資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
知識清單18 原電池 化學電源
知識點01 原電池的工作原理及應用 知識點02 化學電源
知識點01 原電池的工作原理及應用
1．原電池的概念和實質
(1)概念：將化學能轉化為電能的裝置。
(2)實質：利用能自發進行的氧化還原反應把化學能轉化為電能。
2．原電池的工作原理
(1)電極反應：
負極：失去電子，發生氧化反應
正極：得到電子，發生還原反應
(2)電子移動方向：從負極流出沿導線流入正極，電子不能通過電解質溶液。
(3)離子移動方向：
①陰離子向負極移動，陽離子向正極移動。
②如果有鹽橋：鹽橋中的陰離子移向負極區，陽離子移向正極區。
(4)鹽橋的作用：
①離子通道，形成閉合回路。
②避免電極與電解質溶液直接反應，減少電流的衰減。
3．原電池的構成條件
①形成閉合回路；
②兩個活性不同的電極，相對較活潑的金屬作負極；
③電解質溶液或熔融電解質；
④自發的氧化還原反應（一般能對外界釋放能量）。
【易錯提醒】
(1)構成原電池的兩電極材料不一定都是金屬，正極材料可以為導電的非金屬，例如石墨。兩極材料可能參與反應，也可能不參與反應。
(2)兩個活潑性不同的金屬電極用導線連接，共同插入電解質溶液中不一定構成原電池，必須有一個能自發進行的氧化還原反應。
(3)在判斷原電池正負極時，既要考慮金屬活潑性的強弱，也要考慮電解質溶液性質。如Mg－Al－HCl溶液構成的原電池中，負極為Mg；但是Mg－Al－NaOH溶液構成的原電池中，負極為Al，正極為Mg。
4．原電池原理的應用
(1)設計制作化學電源
①用雙線橋分析氧化還原反應的電子轉移方向和數目；
②分別寫出正、負極的電極反應式（半反應式）；
③根據電極反應式確定半電池的電極材料和電解質溶液：
a.電極材料：一般活潑金屬作負極，不活潑金屬（或非金屬導體）作正極；
b.電解質溶液：負極電解液一般是負極金屬對應的陽離子的溶液；正極電解液一般是氧化劑對應的電解質溶液。
(2)比較金屬的活動性強弱
一般來說，作負極的金屬的活動性強于正極金屬。
如：有兩種金屬a和b，用導線連接后插入稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產生。由此可判斷出a是負極、b是正極，且金屬活動性：a>b。
(3)加快化學反應速率
氧化還原反應形成原電池時，反應速率加快。在鋅與稀H2SO4反應時加入少量CuSO4溶液，CuSO4與鋅發生置換反應生成Cu，從而形成Cu－Zn微小原電池，加快產生H2的速率。
(4)用于金屬的防護：將需要保護的金屬制品作原電池的正極而受到保護。
(1)NaOH溶液與稀硫酸的反應是自發進行的放熱反應，此反應可以設計成原電池(×)
錯因：該反應不是氧化還原反應，沒有電子轉移。
(2)Mg—Al形成的原電池，Mg一定作負極(×)
錯因：若是酸性介質Mg作負極，若是堿性介質Al作負極。
(3)其他條件均相同，帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池電流持續時間長(√)
(4)原電池工作時，電子從負極流出經導線流入正極，然后通過溶液流回負極(×)
錯因：電子不進入溶液，溶液中陰陽離子定向移動形成電流。
(5)在Cu|CuSO4|Zn原電池中，正電荷定向移動的方向就是電流的方向，所以Cu2＋向負極移動(×)
錯因：在外電路中電流由正極流向負極，而在電解質溶液中，陽離子都由負極移向正極。
(6)構成原電池兩極的電極材料一定是活潑性不同的金屬(×)
錯因：原電池的電極材料必須能導電，不一定是金屬，也可以是石墨，燃料電池中兩個電極都可以是石墨。
(7)原電池中負極失去電子的總數一定等于正極得到電子的總數(√)
(8)電解質溶液中陰、陽離子的定向移動，與導線中電子的定向移動共同組成了一個完整的閉合回路(√)
一、原電池的工作原理
1．(1)由組成原電池的電極材料判斷。一般是活動性較強的金屬為 極，活動性較弱的金屬或能導電的非金屬為 極。
(2)根據電流方向或電子流動方向判斷。電流由 極流向 極；電子由 極流向 極。
(3)根據原電池中電解質溶液內離子的移動方向判斷。在原電池的電解質溶液內，陽離子移向 極，陰離子移向 極。
(4)根據原電池兩極發生的變化來判斷。原電池的 極失電子發生氧化反應，其 極得電子發生還原反應。
(5)根據現象判斷。一般情況下，溶解的一極為 極，增重或有氣體逸出的一極為 極。
答案：(1)負　正　(2)正　負　負　正　(3)正　負　(4)負　正　(5)負　正
2．有下圖所示的四個裝置，回答相關問題：
(1)圖①中，Mg作________極。
(2)圖②中，Mg作__________極，寫出負極反應式：________________，正極反應式：________________，總反應的離子方程式：_____________________________。
(3)圖③中，Fe作_____極，寫出負極反應式：______________，正極反應式：______________________，總反應的化學方程式：________________________________________________________。
(4)圖④裝置能否構成原電池？________(填“能”或“否”)，若能構成原電池，正極為________，電極反應式為____________________________________________(若不能構成原電池，后兩問不用回答)。
