2021年高中化学(人教2019版)特色专题13：新能源的世界—原电池和电解池工作原理《讲义教师版》

第13讲新能源的世界—原电池和电解池工作原理学习目标1. 理解原电池的工作原理，能够写出电极反应式和电池反应方程式。

2. 了解半反应、盐桥、内电路、外电路等概念。

3. 会判断原电池的正、负极，能够利用氧化还原反应设计简单的原电池。

4．理解电解池的工作原理并能够利用电化学原理进行有关计算。

5．掌握电解、电镀、金属精炼、电冶金等方面的应用。

入门测单选题练习1.（2021∙金安区校级模拟）25℃时，向Na2CO3溶液中滴入盐酸，混合溶液的pH与离子浓度变化的关系如图所示。

已知：lgX=lg或lg，下列叙述错误的是（）A．曲线n表示pH与lg的变化关系B．当溶液呈中性时，c（Na+）=c（HCO3-）+2c（CO32-）C．K a1（H2CO3）=1.0×10-6.4D．25℃时，CO32-+H2O⇌HCO3-+OH-的平衡常数为1.0×10-3.7【答案】B【解析】题干解析:A．溶液的pH越小，HCO3-和H2CO3的浓度越大，m曲线代表lg，n曲线代表lg，故A正确；B．当溶液为中性时，溶液中溶质为氯化钠、碳酸氢钠和碳酸，溶液中电荷守恒为c（Na+）+c （H+）=c（OH-）+c（HCO3-）+2c（CO32-）+c（Cl-），则c（Na+）=c（HCO3-）+2c（CO32-）+c（Cl-），故B错误；C．K a1（H2CO3）=，在M点lg=1，即=10，M点的pH=7.4，则c（H+）=10-7.4mol/L，所以K a1（H2CO3）=10×10-7.4=1.0×10-6.4，故C正确；D．K a2（H2CO3）==10-1×10-9.3=1.0×10-10.3，25℃时，CO32-+H2O⇌HCO3-+OH-的平衡常数为Kh===1.0×10-3.7，故D正确；练习2.（2021春∙浙江期中）常温下，实验测得1.0mol/LNH4HCO3溶液pH=8.0．平衡时碳的分布系数（各含碳微粒的浓度占含碳各种微粒浓度之和的分数）与pH的关系如图所示。

下列说法正确的是（）A．常温下，K b（NH3∙H2O）>K a1（H2CO3）>K a2（H2CO3）B．pH=13时，溶液中不存在HCO3-的水解平衡C．pH由8～11时，随着pH值的增大，增大D．pH=3时，有c（NH4）+c（NH3∙H2O）=c（HCO3）+c（H2CO3）+c（CO3）【解析】题干解析:A、根据越弱越水解原理，1.0mol/LNH4HCO3溶液pH=8.0，说明铵根水解程度小于碳酸氢根离子，应有K b（NH3∙H2O）>k a（H2CO3）>K a2（H2CO3），故A正确；B、只要存在碳酸根离子就存在HCO3-的水解平衡，故B错误；C、温度不变，碳酸氢根离子的电离平衡常数不变，故C错误；D、pH=3时，NH4HCO3会与氢离子反应生成二氧化碳，所以c（NH4+）+c（NH3∙H2O）>c（HCO3-）+c（CO32-）+c（H2CO3），故D错误；练习3.（2021∙泸州模拟）已知Na2HPO4溶液显碱性，若向溶液中逐滴加入CaCl2溶液，有白色沉淀产生，溶液变酸性。

下列说法错误的是（）A．Na2HPO4溶液显碱性说明溶液中存在平衡：HPO42-+H2O⇌H2PO4-+OH-B．Na2HPO4溶液中离子浓度大小：c（H2PO42-）>c（PO43-）C．加入CaCl2溶液后变酸性的原因是：2HPO42-+3Ca2+=Ca3（PO4）2↓+2H+D．加入CaCl2溶液过程中c（HPO42-）和c（H2PO4-）均减小【解析】题干解析:A．已知Na2HPO4溶液显碱性说明磷酸氢根离子水解程度大于其电离程度，Na2HPO4溶液显碱性说明溶液中存在平衡：HPO42-+H2O⇌H2PO4-+OH-，故A正确；B．Na2HPO4溶液显碱性说明磷酸氢根离子水解程度大于其电离程度，Na2HPO4溶液中离子浓度大小：c（H2PO42-）>c（PO43-），故B正确；C．加入CaCl2溶液后变酸性是钙离子结合磷酸根离子生成磷酸钙，促进磷酸氢根离子电离，溶液中氢离子浓度增大，2HPO42-+3Ca2+=Ca3（PO4）2↓+2H+溶液显酸性，故C正确；D．钙离子结合磷酸根离子生成磷酸钙，促进磷酸氢根离子电离，水解平衡逆向进行，c （HPO42-）浓度不一定减小，故D错误；情景导入格林太太是位漂亮、开朗、乐观的妇女。

当她开怀大笑的时候，人们可以发现她一口整齐的牙齿中镶有两颗假牙：其中一颗是黄金的——这是她富有的标志；另一颗是不锈钢的——这是一次车祸后留下的痕迹。

令人百思不解的是，自从车祸后，格林太太经常头痛、夜间失眠、心情烦躁……医生搅尽脑汁，格林太太的病情仍未好转……一位年轻的化学家来看望格林太太，并为格林太太揭开了病因。

化学家发现了什么？你能为格林太太开一个药方吗？知识集结知识元原电池的工作原理知识讲解一、原电池的工作原理1、理清氧化还原反应的两条线索（1）还原剂→失电子→元素化合价升高→被氧化→发生氧化反应。

