第四章第一節(jié)原電池

1、第四章電化學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)原電池目標(biāo)要求1理解原電池的工作原理，能夠?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。2.了解半反應(yīng)、鹽橋、內(nèi)電路、外電路等概念。3會(huì)判斷原電池的正、負(fù)極，能夠利用氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原電池。一、原電池1 原電池定義：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。2. 實(shí)質(zhì)：將氧化還原反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動(dòng)。即將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。3. 簡(jiǎn)單原電池的構(gòu)成條件：活潑性不同的兩個(gè)電極，電解質(zhì)溶液，形成閉合回路，能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。二、原電池的工作原理工作原理：利用氧化還原反應(yīng)在不同區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，以適當(dāng)方式連接起來(lái)，獲得電流。以銅鋅原電池為例：1. 在ZnS04溶液中，鋅片逐漸溶解，即Zn被氧化

2、,鋅原子失電子，形成Zn2+進(jìn)入溶液, 從鋅片上釋放的電子，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線流向銅片_CuS04溶液中，Cu2+從銅片上得電子，還原成為金屬銅并沉積在銅片上。鋅為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Zn 2e_=z n2+ ;銅為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cu2+ + 2e=Cu?？偡磻?yīng)式為Zn + Cu2+ =zn2+ + Cu，反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的。2. 閉合回路的構(gòu)成：外電路：電子從負(fù)極到正極，電流從正極到負(fù)極,內(nèi)電路：溶液中的陰離子移向ZnS04溶液，陽(yáng)離子移向 CuS04溶液。3. 鹽橋鹽橋中通常裝有含瓊膠的KCI飽和溶液。當(dāng)其存在時(shí)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行,Zn棒中的Zn原子失去電子成為 Zn2+進(jìn)

3、入溶液中，使 ZnS04溶液中Zn2+過(guò)多，帶正電荷。Cu2+獲得電子 沉積為Cu，溶液中Cu2+少，S04 過(guò)多，溶液帶負(fù)電荷。當(dāng)溶液不能保持電中性時(shí)，將阻 止放電作用的繼續(xù)進(jìn)行。 鹽橋的存在就避免了這種情況的發(fā)生，其中C向ZnS04溶液遷移，K1向CuS04溶液遷移，分別中和過(guò)剩的電荷，使溶液保持電中性，反應(yīng)可以繼續(xù)進(jìn)行。知識(shí)點(diǎn)一原電池1. 下列裝置中能構(gòu)成原電池產(chǎn)生電流的是（）答案 B解析 A、D項(xiàng)中電極與電解質(zhì)溶液之間不發(fā)生反應(yīng)，不能構(gòu)成原電池；B項(xiàng)符合原電池的構(gòu)成條件，兩電極發(fā)生的反應(yīng)分別是Zn 2e=Zn2+，2H + + 2e =H2? ; C 項(xiàng)中酒精不是電解質(zhì)，故不能構(gòu)成原電

4、池。2. 下列各裝置能形成原電池的是 （）答案 D解析 判斷一個(gè)裝置能否構(gòu)成原電池,要看是否符合原電池的構(gòu)成條件:電極材料（活動(dòng)性不同的金屬、金屬與非金屬、金屬與金屬氧化物 ）；電解質(zhì)溶液；構(gòu)成閉合回路； 能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。 A裝置：由于兩個(gè)電極是同種金屬，不能形成原電池；B裝置：酒精不是電解質(zhì)溶液，不能構(gòu)成原電池； C裝置：沒(méi)有形成閉合回路，不能形成原電池；D 裝置：符合原電池構(gòu)成的條件，能形成原電池。知識(shí)點(diǎn)二 原電池的原理3將純鋅片和純銅片按圖示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時(shí)間，以下敘述正確的是 ()A 兩燒杯中銅片表面均無(wú)氣泡產(chǎn)生B甲中銅片是正極，乙中銅片是負(fù)極C 兩燒杯中溶液的

5、 pH 均增大D .產(chǎn)生氣泡的速率甲比乙慢答案 C解析 因乙杯中鋅片和銅片沒(méi)有接觸， 故不能構(gòu)成原電池， A、B 皆錯(cuò)；因甲燒杯中 Zn、 Cu用導(dǎo)線連接后構(gòu)成原電池， 加快了 Zn的溶解，故D錯(cuò)；又因兩杯中的Zn都能與稀H2SO4 反應(yīng)產(chǎn)生H2而消耗H十，故C正確。4 .把A、B、C、D四塊金屬泡在稀 H2SO4中，用導(dǎo)線兩兩相連可以組成各種原電池。A、B相連時(shí)，A為負(fù)極；C、D相連時(shí)，D上有氣泡逸出；A、C相連時(shí)，A極減輕；B、D 相連時(shí)， B 為正極。則四種金屬的活動(dòng)性順序由大到小排列為 ()A. A>B>C>DB. A>C>B>DC. A>C&

