高三化学总复习（25）之原电池、化学电源

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一、原电池工作原理及应用

1、概念

把化学能转化为电能的装置。

2、构成条件

1）、一般有两个活泼性不同的电极（当负极材料不参与反应时，也可以相同的电极材料）。

2）、将电极插入电解质溶液中并形成闭合回路。

（1）、导线（外电路）要闭合

（2）、溶液（内电路）也要闭合

（3）、外电路：液面上的导线部分

（4）、内电路：液面下的溶液部分

3）、能自发进行的氧化还原反应。

（1）、负极材料和电解质溶液。

（2）、负极接触物（负极材料不参与）和电解质溶液。

（3）、负极接触物（负极材料不参与）和正极接触物（正极材料不参与）。

3、工作原理

如图是Cu-Zn原电池示意图：

1）、无盐桥原电池的缺点：在外电路断开的情况下，溶液中的反应仍在持续。

2）、盐桥原电池的特点：在外电路断开的情况下，溶液中的反应也停止。

3）、盐桥的作用：

（1）、构成闭合回路。

（2）、传导离子，使盐桥两侧溶液呈电中性。

（3）、左侧烧杯中的离子不能通过盐桥进入右侧烧杯，同理，右侧离子也不能传入左侧。

（4）、通过盐桥转移的离子数X所带电荷 = 外电路转移的电子数。

氧化还原反应的发生不一定需要接触，但复分解反应的发生必须接触。

电极材料	Zn	Cu
电极名称	负极	正极
电极反应类型	氧化反应	还原反应
电极反应式	Zn-2e- = Zn2+	Cu2++2e- = Cu
电子移动方向	从负极流出经外电路流入正极。
电流方向	从正极（Cu电极）流出经外电路流入负极（Zn电极）。
阴、阳离子移动方向	电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。

4、原电池原理的应用

（1）比较金属的活动性强弱原电池中，一般活动性相对较强的金属作负极，而活动性相对较弱的金属（或导电的非金属）作正极。

（2）加快化学反应速率由于形成了原电池，导致反应速率加快。

（3）用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。

（4）设计制作原电池

设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件：

a、必须是能自发进行的氧化还原反应。

b、根据氧化还原反应找出正、负极材料（一般，负极就是失电子的物质，正极用比负极活动性差的

金属即可，也可以用石墨）及电解质溶液。

c、形成闭合回路。

5、练习

1、判断正误，正确的画“√”，错误的画“✕”。

（1）在原电池中，发生氧化反应的一极是负极 （ ）

（2）在原电池中，正极材料一定不参与电极反应，负极材料一定会发生氧化反应  （ ）

（3）其他条件均相同，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长 （ ）

（4）在铜锌原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生  （ ）

（5）原电池的两极中较活泼的金属一定为负极  （ ）

（6）铜锌原电池工作时，外电路电子由负极流向正极 （ ）

（7）在原电池中，电子流出的一极是负极，被还原  （ ）

答案：

1-5 √ ✕√✕ ✕ 6-7 √ ✕

2、请运用原电池原理设计实验，验证Cu²⁺、Fe³⁺氧化性的强弱。请写出电极反应式：

负极：__________________，正极：______________________________，

并画出实验装置图，要求用烧杯和盐桥，并标出外电路电子流向。

二、化学电源

1、分类

化学电源是能够实际应用的原电池。作为化学电源的电池有一次电池、二次电池（或充电电池）和燃料电池等。

2、铅蓄电池

一种二次电池，其负极是铅（或Pb），正极是二氧化铅（或PbO₂），电解质溶液是H₂SO₄溶液，它的电池反应式为：Pb+PbO₂+2H₂SO₄ = 2PbSO₄+2H₂O。

3、氢氧燃料电池的电极反应

	酸性	碱性
负极反应式	2H2 - 4e-=4H+	2H2+4OH--4e-=4H2O
正极反应式	O2+4H++4e-= 2H2O	O2+2H2O+4e-=4OH-
电池总反应	2H2+O2=2H2O	2H2+O2=2H2O

4、练习

1、充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接?

