高中化学原电池原理.docx

原电池原理
一．原电池
1.能量转化： 原电池是__________________________________________________的装置。
2.原电池构成条件：〔1〕金属活泼性不同的两个电极
〔2〕电解质溶液
〔3〕电极、电解质溶液构成闭合回路
3.构造：内电路——电解质溶液、电极
导电微粒：自由移动离子〔阳离子往正极移动，阴离子往负极移动〕
外电路——电极〔与导线〕
导电微粒：自由移动电子〔电子由负极经过导线流向正极，电流由正极流向负极〕
电极：根据活泼性的不同，分为 负极〔金属活泼性强〕
正极〔金属活泼性弱〕。正极和负极
正极：通常是活泼性较弱的金属或非金属导体，电子流____〔填“出〞或“入〞〕的一极，电极上发生________〔填“氧化〞或“复原〞反响〕。
负极：通常是活泼性较强的金属，电子流_____〔填“出〞或“入〞〕的一极，电极被________〔填“氧化〞或“复原〞〕，电极发生________〔填“氧化〞或“复原〞反响〕。
4.反响特点：自发的氧化复原反响
5.工作原理：负极失电子经导线流向正极形成电流，内电路自由移动的离子定向运动传递电荷
【例题】以下关于原电池的表达中正确的选项是〔 A 〕
Ａ．原电池能将化学能转变为电能
Ｂ．原电池负极发生的电极反响是复原反响
Ｃ．原电池在工作时其正极不断产生电子并经外电路流向负极
Ｄ．原电池的电极只能由两种不同的金属构成

【练习题1】在如下图的装置中，a的金属性比氢要强，
b为碳棒，关于此装置的各种表达不正确的选项是〔 B 〕
A．碳棒上有气体放出，溶液pH变大
B．a是正极，b是负极
C．导线中有电子流动，电子流从a极到b极
D．a极上发生了氧化反响

【练习题2】人造地球卫星用到的一种高能电池——银锌蓄电池，它在放电时的电极反
应为：Zn + 2OH– –2e–＝ZnO + H2O Ag2O + H2O + 2e–＝2Ag + 2OH–
据此判断氧化银是〔 B 〕
Ａ．负极，并被氧化 Ｂ．正极，并被复原
Ｃ．负极，并被复原 Ｄ．正极，并被氧化
二．原电池的形成条件
〔1〕活泼性不同的电极材料〔金属与金属或金属与非金属导体〕
〔2〕电解质溶液。电解质溶液中离子定向移动，传递电荷，接通内电路。
〔3〕构成闭合电路〔用导线连接或直接接触〕

【例题】以下装置属于原电池的是〔 BC 〕

【练习题】以下烧杯中盛放的都是稀H2SO4，在Cu电极上产生大量气泡的是〔 A 〕

　例如：Fe——C(NaCl溶液)
　　电极反响为：
　　〔－〕Fe—2e—=Fe2+
　　〔＋〕O2+2H2O+4e—=4OH—
　　电池总反响式：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
在这里Fe并没有和溶液中溶质NaCl发生反响，而是和O2发生氧化复原反响。可见在原电池中只要有能释放能量的氧化复原反响发生，就可以产生电流。
三、原电池的工作原理
　　活泼金属〔负极〕——失电子——氧化反响——电子流出
　　不活泼金属〔或石墨〕〔正极〕——得电子——复原反响——电子流入
　　在这里要求熟练书写电极反响和电池反响式，能由电极反响写出电池反响式，能由电池反响式写出电极反响，会判断电极符号、溶液pH及浓度的变化等。
例如：电子表所用钮扣电池的两极材料为Zn和Ag2O，电解质溶液为KOH。
　　放电时锌极上的电极反响式为：Zn+2OH——2e—=Zn(OH)2
　　Ag2O电极上发生的反响为：Ag2O+H2O+2e—=2Ag+2OH—
　　以下说法正确的选项是〔　 〕
　　A．锌是负极，Ag2O是正极
　　B．锌发生复原反响，Ag2O发生氧化反响
　　C．溶液中OH—向正极移动，K+、H+向负极移动
　　D．随着电极反响的不断进展，电解质溶液的pH保持不变
四．原电池原理的应用
　〔一〕做电源
要了解常见的一些电池，由所给条件判断两极符号、电极反响、电池反响、电解质溶液浓度、pH变化等。
常见的化学电源
——干电池
负极〔锌筒〕：Zn－2e- = Zn2+ 正极〔石墨〕：2NH4+ + 2e-= 2NH3 + H2
电池总反响式为：Zn + 2NH4+ = Zn2+ + 2NH3 + H2
2.铅蓄电池(可充电电池)
负极：Pb + SO42- －2e -====== PbSO4
正极：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- ====== PbSO4 + 2H2O
充电
放电
电池总反响式为：Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
3.银锌电池〔钮扣电池〕
负极：Zn+2OH--2e- =ZnO+H2O 正极：Ag2O+H2O+2e_ =2Ag+2OH-
电池总反响式为：Ag2O + Zn = 2Ag + ZnO
4.锂电池〔有多种〕

