第13講-原電池(人教版2019必修第二冊(cè))-(原卷版)

第13第13講原電池必備知識(shí)必備知識(shí)1．概念和反應(yīng)本質(zhì)原電池是把化學(xué)轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其反應(yīng)本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。2．構(gòu)成條件一看反應(yīng)能發(fā)生自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)(一般是活潑性強(qiáng)的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))二看兩電極一般是活潑性不同的兩電極(金屬或石墨)三看是否形成閉合回路形成需三個(gè)條件：①電解質(zhì)溶液；②兩電極直接或間接接觸；③兩電極插入電解質(zhì)溶液中3．工作原理(以銅鋅原電池為例)微提醒：圖Ⅱ鹽橋中通常裝有含瓊脂的KCl飽和溶液。(1)反應(yīng)原理電極名稱負(fù)極正極電極材料Zn片Cu片電極反應(yīng)Zn－2e－=Zn2＋Cu2＋＋2e－=Cu反應(yīng)類型氧化反應(yīng)還原反應(yīng)電子流向由Zn片沿導(dǎo)線流向Cu片鹽橋中離子移向鹽橋含飽和KCl溶液和瓊脂制成的膠凍，K＋移向正極，Cl－移向負(fù)極電池反應(yīng)方程式Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu鹽橋作用①連接內(nèi)電路形成閉合回路②平衡電荷，使原電池能持續(xù)產(chǎn)生電流裝置差異比較原電池Ⅰ：溫度升高，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能，兩極反應(yīng)在相同區(qū)域，部分Zn與Cu2＋直接反應(yīng)，使電池效率降低原電池Ⅱ：溫度不變，化學(xué)能只轉(zhuǎn)化為電能，兩極反應(yīng)在不同區(qū)域，Zn與Cu2＋隔離，電池效率提高，電流穩(wěn)定4．原電池中的三個(gè)移動(dòng)方向移動(dòng)原理電性：同性相斥，異性相吸電子方向從負(fù)極流出沿導(dǎo)線流入正極電流方向從正極沿導(dǎo)線流向負(fù)極離子遷移方向電解質(zhì)溶液中，陰離子向負(fù)極遷移，陽(yáng)離子向正極遷移注意要點(diǎn)無(wú)論在原電池中還是在電解池中，電子均不能通過(guò)電解質(zhì)溶液。5．原電池電極反應(yīng)式的書寫(1)先確定原電池的正、負(fù)極，列出正、負(fù)極上的反應(yīng)物。(2)根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理寫出電極反應(yīng)式。①負(fù)極反應(yīng)。負(fù)極上發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)。要注意負(fù)極反應(yīng)生成的陽(yáng)離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存，若不共存，則該電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式。②正極反應(yīng)。正極上發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)。當(dāng)正極上的反應(yīng)物是O2時(shí)：若電解質(zhì)溶液為中性或堿性，則水必須寫入正極反應(yīng)式中，與O2反應(yīng)生成OH－，電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－；若電解質(zhì)溶液為酸性，則H＋必須寫入正極反應(yīng)式中，O2得電子與H＋生成水，電極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O。(3)寫出電池總反應(yīng)方程式。結(jié)合電子守恒將正、負(fù)極電極反應(yīng)式相加即得到電池總反應(yīng)方程式。(4)若已知電池反應(yīng)的總反應(yīng)式，可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，用總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式，即可得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。6．原電池的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)原電池時(shí)要緊扣原電池的構(gòu)成條件。具體方法是：(1)首先判斷出氧化還原反應(yīng)中的還原劑和氧化劑，將還原劑(一般為比較活潑金屬)作負(fù)極，活動(dòng)性比負(fù)極弱的金屬或非金屬作正極，含氧化劑的溶液作電解質(zhì)溶液。(2)如果兩個(gè)半反應(yīng)分別在要求的兩個(gè)容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋)，則兩個(gè)容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)含有與電極材料相同的金屬的陽(yáng)離子。