2020版高考一轮复习化学新课改省份专用学案：第五章第3课时　化学能与电能（1）——原电池、化学电源（过基础）

第3课时　化学能与电能(1)——原电池、化学电源(过基础)

知识点一　原电池工作原理及应用

1．概念

原电池是把化学能转化为能的装置。

2．构成条件

3．工作原理(如锌­铜原电池可用简图表示)

总反应离子方程式为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑

(1)电极

①负极：失去电子，发生氧化反应；

②正极：得到电子，发生还原反应。

(2)电子定向移动方向和电流方向

①电子从负极流出经外电路流入正极；

②电流从正极流出经外电路流入负极；

故电子定向移动方向与电流方向正好相反。

(3)离子移动方向

阴离子向负极移动(如SO)，阳离子向正极移动(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)。

[提醒]　①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。

②无论在原电池中还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。

4．原电池正、负极的判断

 [提醒]　原电池的正极和负极既与电极材料的性质有关，又与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。

5．单液原电池(无盐桥)和双液原电池(有盐桥)对比

[提醒]　盐桥的作用：使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触；平衡电荷；提高电池效率。

6．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，形成原电池时会使反应速率加快。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液置换出的Cu能与Zn形成原电池使产生H2的反应速率加快。

(2)比较金属活动性强弱

如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A溶解，而B上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，即可以断定金属活动性：AB。

(3)设计制作化学电源

实例：根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：

[对点训练]

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(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)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(×)

(5)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高(√)

(6)原电池放电时，电流方向由电源的负极流向正极(×)

(7)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳(√)

(8)由于CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以自发进行，且放出大量的热，故可以设计成原电池(×)

2．(2015·浙江10月选考)如图所示进行实验，下列说法不正确的是(　　)

 A．装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生

B．甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能

C．装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转

D．装置乙中负极的电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋

解析：选B　甲装置不是原电池，不能将化学能转化成电能。

3．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：

由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　)

A．a>b>c>d　　　　　　　 B．b>c>d>a

C．d>a>b>c  D．a>b>d>c

解析：选C　把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a>b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b>c；由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：d>c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d>a。综合所述可知活动性：d>a>b>c。

4.利用反应Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋设计了如图所示的原电池。回答下列问题：

(1)该原电池的负极材料是________，发生________(填“氧化”或“还原”)反应。

(2)X是____________，图中“→”表示________的方向。

(3)盐桥中的SO移向________溶液。

答案：(1)Cu　氧化

(2)Fe2(SO4)3(或FeCl3)溶液　电子移动

(3)CuSO4

知识点二　化学电源

1．一次电池

(1)碱性锌锰干电池

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

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。

2．二次电池(可充电电池)

铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是，正极材料是PbO2。

(1)放电时的反应

①负极：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反应)。

②正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)(还原反应)。

③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。

(2)充电时的反应

①阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)(还原反应)。

②阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)(氧化反应)。

③总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。

3．燃料电池

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性和碱性两种。

[提醒]　①燃料电池中通入O2的一极为正极，通入可燃物的一极为负极。

②书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸碱性，介质的酸碱性对电极反应和总反应都会产生影响。

[对点训练]

1．镉镍可充电电池的充、放电反应按下式进行：Cd＋2NiO(OH)＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，由此判断错误的是(　　)

A．放电时，Cd作负极

B．放电时，NiO(OH)作负极

C．电解质溶液为碱性溶液

D．放电时，负极反应为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2

解析：选B　镉镍电池放电时，Cd作负极，电板反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2；NiO(OH)作正极，电解质溶液为KOH等碱性溶液，B项错误。

2．由我国科学家研发成功的铝锰电池是一种比能量很高的新型干电池，以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质，铝和二氧化锰­石墨为两极，其电池反应为Al＋3MnO2＋3H2O===3MnO(OH)＋Al(OH)3。下列有关该电池放电时的说法不正确的是(　　)

A．二氧化锰­石墨为电池正极

B．负极反应式为Al－3e－＋3NH3·H2O===Al(OH)3＋3NH

C．OH－不断由负极向正极移动

D．每生成1 mol MnO(OH)转移1 mol电子

解析：选C　由电池反应方程式知，铝为电池负极，铝失去电子转化为Al(OH)3，A、B正确；阴离子移向负极，OH－应不断由正极向负极移动，C错误；由反应中锰元素价态变化知D正确。

3．(2017·浙江4月选考)银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．Zn电极是负极

B．Ag2O电极发生还原反应

C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2

D．放电前后电解质溶液的pH保持不变

解析：选D　由电池的总反应Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag知，Zn从0价变为＋2价，化合价升高，失去电子，故Zn电极为负极，A正确；Ag2O中Ag从＋1价变为0价，化合价降低，得到电子，发生还原反应，B正确；在碱性条件下，Zn2＋与OH－结合生成Zn(OH)2，故Zn电极的电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，C正确；根据总反应可知，反应中H2O被不断地消耗，电解质溶液中OH－浓度增大，所以放电后电解质溶液的pH增大，D错误。