答案：(1)負　(2)正　2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O　6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑　2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑　(3)正　Cu－2e－===Cu2＋　2NO＋4H＋＋2e－===2NO2↑＋2H2O　Cu＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O　(4)能　Cu　O2＋4e－＋2H2O===4OH－
3．如圖是某同學設計的原電池裝置：
(1)電極Ⅰ上發生________(填反應類型)，作________(填電極名稱)。
(2)電極Ⅱ的電極反應式為__________________________________________________。
(3)該原電池的總反應式為_______________________________________________。
(4)鹽橋中裝有含氯化鉀飽和溶液的瓊膠，其作用是___________________________________。
答案：(1)還原反應　原電池的正極
(2)Cu－2e－===Cu2＋　(3)2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋
(4)形成閉合回路、平衡電荷(答案合理即可)
二、原電池原理的應用
1．根據反應2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2設計原電池，畫出裝置圖，指出電極材料和電解質溶液，寫出電極反應式：
①不含鹽橋 ②含鹽橋
負極：_______________________，正極：______________________。
答案：
負極：Cu－2e－===Cu2＋ 正極：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
2．用A、B、C、D、E五塊金屬片，進行如下實驗：
(1)A、B用導線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，A極為負極，活動性 ；
(2)C、D用導線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，電流由D→導線→C，活動性 ；
(3)A、C相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，C極產生大量氣泡，活動性 ；
(4)B、D相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，D極發生氧化反應，活動性 ；
(5)用惰性電極電解含B離子和E離子的溶液，E先析出，活動性 。
綜上所述，這五種金屬的活動性從強到弱的順序為 。
答案：(1)A＞B　(2)C＞D　(3)A＞C　(4)D＞B　(5)B＞E　A＞C＞D＞B＞E
知識點02 化學電源
1．化學電源概述
(1)化學電源的分類
原電池是各種化學電源的雛形，常分為如下三類：
①一次電池：也叫做干電池，放電后不可再充電的電池。
②二次電池：又稱可充電電池或蓄電池，放電后可以再充電而反復使用的電池。
③燃料電池：一種連續地將燃料和氧化劑的化學能直接轉化為電能的化學電源。
(2)判斷電池優劣的主要標準
①比能量：單位質量或單位體積所能輸出電能的多少。
②比功率：單位質量或單位體積所能輸出功率的大小。
③電池可儲存時間的長短。
(3)化學電池的回收利用
使用后的廢棄電池中含有大量的重金屬、酸和堿等有害物質，隨處丟棄會對生態環境和人體健康造成危害。廢棄電池要進行回收利用。
(4)化學電源的發展方向
小型化、供電方便、工作壽命長、不需要維護的電池受到人們的青睞，如鎳氫電池、鋰離子電池等。
2．一次電池
(1)普通鋅錳干電池
①構造（如圖所示）：
負極：鋅筒 正極：石墨棒
電解質溶液：氯化銨和氯化鋅
②工作原理：
負極：Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋
正極：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH)
總反應：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)
(2)堿性鋅錳干電池
①構造（如圖所示）：
負極反應物：鋅粉 正極反應物：二氧化錳
電解質溶液：氫氧化鉀
②工作原理：
負極：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
正極：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－
總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2
(3)紐扣式鋅銀電池
總反應：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
