2024高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)講義（學(xué)生版）：第7章 第40講原電池化學(xué)電源

第40講原電池化學(xué)電源

［復(fù)習(xí)目標(biāo)］1.理解原電池的工作原理。2.了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理。3.能夠書

寫常見化學(xué)電源的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式。

考點(diǎn)一原電池工作原理及應(yīng)用

■歸納整合必備知識(shí)

1.概念

原電池是把能轉(zhuǎn)化為—能的裝置。

2.構(gòu)成條件

能發(fā)生____________的氧化還原反應(yīng)（一般是活潑性強(qiáng)的金屬與電

反應(yīng)

解質(zhì)溶液反應(yīng)）

電極一般是活潑性不同的兩電極（金屬或石墨）

①電解質(zhì)溶液

閉合回路②兩電極直接或間接接觸

③兩電極插入電解質(zhì)溶液中

3.構(gòu)建原電池模型（以鋅銅原電池為例）

c-沿導(dǎo)線傳遞

氧化反應(yīng)還原反應(yīng)

Zn-2e==Zn2tCu"+2c-=Cu

電

熔

固

解

融

態(tài)

質(zhì)

電

離

溶

解

液

質(zhì)

T-導(dǎo)

體

傳導(dǎo)離子

鹽橋的組成和作用

①鹽橋中裝有含KC1飽和溶液的瓊膠，離子可在其中自由移動(dòng)。

②鹽橋的作用：a.連接內(nèi)電路，；b.，使原電池不斷產(chǎn)生電流。

③鹽橋中崗子移向：陰離子移向，陽高子移向0

4.原電池原理的應(yīng)用

⑴設(shè)計(jì)原電池

首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)，其次根據(jù)原電池的反應(yīng)特點(diǎn)，結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)找出正、

負(fù)極材料和電解質(zhì)溶液。

【應(yīng)用舉例】

根據(jù)反應(yīng)2FeQ3+Cu=2FeC12+CuCb設(shè)計(jì)原電池，在方框中畫出裝置圖，指出電極材料和

電解質(zhì)溶液，寫出電極反應(yīng)式：

①不含鹽橋②含鹽橋

負(fù)極：_________________

正極：_________________

（2）比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱：原電池中，負(fù)極一般是活動(dòng)性的金屬，正極一般是活動(dòng)

性的金屬（或能導(dǎo)電的非金屬）。

（3）加快化學(xué)反應(yīng)速率：氧化還原反應(yīng)形成原電池時(shí)，反應(yīng)速率加快。

（4）用于金屬的防護(hù)：將需要保護(hù)的金屬制品作原電池的而受到保護(hù)。

五易錯(cuò)辨析

1.鹽橋是所有原電池構(gòu)成的必要條件（）

2.原電池內(nèi)部電解質(zhì)中的陰離子一定移向負(fù)極，陽離子一定移向正極（）

3.構(gòu)成原電池兩極的電極材料一定是活潑性不同的金屬（）

4.原電池中負(fù)極失去電子的總數(shù)一定等于正極得到電子的總數(shù)（）

5.使用鹽橋可以提高電池的效率（）

■專項(xiàng)突破

一、原電池的設(shè)計(jì)及工作原理

1.（2022.杭州模擬）實(shí)驗(yàn)a：將銅片、鋅片和稀硫酸組成單液原電池，銅片、鋅片表面均產(chǎn)生

氣泡。實(shí)驗(yàn)b：將鋅片在稀HgCL溶液中浸泡幾分鐘，鋅片表面形成鋅汞合金，再與銅片、

稀硫酸組成單液原電池，只有銅片表面產(chǎn)生氣泡。下列有關(guān)說法不正確的是（）

A.實(shí)驗(yàn)a中鋅片表面產(chǎn)生氣泡對(duì)應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化形式是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能

B.實(shí)驗(yàn)b中銅片表面產(chǎn)生氣泡對(duì)應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化形式是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能

+2+

C.實(shí)驗(yàn)a、b中原電池總反應(yīng)的高子方程式均為Zn+2H=Zn+H2t

D.鋅片經(jīng)HgCb溶液處理后，有利于更多的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能

2.（2022.蘇州模擬）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C「+Ag-

=AgClIo下列說法正確的是（）

NaCI溶液AgNO；,溶液

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-=Ag

C.放電時(shí),鹽橋中K+向盛有NaCI溶液的燒杯中移動(dòng)

D.外電路中每通過0.1mole,X電極質(zhì)量增加14.35g

3.如圖I、II分別是甲、乙兩組同學(xué)將反應(yīng)“AsO『+2「+2H+AsOr+L+HzO”設(shè)計(jì)

成的原電池裝置，其中C|、C2均為碳棒。甲組向圖【燒杯中逐滴加入適量濃鹽酸；乙組向圖

IIB燒杯中逐滴加入適量40%NaOH溶液。

c

Na%AsQ,、Na^AsOi、

Kl.l2

下列敘述正確的是(

A.甲組操作時(shí)，電流表(A)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)

B.甲組操作時(shí)，溶液顏色變淺

C.乙組操作時(shí)，C2作正極

D.乙組操作時(shí)，G上發(fā)生的電極反應(yīng)為h+2e—21

二、電極的判斷及電極方程式的書寫

4.有卜圖所示的四個(gè)裝置，回答相關(guān)問題:

空，

稀H￡O.NaOH溶液濃HNO,NaCI溶液

①②③④

(1)圖①中，Mg作.極.