(3)設(shè)計(jì)實(shí)例：根據(jù)反應(yīng)2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2設(shè)計(jì)的原電池為：裝置如下圖所示：7．原電池原理的基本應(yīng)用①加快氧化還原反應(yīng)速率一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計(jì)成原電池時(shí)反應(yīng)速率加快，例如Zn與稀硫酸反應(yīng)時(shí)加入少量的CuSO4溶液能使產(chǎn)生氫氣的速率加快。②比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱兩種金屬分別作原電池的兩極時(shí)，一般作負(fù)極的金屬活動(dòng)性比正極的活潑。③用作金屬的防護(hù)使被保護(hù)的金屬制品作原電池的正極而得到保護(hù)。例如，保護(hù)鐵制輸水管或鋼鐵橋梁，可用導(dǎo)線將其和一塊鋅塊相連，使Zn作原電池的負(fù)極。易混易錯(cuò)點(diǎn)易混易錯(cuò)點(diǎn)(1)只有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)才能設(shè)計(jì)成原電池。(2)在原電池中活潑性強(qiáng)的金屬不一定作負(fù)極，但負(fù)極一定發(fā)生氧化反應(yīng)。(3)電子不能通過(guò)電解質(zhì)溶液，溶液中的離子不能通過(guò)鹽橋。(4)負(fù)極失去的電子總數(shù)一定等于正極得到的電子總數(shù)。(5)同一氧化還原反應(yīng)，設(shè)計(jì)成原電池反應(yīng)的速率一定比直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)的速率快。(6)電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中，應(yīng)能穩(wěn)定存在，如堿性介質(zhì)中生成的H＋應(yīng)結(jié)合OH－生成水。電極反應(yīng)式要遵守電荷守恒、質(zhì)量守恒及電子得失守恒。(7)活潑金屬不一定為負(fù)極,如鎂、鋁和氫氧化鈉溶液組成的電池中,鋁為負(fù)極。(8)當(dāng)氧化劑得電子速率與還原劑失電子速率相等時(shí)，可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，電流表指針示數(shù)為零；當(dāng)電流表指針往相反方向偏轉(zhuǎn)，暗示電路中電子流向相反，說(shuō)明化學(xué)平衡移動(dòng)方向相反。(9)一般情況下，常采用以下方法判斷原電池的正極和負(fù)極判斷方法負(fù)極正極①電極材料較活潑金屬較不活潑金屬或石墨②通入物通入還原劑的電極通入氧化劑的電極③兩極反應(yīng)類型發(fā)生氧化反應(yīng)的電極發(fā)生還原反應(yīng)的電極④電子流向(或電流方向)電子流出的電極(或電流流入的電極)電子流入的電極(或電流流出的電極)⑤離子流向陰離子流向的電極陽(yáng)離子流向的電極⑥電極質(zhì)量變化質(zhì)量減小的電極質(zhì)量增加的電極⑦有無(wú)氣泡—有氣泡產(chǎn)生的電極(10)特殊情況①金屬的活動(dòng)性受所處環(huán)境的影響。如Mg、Al的活動(dòng)性：在中性或酸性溶液中活動(dòng)性Mg>Al；而在堿性溶液中，Al可以與OH－反應(yīng)，而Mg不反應(yīng)，所以Mg與Al用導(dǎo)線連接后放入NaOH溶液中，Al是負(fù)極，Mg是正極。②Fe、Cu相連，浸入稀HNO3中，F(xiàn)e作負(fù)極；浸在濃HNO3中，Cu作負(fù)極(Fe發(fā)生鈍化)。細(xì)細(xì)剖精析·易混不混·易錯(cuò)不錯(cuò)1．(1)在雙液原電池中，鹽橋的作用是什么？【細(xì)剖精析】形成閉合回路，使兩溶液保持電中性。(2)能用金屬代替鹽橋嗎？為什么？【細(xì)剖精析】不能。在電路接通的情況下，鹽橋是原電池內(nèi)電路的一部分，鹽橋中含有的陰、陽(yáng)離子定向移動(dòng)，從而達(dá)到傳導(dǎo)電流及保持溶液呈電中性的目的；若用金屬代替鹽橋，溶液中的離子不能通過(guò)金屬，故不能用金屬代替鹽橋。2．在原電池中是否較活潑金屬一定作負(fù)極？【細(xì)剖精析】不一定，例如將Mg和Al用導(dǎo)線連接插入NaOH溶液中，Al作負(fù)極，Mg作正極。3．原電池內(nèi)部陰、陽(yáng)離子如何移動(dòng)？【細(xì)剖精析】根據(jù)同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原理可知，在電解質(zhì)溶液中，陰離子移向負(fù)極，陽(yáng)離子移向正極。4．怎樣判斷原電池的正負(fù)極？【細(xì)剖精析】(1)根據(jù)電子流動(dòng)方向判斷。在原電池中，電子流出的一極是負(fù)極；電子流入的一極是正極。(2)根據(jù)兩極材料判斷。一般活潑性較強(qiáng)金屬為負(fù)極；活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。(3)根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向流動(dòng)方向判斷。陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。