1991年，我国首创以铝-空气-海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯。
负极：4Al－12e－= 4Al3+ 正极：3O2 + 6H2O+12e－=12OH－
电池总反响式为：4Al+3O2 + 6H2O= 4Al(OH)3
6.燃料电池〔如氢氧燃料电池〕
电池总反响式为：2H2 + O2 = 2H2O
　〔二〕金属的腐蚀和防护
　　1．金属腐蚀的本质是：金属单质失电子被氧化成金属阳离子的过程，M—ne—=Mn+
金属
的腐蚀
化学腐蚀：金属与氧化剂〔O2、Cl2等〕直接反响
电化学腐蚀〔为主〕〔发生电原池反响〕
析氢腐蚀〔酸性较强环境〕
〔－〕Fe—2e—=Fe2+
〔＋〕2H++2e—=H2↑
电池反响：
Fe+2H+=Fe2++H2↑
吸氧腐蚀〔为主〕〔弱酸性或中性环境〕
〔－〕Fe—2e—=Fe2+
〔＋〕O2+2H2O+4e—=4OH—
电池反响：
2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
　　2. 金属的防护
　　〔1〕加保护层：刷漆、电镀等。
　　〔2〕改变构造：制成合金。
　　〔3〕电化学方法
　　①牺牲负极保护法：
　　Fe与Zn相连，牺牲Zn保护Fe。
　　②阴极保护法：
　　将被保护的金属连在直流电源的负极〔阴极〕，电源负极提供电子，阻止了金属失电子。
　　〔三〕加快反响速率
　　例如：纯锌与稀H2SO4反响速率较慢，当参加CuSO4溶液以后，反响速率加快，因为Zn+Cu2+=Cu+Zn2+析出的Cu与Zn接触，在稀H2SO4中形成原电池，加快反响速率。
　　〔四〕判断金属活动性
　　根据活泼金属为负极，不活泼金属为正极，可通过组成原电池判断金属活动性。
经典例题
【例1】以下表达中正确的选项是 〔 〕
A．构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属。
B．由铜、锌作电极与硫酸铜溶液组成的原电池中铜是负极。
C．马口铁〔镀锡铁〕破损时与电解质溶液接触锡先被腐蚀。
D．铜锌原电池工作时，假设有13克锌被溶解，电路中就有0.4mol电子通过。
【例2】把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。假设A、B相连时，A为负极；C、D相连，D上有气泡逸出；A、C相连时A极减轻；B、D相连，B为正极。那么四种金属的活泼性顺序由大到小排列为〔 〕
A．A＞B＞C＞D B．A＞C＞B＞D C．A＞C＞D＞B D．B＞D＞C＞A
【例3】电子计算机所用钮扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，其电极反响是：
Zn + 2 OH- -2e＝ZnO + H2O Ag2O +H2O + 2e＝2Ag +2 OH-
以下判断正确的选项是〔 〕
A．锌为正极，Ag2O为负极。 B．锌为负极，Ag2O为正极。
C．原电池工作时，负极区溶液PH减小。 D．原电池工作时，负极区溶液PH增大。
【稳固练习】
　一、选择题
1．以下装置中，电流计G中有电流通过的是〔　 〕