2、（1）氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将　　　    ，溶液的pH_______。（填“减小”“增大”或“不变”）。

（2）氢氧燃料电池以H₂SO₄溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将　　　    ，溶液的pH________。（填“减小”“增大”或“不变”）。

三、原电池正、负极的判断及电极反应式的书写

1、原电池正、负极的判断

	负极	正极
电极材料	一般是活动性较强的金属	一般是活动性较弱的金属或能导电的非金属
电子流向	电子流出的一极	电子流入的一极
离子移动方向	阴离子移向的一极	阳离子移向的一极
发生的反应	氧化反应	还原反应
反应现象	一般质量减小	质量增大或不变

2、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

（3）燃料电池电极反应式的书写

Ⅰ、正极反应式的书写

正极通入的气体一般是氧气，根据电解质的不同，分以下几种情况：

①、在酸性溶液中生成水：O₂+4H⁺+4e^- = 2H₂O；

②、在碱性溶液中生成氢氧根离子：O₂+2H₂O+4e^-= 4OH^-；

③、在固体电解质（高温下能传导O^2-）中生成O^2-：O₂+4e^-=2O^2-；

④、在熔融碳酸盐（如熔融K₂CO₃）中生成碳酸根离子：O₂+2CO₂+4e^- =2CO₃^2-。

Ⅱ、负极反应式的书写

负极通入的是燃料，发生氧化反应，负极生成的离子一般与正极产物结合，有以下几种情况：

①若负极通入的气体是氢气，则：

a、酸性溶液中：H₂-2e^-= 2H⁺；

b、碱性溶液中：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；

c、熔融氧化物中：H₂-2e^-+O^2-= H₂O。

②若负极通入的气体为含碳的化合物，如CO、CH₄、CH₃OH等，碳元素均转化为正四价碳的化合物，在酸性溶液中生成CO₂；在碱性溶液中生成CO₃^2-；熔融碳酸盐中生成CO₂；熔融氧化物中生成CO₃^2-。如CH₃OH燃料电池负极反应式在酸性溶液中为CH₃OH-6e^-+H₂O= CO₂↑+6H⁺，在碱性溶液中为CH₃OH-6e^-+8OH^-  =CO₃^2-+6H₂O。

3、书写电极反应式时应注意的问题

（1）两电极得失电子数目相等。

（2）电极反应式常用“ = ”而不用“→”表示。

（3）书写电极反应式时要保证电荷守恒、原子守恒。

4、练习

1、我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO₂二次电池。将NaClO₄溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO₂+4Na = 2Na₂CO₃+C。下列说法错误的是 （　 　）

A、放电时，ClO₄^-向负极移动

B、充电时释放CO₂，放电时吸收CO₂

C、放电时，正极反应为：3CO₂+4e^- = 2CO₃^2-+C

D、充电时，正极反应为：Na⁺+e^- = Na

2、Li-SOCl₂电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解质是LiAlCl₄-SOCl₂。电池的总反应可表示为4Li+2SOCl₂ = 4LiCl+S+SO₂↑。请回答下列问题：

（1）电池的负极材料为__________________，发生的电极反应为________________________ 。

（2）电池的正极反应式为__________________________________________。

3、（1）铁是用途最广的金属材料之一，但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁的性质。

①某原电池装置如图所示，右侧烧杯中的电极反应式为______________________________，左侧烧杯中的c（Cl^-）____________（填“增大”“减小”或“不变”）。

②已知下图甲、乙两池的总反应式均为Fe+H₂SO₄ = FeSO₄+H₂↑，且在同侧电极（指均在“左电极”或“右电极”）产生H₂。请在两池上标出电极材料（填“Fe”或“C”）。

（2）用高铁（Ⅵ）酸盐设计的高铁（Ⅵ）电池是一种新型充电电池，电解质溶液为KOH溶液，放电时的总反应为3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O = 3Zn(OH)₂+2Fe(OH)₃+4KOH。

①写出正极反应式：__________________________________________。

②用高铁（Ⅵ）电池作电源，以Fe作阳极，Cu作阴极，对足量KOH溶液进行电解，当电池中有0.2 mol K₂FeO₄反应时，在电解池中生成H_{2　______}L（标准状况）。

答案：

1、 D

2、 （1）锂　4Li-4e^-=4Li⁺

（2）2SOCl₂+4e^-=4Cl^-+S+SO₂↑

3、 （1） ①、2H⁺+2e^- = H₂↑　增大

②、甲池中：左—Fe，右—C；乙池中：左—Fe，右—C

（2） ①、FeO₄^-+4H₂O+3e^- = Fe(OH)₃+5OH^-　②、 6.72

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