沉淀，D 项错。
(4)能自发进行
氧化还原
反应。
3． 工作原理(以锌 —铜原电池为例，如图 所示 )
电极名称 电极材料 电极反应 反应类型 电子流向
负极
正极
Zn
Zn－2e－ ===Zn2＋
氧化反应
Cu
Cu2＋＋2e－ ===Cu
还原反应
由 负极 沿导线流向 正极
二、几种常见的化学电源
电池
负极反应
正极反应
2NH＋2e－ __________ == 2NH3↑ ________ ＋ H2↑ _________
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③化学电源优劣的判断标准：单位质量或单位 体积所能输出电能的多少，或输出功率的大小，电 池的使用寿命的长短， 以及对环境污染程度的大小。
－
)
A． CH3OH(g)＋O2(g)－ 2e ===H2O(l)＋ CO2(g)＋ 2H＋(aq) B．O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－===2H2O(l) C．CH3OH(g)＋H2O(l)－6e－===CO2(g)＋6H＋(aq) D．O2(g)＋2H2O(l)＋4e－===4OH－
解析
该燃料电池的总反应为：2CH3OH(g)＋
考点三
原电池原理的应用
1．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。 2．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。 例如，有两种金属 a、b，用导线连接后插入到 稀 H2SO4 中，观察到 a 溶解， b 极上有气泡产生， 则金属 a 作负极，比金属 b 活泼。
原理 2FeCl3＋Cu ===2FeCl2 ＋CuCl2
负极
正极
电解质 溶液
电极反应 负极：Cu－2e ＋ ===Cu2 ＋ 正极：2Fe3 ＋ － ＋ 2e ===2Fe2
－
Cu
C(Fe3＋)
FeCl3
－ － 负极： 2H ＋ 4OH － 4e 2 2H2＋O2 ===4H2O 碱性溶液 Pt(H2) Pt(O2) KOH － ======= 正极：O2＋2H2O＋4e － 2H2O ===4OH
Zn ＋2MnO2 _________ ＋ 2H2O=== _________ _________ 2MnOOH ＋ Zn(OH)2 _________