第二节 原电池 化学电源
考纲定位 考情播报
1.理解原电池的构成、工作原理及应用,能写出电极反应和总反应方程式。
2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。 2016•全国甲卷T11/全国丙卷T11
2015•全国卷ⅠT11/全国卷ⅡT26(1)(2)
2014•全国卷ⅡT12
2013•全国卷ⅠT10、T27(5)、T28(5)/全国卷ⅡT11
2012•全国卷T26(4)
考点1| 原电池的工作原理及简单应用
[基础知识自查]
1.概念及反应本质
把化学能转化为电能的装置,其本质是发生了氧化还原反应。
2.构成条件
(1)有两个活动性不同的电极(常见为金属或石墨)。
(2)将电极插入电解质溶液中。
(3)两电极间构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。
(4)能自发发生氧化还原反应。
3.工作原理
如图是CuZn原电池,请填空:
(1)反应原理
电极名称 负极 正极
电极材料 Zn Cu
电极反应 Zn-2e-===Zn2+ Cu2++2e-===Cu
反应类型 氧化反应 还原反应
(2)原电池中的三个方向
①电子方向:从负极流出沿导线流入正极;
②电流方向:从正极沿导线流向负极;
③离子的迁移方向:电解质溶液中,阴离子向负极迁移,阳离子向正极迁移。
(3)两种装置的比较
图Ⅰ中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2+,会有一部分Zn与Cu2+直接反应,该装置中既有化学能和电能的转化,又有一部分化学能转化成了热能,装置的温度会升高。图Ⅱ中Zn和CuSO4溶液分别在两个池中,Zn与Cu2+不直接接触,不存在Zn与Cu2+直接反应的过程,所以仅是化学能转化成了电能,电流稳定,且持续时间长。
(4)盐桥作用
①连接内电路,形成闭合回路;②平衡电荷,使原电池不断产生电流。
4.原电池原理的三个应用
(1)设计制作化学电源
①首先将氧化还原反应分成两个半反应。
②根据原电池的反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。
(2)比较金属活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
(3)加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率加快。例如,在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。
[应用体验]
1.在如图所示的8个装置中,不能形成原电池的是_______________(填序号),并指出原因。
[提示] ①只有一个金属,不能构成两极
③两极金属相同
⑤酒精不是电解质溶液,不导电
⑧未形成闭合回路
2.(1)根据反应Fe+2Fe3+===3Fe2+设计的原电池的负极反应式为________,
正极反应式为_______________________________________。
(2)根据2Cu+O2+2H2SO4===2CuSO4+2H2O设计的原电池的正极反应式为_________________________________________________________________。
[提示] (1)Fe-2e-===Fe2+ 2Fe3++2e-===2Fe2+
(2)O2+4e-+4H+===2H2O
[考点多维探究]
角度1 原电池的工作原理及电极判断
1.(2015•天津高考)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,下列有关叙述正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c(SO2-4)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
C [A.Cu作正极,电极上发生还原反应,错误;B.电池工作过程中,SO2-4不参加电极反应,故甲池的c(SO2-4)基本不变;C.电池工作时,甲池反应为Zn-2e-===Zn2+,乙池反应为Cu2++2e-===Cu,甲池中Zn2+会通过阳离子交换膜进入乙池,以维持溶液中电荷平衡,由电极反应式可知,乙池中每有64 g Cu析出,则进入乙池的Zn2+为65 g,溶液总质量略有增加,正确;D.由题干信息可知,阴离子不能通过阳离子交换膜。]
2.控制适合的条件,将反应2Fe3++2I-2Fe2++I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是( )
A.反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应
B.反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原资*源%库 ziyuanku.com
C.电流表读数为零时,反应达到化学平衡状态
D.电流表读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,乙中的石墨电极为负极
D [由图示结合原电池原理分析可知,Fe3+得电子变成Fe2+被还原,I-失去电子变成I2被氧化,所以A、B正确;电流表读数为零时,Fe3+得电子速率等于Fe2+失电子速率,反应达到平衡状态,C正确;D项在甲中溶入FeCl2固体,平衡2Fe3++2I-2Fe2++I2向左移动,I2被还原为I-,乙中石墨为正极,D不正确。]
3.分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( )
A.①②中Mg作负极,③④中Fe作负极
B.②中Mg作正极,电极反应式为6H2O+6e-===6OH-+3H2↑
C.③中Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+
D.④中Cu作正极,电极反应式为2H++2e-===H2↑
B [②中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能和NaOH溶液反应失去电子作负极;③中Fe在浓HNO3中钝化,Cu和浓HNO3反应失去电子作负极,则Fe作正极,A、C错误;②中电池总反应为2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,负极反应式为2Al+8OH--6e-===2AlO-2+4H2O,二