第六章 化学反应能量 电化学基础6-2

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二、化学电源 1．一次电池——碱性锌锰干电池
负极材料： Zn 电极反应： Zn＋2OH－－2e－
===Zn(OH)2
正极材料： MnO2
－ 电子，B 项错误；该装置工作过程中，甲乙两烧杯中的 SO2 4 的
浓度都不改变， 只是盐桥中的 Cl－和 K＋ 分别向甲乙两烧杯中移 动，故 C 项错误；b 为阳极，溶液中的 OH－失去电子，c(OH－) 减小，c(H＋ )增大，b 处滤纸不可能变红色，故 D 项错误。
【答案】 A
原电池工作原理是将氧化还原反应拆分在两个电极上，分 别发生氧化反应(负极反应)和还原反应(正极反应)， 电子经外电 路由负极流向正极(产生电流)。
考纲要求
考情分析
命题趋势 预计2014年 高考该部分 知识有变 “热”的趋 势，要特别 注意能根据 题目所给信 息书写电极 反应方程式， 题目将会更 加新颖。
1.了解原电池的 工作原理，能写 出电极反应和电 池反应方程式。 2．了解常见化 学电源的种类及 其工作原理。
原电池工作原理的考查往往以新 型能源电池或燃料电池为载体， 考查原电池正负极的判断、电极 反应式的书写、电子或电流的方 向及溶液pH的变化，如2012年 高考北京理综12题，福建理综9 题等；原电池原理的应用主要考 查原电池的设计、电化学腐蚀以 及解释某些化学现象，如2012年 高考全国理综11题等。题型以选 择题或填空题形式出现，难度适 中。
O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－
2H2＋ O2===2H2O
问题探究 2：可充电电池充电时电极与外接电源的正、负 极应如何连接？
提示：可充电电池充电时的电极接法为：
(对应学生用书 P101) 1.原理图示
2．原电池的判断方法 (1)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。 (2) 然后依据原电池的形成条件分析判断，主要是“四 看”：
＋ －
(2012 年石家庄市高中毕业班教学质量检测二 )某新型电 池，以 NaBH4(B 的化合价为＋3 价)和 H2O2 作原料，该电池可 用作深水勘探等无空气环境电源，其工作原理如图所示。下列 说法正确的是 ( )
A．电池工作时 Na＋从 b 极区移向 a 极区 B．每消耗 3 mol H2O2，转移 3 mol e－ C．b 极上的电极反应式为 H2O2＋2e－＋2H＋ ===2H2O
(2012 年福建理综)将右图所示实验装置的 K 闭合，下列判 断正确的是 ( )
A．Cu 电极上发生还原反应 B．电子沿 Zn→a→b→Cu 路径流动 C．片刻后甲池中 c(SO2 4 )增大
－
D．片刻后可观察到滤纸 b 点变红色
【解析】 本题综合考查了电极反应、电子流向以及溶液 中离子移动的方向等知识。将装置中 K 闭合，该装置构成原电 池，用该原电池来电解饱和硫酸钠溶液，铜是原电池的正极， 发生还原反应，A 项正确；在硫酸钠溶液中导电是离子而不是
生物燃料电池(BFC)是以有机物为燃料，直接或间接利用 酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池，其能量转化效率高，是 一种真正意义上的绿色电池，其工作原理如图所示。
已 知 C1 极 的 电 极 反 应 式 为 ： C2H5OH ＋ 3H2O － 12e ===2CO2＋12H＋。下列有关说法不正确的是 A．C1 极为电池负极，C2 极为电池正极 B．电子由 C2 极经外电路导线流向 C1 极 C．C2 极的电极反应式为 O2＋4H ＋4e ===2H2O
－
＋
2－ ＋SO4
通电 Pb＋PbO ＋2H SO ③电池总反应：2PbSO4＋2H2O===== 2 2 4
3．燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性 两种。 电池
负极反 应式 正极反 应式 总反 应式 酸性 碱性
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
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．设计制作化学电源 设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是： (1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应； (2)根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负 极材料及电解质溶液。
(2)请运用原电池原理设计实验，验证 Cu2＋、Fe3＋氧化性的 强弱。请画出实验装置图并写出电极反应式。