(4)根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來(lái)判斷。負(fù)極總是失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，正極總是得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。(5)根據(jù)現(xiàn)象判斷。溶解的一極為負(fù)極，質(zhì)量增加或放出氣體的一極為正極。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1．下列有關(guān)原電池的說(shuō)法正確的是A．正極發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)B．電子在溶液中從負(fù)極流向正極C．溶液中依靠陰陽(yáng)離子的定向移動(dòng)傳遞電荷D．電流從負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極2．氫氧燃料電池可以使用在航天飛機(jī)上，其反應(yīng)原理示意圖如圖。下列有關(guān)氫氧燃料電池的說(shuō)法正確的是A．該電池工作時(shí)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B．該電池中電極a是正極C．外電路中電子由電極b通過(guò)導(dǎo)線流向電極aD．該電池的總反應(yīng)：2H2＋O2=2H2O3．利用石墨、鋅片、銅片、導(dǎo)線、電流計(jì)、橙汁、燒杯等用品探究原電池的組成。下列結(jié)論不正確的是A．原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置B．原電池由電極、電解質(zhì)溶液和導(dǎo)線等組成C．圖中電極a為石墨、電極b為鋅片時(shí)，導(dǎo)線中會(huì)產(chǎn)生電流D．圖中電極a為鋅片、電極b為銅片時(shí)，電子由銅片通過(guò)導(dǎo)線流向鋅片4．關(guān)于原電池的下列說(shuō)法中，正確的是A．在正極上發(fā)生還原反應(yīng)B．化學(xué)性質(zhì)較活潑的金屬為正極C．在外電路，電子流出正極D．是由電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置5．如圖所示，電流計(jì)G發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時(shí)A極逐漸變細(xì)，B極逐漸變粗，C為電解質(zhì)溶液，則A、B、C應(yīng)是下列各組中的A．A是Zn、B是Cu、C為稀硫酸B．A是Cu、B是Al、C為CuSO4溶液C．A是Zn、B是石墨、C為AgNO3溶液D．A是石墨、B是Fe、C為FeCl3溶液6．下圖為銅鋅原電池示意圖，下列說(shuō)法中不正確的是A．鋅為陰極，銅為陽(yáng)極B．電子由鋅片通過(guò)導(dǎo)線流向銅片C．鋅片質(zhì)量逐漸減少，溶液的質(zhì)量逐漸增加D．該裝置能把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能7．燃料電池以熔融的金屬氧化物為電解質(zhì)、CH4為燃料，裝置如圖所示。下列說(shuō)法不正確的是A．b極加入的物質(zhì)為空氣(O2)，發(fā)生還原反應(yīng)B．O2—向a極移動(dòng)C．正極電極反應(yīng)式為：O2+4H++4e—=2H2OD．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，每消耗11.2L甲烷，導(dǎo)線中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為4NA8．原電池的電極反應(yīng)式不僅與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．由金屬Al、Cu和濃硝酸組成的原電池，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后負(fù)極反應(yīng)式為：B．由金屬Al、Cu和稀硫酸組成的原電池，負(fù)極反應(yīng)式為：C．由Al、Mg、NaOH溶液組成的原電池，負(fù)極反應(yīng)式為D．由Fe、Cu、溶液組成的原電池，負(fù)極反應(yīng)式為：9．將純鋅片和純銅片按圖示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時(shí)間，以下敘述正確的是A．產(chǎn)生氣泡的速率甲比乙慢B．兩燒杯中溶液的酸性均減弱C．甲中銅片作正極，乙中銅片作負(fù)極D．兩燒杯中銅片表面均無(wú)氣泡產(chǎn)生10．、兩根金屬棒插入溶液中構(gòu)成如圖所示裝置，實(shí)驗(yàn)中電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時(shí)棒變粗，棒變細(xì)，則、、溶液可能是下列中的編號(hào)溶液A稀硫酸B硝酸銀溶液C硫酸銅溶液D稀硫酸11．把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬片浸泡在稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連可以組成各種原電池。