6、gt;D>BD. B>D>C>A答案 C解析 金屬組成原電池，相對(duì)活潑的金屬失去電子作負(fù)極，相對(duì)不活潑的金屬作正極。 負(fù)極被氧化， 質(zhì)量減輕， 正極發(fā)生還原反應(yīng)， 有物質(zhì)析出， 由題意得活動(dòng)性 A>B 、 A>C、 C>D、 D>B ，故正確答案為 C。知識(shí)點(diǎn)三 原電池的應(yīng)用5 .一種新型燃料電池，它以多孔鎳板為電極插入KOH 溶液中，然后分別向兩極通入乙烷和氧氣，則有關(guān)此電池推斷正確的是 ()A .通入乙烷的電極為正極B .參加反應(yīng)的乙烷與氧氣的物質(zhì)的量之比為7 : 2C .放電一段時(shí)間后，KOH的物質(zhì)的量濃度減少 D .負(fù)極反應(yīng)式為 C2H6

7、 + 6H2O 14e =2CO若電極材料選銅和石墨,電解質(zhì)溶液選硫酸鐵溶液,外加導(dǎo)線,能否構(gòu)成原電池？ 。若能,請(qǐng)寫(xiě)出電極反應(yīng)式,負(fù)極： ,正極： 。 (若不能,后兩空不填 ) + 18H答案 C解析乙烷燃燒的化學(xué)方程式為 2C2H6+ 7O2>4CO2+ 6H2O,在該反應(yīng)中氧氣得電子， 乙烷失電子，因此通入氧氣的電極為正極，而通入乙烷的電極為負(fù)極，故A 答案錯(cuò)誤；反應(yīng)中參加反應(yīng)的乙烷與氧氣的物質(zhì)的量之比應(yīng)為2 : 7,故B答案錯(cuò)誤；考慮到該電池是以 KOH為電解質(zhì)溶液的，生成的 CO2會(huì)和KOH反應(yīng)轉(zhuǎn)化成 K2CO3,反應(yīng)中消耗 KOH , KOH的物 質(zhì)的量濃度減少,故 C 答案

8、正確；由于該電池是以 KOH 溶液為電解液的, D 答案中負(fù)極生 成的H +顯然在溶液中是不能存在的，故D答案錯(cuò)誤?？紤]到電解質(zhì)溶液的影響，此時(shí)該電池的總反應(yīng)式應(yīng)為 2C2H6 + 8KOH + 7O2>4K2CO3+ IOH2O，正極反應(yīng)式為 14H2O+ 7O2 + 28e=28OH (正極氧氣得電子，理論上形成O2 ,但該粒子在水中不穩(wěn)定，必須以O(shè)H -形式存在 ),負(fù)極反應(yīng)式可用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式得到：2C2H 636OH 28e=4CO3224H2O。6.已知電極材料：鐵、銅、銀、石墨、鋅、鋁；電解質(zhì)溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。按要求回答下列問(wèn)題：(

9、1) 電工操作上規(guī)定：不能把銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線連接在一起使用。請(qǐng)說(shuō)明原因(3) 設(shè)計(jì)一種以鐵和稀硫酸反應(yīng)為原理的原電池， 要求畫(huà)出裝置圖 (需標(biāo)明電極材料及電池 的正、負(fù)極 )。答案 (1)二者連接在一起時(shí)，接頭處在潮濕的空氣中形成原電池而被腐蝕(2) 能 Cu2e =Cu2 2Fe3 2e =2Fe2(3) 解析 (1)當(dāng) Cu、 Al 導(dǎo)線連接時(shí)，接觸到潮濕的空氣就易形成原電池而被腐蝕。(2)因?yàn)镕eCl3能與Cu發(fā)生反應(yīng)：2FeCl3+ Cu=2FeCh+ CuCl2,因此根據(jù)給出的條件可以設(shè)計(jì)成原電池，其負(fù)極為Cu,反應(yīng)為Cu - 2e =Cu2 +,正極為石墨，電極反應(yīng)式為 2Fe32e