【解析】 (1)在肼 —空气燃料电池中， 电解质溶液为 KOH 溶 液 ，通 入空 气的 电极 为正 极， 电极 反应 为： O2 ＋ 4e － ＋ 2H2O===4OH－ ，加入肼的电极为负极，电极反应为： N2H4＋ 4OH － 4e ===N2↑＋ 4H2O；(2)验证 Cu2 、Fe3 氧化性的强弱
2MnO2＋2H2O＋2e－ 电极反应： ===2MnOOH＋2OH－
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
2．二次电池(可充电电池 ) 铅蓄电池是常见的二次电池，负极材料是 Pb ，正极材料 是
PbO2 。
(1)放电时的反应 ①负极反应：
Pb＋SO－2e－===PbSO4
原电池原理广泛应用于科技、生产和生活中，请回答以下 问题： (1)肼(N2H4)又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭 燃料。肼—空气燃料电池是一种碱性燃料电池，产物无污染， 电解质溶液是 20%～ 30%的 KOH 溶液。肼—空气燃料电池放 电时： 正极的电极反应式是______________________________； 负极的电极反应式是_____________________________。
＋ －
－
(
)
D． 该生物燃料电池的总反应式为： C2H5OH＋3O2===2CO2 ＋3H2O
【解析】 燃料电池中，通入燃料的一极为负极，发生氧 化反应，通入氧气的一极为正极，发生还原反应，A、C 项正 确；电子由负极经外电路流向正极，B 项错误。
【答案】 B
书写原电池的电极反应式应注意以下四点： (1)明确电池的负极反应物是电极本身还是其他物质、反应 产物及化合价的变化； (2)确定电池的正极反应物是电解质溶液中的离子，还是其 他物质 (如溶有或通入的氧气 )； (3)判断是否存在特定的条件 (如介质中的粒子 H 、 OH 非 放电物质参加反应 )，进而推断电解质溶液的酸碱性的变化； (4)总的反应式是否满足质量守恒、得失电子守恒、电荷守 恒。
项错误；由电极反应可知，每消耗 1 mol H2O2，转移 2 mol e－， B 项错误。 【答案】
D
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 原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金 属 (或非金属 )作正极。 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 极溶解，而 B 极上有气体放 出， 则说明 A 作负极， B 作正极， 则可以断定金属活动性 A>B。
＋ ＋
(3)按要求画出原电池装置图。如根据以下反应设计的原电 池：
原理 化学反应： CuCl2＋Fe===FeCl2＋ Cu 电极反应： 负极：Fe－ 2e－ ===Fe2＋ 正极：Cu2 ＋2e ===Cu
＋ －
装置图
(1)能设计成原电池的反应一定是放热的氧化还原反应，吸 热反应不可能将化学能转化为电能。 (2)利用原电池原理可加快制氢气的速率，但可能影响生成 氢气的量。需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决 于酸的量。 (3)设计原电池时，负极材料确定之后，正极材料的选择范 围较广，只要合理都可以。
(2012 年广东六校高三联考)下图是 Zn 和 Cu 组成的原电池 示意图，某小组做完该实验后，在读书卡片上记录如下，卡片 上描述合理的是
卡片 No.10 实验记录： ①导线中电流方向：锌→铜。②铜极上有气泡产生。③锌 片变薄。 实验结论：④Zn为正极，Cu为负极。⑤铜比锌活泼。 ⑥H＋向铜片移动。 Date：2013－3－11
－ － － D． a 极上的电极反应式为 BH－ ＋ 8OH － 8e ===BO 4 2＋
6H2O － 【解析】 根据题图可知正极(即 b 极)反应为 H2O2＋2e
－ ===2OH－，故 C 项错误；负极(即 a 极)反应为 BH－ ＋ 8OH － 4 ＋ 8e－ ===BO－ 2 ＋ 6H2O， D 项正确； Na 从 a 极区移向 b 极区， A
＋＋SO＋2e－===PbSO ＋2H O PbO ＋ 4H 2 4 2 ②正极反应：
பைடு நூலகம்
③电池总反应： Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
(2)充电时的反应
2 PbSO ＋ 2e ===Pb ＋ SO 4 4 ①阴极反应：
－ －
PbSO4＋2H2O－2e ===PbO2＋4H ②阳极反应：
(对应学生用书 P100)
一、原电池 1．概念 把 化学 能转化为 电 能的装置。
2．工作原理：(以锌—铜原电池为例)
电极名称 电极材料 电极反应 反应类型 电子流向
负极
Zn Zn－2e－===Zn2＋ 氧化 反应
正极
Cu Cu2＋＋2e－===2Cu 还原 反应
由
负极 沿导线流向 正极
3.原电池构成条件 (1)两个
＋ ＋
板上得到电子，析出 H2，②、③、⑥ 正确。
【答案】 D
1.正、负极的判断
2．电极反应式的书写 (1)一般电极反应式的书写