電解質：KOH；
負極反應物：Zn；電極反應：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正極反應物：Ag2O；電極反應：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
3．二次電池
(1)鉛酸蓄電池
鉛酸蓄電池是一種常見的二次電池，其放電過程表示如下：
Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
①放電反應原理
a.負極是Pb，正極是PbO2，電解質溶液是H2SO4溶液。
b.電極反應：
負極：Pb＋SO－2e－===PbSO4 ；正極：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O
c.放電過程中，負極質量的變化是增大，H2SO4溶液的濃度減小。
②充電反應原理
陰極(還原反應)反應式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ；
陽極(氧化反應)反應式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ；
充電時，鉛蓄電池正極與直流電源正極相連，負極與直流電源負極相連。即“負極接負極，正極接正極”。
鉛酸蓄電池的充電過程與其放電過程相反。
(2)鋰離子電池
電極 電極反應
負極 嵌鋰石墨(LixCy)：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy
正極 鈷酸鋰(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
總反應 LixCy＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋Cy
反應過程：放電時，Li＋從石墨中脫嵌移向正極，嵌入鈷酸鋰晶體中，充電時，Li＋從鈷酸鋰晶體中脫嵌，由正極回到負極，嵌入石墨中。這樣在放電、充電時，鋰離子往返于電池的正極、負極之間完成化學能與電能的相互轉化。
3．燃料電池
(1)氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，常見的燃料除H2外，還有CO、水煤氣(CO和H2)、烴類(如CH4)、醇類(如CH3OH)、醚類(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。如無特別提示，燃料電池反應原理類似于燃料的燃燒。
(2)燃料電池的電解質常有四種類型，酸性溶液、堿性溶液、固體電解質(可傳導O2－)、熔融碳酸鹽，不同電解質會對總反應式、電極反應式有影響。
(3)氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，分為酸性和堿性兩種。
電池 酸性 堿性或中性
負極反應式 2H2－4e－===4H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O
正極反應式 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－
總反應式 2H2＋O2===2H2O
備注 燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用
4．化學電源電極反應式的書寫
①明確兩極的反應物。
②明確直接產物：根據負極氧化、正極還原，明確兩極的直接產物。
③確定最終產物：根據介質環境和共存原則，找出參與的介質粒子，確定最終產物。
④配平：根據電荷守恒、原子守恒配平電極反應式。
【易錯提醒】
(1)H＋在堿性環境中不存在；
(2)O2－在水溶液中不存在，在酸性環境中結合H＋，生成H2O，在中性或堿性環境結合H2O，生成OH－；
(3)若已知總反應式時，可先寫出較易書寫的一極的電極反應式，然后在電子守恒的基礎上，總反應式減去較易寫出的一極的電極反應式，即得到較難寫出的另一極的電極反應式。
(1)堿性鋅錳干電池是一次電池，其中MnO2是催化劑，可使鋅錳干電池的比能量高、可儲存時間長(×)
錯因：MnO2是正極反應物，不是催化劑。
(2)可充電電池中的放電反應和充電反應互為可逆反應(×)
錯因：可充電電池放電時是自發的原電池反應，充電時是非自發的電解池反應，條件不同。
(3)二次電池充電時，二次電池的陰極連接電源的負極，發生還原反應(√)
(4)氫氧燃料電池在堿性電解質溶液中負極反應式為2H2－4e－===4H＋(×)
錯因：堿性環境下負極反應式為H2＋2OH－－2e－===2H2O。
(5)燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用(√)
(6)鉛酸蓄電池放電時，正極與負極質量均增加(√)
(7)鉛酸蓄電池放電時的負極和充電時的陽極均發生還原反應(×)
錯因：放電時的負極和充電時的陽極均發生氧化反應。
(8)燃料電池工作時燃料在電池中燃燒，然后熱能轉化為電能(×)
錯因：燃料電池工作時直接將化學能轉化為電能。
(9)在原電池中，正極本身一定不參與電極反應，負極本身一定要發生氧化反應(×)
錯因：原電池的電極起導電作用，不一定參與反應。
(10)手機、電腦中使用的鋰電池屬于一次電池(×)