10、=2Fe2。因?yàn)榭偡磻?yīng)式為 Fe+ H2SO4=FeSO4+ H2T ,所以負(fù)極為Fe,正極可為Cu、Ag或石 墨，電解質(zhì)為稀硫酸，即可畫(huà)出裝置圖。練基礎(chǔ)落實(shí)1.下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述不正確的是（）A .把銅片和鐵片緊靠在一起浸入稀硫酸中，銅片表面出現(xiàn)氣泡B 用鋅片作負(fù)極，銅片作正極，在CuS04溶液中，銅片質(zhì)量增加C .把銅片插入三氯化鐵溶液中，在銅片表面出現(xiàn)一層鐵D .把鋅粒放入盛有鹽酸的試管中，加入幾滴氯化銅溶液，氣泡放出的速率加快答案 C解析 銅片和鐵片緊靠并浸入稀H2SO4中，銅片上的H +獲得由鐵片傳遞過(guò)來(lái)的電子：2H + 2e =H2f，所以可觀察到銅片表面出現(xiàn)氣泡；鋅片作負(fù)極，

11、銅片作正極，發(fā)生反應(yīng)Zn+ Cu2+ =Zn2+ + Cu，生成的Cu在銅片上析出使其質(zhì)量增加；銅片插入FeCb溶液中，發(fā)生的反應(yīng)是Cu+ 2Fe3+=Cu2+ + 2Fe2+，并沒(méi)有單質(zhì)鐵的析出；向盛有鋅粒和鹽酸的試管中 滴入幾滴CuCl2溶液，發(fā)生反應(yīng)Zn+ Cu2+ =Zn2+ Cu，置換出的Cu與剩余的Zn接觸，置 于鹽酸中，構(gòu)成了原電池，加速2H + + 2e =H2T反應(yīng)，可觀察到氣泡放出的速率加快。2控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3+ + 2廠2Fe"+ I2設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是（）A 反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B .反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，甲中石

12、墨電極上的Fe3+被還原C 電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)D 電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負(fù)極答案 D解析 由反應(yīng)2Fe3 + + 21-= 2Fe2+ + I2可知，反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，甲中 Fe3+發(fā)生還原反應(yīng)，乙中I發(fā)生氧化反應(yīng)；當(dāng)電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)， 則反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)， 此時(shí)在甲中溶入FeCl2固體， 平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，乙中I2發(fā)生還原反應(yīng)，則乙中石墨電極為正極；故選 D。3. 以鋅片和銅片為兩極，以稀硫酸為電解質(zhì)溶液組成原電池，當(dāng)導(dǎo)線中通過(guò)2 mol電子時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）A .鋅片溶解了 1 mol，銅片上析出1 mol H 2B 兩極上溶

13、解和析出的物質(zhì)的質(zhì)量相等C .鋅片溶解了 31 g,銅片上析出了 1 g H2D 鋅片溶解了 1 mol，硫酸消耗了 0.5 mol答案 A解析 在涉及原電池的有關(guān)計(jì)算中，關(guān)鍵是要把握住一點(diǎn)即兩極得、失電子數(shù)相等。利用這一特點(diǎn)，我們從電極反應(yīng)式看：負(fù)極：Zn 2e_ =Zn2+;正極：2H + + 2e_ =H2 f。當(dāng)溶解1 mol鋅時(shí)失去2 mol電子，銅片上析出1 mol氫氣得到2 mol電子，得失電子守恒，這 樣即可推出A正確。練 方 法 技 巧4. 以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。關(guān)于該電池的敘述正確的是( )A 該電池能夠在高溫下工作B .電池的負(fù)極反應(yīng)式為 C6

14、H12O6+ 6H2O 24e =6CO2f + 24H +C .放電過(guò)程中，H +從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移22 4D .在電池反應(yīng)中，每消耗 1 mol氧氣，理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣體一孑L答案 B解析 由葡萄糖微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖可知，此燃料電池是以葡萄糖為燃料，以氧 氣為氧化劑，以質(zhì)子交換膜為隔膜， 以惰性材料為電極的一種燃料電池。由于是微生物電池，而微生物的生存溫度有一定的范圍，所以高溫下微生物不一定能夠生存，A錯(cuò)誤；放電時(shí)，負(fù)極：C6H12O6被微生物分解成CO2、H +和電子，電極反應(yīng)式：C6H12O6 + 6H2O 24e=6CO2f + 24H + , B正確；負(fù)極產(chǎn)生的