2．生物体中细胞膜内的葡萄糖，细胞膜外的富氧液体及细胞膜构成微型的生物原电池，以下有关判断正确的选项是〔　 〕
　　A．正极的电极反响可能是：O2+2H2O+4e—＝4OH—
　　B．负极的电极反响可能是：O2+2H2O+4e—＝4OH—
　　C．负极的反响主要是C6H12O6(葡萄糖)生成CO2或HCO3—
　　D．正极的反响主要是C6H12O6(葡萄糖)生成CO2或HCO3—
3．如图：电流计的指针会偏转，M极变粗，N极变细符合这种情况的是〔　 〕
　　A．M是铜，N是锌，R是硫酸溶液
　　B．M是锌，N是铜，R是硫酸铜溶液
　　C．M是银，N是锌，R是硝酸银溶液
　　D．M是铁，N是铜，R是硝酸铜溶液
4．电子表中电源常用银—锌微型电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反响分别为
Zn+2OH——2e—＝ZnO+H2O，Ag2O+H2O+2e—＝2Ag+2OH—，总反响式：Ag2O+Zn＝2Ag+ZnO，根据上述变化，以下判断正确的选项是〔　 〕
　　A．Zn为正极，Ag2O为负极
　　B．工作时电池负极区溶液的pH增大
　　C．工作时电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
　　D．Zn为负极，Ag2O为正极
6．把铁棒和锌棒用导线连接插入硫酸铜溶液中，当电路中有0.2mol电子通过时，负极的质量变化是〔　 〕
　　A．增加　 　　B．减少　　C．减少　 　　D．增加
7．某原电池反响的离子方程式为：Fe+2H+＝Fe2++H2↑，以下说法正确的选项是〔　 〕
　　A．HNO3为电解质溶液　 　　B．锌为该原电池的负极
　　C．铁极质量不变　　　 　　D．铜为该原电池的正极
8．以下说法正确的选项是〔　 〕
　　A．钢铁因含杂质而容易发生电化腐蚀，所以合金都不耐腐蚀
　　B．原电池反响是导致金属腐蚀的主要原因，故不能用来减缓金属的腐蚀
　　C．钢铁电化学腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的pH不同，引起负极反响不同
　　D．无论哪种类型的腐蚀，其实质都是金属被氧化
9．根据以下实验事实：
　　(1)X+Y2+＝X2++Y
　　(2)Z+2H2OZ(OH)2+H2↑
　　(3)Z2+离子的氧化性比X2+弱
　　(4)由Y、W作电极组成的原电池反响为：Y—2e—＝Y2+
　　由此可知，X、Y、Z、W的复原性由强到弱的顺序是〔　 〕
　　A．X＞Y＞Z＞W　 　　B．Y＞X＞W＞Z　　C．Z＞X＞Y＞W　 　　D．Z＞Y＞X＞W
10．阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池，其电池反响式为：2H2+O2＝2H2O，电解质溶液为KOH溶液，反响保持在一定温度下，使生成H2O蒸发，以下表达正确的选项是〔　 〕
　　A．H2为正极，O2为负极
　　B．电极反响(正极)：O2+2H2O+4e—＝4OH—
　　 电极反响(负极)：2H2+4OH——4e—＝4H2O
　　C．负极发生氧化反响，正极发生复原反响
　　D．工作中电解质溶液pH值不断增大
11．燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4等)跟氧气或空气反响，将化学能转化为电能的装置。电解质溶液是强碱溶液。以下关于甲烷的燃料电池说法中正确的为〔　 〕
　　A．负极反响：O2+2H2O+4e—＝4OH—
　　B．负极反响：CH4+10OH——8e—＝CO32—+7H2O
　　C．随着放电进展，溶液的pH值增大
　　D．放电时溶液中的阴离子向正极移动
13．将金属A和金属B分别放入稀H2SO4中有氢气生成。假设将金属A和金属B相连后投入稀H2SO4中发现A被腐蚀，B未被腐蚀。关于A、B的表达是〔　 〕
　　A．金属活动性A＞B 　　B．复原性B＞A
　　C．在后者装置中金属A发生复原反响，金属B发生氧化反响
　　D．金属B的外表有明显气泡产生，金属A外表无明显现象
14．把铁钉和碳棒用铜线连接后，浸入0.1mol/L的NaCl溶液中，可能发生的现象为〔　 〕
　　A．碳棒上放出氯气　　 　　 B．碳棒附近产生OH—
　　C．碳棒上放出O2　　 　　D．铁钉上放出H2
15．以下事实与电化腐蚀无关的是〔　 〕
　　A．埋在地下的铁管比在地面上的更易被腐蚀
　　B．为保护海船的螺旋浆和船壳，往往在螺旋浆和船壳上镶入锌块
　　C．在空气中金属银的外表生成一层黑色物质
　　D．镀银的铁制品，镀层局部受损后，露出的铁外表暴露在潮湿空气中更易腐蚀
16．某原电池总反响的离子方程式为：2Fe3++Fe＝3Fe2+，不能实现该反响的原电池是(　 )
　　A．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3
　　B．正极为C，负极为Fe，电解质溶液为Fe(NO3)3
　　C．正极为Fe，负极为Zn，电解质溶液为Fe2(SO4)3
　　D．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4
二、填空题
18．铅蓄电池是化学电池，其电极材料是Pb和PbO2，电解质溶液为稀硫酸，工作时该电池的总反响为PbO2+Pb+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O，根据上述情况判断：
　　(1)蓄电池的负极是_________，其电极反响式为____ _____；
　　(2)蓄电池的正极是_________，其电极反响式为_____ ____。
本次课总结
1、 原电池电极名称的判断方法
〔1〕根据电极材料的性质确定 金属—金属电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正极；金属—非金属电极，金属是负极，非金属是正极；金属—化合物电极，金属是负极，化合物是正极。
〔2〕根据电极反响的本身确定 失电子的反响—氧化反响—负极；得电子的反响—复原反响—正极
2、 原电池电极反响式书写关键
〔1〕明确电池的负极反响物是电极本身还是其他物质、反响产物及化合价的变化；
〔2〕确定电池的正极反响物是电解质溶液中的离子，还是其他物质〔如溶有或通入的氧气〕；
〔3〕判断是否存在特定的条件〔如介质中的微粒H+、OH- 非放电物质参加反响〕，进而推断电解质溶液的酸碱性的变化；
〔4〕总的反响式是否满足质量守衡、得失电子守衡、电荷守衡。〔O2 + 4H+ + 4e-=2H2O；2H2 + 4OH -- 4e- = 4H2O〕