錯因：鋰電池屬于二次電池。
(11)若使反應Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原電池方式進行，可用鋅鐵作電極材料(×)
錯因：應用鐵作負極材料。
1．以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環境下電極反應式的書寫方法。
(1)酸性條件
總反應式： ；
正極反應式： ；
負極反應式： 。
(2)堿性條件
總反應式： ；
正極反應式： ；
負極反應式： 。
(3)固體電解質(高溫下能傳導O2－)
總反應式： ；
正極反應式： ；
負極反應式： 。
(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環境下
總反應式： ；
正極反應式： ；
負極反應式： 。
答案：(1)CH4＋2O2===CO2＋2H2O 2O2＋8H＋＋8e－===4H2O CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
(2)CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O 2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
(3)CH4＋2O2===CO2＋2H2O 2O2＋8e－===4O2－ CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
(4)CH4＋2O2===CO2＋2H2O 2O2＋4CO2＋8e－===4CO CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O
2．鋰錳電池的體積小，性能優良，是常用的一次電池。該電池的反應原理如圖所示，其中電解質LiClO4溶于混合有機溶劑中，Li＋通過電解質遷移進入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列問題：
(1)外電路的電流方向是由________(填“a”或“b”，下同)極流向________極。
(2)電池的正極反應式為_____________________________________。
答案：(1)b　a　(2)MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2
解析：(1)結合所給裝置圖以及原電池反應原理可知，Li作負極，MnO2作正極，所以電子流向是a→b，電流方向則是b→a。(2)根據題給信息“電解質LiClO4溶于混合有機溶劑中，Li＋通過電解質遷移進入MnO2晶格中，生成LiMnO2”，所以正極的電極反應式為MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2。
3．利用原電池工作原理測定汽車尾氣中CO的濃度，其裝置如圖所示。該電池中O2－可以在固體介質NASICON(固溶體)內自由移動，工作時O2－的移動方向________(填“從a到b”或“從b到a”)，負極發生的電極反應式為_____________________________________。
答案：從b到a　CO＋O2－－2e－===CO2
解析：工作時電極b作正極，O2－由電極b移向電極a；該裝置是原電池，通入一氧化碳的電極a是負極，負極上一氧化碳失去電子發生氧化反應，電極反應式為CO＋O2－－2e－===CO2。
4．(1)近年科學家提出“綠色自由”構想。把含有大量CO2的空氣吹入K2CO3溶液中，再把CO2從溶液中提取出來，并使之與H2反應生成可再生能源甲醇。科學家還研究了其他轉化溫室氣體的方法，利用如圖所示裝置可以將CO2轉化為氣體燃料CO。該裝置工作時，N電極的電極反應式為____________。
(2)氫氣是一種理想的清潔能源，其制取與儲存是氫能源利用領域的研究熱點。有一種制氫方法為光電化學分解。其原理如圖所示，鈦酸鍶光電極的電極反應為4OH－－4e－O2↑＋2H2O，則鉑電極的電極反應為___________________。
答案：(1)CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O (2)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
解析：(1)根據裝置圖，N極CO2得電子生成CO，電極反應式為CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O。(2)依據裝置圖中的電子流向分析，鉑電極作原電池正極，電極反應為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
5．(1)為擺脫對石油的過度依賴，科研人員將煤液化制備汽油，并設計了汽油燃料電池，電池工作原理如圖所示。一個電極通入氧氣，另一電極通入汽油蒸氣，電解質是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體，它在高溫下能傳導O2－。
以辛烷(C8H18)代表汽油，寫出該電池工作時的負極反應式：___________________。