若a、b相連時(shí)，a為負(fù)極；c、d相連時(shí)，d上有氣泡逸出；a、c相連時(shí)，a極減輕；b、d相連時(shí)，b為正極。則這四種金屬活潑性順序由強(qiáng)到弱的順序?yàn)锳．a(chǎn)＞b＞c＞d B．a(chǎn)＞c＞b＞d C．a(chǎn)＞c＞d＞b D．b＞d＞a＞c12．某同學(xué)控制適當(dāng)條件，將反應(yīng)Ag+Fe3+?Ag++Fe2+設(shè)計(jì)成如圖所示的原電池裝置(已知電流表指針偏向與電子的流向相同，鹽橋中裝有含有硝酸鉀的瓊膠)。下列有關(guān)判斷不正確的是A．若電流表指針向左轉(zhuǎn)，則鹽橋中的K+向右燒杯中移動(dòng)B．若電流表指針歸零時(shí)，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)C．若電流表指針向右偏轉(zhuǎn)，則銀電極發(fā)生氧化反應(yīng)D．上述實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f(shuō)明其他條件不變時(shí)Ag+與Fe3+的氧化性強(qiáng)弱與其離子濃度有關(guān)提升訓(xùn)練提升訓(xùn)練1．某化學(xué)興趣小組利用反應(yīng)Zn+2FeC13=ZnCl2+2FeCl2，設(shè)計(jì)了如圖所示的原電池裝置，下列說(shuō)法正確的是A．Zn為負(fù)極,發(fā)生還原反應(yīng)B．b電極反應(yīng)式為2Fe3+＋2e-=2Fe2+C．電子流動(dòng)方向是a電極FeCl3溶液b電極D．電池的正極材料可以選用石墨、鉑電極，也可以用銅電極2．某同學(xué)設(shè)計(jì)如下原電池，其工作原理如圖所示。下列說(shuō)法不正確的是A．該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B．負(fù)極的電極反應(yīng)是：Ag+I-－e-=AgIC．電池的總反應(yīng)是Ag++I-=AgID．鹽橋（含KNO3的瓊脂）中NO3-從左向右移動(dòng)3．銀鋅電池是一種常見(jiàn)化學(xué)電源，其反應(yīng)原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，其工作示意如圖所示。下列說(shuō)法不正確的是A．Zn電極是負(fù)極B．工作時(shí)K+移向Zn電極C．Ag2O電極發(fā)生還原反應(yīng)D．Zn電極的電極反應(yīng)式：Zn－2eˉ＋2OHˉ===Zn(OH)24．將Al片和Cu片用導(dǎo)線聯(lián)接，一組插入濃硝酸中，一組插入稀氫氧化鈉溶液中，分別形成的原電池，在這兩個(gè)原電池中，負(fù)極分別為A．Cu片、Al片 B．Al片、Cu片 C．Al片、Al片 D．Cu片、Cu片5．下列實(shí)驗(yàn)操作的現(xiàn)象與對(duì)應(yīng)結(jié)論均正確的是選項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作現(xiàn)象結(jié)論A將碘水倒入分液漏斗，加適量乙醇，振蕩后靜置溶液分層，上層呈紫色I(xiàn)2更易溶于有機(jī)溶劑B將銅片和M金屬片用導(dǎo)線連接并插入M的硝酸鹽溶液中銅片溶解金屬性：M＞CuC將一小塊Na放入酒精中有氣泡產(chǎn)生酒精中含有水D將石蠟油分解產(chǎn)生的氣體通入到酸性高錳酸鉀溶液中溶液褪色氣體中可能含有烯烴6．某興趣小組設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易原電池裝置如下圖所示。該電池工作時(shí)，下列說(shuō)法正確的是A．鋅片作正極B．碳棒上有氣泡產(chǎn)生C．可將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能D．電子由碳棒經(jīng)濾紙流向鋅片7．下列圖示的裝置不能形成原電池的是A． B． C． D．8．將Mg條、Al條平行插入一定濃度的NaOH溶液中，用導(dǎo)線、電流計(jì)連接成原電池，此電池工作時(shí)，下列敘述中正確的是

A．Mg比Al活潑，Mg失去電子被氧化成Mg2+B．負(fù)極反應(yīng)式為：Al+4OH－－3e－＝AlO2－+2H2OC．該電池的內(nèi)外電路中，電流均是由電子定向移動(dòng)形成的D．原電池工作過(guò)程中溶液PH不變9．化學(xué)電源在日常生活和高科技領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。下列說(shuō)法不正確的是A．Zn2+向Cu電極方向移動(dòng)，Cu電極附近溶液中H+濃度增加B．正極的電極反應(yīng)式為Ag2O＋2e?＋H2O=2Ag＋2OH?C．鋅筒作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，鋅筒會(huì)變薄D．使用一段時(shí)間后，電解質(zhì)溶液的酸性減弱，導(dǎo)電能力下降10．鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò)，下列有關(guān)敘述正確的是A．銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．電池工作一段時(shí)間后，甲池的c(SO42－)減小C．電池工作一段時(shí)間后，乙池溶液的總質(zhì)量增