练习
2．原电池产生电流的本质原因是 〔 〕
A．原电池中电解液能电离出自由移动的离子
B．有两根导线将两个活性不同的电极连接
C．电极上进展的氧化复原反响的生成物为电子
D．电极上进展的氧化复原反响中会有电子转移
3． 以下说法中正确的选项是 〔 〕
A．原电池是把化学能转变为电能的装置
B．原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反响
C．原电池的两极发生的反响均为氧化复原反响
D．形成原电池后，原电池中的阳离子向负极方向移动
4．实验室用锌片、铜片和AgNO3溶液组成了原电池，正极上发生的电极反响式为 〔 〕
A．2H+ + 2e-==H2↑ B．Zn -2e-==Zn2+
C．2H2O + O2 + 4e-==4OH- D．Ag+ + e-==Ag
5．某原电池总反响的离子方程式为Zn + Cu2+== Zn2+ + Cu，该原电池的正确组成是 〔 〕

正极
负极
电解质溶液
A
Cu
Zn
ZnCl2
B
Cu
Zn
CuCl2
C
Zn
Cu
ZnCl2
D
Zn
Cu
CuCl2
6． 某原电池总反响的离子方程式为2Fe3++Fe=3Fe2+，可以实现上述反响的原电池是( A )

正极
负极
电解质溶液
A
Cu
Fe
Fe2(SO4)3
B
Zn
Fe
FeCl3
C
Ag
Fe
CuSO4
D
Fe
Zn
Fe2(SO4)3

7．在外界提供一样电量的条件下，Cu2+和Ag+分别按 Cu2+ +2e-==Cu 和Ag+ + e-==Ag 在电极上放电，假设析出铜的质量为，那么析出银的质量为 〔 〕
A． B． C． D．