15、 H +透過(guò)質(zhì)子交換膜進(jìn)入正極室，C錯(cuò)誤；負(fù)極產(chǎn)生的電子沿外電路從負(fù)極流向正極，在正極室與H +和氧氣發(fā)生反應(yīng)生成水?？偡磻?yīng)方程式為C6H12O6+ 6O2=6CO2 + 6H2O，由總反應(yīng)方程式可知：每消耗 1 mol氧氣，理論上可以生 成標(biāo)準(zhǔn)狀況下 CO2氣體22.4 L , D錯(cuò)誤。5據(jù)報(bào)道， 我國(guó)擁有的完全自主產(chǎn)權(quán)的氫氧燃料電池車(chē)已在北京奧運(yùn)會(huì)期間為運(yùn)動(dòng)員提 供了服務(wù)。某種氫氧燃料電池的電解液為 KOH 溶液，下列有關(guān)該電池的敘述不正確的是 ( ) A .正極反應(yīng)式為 O2+ 2H2O+ 4e =4OHB 工作一段時(shí)間后，電解液中 KOH 的物質(zhì)的量不變C .該燃料電池的總反應(yīng)方程式為

16、2H2+ O2=2H2OD .用該電池電解 CuCl2溶液，產(chǎn)生2.24 L Cl 2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí)，有0.1 mol電子轉(zhuǎn)移 答案 D解析 本題考查燃料電池的工作原理。氧氣在正極發(fā)生還原反應(yīng)，A 正確；該燃料電池中氫氣與氧氣反應(yīng)生成水， KOH 沒(méi)有消耗，也沒(méi)有生成，故 KOH 的物質(zhì)的量不變，但其溶 電解 液濃度變小，B正確；H2和02反應(yīng)生成水是該電池發(fā)生的反應(yīng)，C正確；CuCl2=Cu +Cl2f , 2C一 2e =Cl2f , n(Cl2)= 2.24 L/22.4 L mol0.1 mol, n (e_) = 0.2 mol, D 錯(cuò) 誤。練綜合拓展6某探究活動(dòng)小組想利用原電池反

17、應(yīng)檢測(cè)金屬的活動(dòng)性順序，有甲、 乙兩位同學(xué)均使用鎂片與鋁片作電極，但甲同學(xué)將電極放入 6 mol L 1的稀H2SO4中，乙同學(xué)將電極放入 6 mol 1 的 NaOH 溶液中，如圖所示。(1) 寫(xiě)出甲池中發(fā)生的有關(guān)電極反應(yīng)的反應(yīng)式：負(fù)極 ，正極 。(2) 寫(xiě)出乙池中發(fā)生的有關(guān)電極反應(yīng)的反應(yīng)式：負(fù)極 ，正極 ?？偡磻?yīng)離子方程式為 。(3) 如果甲與乙兩位同學(xué)均認(rèn)為“構(gòu)成原電池的電極材料若是金屬，則構(gòu)成負(fù)極材料的金屬應(yīng)比構(gòu)成正極材料的金屬活潑”，則甲會(huì)判斷出活動(dòng)性更強(qiáng)，而乙會(huì)判斷出 活動(dòng)性更強(qiáng) (填寫(xiě)元素符號(hào) )。(4) 由此實(shí)驗(yàn)，可得到如下哪些結(jié)論？ 。A 利用原電池反應(yīng)判斷金屬活動(dòng)性順序應(yīng)注

18、意選擇合適的介質(zhì)B 鎂的金屬性不一定比鋁的金屬性強(qiáng)C 該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明金屬活動(dòng)性順序表已過(guò)時(shí)，已沒(méi)有實(shí)用價(jià)值D 該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明化學(xué)研究對(duì)象復(fù)雜、反應(yīng)條件多變，應(yīng)具體問(wèn)題具體分析(5) 上述實(shí)驗(yàn)也反過(guò)來(lái)證明了“利用金屬活動(dòng)性順序表直接判斷原電池中正、負(fù)極”的做法(填“可靠”或“不可靠” )。如不可靠，則請(qǐng)你提出另一個(gè)判斷原電池正、負(fù)極可行的實(shí)驗(yàn)方案 。答案 (1)Mg 2e =Mg2+ 2H* + 2e =H2 f(2) 2Al 8OH6e=2AlO24H2O6H2O6e=6OH3H2f2Al 2OH2H2O=2AlO 23H2 f(3) Mg Al (4)AD(5) 不可靠 將兩種金屬電極連上電流表而構(gòu)成原電池，利用電流表檢測(cè)電流的方向，從 而判斷電子的流動(dòng)方向，再來(lái)確定原電池的正、負(fù)極解析 (1)甲池中電池總反應(yīng)方程式為MgH2SO4=MgSO4H2f ， Mg 作負(fù)極，電極反應(yīng)式為 Mg 2e=Mg2， Al 作正極，電極反應(yīng)式為 2H2e=H2f 。(2)乙池中電池總反應(yīng)方程式為 2Al 2NaOH 2H2O=2NaAlO 23