1、1第六章 化学反应与能量李仕才第 二 节 原 电 池 化 学 电 源 考点一 原电池的工作原理1概念及反应本质：把化学能转化为电能的装置，其本质是发生了氧化还原反应。2构成条件：3.工作原理(可用简图表示如下)：23判断正误(正确的打“” ，错误的打“”)1在原电池中，发生氧化反应的一极是负极。( )2在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强。( )3在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应。( )4带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。( )5任何氧化还原反应均可设计成原电池。( )6放热反应通过一定的装置可以将化学能变为电能，构成原电池。(
2、 )7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。( )8原电池放电时，电流方向为电池的负极正极。( )1只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能。42电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。3电子只能在导线上(外电路)移动，不能在溶液中(内电路)移动；离子只能在溶液中移动，不能在导线上移动。4在原电池中，电极可能与电解质反应，也可能与电解质不反应；不发生反应的可看作金属发生吸氧腐蚀，如图所示。5闭合回路的形成也有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极接触，如图所示。56一般条件下，较活泼的金属材
3、料作负极，失去电子，电子经外电路流向正极，再通过溶液中的离子形成的内电路构成回路。但 Mg、Al 和 NaOH 溶液构成原电池时，Al 作负极；Fe、Cu 和浓 HNO3构成原电池时，Cu 作负极。规律为：与电解质溶液能发生氧化还原反应的金属作负极。一、原电池的构成条件和正负极的判断1在如图所示的 8 个装置中，属于原电池的是( )6A B C D答案：D2有关电化学知识的描述正确的是( )ACaOH 2O=Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能B某原电池反应为 Cu2AgNO 3=Cu(NO3)22Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的 KCl
4、饱和溶液C原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成D缠有铜丝的铁片放入 CuSO4溶液中也能形成原电池解析：CaOH 2O=Ca(OH)2不是氧化还原反应；KCl 和 AgNO3反应生成 AgCl 沉淀易阻止原电池反应的发生；作电极的不一定是金属，如石墨棒也可作电极。答案：D3分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( )A中 Mg 作负极，中 Fe 作负极B中 Mg 作正极，电极反应式为 6H2O6e =6OH 3H 2C中 Fe 作负极，电极反应式为 Fe2e =Fe2D中 Cu 作正极，电极反应式为 2H 2e =H2解析：中 Mg 不与 NaOH 溶液反应，而 Al 能和 N
5、aOH 溶液反应失去电子，故 Al 是负极；中 Fe 在浓硝酸中钝化，Cu 和浓硝酸反应失去电子作负极，A、C 错；中电池总反应为2Al2NaOH2H 2O=2NaAlO23H 2，负极反应式为 2Al8OH 6e =2AlO 4H 2O， 2两者相减得到正极反应式为 6H2O6e =6OH 3H 2，B 正确；中 Cu 是正极，电极反应式为 O22H 2O4e =4OH ，D 错。答案：B4原电池正、负电极的极性不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列由不同材料组成的原电池，电极反应正确的是( )A由 Fe、Cu 与稀硫酸组成的原电池，其负极反应式为 Fe3e =Fe37B由 Al
6、、Mg 与氢氧化钠溶液组成的原电池，其负极反应式为Mg2e 2OH =Mg(OH)2C由 Pb、Cu 与氯化铁溶液组成的原电池，其正极反应式为 Cu2e =Cu2D由 Al、Cu 与浓硝酸组成的原电池，其负极反应式为 Cu2e =Cu2解析：由 Fe、Cu 与稀硫酸组成的原电池，Fe 作负极，电极反应式为Fe2e =Fe2 ，A 错误；由 Al、Mg 与氢氧化钠溶液组成的原电池，电池总反应为2Al2H 2O2NaOH= =2NaAlO23H 2，Al 作负极，电极反应式为Al3e 4OH =AlO 2H 2O，B 错误；由 Pb、Cu 与氯化铁溶液组成的原电池，正极为 2Cu，电极反应式为 F