(2)熔融鹽燃料電池具有較高的發電效率，因而受到重視。某燃料電池以熔融的K2CO3(其中不含O2－和HCO)為電解質，以丁烷為燃料，以空氣中的氧氣為氧化劑，以具有催化作用和導電性能的稀土金屬材料為電極。該燃料電池負極電極反應式為2C4H10＋26CO－52e－===34CO2＋10H2O。試回答下列問題：
①該燃料電池的總反應式為___________________________________________；
②正極電極反應式為_________________________________________________；
③為了使該燃料電池長時間穩定運行，電池的電解質組成應保持穩定。為此，必須在通入的空氣中加入一種物質，加入的物質是________，它來自________。
答案：(1)C8H18＋25O2－－50e－===8CO2＋9H2O
(2)①2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O
②O2＋2CO2＋4e－===2CO
③CO2　負極反應產物
解析：(1)電解質能在高溫下能傳導O2－，負極發生氧化反應，即1 mol C8H18失去50 mol電子生成8 mol CO2，18 mol H原子轉化為9 mol H2O，根據質量守恒和電荷守恒寫出負極反應式為C8H18－50e－＋25O2－===8CO2＋9H2O。(2)①該電池中，丁烷和氧氣反應生成二氧化碳和水，該燃料電池的總反應式為2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O；②正極上氧氣得電子發生還原反應和二氧化碳生成CO，電極反應式為O2＋2CO2＋4e－===2CO；③由該電極的正極反應式O2＋2CO2＋4e－===2CO可知加入的物質是CO2，由負極反應式2C4H10＋26CO－52e－===34CO2＋10H2O可知，CO2來源于負極上生成的CO2。
6．(1)二氧化硫—空氣質子交換膜燃料電池可以利用大氣中所含SO2快速啟動，其裝置示意圖如圖：
①質子的流動方向為____________(填“從A到B”或“從B到A”)。
②負極的電極反應式為__________________________。
(2)NH3—O2燃料電池的結構如圖所示：
①a極為電池的__________(填“正”或“負”)極。
②當生成1 mol N2時 ，電路中流過電子的物質的量為_______________。
答案　(1)①從A到B　②SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋
(2)①負　②6 mol
解析：(1)①根據圖示，A為燃料電池的負極，B為燃料電池的正極，在原電池電解液中，質子由負極向正極移動，即從A到B；②負極發生氧化反應，二氧化硫被氧化為硫酸根離子，電極反應式為SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋。
(2)①a極通入氨，是負極，b極通入氧氣，是正極；②氨氣中N的化合價由－3變成0，當生成1 mol N2時，轉移電子的物質的量為6 mol。
21世紀教育網(www.21cnjy.com)中小學教育資源及組卷應用平臺
知識清單18 原電池 化學電源
知識點01 原電池的工作原理及應用 知識點02 化學電源
知識點01 原電池的工作原理及應用
1．原電池的概念和實質
(1)概念：將_______能轉化為_______能的裝置。
(2)實質：利用能______________的氧化還原反應把_______能轉化為_______能。
2．原電池的工作原理
(1)電極反應：
負極：_______電子，發生_______反應
正極：_______電子，發生_______反應
(2)電子移動方向：從_______極流出沿導線流入_______極，電子_______通過電解質溶液。
(3)離子移動方向：
①陰離子向_______極移動，陽離子向_______極移動。
②如果有鹽橋：鹽橋中的陰離子移向_______區，陽離子移向_______區。
(4)鹽橋的作用：
①離子通道，形成______________。
②避免_____________________直接反應，減少電流的衰減。
3．原電池的構成條件
①形成______________；
②兩個_______不同的電極，相對較活潑的金屬作_______極；
③電解質溶液或熔融電解質；
④_______的氧化還原反應（一般能對外界_______能量）。
【易錯提醒】
(1)構成原電池的兩電極材料不一定都是金屬，正極材料可以為導電的非金屬，例如石墨。兩極材料可能參與反應，也可能不參與反應。
(2)兩個活潑性不同的金屬電極用導線連接，共同插入電解質溶液中不一定構成原電池，必須有一個能自發進行的氧化還原反應。
(3)在判斷原電池正負極時，既要考慮金屬活潑性的強弱，也要考慮電解質溶液性質。如Mg－Al－HCl溶液構成的原電池中，負極為Mg；但是Mg－Al－NaOH溶液構成的原電池中，負極為Al，正極為Mg。
4．原電池原理的應用
(1)設計制作化學電源
①用雙線橋分析氧化還原反應的電子轉移方向和數目；
②分別寫出正、負極的電極反應式（半反應式）；
③根據電極反應式確定半電池的電極材料和電解質溶液：
a.電極材料：一般______________作負極，______________（或_________導體）作正極；