(2)圖②中，Mg作一極，寫出負(fù)極反應(yīng)式:

正極反應(yīng)式：一

總反應(yīng)的離子方程式：______________________________________________________________

(3)圖③中，F(xiàn)e作極，寫出負(fù)極反應(yīng)式：,正極反應(yīng)式:

2.二次電池

放電后可以再充電而反復(fù)使用的電池，又稱為可充電電池或蓄電池。

【應(yīng)用舉例】

鉛酸蓄電池是常見的二次也池，負(fù)極反應(yīng)物是,正極反應(yīng)物是?？偡磻?yīng)為Pb

+PbO?+2H2s04士；2PbSO+2HO.

允里42；

⑴放電時(shí)：

負(fù)極：;

正極：0

（2）充電時(shí):

陰極：;

陽極：0

提醒充電時(shí)電極的連接，負(fù)接負(fù)作陰極，正接正作陽極。

3.燃料電池

（1）氫氧燃料電池是FI前最成熟的燃料電池，常見的燃料除%外，還有C0、水煤氣（C0和

H2）、燃類（如CH。、醇類（如CH.QH）、醛類（如CH3OCH3）、氨（NH3）、腓（HzN—NH?）等。如

無特別提示，燃料電池反應(yīng)原理類似「燃料的燃燒。

（2）燃料電池的電解質(zhì)常有四種類型，酸性溶液、堿性溶液、固體電解質(zhì)（可傳導(dǎo)。2一）、熔融

碳酸鹽，不同電解質(zhì)會(huì)對(duì)總反應(yīng)式、電極反應(yīng)式有影響。

（3）以甲醇為燃料，寫出下列介質(zhì)中的電極反應(yīng)式。

①酸性溶液（或含質(zhì)子交換膜）

正極：,

,負(fù)極：O

②堿性溶液

正極：,

負(fù)極：O

③固體氧化物（其中。2一可以在固體介質(zhì)中自由移動(dòng)）

正極；?

〔負(fù)極：O

④熔融碳酸鹽《0廠）

正極（通入co?）：,

負(fù)極：O

五易錯(cuò)辨析

I.鉛酸蓄電（池放電時(shí)，正極與負(fù)極質(zhì)量均增加（）

2.二次電池充電時(shí)，二次電池的陰極連接電源的負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)()

3.鉛酸蓄電池放電時(shí)的負(fù)極和充電時(shí)的陽極均發(fā)生還原反應(yīng)()

4.燃料電池工作時(shí)燃料在電池中燃燒，然后熱能轉(zhuǎn)化為電能()

5.在原電池中，正極本身一定不參與電極反應(yīng)，負(fù)極本身一定要發(fā)生氧化反應(yīng)()

■專項(xiàng)突破關(guān)鍵能力

1.為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學(xué)家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積

ZnO的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了采用強(qiáng)堿性電解質(zhì)的3D-Zn-NiOOH二次電池，結(jié)構(gòu)如圖所示。電池反

應(yīng)為Zn(s)+2NiOOH(s)+HO(1),.ZnO(s)+2Ni(OH)(s)o

2允I)電,2

尼龍保護(hù)層

導(dǎo)電線圖

NiOOH

隔膜

3D-Zn

下列說法錯(cuò)誤的是()

A.三維多孔海綿狀Zn具有較高.的表面積，所沉積的ZnO分散度高

B.充電時(shí)陽極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-=NiOOH(s)+H2O(l)

C.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn(s)+2OH-(aq)-2e-=ZnO(s)+H2O(1)

D.放電過程中OH通過隔膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)

2.直接煤-空氣燃料電池原理如圖所示，下列說法錯(cuò)誤的是()

固態(tài)碳?

碳酸鹽。

電極X——

氧化物電解質(zhì)一

電極Y

A.隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氧化物電解質(zhì)的量不斷減少

2-

B.負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)有C+2coM—4e-=3CO2、CO2+O=COr

C.電極X為負(fù)極，0?向X極遷移

D.直接煤-空氣燃料電池的能量效率比煤燃燒發(fā)電的能量效率高

3.(1)科學(xué)家用氮化保材料與銅組裝如圖1所示的人工光合系統(tǒng)，利用該裝置成功地實(shí)現(xiàn)了

以CO?和H8合成CHi。該電池負(fù)極是,負(fù)極產(chǎn)物是,正極是,正極

產(chǎn)物是o

電電

工作極

太極

Y

聽

明

光

透電

導(dǎo)

底

隼P

釘基

涂有

稿表面

玻璃

?電

的TiO

玻配合物

圖2

，

ll

,裝置

+3r

Ru"

3=2

u*+l

為2R

反應(yīng)

時(shí)的

工作

電池

陽能

化太

料敏

敏染

物光

配合

（Ru）基

⑵釘

,

為

料

材

極

：正

為

物

產(chǎn)

極

，負(fù)

為

料

材

極

負(fù)

池

電

2。該

如圖

___

____

____

____

____

____

____

____

____

____

____

____

____

：__

應(yīng)式

極反

，正

為

物

產(chǎn)

極

正

是,

負(fù)極