1、1专题 4.1 原电池一、电化学及其分类1电化学的概念：研究_相互转换的装置、过程和效率的科学。2电化学的分类二、原电池及其工作原理1原电池（1）概念：将_转化为_的装置。（2）实质：利用能自发进行的_反应将化学能转化为电能。（3）构成条件。两个_的电极；_溶液；形成_回路；自发进行的_反应。2原电池的工作原理（以锌铜原电池为例）。工作原理：利用_反应在不同区域内进行，以适当方式连接起来，获得电流。以铜锌原电池为例：（1）在 ZnSO4溶液中，锌片逐渐溶解，即 Zn 被_，锌原子失电子，形成_进入溶液，从锌片上释放的电子，经过导线流向_；CuSO4溶液中，_从铜片上得电子，还原成为_并沉积在铜
2、片上。锌为_，发生_反应，电极反应式为 Zn2e =Zn2 ；铜为_，发生_反应，电极反应式为 Cu2 2e =Cu。总反应式为 ZnCu 2 =Zn2 Cu，反应是自发进行的。（2）闭合回路的构成：外电路：电子从_到_，电流从正极到负极，2内电路：溶液中的阴离子移向 ZnSO4溶液，阳离子移向 CuSO4溶液。（3）盐桥盐桥中通常装有含琼胶的 KCl 饱和溶液。当其存在时，随着反应的进行，Zn 棒中的 Zn原子失去电子成为 Zn2 进入溶液中，使 ZnSO4溶液中 Zn2 过多，带正电荷。Cu 2 获得电子沉积为 Cu，溶液中 Cu2 过少， 过多，溶液带负电荷。当溶液不能保持电中性时，将阻
3、止放电作用的继续进行。盐桥的存在就避免了这种情况的发生，其中 Cl 向 ZnSO4溶液迁移，K 向 CuSO4溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应可以继续进行。三、原电池的设计1设计依据：理论上，任何一个自发的_都可以设计成原电池。2设计步骤以根据反应：Fe+CuSO 4 FeSO4+Cu设计原电池为例：（1）首先分析所给的氧化还原反应，将其拆分成两个半反应：_反应和_反应：氧化反应：Fe2e Fe2+；还原反应：Cu 2+2e Cu。（2）根据原电池的特点再结合两个半反应确定正、负极的材料及电解质溶液。负极材料：_。正极材料：比负极_。电解质溶液：负极区：_；正极区：_。（3
4、）画出装置图。3一、1化学能与电能 2原电池 电解池二、Cu 2+2e Cu Zn2e Zn2+1（1）化学能 电能 （2）氧化还原（3）活泼性不同 电解质 闭合 氧化还原2氧化还原 （1）氧化 Zn 2 铜片 Cu 2 金属铜 负极 氧化 正极 还原 （2）负极 正极三、1氧化还原反应2（1）氧化 还原（2）还原剂（Fe)不活泼的金属(如Cu)或非金属（如C) FeSO 4溶液 CuSO 4溶液一、原电池的判定先分析有无外接电源，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池；然后依据原电池的形成条件分析判断，主要是“四看”：一看电极两极为导体且存在活泼性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极)
5、；二看溶液两极插入电解质溶液中；三看回路形成闭合回路或两极直接接触；四看本质有无自发的氧化还原反应发生。注 意 啦 ： 多 池 相 连 ， 但 无 外 接 电 源 时 ， 两 极 活 泼 性 差 异 最 大 的 一 池 为 原 电 池 ， 其 他 各池 可 看 做 电 解 池。下列装置中能构成原电池产生电流的是4【解析】A、D 项中电极与电解质溶液之间不发生反应，不能构成原电池；B 项符合原电池的构成条件，两电极发生的反应分别是 Zn2e =Zn2 ，2H 2e =H2；C 项中酒精不是电解质，故不能构成原电池。【答案】B二、原电池正、负极的判断方法1根据电极材料判断负极活泼性较强的金属；正极
6、活泼性较弱的金属或能导电的非金属；注意啦：活泼金属不一定作负极，如 Mg、Al 在 NaOH 溶液中，Al 做负极。2根据电子流动方向或电流方向或电解质溶液内离子的定向移动方向判断负极电子流出极，电流流入极或阴离子定向移向极；正极电子流入极，电流流出极或阳离子定向移向极。3根据两极发生的变化判断负极失去电子，化合价升高，发生氧化反应；正极得到电子，化合价降低，发生还原反应。4根据反应现象判断负极会逐渐溶解，质量减小；正极有气泡逸出或质量增加。注意啦：原电池正负极判断的基础是氧化还原反应。如果给出一个方程式让判断正、负极，可以直接根据化合价的升降变化来判断，发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应