b.電解質溶液：負極電解液一般是負極金屬對應的_________的溶液；正極電解液一般是氧化劑對應的電解質溶液。
(2)比較金屬的活動性強弱
一般來說，作負極的金屬的活動性_______正極金屬。
如：有兩種金屬a和b，用導線連接后插入稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產生。由此可判斷出a是負極、b是正極，且金屬活動性：a_______b。
(3)加快化學反應速率
氧化還原反應形成原電池時，反應速率加快。在鋅與稀H2SO4反應時加入少量CuSO4溶液，CuSO4與鋅發生置換反應生成Cu，從而形成______________原電池，加快產生H2的速率。
(4)用于金屬的防護：將需要保護的金屬制品作原電池的_______而受到保護。
(1)NaOH溶液與稀硫酸的反應是自發進行的放熱反應，此反應可以設計成原電池( )
(2)Mg—Al形成的原電池，Mg一定作負極( )
(3)其他條件均相同，帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池電流持續時間長( )
(4)原電池工作時，電子從負極流出經導線流入正極，然后通過溶液流回負極( )
(5)在Cu|CuSO4|Zn原電池中，正電荷定向移動的方向就是電流的方向，所以Cu2＋向負極移動( )
(6)構成原電池兩極的電極材料一定是活潑性不同的金屬( )
(7)原電池中負極失去電子的總數一定等于正極得到電子的總數( )
(8)電解質溶液中陰、陽離子的定向移動，與導線中電子的定向移動共同組成了一個完整的閉合回路( )
一、原電池的工作原理
1．(1)由組成原電池的電極材料判斷。一般是活動性較強的金屬為 極，活動性較弱的金屬或能導電的非金屬為 極。
(2)根據電流方向或電子流動方向判斷。電流由 極流向 極；電子由 極流向 極。
(3)根據原電池中電解質溶液內離子的移動方向判斷。在原電池的電解質溶液內，陽離子移向 極，陰離子移向 極。
(4)根據原電池兩極發生的變化來判斷。原電池的 極失電子發生氧化反應，其 極得電子發生還原反應。
(5)根據現象判斷。一般情況下，溶解的一極為 極，增重或有氣體逸出的一極為 極。
2．有下圖所示的四個裝置，回答相關問題：
(1)圖①中，Mg作________極。
(2)圖②中，Mg作__________極，寫出負極反應式：________________，正極反應式：________________，總反應的離子方程式：_____________________________。
(3)圖③中，Fe作_____極，寫出負極反應式：______________，正極反應式：______________________，總反應的化學方程式：________________________________________________________。
(4)圖④裝置能否構成原電池？________(填“能”或“否”)，若能構成原電池，正極為________，電極反應式為____________________________________________(若不能構成原電池，后兩問不用回答)。
3．如圖是某同學設計的原電池裝置：
(1)電極Ⅰ上發生________(填反應類型)，作________(填電極名稱)。
(2)電極Ⅱ的電極反應式為__________________________________________________。
(3)該原電池的總反應式為_______________________________________________。
(4)鹽橋中裝有含氯化鉀飽和溶液的瓊膠，其作用是___________________________________。
二、原電池原理的應用
1．根據反應2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2設計原電池，畫出裝置圖，指出電極材料和電解質溶液，寫出電極反應式：
①不含鹽橋 ②含鹽橋
負極：_______________________，正極：______________________。
2．用A、B、C、D、E五塊金屬片，進行如下實驗：
(1)A、B用導線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，A極為負極，活動性 ；
(2)C、D用導線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，電流由D→導線→C，活動性 ；
(3)A、C相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，C極產生大量氣泡，活動性 ；
(4)B、D相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，D極發生氧化反應，活動性 ；
(5)用惰性電極電解含B離子和E離子的溶液，E先析出，活動性 。
綜上所述，這五種金屬的活動性從強到弱的順序為 。
知識點02 化學電源
1．化學電源概述
(1)化學電源的分類
原電池是各種化學電源的雛形，常分為如下三類：
①一次電池：也叫做干電池，放電后_______充電的電池。
②二次電池：又稱可充電電池或蓄電池，放電后_______充電而反復使用的電池。
