考點一原電池的工作原理及應(yīng)用（學生版）

【基礎(chǔ)知識】原電池化學電源考點一原電池的工作原理及應(yīng)用【知識模型】1、原電池的概念及構(gòu)成條件(1)定義：將能轉(zhuǎn)化為能的裝置。（太陽能電池：將能轉(zhuǎn)化為能）(2)原電池的形成條件①能自發(fā)進行的反應(yīng)。②兩個不同的電極(燃料電池的兩個電極可以相同)。③形成回路，需滿足三個條件：a.存在電解質(zhì)；b.兩電極直接或間接接觸；c.兩電極插入電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中。2、工作原理(以鋅銅原電池為例)(1)裝置變遷名稱單液原電池雙液原電池裝置相同點電極名稱負極：片正極：片電極反應(yīng)負極：(氧化反應(yīng))正極：(還原反應(yīng))總反應(yīng)Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu電子流向電子由經(jīng)導線流向電流流向電流由經(jīng)導線流向不同點離子遷移方向電解質(zhì)溶液中，陰離子向遷移，陽離子向遷移移向正極，移向負極鹽橋含飽和KCl溶液，移向正極，移向負極能量轉(zhuǎn)化效率還原劑Zn與氧化劑Cu2＋直接接觸，既有化學能轉(zhuǎn)化為電能，又有化學能轉(zhuǎn)化為熱能，造成能量損耗。Zn與氧化劑Cu2＋不直接接觸，僅有化學能轉(zhuǎn)化為電能，避免了能量損耗，故電流穩(wěn)定，持續(xù)時間長?！疚Ⅻc撥】①鹽橋的成分：鹽橋通常是裝有飽和KCl或者NH4NO3瓊脂溶膠的U形管，溶液不致流出來，但離子則可以在其中自由移動②鹽橋的作用有三種：a.連接內(nèi)電路，形成閉合回路；b.平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流；c.隔絕正負極反應(yīng)物，避免直接接觸，導致電流不穩(wěn)定，提高電池效率。③鹽橋中離子移向：陰離子移向負極，陽離子移向正極。④無論是單液原電池裝置還是雙液原電池裝置，電子均不能通過電解質(zhì)溶液（離子走水，電子走線）3、原電池電極判斷負極正極反應(yīng)類型得失電子離子移向電極材料化合價變化電勢大小4、原電池的應(yīng)用(1)加快氧化還原反應(yīng)的速率：原電池中，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩極進行，使溶液中離子運動時相互的干擾減小，使反應(yīng)速率增大。如：在Zn和稀硫酸反應(yīng)時，滴加少量CuSO4溶液，則Zn置換出的銅和鋅能構(gòu)成原電池的正負極，從而加快Zn與稀硫酸反應(yīng)的速率(2)比較金屬活動性的強弱：原電池中，負極一般是活動性較強的金屬，正極一般是活動性較弱的金屬(或非金屬)方法：電極質(zhì)量減少作負極，較活潑；有氣體生成、電極質(zhì)量不斷增加或不變作正極，較不活潑(3)設(shè)計制作化學電源①拆分反應(yīng)：將氧化還原反應(yīng)分成兩個半反應(yīng)②選擇電極材料：電極材料必須導電。根據(jù)氧化還原反應(yīng)找出正、負極材料，一般選擇活動性較強的金屬作為負極(或者在該氧化還原反應(yīng)中，本身失去電子的材料)；活動性較弱的金屬或可導電的非金屬(如石墨等)作為正極③構(gòu)成閉合回路：將兩個半反應(yīng)分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋)，則兩個容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)選擇與電極材料相同的陽離子的溶液【模型再構(gòu)】例1、常見原電池（寫出以下總反應(yīng)、正負極電極反應(yīng)式）①Fe|FeCl3(aq)|Cu總反應(yīng):正極:負極：②Mg|NaOH(aq)|Al總反應(yīng):正極:負極：③Fe|濃HNO3(aq)|Cu總反應(yīng):正極:負極：④Zn|NaCl(aq)|Cu總反應(yīng):正極:負極：【微點撥】自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)并不一定是電極與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，也可以是電極與溶解的O2等發(fā)生反應(yīng).例2、設(shè)計原電池裝置證明Fe3＋的氧化性比Cu2＋強。(1)寫出能說明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的離子方程式：_________________________________。(2)若要將上述反應(yīng)設(shè)計成原電池，電極反應(yīng)式分別是：①負極：________________________________________________________________________。②正極：________________________________________________________________________。(3)在方框中畫出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液：①不含鹽橋②含鹽橋【問題解決】例1、（2021北京卷，16節(jié)選）某小組實驗驗證“Ag++Fe2+Fe3++Ag↓”為可逆反應(yīng)并測定其平衡常數(shù)。實驗I：將0.0100mol/LAg2SO4溶液與0.0400mo/LFeSO4溶液(pH=1)等體積混合，產(chǎn)生灰黑色沉淀，溶液呈黃色。實驗II：向少量Ag粉中加入0.0100mol/LFe2(SO4)3溶液(pH=1)，固體完全溶解。①取I中沉淀，加入濃硝酸，證實沉淀為Ag。現(xiàn)象是_______________________________。②II中溶液選用Fe2(SO4)3，不選用Fe(NO3)3的原因是_______________________________。綜合上述實驗，證實“Ag++Fe2+Fe3++Ag↓”為可逆反應(yīng)。③小組同學采用電化學裝置從平衡移動角度進行驗證。補全電化學裝置示意圖,寫出操作及現(xiàn)象_______。例2、(2022·湖南卷)海水電池在海洋能源領(lǐng)域備受關(guān)注，一種鋰海水電池構(gòu)造示意圖如下。下列說法錯誤的是()A．海水起電解質(zhì)溶液作用B．N極僅發(fā)生的電極反應(yīng)：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．玻璃陶瓷具有傳導離子和防水的功能D．該鋰－海水電池屬于一次電池例3、（2023海南卷，8）利用金屬Al、海水及其中的溶解氧可組成電池，如圖所示。下列說法正確的是（）A.b電極為電池正極B.電池工作時，海水中的向a電極移動C.電池工作時，緊鄰a電極區(qū)域的海水呈強堿性D.每消耗1kgAl，電池最多向外提供37mol電子的電量例4、某學習小組設(shè)計如圖所示原電池裝置。該電池總反應(yīng)為Cl－＋Ag＋=AgCl↓。下列說法正確的是()A．放電時，X電極發(fā)生還原反應(yīng)B．放電時，Y電極反應(yīng)式為Ag＋＋e－=AgC．放電時，鹽橋中K＋向盛有NaCl溶液的燒杯中移動D．外電路中每通過0.1mole－，X電極質(zhì)量增加14.35g【基礎(chǔ)練習】1、銀鋅電池是一種常見化學電源，其反應(yīng)原理：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag，其工作示意圖如圖。下列說法不正確的是()A．Zn電極發(fā)生氧化反應(yīng)B．Ag2O電極是電源的正極C．電池工作時，電子從Zn電極經(jīng)導線流向Ag2O電極，再由Ag2O電極經(jīng)電解質(zhì)溶液流向Zn電極D．Zn電極上發(fā)生的反應(yīng)：Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)22、(2016·全國2)MgAgCl電池是一種以海水為電解質(zhì)溶液的水激活電池。下列敘述錯誤的是 ()A.負極反應(yīng)式為Mg2eMg2+B.正極反應(yīng)式為Ag++eAgC.電池放電時Cl由正極向負極遷移D.負極會發(fā)生副反應(yīng)Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑

3、分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結(jié)論正確的是()A．①②中Mg作負極，③④中Fe作負極B．②中Mg作負極，電極反應(yīng)式為Mg2e－=Mg2+C．③中Fe作負極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋D．④中Cu作正極，電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－4、有a、b、c、d四個金屬電極，有關(guān)的實驗裝置及部分實驗現(xiàn)象如下：實驗裝置部分實驗現(xiàn)象a極質(zhì)量減少；b極質(zhì)量增加b極有氣體產(chǎn)生；c極無變化d極溶解；c極有氣體產(chǎn)生電流從a極流向d極由此可判斷這四種金屬的活動性順序是()A．a(chǎn)＞b＞c＞dB．b＞c＞d＞aC．d＞a＞b＞cD．a(chǎn)＞b＞d＞c5、某醫(yī)院設(shè)計的鋅鐵原電池，可以控制胃內(nèi)氫釋放，改善肥胖2型糖尿病的胰島素抵抗。其工作原理如圖所示，下列說法不正確的是（）A.N代表鐵B.該過程發(fā)生析氫腐蝕C.鋅表面的電極反應(yīng)為Zn－2e－=Zn2+D.標準狀況下，每生成2.24mLH2，理論上原電池質(zhì)量損耗0.013g

6、(2020全國1卷)為驗證不同化合價鐵的氧化還原能力，利用下列電池裝置進行實驗，回答下列問題：(1)由·7H2O固體制0.10mol·溶液要的器藥、璃棒、 （下中選，出稱。）（u） 陽離子u8/m2s1V1陰離子u8/m2s1V1Li+4.07HCO34.61Na+5.19NO37.40Ca2+6.59Cl7.91K+7.62SO428.27(3)電流表顯示電子由鐵電極流向石墨電極。可知，鹽橋中的陽離子進入 電極溶液中。(4)電池反應(yīng)一段時間后，測得鐵電極溶液中c(Fe2+)增加了0.02mol·L1