7、的一极为正极。原电池的正极一定是A化学性质较活泼的金属 B化学性质较不活泼的金属C电子流出的一极 D电子流入的一极5【解析】原电池的正极材料可以是金属、非金属或金属氧化物等，但无论是哪种材料，正极上都发生还原反应，是电子流入的一极。【答案】D三、原电池原理的应用1加快氧化还原反应的速率在锌与稀硫酸反应时加入少量 CuSO4溶液能使产生 H2的速率加快。2寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源(下节学习)3比较金属活动性强弱两种金属 a 和 b，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到 a 极溶解，b 极上有气泡产生。根据电极现象判断出 a 是负极，b 是正极，由原电池原理可知，金属活动性ab。4用于金属
8、的防护要保护一个铁闸，可用导线将其与一锌块相连，使锌作原电池的负极，铁闸作正极。5设计化学电池以 2FeCl3Cu 2FeCl2CuCl 2为依据，设计一个原电池。（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的电极反应式。负极：Cu2e Cu2正极：2Fe 3 2e 2Fe2（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(H 2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如 Pt、碳棒)作负极材料。发生还原反应的电极材料必须不如负极材料活泼。6本例中可用铜棒作负极，用铂丝或碳棒作正极。（3）确定电解质溶液 一般选用反应物中的电解质溶
9、液即可。如本例中可用 FeCl3溶液作电解液。（4）构成闭合回路注意啦：设计原电池时，若氧化还原方程式中无明确的电解质溶液，可用水作电解质，但为了增强其导电性，通常加入强碱或一般的强酸。如燃料电池，水中一般要加入KOH 或 H2SO4。一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入 KOH 溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，则有关此电池推断正确的是A通入乙烷的电极为正极B参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比为 72C放电一段时间后，KOH 的物质的量浓度减少D负极反应式为 C2H66H 2O14e =2 18H 【解析】乙烷燃烧的化学方程式为 2C2H67O 2 4CO 26H 2O，在该反应中氧
10、气得电子，乙烷失电子，因此通入氧气的电极为正极，而通入乙烷的电极为负极，故 A 答案错误；反应中参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比应为 27，故 B 答案错误；考虑到该电池是以KOH 为电解质溶液的，生成的 CO2会和 KOH 反应转化成 K2CO3，反应中消耗 KOH，KOH 的物质的量浓度减少，故 C 答案正确；由于该电池是以 KOH 溶液为电解液的，D 答案中负极生成的 H 显然在溶液中是不能存在的，故 D 答案错误。考虑到电解质溶液的影响，此时该电池的总反应式应为 2C2H68KOH7O 2 4K 2CO310H 2O，正极反应式为14H2O7O 228e =28OH (正极氧气得电子
11、，理论上形成 O2 ，但该粒子在水中不稳定，必须以 OH 形式存在)，负极反应式可用总反应式减去正极反应式得到：2C2H636OH 28e =4 24H 2O。【答案】C71下列各装置能形成原电池的是2把 A、B、C、D 四块金属泡在稀 H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。A、B相连时，A 为负极；C、D 相连时，D 上有气泡逸出；A、C 相连时，A 极减轻；B、D 相连时，B 为正极。则四种金属的活动性顺序由大到小排列为AABCD BACBD CACDB DBDCA3一个由锌片和石墨棒作为电极的原电池，电极反应分别是：锌片：2Zn + 4OH 4e 2ZnO + 2H2O 石墨：
12、2H 2O + O2 + 4e 4OH下列说法中不正确的是A电解质溶液为酸性溶液B锌片是负极，石墨棒是正极C电池反应为 2Zn + O2 2ZnOD该原电池工作一段时间后石墨棒附近溶液的 pH 增大4某新型水系钠离子电池工作原理如下图所示。TiO 2光电极能使电池在太阳光照下充电，充电时 Na2S4还原为 Na2S。下列说法错误的是A充电时，太阳能转化为电能，又转化为化学能B放电时，a 极的电极反应式为：4S 2-6e-=S42-8C充电时，阳极的电极反应式为：3I -2e-=I3-DM 是阴离子交换膜5已知某原电池的电极反应是 Fe 2e Fe2+，Cu 2+ + 2e Cu，据此设计该原电
