江苏省2020版高考化学专题6化学反应与能量变化第18讲原电池化学电源讲义(含解析)苏教版

第18讲 原电池 化学电源 考纲要求 1.理解原电池的工作原理，能写出简单电极反应和电池反应方程式。2.了解常见的化学电源，认识化学能与电能相互转化的重要应用。3.了解研制新型化学电源的重要性。

考点一 原电池的工作原理及应用

1.概念和反应本质 原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。 2.构成条件 (1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。 (2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。 (3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。 3.工作原理 以锌铜原电池为例

(1)反应原理 电极名称 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 反应类型 氧化反应 还原反应 电子流向 由Zn片沿导线流向Cu片 盐桥中离子移向 盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极

(2)盐桥的组成和作用 ①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。 ②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。 4.原电池原理的应用 (1)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。 (2)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。 (3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。 (4)设计制作化学电源 ①首先将氧化还原反应分成两个半反应。 ②根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。

(1)理论上，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)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生(×) (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)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极(×) (6)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高(√)

1.在如图所示的4个装置中，不能形成原电池的是_____(填序号)，并指出原因_______。

答案 ①④ ①中酒精是非电解质；④中未形成闭合回路。 2.设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。 (1)写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式：_____________________________。 (2)若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是： ①负极：__________________________________________________________________。 ②正极：__________________________________________________________________。 (3)在框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液： ①不含盐桥 ②含盐桥

答案 (1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ (2)①Cu－2e－===Cu2＋ ②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ (3) ①不含盐桥 ②含盐桥

题组一 原电池的工作原理 1.课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是( )

A.原电池是将化学能转化成电能的装置 B.原电池由电极、电解质溶液和导线等组成 C.图中a极为铝条、b极为锌片时，导线中会产生电流 D.图中a极为锌片、b极为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片 答案 D 解析 D项，a极为负极，电子由负极(锌片)流出。 2.(2015·天津理综，4)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(SO2－4)减小 C.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 答案 C 解析 A项，由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Cu2＋得电子发生还原反应生成Cu，错误；B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c(SO2－4)不变，错误；C项，在乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M(Zn2＋)>M(Cu2＋)，故乙池溶液的总质量增加，正确；D项，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn2＋通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，错误。 3.(2018·盐城调研)分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( )

A.①②中Mg作负极，③④中Fe作负极 B.②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ C.③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ D.④中Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 答案 BD 解析 ②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO－2＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D正确。

原电池的工作原理简图

注意 ①电子移动方向：从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液。 ②若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。 ③若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。 题组二 原电池原理的应用 4.(加快化学反应速率)等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中滴入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是( )

答案 D 解析 a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu，Zn的量减少，产生H2的量减少，但Zn、Cu和稀H2SO4形成原电池，加快反应速率，D项图示符合要求。 5.(比较金属活动性)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：

实验装置 部分实验现象 a极质量减少；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极

由此可判断这四种金属的活动顺序是( ) A.a＞b＞c＞d B.b＞c＞d＞a C.d＞a＞b＞c D.a＞b＞d＞c 答案 C 解析 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。综上所述可知活动性：d＞a＞b＞c。 6.(金属的防护)为保护地下钢管不受腐蚀，可采取的措施有( ) A.与石墨棒相连 B.与铜板相连 C.埋在潮湿、疏松的土壤中 D.与锌板相连 答案 D 解析 A项，石墨棒与铁构成原电池，铁活泼，失电子作负极，被腐蚀；B项，铜板与铁构成原电池，铁比铜活泼，失电子作负极，被腐蚀；C项，在潮湿、疏松的土壤中，铁与土壤中的碳、水、空气构成原电池，铁失电子作负极，被腐蚀；D项，锌板与铁构成原电池，锌比铁活泼，锌失电子作负极，锌被腐蚀，铁被保护。 题组三 聚焦“盐桥”原电池 7.根据下图，下列判断中正确的是( )

A.烧杯a中的溶液pH升高 B.烧杯b中发生氧化反应 C.烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑ D.烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑ 答案 AB 解析 由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，烧杯a中c(OH－)增大，溶液的pH升高；烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋。 8.控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是( )

A.反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B.反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原 C.电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D.电流计读数为零后，在甲中加入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极 答案 D 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，C正确；在甲中加入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。 9.依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3琼脂的U形管)。

请回答下列问题： (1)电极X的材料是________；电解质溶液Y是________(填化学式)。 (2)银电极为电池的________极，其电极反应为________________________________。 (3)盐桥中的NO－3移向________溶液。 答案 (1)Cu AgNO3 (2)正 Ag＋＋e－===Ag (3)Cu(NO3)2

考点二 常见化学电源及工作原理

一、一次电池：只能使用一次，不能充电复原继续使用 1.碱性锌锰干电池 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。

负极材料：Zn。 电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。 正极材料：碳棒。 电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。 2.纽扣式锌银电池 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。