考點(diǎn)一原電池的工作原理及應(yīng)用（學(xué)生版）

【基礎(chǔ)知識(shí)】原電池化學(xué)電源考點(diǎn)一原電池的工作原理及應(yīng)用【知識(shí)模型】1、原電池的概念及構(gòu)成條件(1)定義：將能轉(zhuǎn)化為能的裝置。（太陽(yáng)能電池：將能轉(zhuǎn)化為能）(2)原電池的形成條件①能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)。②兩個(gè)不同的電極(燃料電池的兩個(gè)電極可以相同)。③形成回路，需滿(mǎn)足三個(gè)條件：a.存在電解質(zhì)；b.兩電極直接或間接接觸；c.兩電極插入電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中。2、工作原理(以鋅銅原電池為例)(1)裝置變遷名稱(chēng)單液原電池雙液原電池裝置相同點(diǎn)電極名稱(chēng)負(fù)極：片正極：片電極反應(yīng)負(fù)極：(氧化反應(yīng))正極：(還原反應(yīng))總反應(yīng)Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu電子流向電子由經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)流向電流流向電流由經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)流向不同點(diǎn)離子遷移方向電解質(zhì)溶液中，陰離子向遷移，陽(yáng)離子向遷移移向正極，移向負(fù)極鹽橋含飽和KCl溶液，移向正極，移向負(fù)極能量轉(zhuǎn)化效率還原劑Zn與氧化劑Cu2＋直接接觸，既有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，又有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，造成能量損耗。Zn與氧化劑Cu2＋不直接接觸，僅有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，避免了能量損耗，故電流穩(wěn)定，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)?！疚Ⅻc(diǎn)撥】①鹽橋的成分：鹽橋通常是裝有飽和KCl或者NH4NO3瓊脂溶膠的U形管，溶液不致流出來(lái)，但離子則可以在其中自由移動(dòng)②鹽橋的作用有三種：a.連接內(nèi)電路，形成閉合回路；b.平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流；c.隔絕正負(fù)極反應(yīng)物，避免直接接觸，導(dǎo)致電流不穩(wěn)定，提高電池效率。③鹽橋中離子移向：陰離子移向負(fù)極，陽(yáng)離子移向正極。④無(wú)論是單液原電池裝置還是雙液原電池裝置，電子均不能通過(guò)電解質(zhì)溶液（離子走水，電子走線(xiàn)）3、原電池電極判斷負(fù)極正極反應(yīng)類(lèi)型得失電子離子移向電極材料化合價(jià)變化電勢(shì)大小4、原電池的應(yīng)用(1)加快氧化還原反應(yīng)的速率：原電池中，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩極進(jìn)行，使溶液中離子運(yùn)動(dòng)時(shí)相互的干擾減小，使反應(yīng)速率增大。如：在Zn和稀硫酸反應(yīng)時(shí)，滴加少量CuSO4溶液，則Zn置換出的銅和鋅能構(gòu)成原電池的正負(fù)極，從而加快Zn與稀硫酸反應(yīng)的速率(2)比較金屬活動(dòng)性的強(qiáng)弱：原電池中，負(fù)極一般是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬，正極一般是活動(dòng)性較弱的金屬(或非金屬)方法：電極質(zhì)量減少作負(fù)極，較活潑；有氣體生成、電極質(zhì)量不斷增加或不變作正極，較不活潑(3)設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源①拆分反應(yīng)：將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)②選擇電極材料：電極材料必須導(dǎo)電。根據(jù)氧化還原反應(yīng)找出正、負(fù)極材料，一般選擇活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬作為負(fù)極(或者在該氧化還原反應(yīng)中，本身失去電子的材料)；活動(dòng)性較弱的金屬或可導(dǎo)電的非金屬(如石墨等)作為正極③構(gòu)成閉合回路：將兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋)，則兩個(gè)容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)選擇與電極材料相同的陽(yáng)離子的溶液【模型再構(gòu)】例1、常見(jiàn)原電池（寫(xiě)出以下總反應(yīng)、正負(fù)極電極反應(yīng)式）①Fe|FeCl3(aq)|Cu總反應(yīng):正極:負(fù)極：②Mg|NaOH(aq)|Al總反應(yīng):正極:負(fù)極：③Fe|濃HNO3(aq)|Cu總反應(yīng):正極:負(fù)極：④Zn|NaCl(aq)|Cu總反應(yīng):正極:負(fù)極：【微點(diǎn)撥】自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)并不一定是電極與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，也可以是電極與溶解的O2等發(fā)生反應(yīng).例2、設(shè)計(jì)原電池裝置證明Fe3＋的氧化性比Cu2＋強(qiáng)。(1)寫(xiě)出能說(shuō)明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的離子方程式：_________________________________。(2)若要將上述反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，電極反應(yīng)式分別是：①負(fù)極：________________________________________________________________________。②正極：________________________________________________________________________。(3)在方框中畫(huà)出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液：①不含鹽橋②含鹽橋【問(wèn)題解決】例1、（2021北京卷，16節(jié)選）某小組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“Ag++Fe2+Fe3++Ag↓”為可逆反應(yīng)并測(cè)定其平衡常數(shù)。實(shí)驗(yàn)I：將0.0100mol/LAg2SO4溶液與0.0400mo/LFeSO4溶液(pH=1)等體積混合，產(chǎn)生灰黑色沉淀，溶液呈黃色。實(shí)驗(yàn)II：向少量Ag粉中加入0.0100mol/LFe2(SO4)3溶液(pH=1)，固體完全溶解。①取I中沉淀，加入濃硝酸，證實(shí)沉淀為Ag?，F(xiàn)象是_______________________________。②II中溶液選用Fe2(SO4)3，不選用Fe(NO3)3的原因是_______________________________。綜合上述實(shí)驗(yàn)，證實(shí)“Ag++Fe2+Fe3++Ag↓”為可逆反應(yīng)。③小組同學(xué)采用電化學(xué)裝置從平衡移動(dòng)角度進(jìn)行驗(yàn)證。補(bǔ)全電化學(xué)裝置示意圖,寫(xiě)出操作及現(xiàn)象_______。例2、(2022·湖南卷)海水電池在海洋能源領(lǐng)域備受關(guān)注，一種鋰海水電池構(gòu)造示意圖如下。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．海水起電解質(zhì)溶液作用B．N極僅發(fā)生的電極反應(yīng)：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．玻璃陶瓷具有傳導(dǎo)離子和防水的功能D．該鋰－海水電池屬于一次電池例3、（2023海南卷，8）利用金屬Al、海水及其中的溶解氧可組成電池，如圖所示。下列說(shuō)法正確的是（）A.b電極為電池正極B.電池工作時(shí)，海水中的向a電極移動(dòng)C.電池工作時(shí)，緊鄰a電極區(qū)域的海水呈強(qiáng)堿性D.每消耗1kgAl，電池最多向外提供37mol電子的電量例4、某學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)如圖所示原電池裝置。該電池總反應(yīng)為Cl－＋Ag＋=AgCl↓。下列說(shuō)法正確的是()A．放電時(shí)，X電極發(fā)生還原反應(yīng)B．放電時(shí)，Y電極反應(yīng)式為Ag＋＋e－=AgC．放電時(shí)，鹽橋中K＋向盛有NaCl溶液的燒杯中移動(dòng)D．外電路中每通過(guò)0.1mole－，X電極質(zhì)量增加14.35g【基礎(chǔ)練習(xí)】1、銀鋅電池是一種常見(jiàn)化學(xué)電源，其反應(yīng)原理：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag，其工作示意圖如圖。下列說(shuō)法不正確的是()A．Zn電極發(fā)生氧化反應(yīng)B．Ag2O電極是電源的正極C．電池工作時(shí)，電子從Zn電極經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)流向Ag2O電極，再由Ag2O電極經(jīng)電解質(zhì)溶液流向Zn電極D．Zn電極上發(fā)生的反應(yīng)：Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)22、(2016·全國(guó)2)MgAgCl電池是一種以海水為電解質(zhì)溶液的水激活電池。下列敘述錯(cuò)誤的是 ()A.負(fù)極反應(yīng)式為Mg2eMg2+B.正極反應(yīng)式為Ag++eAgC.電池放電時(shí)Cl由正極向負(fù)極遷移D.負(fù)極會(huì)發(fā)生副反應(yīng)Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑

3、分析下圖所示的四個(gè)原電池裝置，其中結(jié)論正確的是()A．①②中Mg作負(fù)極，③④中Fe作負(fù)極B．②中Mg作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Mg2e－=Mg2+C．③中Fe作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋D．④中Cu作正極，電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－4、有a、b、c、d四個(gè)金屬電極，有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置及部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下：實(shí)驗(yàn)裝置部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象a極質(zhì)量減少；b極質(zhì)量增加b極有氣體產(chǎn)生；c極無(wú)變化d極溶解；c極有氣體產(chǎn)生電流從a極流向d極由此可判斷這四種金屬的活動(dòng)性順序是()A．a(chǎn)＞b＞c＞dB．b＞c＞d＞aC．d＞a＞b＞cD．a(chǎn)＞b＞d＞c5、某醫(yī)院設(shè)計(jì)的鋅鐵原電池，可以控制胃內(nèi)氫釋放，改善肥胖2型糖尿病的胰島素抵抗。其工作原理如圖所示，下列說(shuō)法不正確的是（）A.N代表鐵B.該過(guò)程發(fā)生析氫腐蝕C.鋅表面的電極反應(yīng)為Zn－2e－=Zn2+D.標(biāo)準(zhǔn)狀況下，每生成2.24mLH2，理論上原電池質(zhì)量損耗0.013g

6、(2020全國(guó)1卷)為驗(yàn)證不同化合價(jià)鐵的氧化還原能力，利用下列電池裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，回答下列問(wèn)題：(1)由·7H2O固體制0.10mol·溶液要的器藥、璃棒、 （下中選，出稱(chēng)。）（u） 陽(yáng)離子u8/m2s1V1陰離子u8/m2s1V1Li+4.07HCO34.61Na+5.19NO37.40Ca2+6.59Cl7.91K+7.62SO428.27(3)電流表顯示電子由鐵電極流向石墨電極?？芍?，鹽橋中的陽(yáng)離子進(jìn)入 電極溶液中。(4)電池反應(yīng)一段時(shí)間后，測(cè)得鐵電極溶液中c(Fe2+)增加了0.02mol·L1