7、e3 e =Fe2 ，C 错误；由 Al、Cu 与浓硝酸组成的原电池，Al 遇浓硝酸钝化，Cu 作负极，电极反应式为 Cu2e =Cu2 ，D 正确。答案：D二、原电池工作原理5下列有关原电池的说法中正确的是( )A在内电路中，电子由正极流向负极B在原电池中，一定是相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极C原电池工作时，正极表面一定有气泡产生D原电池工作时，可能会伴随着热能变化解析：A 项，内电路中不存在电子的移动；B 项，若是由铝、镁、氢氧化钠溶液构成的原电池，则负极是铝；C 项，若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池，则正极表面析出铜，没有气泡产生。答案：D6在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线
8、连接的电极 X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是( )A外电路的电流方向为 X外电路YB若两电极分别为铁和碳棒，则铁棒上进行的电极反应式为 2H 2e =H2CX 极上发生的是还原反应，Y 极上发生的是氧化反应D若两电极都是金属，则它们的活动性顺序是 XY8解析：该装置是原电池，外电路中电子从 X 电极流向 Y 电极，电流的流向与此相反，即 Y外电路X，A 项错误；若两电极分别为铁和碳棒，则铁棒是负极，发生氧化反应：Fe2e =Fe2 ，B 项错误； X 是负极，负极上发生氧化反应；Y 是正极，正极上发生还原反应，C 项错误；原电池中较活泼的金属作负极，较不活泼的金属
9、或导电的非金属作正极，该原电池中 X 是负极，Y 是正极，所以若两极都是金属，则它们的活动性顺序为 XY，D 项正确。答案：D7工业上常将铬镀在其他金属表面，同铁、镍组成各种性质的不锈钢，在如图装置中，观察到图 1 装置铜电极上产生大量的无色气泡，而图 2 装置中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量有色气体，则下列叙述正确的是( )A图 1 为原电池装置，Cu 电极上产生的是 O2B图 2 装置中 Cu 电极上发生的电极反应式为：Cu2e =Cu2C由实验现象可知：金属活动性 CuCrD两个装置中，电子均由 Cr 电极流向 Cu 电极解析：图 1 为原电池装置，铜为正极，氢离子得电子生成氢气；
10、图 2 装置中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量有色气体，说明铜为负极，铬电极为正极，负极发生Cu2e =Cu2 ；由图 1 根据原电池原理知金属铬的活动性比铜强；图 1 中，电子由 Cr 经导线流向 Cu，图 2 中电子由 Cu 极经导线流向 Cr。答案：B8某兴趣小组同学利用氧化还原反应：2KMnO 410FeSO 48H 2SO4=2MnSO45Fe 2(SO4)3K 2SO48H 2O 设计如下原电池，盐桥中装有饱和 K2SO4溶液。下列说法正确的是( )9Ab 电极上发生还原反应B外电路电子的流向是从 a 到 bC电池工作时，盐桥中的 SO 移向甲烧杯24Da 电极上发生的反应为：
11、MnO 8H 5e =Mn2 4H 2O 4解析：由题干反应方程式知 FeSO4失去电子，故 b 发生氧化反应，A 错误；由上述分析可知，a 为正极，电子由负极流向正极，即从 b 流向 a，B 错误；原电池中阴离子向负极移动，则盐桥中的 SO 移向乙烧杯中，C 错误。24答案：D9锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是( )A铜电极上发生氧化反应B电池工作一段时间后，甲池的 c(SO )减小24C电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡解析：由锌铜原电池原理可知，锌电极为负极，失电子，发
12、生氧化反应，铜电极为正极，得电子，发生还原反应，A 项错误；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，两池中 c(SO )不变，B 项错误；电池工作过程中 Zn2 由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，乙24池中 Cu2 2e =Cu，其溶液中的离子转换为 Cu2 Zn 2 ，摩尔质量 M(Cu2 )B。2 加快化学反应速率如 Zn 与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量 CuSO4溶液，形成 ZnCu 原电池，使产生氢气的速率增大。3 用于金属的防护如要保护铁制闸门，可用导线将其与锌块相连，使锌作负极，铁制闸门作正极，从而使铁制闸门受到保护。4 设计化学电源设计原电池时要紧扣构成原电池的条件，首先将
13、已知氧化还原反应拆分为两个半反应，然后根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料(负极是失电子的物质，正极用比负极活动性差的金属或导电的非金属如石墨)及电解质溶液。电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的阳离子。如在 CuZn 构成的原电池中，负极 Zn浸泡在含有 Zn2 的电解质溶液中，而正极 Cu 浸泡在含有 Cu2 的电解质溶液中。1下列关于电化学的叙述错误的是( )A生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱
14、B用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈C在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液D铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀解析：A、B 项都是原电池原理，更易腐蚀；铁制品上镀铜，阳极应为铜，C 错误；D项是牺牲阳极的阴极保护法。答案：C2有 A、B、C、D、E 五块金属片，进行如下实验：A、B 用导线相连后，同时浸入11稀 H2SO4溶液中，A 极为负极；C、D 用导线相连后，同时浸入稀 H2SO4溶液中，电流由D导线C；A、C 相连后，同时浸入稀 H2SO4溶液中，C 极产生大量气泡；B、D 相连后，同时浸入稀 H2SO4溶液中，D 极发生氧化反应；用惰性电极电解含 B 离子和 E 离子的溶液，E 先析
15、出。据此，判断五种金属的活动性顺序是( )AABCDE BACDBECCABDE DBDCAE解析：A、B 相连时，A 为负极，金属活动性：AB；C、D 相连时，电流由 D导线C，说明 C 为负极，金属活动性：CD；A、C 相连后，同时浸入稀 H2SO4溶液中，C 极产生大量气泡，说明 C 为正极，金属活动性：AC；B、D 相连后，D 极发生氧化反应，说明 D 为负极，金属活动性：DB；用惰性电极电解含 B 离子和 E 离子的溶液，E 先析出，说明还原性 BE。由此可知，金属活动性：ACDBE，B 项正确。答案：B3一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成 H2的总量，可采
16、取的措施是( )A加入少量稀 NaOH 溶液B加入少量 CH3COONa 固体C加入少量 NH4HSO4固体D加入少量 CuSO4溶液解析：A 中加入 NaOH 溶液，消耗盐酸，氢气的生成量会减少，错误；B 中加入CH3COO 会结合 H ，生成醋酸，减慢反应速率，错误；C 中加入 NH4HSO4固体，增加了 H的量，生成的氢气会增多，错误；D 中加入少量 CuSO4溶液，Zn 置换出少量 Cu 附着在锌表面，形成原电池可以加快反应速率，并且没有影响氢气的生成量，正确。答案：D4某原电池总反应为 Cu2Fe 3 =Cu2 2Fe 2 ，下列能实现该反应的原电池是( )解析：由题意知，Cu 为负
17、极材料，正极材料的金属活动性必须弱于 Cu，其中 B、D 项符合该条件；由 Fe3 得电子生成 Fe2 知，电解质溶液中必须含有 Fe3 ，同时符合上述两条件的只有 D 项。答案：D125选择合适的图象填空：(1)将等质量的两份锌粉 a、b 分别加入过量的稀硫酸中，同时向 a 中加入少量的CuSO4溶液，产生 H2的体积 V(L)与时间 t(min)的关系是_。(2)将过量的两份锌粉 a、b 分别加入定量的稀硫酸，同时向 a 中加入少量的 CuSO4溶液，产生 H2的体积 V(L)与时间 t(min)的关系是_。(3)将(1)中的 CuSO4溶液改成 CH3COONa 溶液，其他条件不变，则图
18、象是_。解析：(1)a 中加入 CuSO4，消耗一部分 Zn，Cu、Zn 形成原电池，反应速率加快，所以a 放出 H2的量减少，但速率加快。(2)a 中加入 CuSO4消耗 Zn，但不影响产生 H2的量，速率也加快。(3)CH 3COONa 与 H2SO4反应后生成弱酸 CH3COOH，从而减慢反应速率，但产生 H2的量没发生变化。答案：(1)A (2)B (3)C6理论上任何一个自发的氧化还原反应均可以设计成原电池。(1)根据氧化还原反应：Fe2Fe 3 =3Fe2 设计的原电池如图所示，其中盐桥内装琼胶饱和 KNO3溶液。请回答下列问题：电解质溶液 X 是_；电解质溶液 Y 是_。写出两电
19、极的电极反应式：铁电极：_；碳电极：_。外电路中的电子是从_电极流向_电极。(填“Fe”或“C”)盐桥中向 X 溶液中迁移的离子是_(填字母)。AK BNO CAg DSO 3 24(2)请将氧化还原反应 3Cu8HNO 3(稀)= =3Cu(NO3)22NO4H 2O 设计成原电池，在13装置图中的横线上写出相应的电极及电解质溶液，并写出相应的电极反应式。电极反应式：正极：_；负极：_。解析：(1)根据反应，Fe 作负极，C 作正极，负极电解液中应含有亚铁离子，正极反应为 Fe3 e =Fe2 ，因而 Y 为含 Fe3 的电解质溶液。电极反应：负极Fe2e =Fe2 ；正极 2Fe3 2e =2Fe2 。外电路电子由负极流向正极。Fe 是负极，因而向 X 溶液中迁移的是阴离子即为 NO 。(2)由反应可知，Cu 发生氧化反应，作负极， 3其电极反应式为 3Cu6e =3Cu2 ，正极应选用碳棒或其他惰性电极，其电极反应式为2NO 6e 8H =2NO 4H2O，参照其装置图可知其正极、负极的电解质分别为 3HNO3、Cu(NO 3)2。答案：(1)FeCl 2(或 FeSO4) FeCl 3或 Fe2(SO4)3Fe2e =Fe2 2Fe 3 2e =2Fe2Fe C B(2)2NO 6e 8H =2NO4H 2O 33Cu6e =3Cu214