③燃料電池：一種連續地將______________的化學能直接轉化為電能的化學電源。
(2)判斷電池優劣的主要標準
①比能量：______________或______________所能輸出電能的多少。
②比功率：______________或______________所能輸出功率的大小。
③電池可儲存時間的長短。
(3)化學電池的回收利用
使用后的廢棄電池中含有大量的_______、酸和堿等有害物質，隨處丟棄會對生態環境和人體健康造成危害。廢棄電池要進行回收利用。
(4)化學電源的發展方向
小型化、供電方便、工作壽命長、不需要維護的電池受到人們的青睞，如鎳氫電池、鋰離子電池等。
2．一次電池
(1)普通鋅錳干電池
①構造（如圖所示）：
負極：______________ 正極：______________
電解質溶液：_____________________
②工作原理：
負極：___________________________________
正極：___________________________________
總反應：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)
(2)堿性鋅錳干電池
①構造（如圖所示）：
負極反應物：_______ 正極反應物：_______
電解質溶液：____________
②工作原理：
負極：_________________________________________________
正極：_________________________________________________
總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2
(3)紐扣式鋅銀電池
總反應：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
電解質：___________；
負極反應物：_______；電極反應：____________________________；
正極反應物：_______；電極反應：____________________________。
3．二次電池
(1)鉛酸蓄電池
鉛酸蓄電池是一種常見的二次電池，其放電過程表示如下：
Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
①放電反應原理
a.負極是_______，正極是_______，電解質溶液是______________。
b.電極反應：
負極：___________________________________；正極：___________________________________
c.放電過程中，負極質量的變化是_______，H2SO4溶液的濃度_______。
②充電反應原理
陰極(還原反應)反應式是__________________________________________；
陽極(氧化反應)反應式是__________________________________________ ；
充電時，鉛蓄電池正極與直流電源_______相連，負極與直流電源_______相連。即“負極接_______，正極接_______”。
鉛酸蓄電池的充電過程與其放電過程相反。
(2)鋰離子電池
電極 電極反應
負極 嵌鋰石墨(LixCy)：___________________________________
正極 鈷酸鋰(LiCoO2)：___________________________________
總反應 LixCy＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋Cy
反應過程：放電時，Li＋從石墨中脫嵌移向_______極，嵌入鈷酸鋰晶體中，充電時，Li＋從鈷酸鋰晶體中脫嵌，由_______極回到_______極，嵌入_______中。這樣在放電、充電時，鋰離子往返于電池的正極、負極之間完成化學能與電能的相互轉化。
3．燃料電池
(1)氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，常見的燃料除H2外，還有CO、水煤氣(CO和H2)、烴類(如CH4)、醇類(如CH3OH)、醚類(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。如無特別提示，燃料電池反應原理類似于燃料的燃燒。
(2)燃料電池的電解質常有四種類型，酸性溶液、堿性溶液、固體電解質(可傳導O2－)、熔融碳酸鹽，不同電解質會對總反應式、電極反應式有影響。
(3)氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，分為酸性和堿性兩種。
電池 酸性 堿性或中性
負極反應式
正極反應式
總反應式
備注 燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用
4．化學電源電極反應式的書寫
①明確兩極的反應物。
②明確直接產物：根據負極氧化、正極還原，明確兩極的直接產物。
③確定最終產物：根據介質環境和共存原則，找出參與的介質粒子，確定最終產物。
④配平：根據電荷守恒、原子守恒配平電極反應式。
【易錯提醒】
(1)H＋在堿性環境中不存在；
