考纲要求 | 1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。 2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。 |
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考点一 原电池及其工作原理
1．概念
原电池是把化学能转化为电能的装置。
2．工作原理
以铜锌原电池为例
(1)原理分析
电极名称 | | 正极 |
电极材料 | 锌片 | 铜片 |
电极反应 | Zn－2e－===Zn2＋ | Cu2＋＋2e－===Cu |
反应类型 | 氧化反应 | 还原反应 |
电子流向 | 由Zn沿导线流向Cu | |
盐桥中离子移向 | 盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极 |
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(2)两种装置比较
①盐桥作用：a.连接内电路形成闭合回路。b.维持两电极电势差(中和电荷)，使电池能持续提供电流。
②装置Ⅰ中有部分Zn与Cu2＋直接反应，使电池效率降低；装置Ⅱ中使Zn与Cu2＋隔离，电池效率提高，电流稳定。
3．原电池的构成条件
(1)两个活泼性不同的电极(材料可以是金属或导电的非金属)。
①负极：活泼性较强的金属。
②正极：活泼性较弱的金属或能导电的非金属。
(2)电极均插入电解质溶液中。
(3)构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。
(4)能自发地发生氧化还原反应。
【感悟测评】
1．下列示意图中能构成原电池的是( )
答案：B
2．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极。( )
(2)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强。( )
(3)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应。( )
(4)相同情况下，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。( )
(5)原电池电解质溶液中，阴离子一定移向负极。( )
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)√
1．原电池正、负极的判断
2．原电池电极反应式的书写
(1)一般电极反应式的书写
(2)复杂电极反应式的书写
＝－
如CH4酸性燃料电池中
苯丙酮合成CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应式
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正极反应式
CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……负极反应式
考向一 原电池的工作原理
1．如图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是( )
| M | N | P |
A | Zn | Cu | 稀H2SO4 |
B | Cu | Fe | 稀HCl |
C | Ag | Zn | AgNO3溶液 |
D | Zn | Fe | Fe(NO3制卡机)3溶液 |
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解析：在装置中电流计指针发生偏转，说明该装置构成了原电池，根据正负极的判断方法，
溶解的一极为负极，增重的一极为正极，所以M棒为正极，N棒为负极，且电解质溶液能析出固体，则只有C项正确。
答案：C
2．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↑
答案：B
【速记卡片】 原电池正、负极判断方法
说明：原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。
考向二 盐桥原电池
3．如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变化)( )
A．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端高B端低
B．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端低B端高
C．当杠杆为导体时，A端低B端高
D．当杠杆为导体时，A端高B端低
解析：当杠杆为导体时，构成原电池，Fe作负极，Cu作正极，电极反应式分别为负极Fe－2e－===Fe2＋，正极Cu2＋＋2e－===Cu，铜球增重，铁球质量减轻，杠杆A低B高。
卡片式u盘
答案：C
4．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。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
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
解析：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。
答案：D
【速记卡片】
当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指
蚀刻因子
针示数为零；当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。
考点二 原电池原理的应用
1．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。
如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A极溶解，而B极上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，则可以推出金属活动性A>B。
2．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增大。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。
3．用于金属的防护
使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。
4．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，结合两个半反应出正、负极材料和电解质溶液。
如：根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl数显计数器2设计的原电池为：
【多维思考】
1．A、B两种金属用导线连接后，插入烧碱溶液中，若观察到A极溶解，而B极上有气体放出，该现象能否说明活动性A>B？请举例说明。
提示：不能。如Mg、Al、NaOH溶液组成原电池时，Al极溶解、Mg极上有H2生成，但活动性：Mg>Al。
2．镀锌铁桶破损后，铁桶仍能长时间使用，但镀锡铁桶破损后，破损处很快会出现小孔，其原因是什么呢？
提示：镀锌铁桶破损后，形成原电池锌作负极，Fe得到保护；镀锡铁桶破损后，形成原电池，铁作负极，加速了铁的腐蚀。
(1)能设计成原电池的反应一定是放热的氧化还原反应，吸热反应不可能将化学能转化为电能。
(2)利用原电池原理可加快制氢气的速率，但可能影响生成氢气的量。需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决于酸的量。
(3)设计原电池时，负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以。
考向一 判断金属的活泼性及反应速率
1．有a、b、c、d四种金属，将a与b用导线连接起来，浸入稀硫酸中，电极反应式之一为a－2e－===a2＋；将a、d分别投入等浓度的盐酸中，d比a反应激烈；又知一定条件下能发生如下离子反应：c2＋＋b===b2＋＋c，则四种金属的活动性由强到弱的顺序是( )
A．dcab B.dabc
C．dbac D.badc
解析：a、b两金属连接后在稀H2SO4溶液中，a失电子，活泼性：a>b；与酸反应d反应剧
烈，活泼性：d>a；根据离子反应，还原性：还原剂大于还原产物，则活泼性：b>c，综合以上有金属活泼性由强到弱顺序：dabc。
答案：B
2．(2018·揭阳二模)等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中放入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是( )
解析：等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中放入少量的CuSO4溶液，发生：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，形成原电池，反应速率增大，反应用时少于b，但生成的氢气也少于b，图象应为D。
答案：D
【题后悟道】 改变Zn与H＋反应速率的方法
(1)加入Cu或CuSO4，形成原电池，加快反应速率，加入Cu不影响Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量减少，是否影响产生H2的量，应根据Zn、H＋的相对量多少判断。
(2)加入CH3COONa，由于CH3COO－与H＋反应，使c(H＋)减小，反应速率减小，但不影响生成H2的量。
考向二 设计原电池
3．将镉(Cd)浸在氯化钴(CoCl2)溶液中，发生反应的离子方程式为：Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq)(aq表示溶液)，若将该反应设计为如图的原电池，则下列说法一定错误的是( )
A．Cd作负极，Co作正极
B．原电池工作时，电子从负极沿导线流向正极
C．根据阴阳相吸原理，盐桥中的阳离子向负极(甲池)移动
D．甲池中盛放的是CdCl2溶液，乙池中盛放的是CoCl2溶液
解析：在电池反应中，Co2＋得电子发生还原反应，则Co作正极、Cd作负极；放电时，电子从负极Cd沿导线流向正极Co；盐桥中阳离子向正极区域乙移动、阴离子向负极区域甲移动；甲中失电子发生氧化反应，电解质溶液为CdCl2溶液，乙池中盛放的是CoCl2溶液。
答案：C
4．电子工业常用30%的FeCl3溶液腐蚀绝缘板上的铜箔，制造印刷电路板。某工程师为了从废液中回收铜，重新获得FeCl3溶液，设计了下列实验步骤：
写出一个能证明还原性Fe比Cu强的离子方程式：__________
_______________________________________。
该反应在上图步骤________中发生。请根据上述反应设计一个原电池，在方框中画出简易
装置图(标出电极名称、电极材料、电解质溶液)。
解析：a是Fe，发生的反应有Fe＋Cu2＋===Fe2＋贴片铝电解电容＋Cu和Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，试剂b是盐酸。将Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu设计成原电池，Fe作负极，比Fe不活泼的Cu作正极，电解质溶液是含Cu2＋的溶液。