13、池，并回答问题。（1）若原电池装置为图中甲：电极材料 A 是 ，B 是 (写名称)。观察到 A 电极的现象是 。（2）若原电池装置为图中乙：电极材料 X 是 (填序号，下同)。a铁 b铜 c石墨电解质 Y 是 。aFeSO 4 bCuSO 4 cCuCl 26为了探究原电池的工作原理，某化学学习小组设计了一组实验，其装置如图所示：甲 乙 丙丁 戊回答下列问题：（1）根据原电池原理填写下表：9装置序号 正极 负极反应式 阳离子移动方向甲乙丙丁戊（2）电极类型除与电极材料的性质有关外，还与 有关。（3）根据上述电池分析，负极材料是否一定参加电极反应? (填“是”、“否”或“不一定”)，用上述电池说
14、明： 。（4）上述电池放电过程中，电解质溶液酸碱性的变化：甲 ，丙 ，戊 。(均填“酸性减弱”或“碱性减弱”)72017 天津下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是A硅太阳能电池工作时，光能转化成电能B锂离子电池放电时，化学能转化成电能C电解质溶液导电时，电能转化成化学能D葡萄糖为人类生命活动提供能量时，化学能转化成热能82016 上海图 1 是铜锌原电池示意图。图 2 中，x 轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y 轴表示A铜棒的质量 B c(Zn2+) C c(H+) D c( )101 【答案】D2 【答案】C【解析】金属组成原电池，相对活泼的金属失去电子作负极，相对不活泼的金属作正极
15、。负极被氧化，质量减轻，正极发生还原反应，有物质析出，由题意得活动性AB、AC、CD、DB，故正确答案为 C。3 【答案】A【解析】由电极反应可知 Zn 发生氧化反应，是原电池的负极，O 2发生还原反应，石墨棒是正极；电解质溶液应为碱性溶液；随着反应的进行锌片周围 pH 减小，石墨棒周围产生OH， pH 增大；两电极反应相加得总反应式：2Zn+O 2 2ZnO。4 【答案】D【解析】TiO 2光电极能使电池在太阳光照下充电，所以充电时，太阳能转化为电能，电能又能转化为化学能，A 正确；充电时 Na2S4还原为 Na2S，放电和充电互为逆过程，所以 a 是负极，a 极的电极反应式为：4S 2-6
16、e-=S42-，B 正确；在充电时，阳极 I-失电子发生氧化反应，极反应为 3I-2e-=I3-，C 正确；通过图示可知，交换膜只允许钠离子自由通过，所以M 是阳离子交换膜，D 错误；正确选项 D。点睛：本题考查了原电池的原理，明确正负极上得失电子及反应类型是解题的关键，难点是电极反应式的书写，明确哪种离子能够自由通过交换膜，可以确定交换膜的类型。题目难度中等。5 【答案】 （1）铜(或石墨棒) 铁 有红色物质析出（或变粗） （2）bc bc【解析】（1）结合氧化还原反应的知识可知 Fe2e Fe2+是负极反应，故 Fe 作负极，Cu2+2e Cu 是正极反应，故 A 应是铜或石墨棒，现象是看
17、到有红色物质析出，电极变11粗。 （2）不含盐桥的原电池中正极材料是比负极金属活泼性差的金属或导电的非金属，故此时正极是铜或石墨，但负极只能是铁，电解质溶液是含不活泼金属离子的盐溶液，可为硫酸铜、氯化铜或硝酸铜。6【答案】（1）装置序号 正极 负极反应式 阳离子移动方向甲 Al Mg2e Mg2+ 移向铝极乙 Pt Fe2e Fe2+ 移向铂极丙 Mg Al3e+4OH +2H2O 移向镁极丁 Al Cu2e Cu2+ 移向铝极戊 石墨 CH48e+10OH +7H2O 移向石墨电极（2）电解质溶液的性质（3）不一定在题述五个原电池中，戊装置的负极材料没有参与反应，其他电池的负极材料发生了氧化
18、反应（4）酸性减弱 碱性减弱 碱性减弱（2）通过比较甲、丙电池可知，电极材料都是铝、镁，由于电解质溶液不同，故电极反应不同，即电极类型与电解质溶液也有关。（3）大多数电池的负极材料发生氧化反应，但燃料电池的负极材料不参与反应，氢气、一氧化碳、甲烷、乙醇等可燃物在负极区发生氧化反应。（4）根据电解质溶液中的反应情况判断溶液酸碱性的变化。12【备注】通常所说的活泼金属作负极，是依据金属活动顺序表的，即金属与酸反应的活泼性，但要注意铝和镁作原电池的电极，氢氧化钠溶液作电解质溶液时，铝作负极；还要注意常温下浓硝酸能使活泼的金属铝、铁钝化，使其不能参与原电池反应。7 【答案】A。8 【答案】C【解析】该
19、装置构成原电池，Zn 是负极，Cu 是正极。A在正极 Cu 上溶液中的 H+获得电子变为氢气，Cu 棒的质量不变，错误；B由于 Zn 是负极，不断发生反应 Zn2e=Zn2+，所以溶液中 c(Zn2+)增大，错误；C由于反应不断消耗 H+，所以溶液的 c(H+)逐渐降低，正确；DSO 42不参加反应，其浓度不变，错误。什么水沏茶好唐代“茶神”陆羽所著茶经上，对沏茶的水有如下述说：“泉水为上，江水为中，井水为下。 ”这是为什么呢？原来，这与水的酸碱度有关，当沏茶的水的 pH 大于 5 时，茶水中会形成茶红素盐，使茶水的颜色变深发暗，甚至使茶水丧失鲜爽感。井水中一般溶解的盐类较多，水质硬，故不宜沏茶。河水碱性较小，泉水碱性更小，因此泉水沏茶最好。