(2)O2－在水溶液中不存在，在酸性環境中結合H＋，生成H2O，在中性或堿性環境結合H2O，生成OH－；
(3)若已知總反應式時，可先寫出較易書寫的一極的電極反應式，然后在電子守恒的基礎上，總反應式減去較易寫出的一極的電極反應式，即得到較難寫出的另一極的電極反應式。
(1)堿性鋅錳干電池是一次電池，其中MnO2是催化劑，可使鋅錳干電池的比能量高、可儲存時間長( )
(2)可充電電池中的放電反應和充電反應互為可逆反應( )
(3)二次電池充電時，二次電池的陰極連接電源的負極，發生還原反應( )
(4)氫氧燃料電池在堿性電解質溶液中負極反應式為2H2－4e－===4H＋( )
(5)燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用( )
(6)鉛酸蓄電池放電時，正極與負極質量均增加( )
(7)鉛酸蓄電池放電時的負極和充電時的陽極均發生還原反應( )
(8)燃料電池工作時燃料在電池中燃燒，然后熱能轉化為電能( )
(9)在原電池中，正極本身一定不參與電極反應，負極本身一定要發生氧化反應( )
(10)手機、電腦中使用的鋰電池屬于一次電池( )
(11)若使反應Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原電池方式進行，可用鋅鐵作電極材料( )
1．以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環境下電極反應式的書寫方法。
(1)酸性條件
總反應式： ；
正極反應式： ；
負極反應式： 。
(2)堿性條件
總反應式： ；
正極反應式： ；
負極反應式： 。
(3)固體電解質(高溫下能傳導O2－)
總反應式： ；
正極反應式： ；
負極反應式： 。
(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環境下
總反應式： ；
正極反應式： ；
負極反應式： 。
2．鋰錳電池的體積小，性能優良，是常用的一次電池。該電池的反應原理如圖所示，其中電解質LiClO4溶于混合有機溶劑中，Li＋通過電解質遷移進入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列問題：
(1)外電路的電流方向是由________(填“a”或“b”，下同)極流向________極。
(2)電池的正極反應式為_____________________________________。
3．利用原電池工作原理測定汽車尾氣中CO的濃度，其裝置如圖所示。該電池中O2－可以在固體介質NASICON(固溶體)內自由移動，工作時O2－的移動方向________(填“從a到b”或“從b到a”)，負極發生的電極反應式為_____________________________________。
4．(1)近年科學家提出“綠色自由”構想。把含有大量CO2的空氣吹入K2CO3溶液中，再把CO2從溶液中提取出來，并使之與H2反應生成可再生能源甲醇。科學家還研究了其他轉化溫室氣體的方法，利用如圖所示裝置可以將CO2轉化為氣體燃料CO。該裝置工作時，N電極的電極反應式為____________。
(2)氫氣是一種理想的清潔能源，其制取與儲存是氫能源利用領域的研究熱點。有一種制氫方法為光電化學分解。其原理如圖所示，鈦酸鍶光電極的電極反應為4OH－－4e－O2↑＋2H2O，則鉑電極的電極反應為___________________。
5．(1)為擺脫對石油的過度依賴，科研人員將煤液化制備汽油，并設計了汽油燃料電池，電池工作原理如圖所示。一個電極通入氧氣，另一電極通入汽油蒸氣，電解質是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體，它在高溫下能傳導O2－。
以辛烷(C8H18)代表汽油，寫出該電池工作時的負極反應式：___________________。
(2)熔融鹽燃料電池具有較高的發電效率，因而受到重視。某燃料電池以熔融的K2CO3(其中不含O2－和HCO)為電解質，以丁烷為燃料，以空氣中的氧氣為氧化劑，以具有催化作用和導電性能的稀土金屬材料為電極。該燃料電池負極電極反應式為2C4H10＋26CO－52e－===34CO2＋10H2O。試回答下列問題：
①該燃料電池的總反應式為___________________________________________；
②正極電極反應式為_________________________________________________；
③為了使該燃料電池長時間穩定運行，電池的電解質組成應保持穩定。為此，必須在通入的空氣中加入一種物質，加入的物質是________，它來自________。
6．(1)二氧化硫—空氣質子交換膜燃料電池可以利用大氣中所含SO2快速啟動，其裝置示意圖如圖：
①質子的流動方向為____________(填“從A到B”或“從B到A”)。
②負極的電極反應式為__________________________。
(2)NH3—O2燃料電池的結構如圖所示：
①a極為電池的__________(填“正”或“負”)極。
②當生成1 mol N2時 ，電路中流過電子的物質的量為_______________。
21世紀教育網(www.21cnjy.com)

展開更多......

收起↑