（2）氧化剂→得电子→元素化合价降低→被还原→发生还原反应。

2、原电池的工作原理原电池是将化学能转化为电能的装置，原电池内发生的反应属于氧化还原反应。

（1）正负极反应式及反应类型原电池总反应式：Zn＋2H＋==Zn2＋＋H2↑。

（2）电子流动方向和电流方向①外电路：电子由Zn电极经过导线流向铜电极，电流由铜电极流向Zn电极；②内电路：阳离子移向正极，阴离子移向负极。

3、原电池构成的条件具有活动性不同的两个电极，二者直接或间接地连在一起，插入电解质溶液中，且能自发地发生氧化还原反应。

下列图示装置能形成原电池的是④⑥⑦。

二、原电池的正负极的判断判断依据负极正极电极材料活动性较强的金属活动性较弱的金属或能导电的非金属电子流动方向电子流出极电子流入极电解质溶液中离子定向流动的方向阴离子移向的电极阳离子移向的电极电流方向电流流入极电流流出极与电解质溶液能否发生反应能自发发生氧化还原反应的金属不能自发发生氧化还原反应的金属(非金属)反应现象电极溶解电极增重或有气泡产生例题精讲原电池的工作原理例1.（2021春∙北海期末）某锂离子电池的工作原理如图所示（a极材料为金属锂和石墨的复合材料），其电池反应为Li+FePO4═LiFePO4，下列关干该电池的说法错误的是（）A．a极为负极B．b极发生还原反应C．Li+从a极室向b极室移动D．可以用稀硫酸作电解质溶液【解析】题干解析:A．原电池中电子馏出的电极a为负极，故A正确；B．b为原电池的正极，发生还原反应，故B正确；C．原电池中阳离子移向正极，Li+从a极室向b极室移动，故C正确；D．a极为Li易与水发生反应，所以该电池中a极不能接触水溶液，不能用稀硫酸作电解质溶液，故D错误；例2.（2021春∙邢台期末）下列说法中正确的是（）A．氢氧燃料电池用KOH作电解质时，负极的电极反应式为H2-2e-═2H+B．原电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，再经电解液回到负极C．二次电池在充、放电时均发生了氧化还原反应D．锌锰干电池可以实现化学能向电能的转化，也能实现电能向化学能的转化【答案】C【解析】题干解析:A．通入氢气的电极是负极，电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O，故A错误；B．原电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，不能通过电解液，故B错误；C．二次电池在充电时发生的是非自发的氧化还原反应、放电时发生了自发进行的氧化还原反应，故C正确；D．干电池是一次电池，所以不能实现电能向化学能的转化，故D错误；例3.（2021春∙湖南期末）科学家设计如图原理进行工业废气SO2处理的同时制备H2，下列说法正确的是（）A．该工作过程中只存在化学能与电能之间的转化B．感光电极上的电极反应式为SO32-2e-+2OH-═SO42-+H2OC．工作过程中，感光电极的电势高于石墨电极的电势D．制备H2的过程中，OH-从右池向左池移动【答案】B【解析】题干解析:A．图中存在化学能转化为电能，还存在太阳能与化学能之间的能量转化，故A错误；B．感光电极为原电池负极失电子发生氧化反应，电极反应式为SO32-2e-+2OH-═SO42-+H2O，故B正确；C．工作过程中，感光电极为负极，感光电极的电势低于石墨电极的电势，故C错误；D．原电池中阴离子移向负极，制备H2的过程中，OH-从右池向左池移动，故D错误；例4.（2021春∙濮阳期末）原电池的电极名称不仅与电极的性质有关，也与电解质溶液有关。

下列说法正确的是（）A．由Fe、Cu、FeC13溶液组成原电池，其负极电极反应式为：Fe-2e-═Fe2+ B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极电极反应式为：Mg-2e-═Mg2+ C．由Zn、Cu、稀H2SO4组成原电池，其负极电极反应式为：Zn+2H+═Zn2++H2↑D．电解质溶液为稀H2SO4的氢氧燃料电池，其负极电极反应式为：H2-2e-+2OH-═2H2O【答案】A【解析】题干解析:A．该原电池中，Fe易失电子作负极，Cu作正极，负极反应式为Fe-2e-═Fe2+，故A正确；B．该原电池中，Al易失电子作负极，Mg作正极，负极反应式为Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O，故B错误；C．由Zn、Cu、稀H2SO4组成原电池，其负极电极反应式为：Zn-2e-═Zn2+，故C错误；D．燃料原电池中，氢气失电子发生氧化反应，氢气所在电极为负极，电解质溶液为稀H2SO4，电极反应式为：H2-2e-=2H+，故D错误；原电池的应用知识讲解一、原电池电极反应方程式的书写1、一般电极反应式的书写方法（1）定电极，标得失。

按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。

（2）看环境，配守恒。

电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。

电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。

（3）两式加，验总式。

两电极反应式相加，与总反应方程式对照验证。

2、已知总反应式，书写电极反应式（1）分析化合价，确定正极、负极的反应物与反应产物。

（2）在电极反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。

（3）根据质量守恒配平电极反应式。

（4）复杂电极反应方程式=总电极反应方程式-简单电极反应方程式。

二、原电池原理的应用1、运用原电池原理，加快化学反应速率如：实验室中用Zn与稀H2SO4反应制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液。

这样做的原因是Zn与置换出的Cu、稀H2SO4构成Zn与置换出的Cu、稀H2SO4构成了原电池，加快了反应的进行。