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1、1. 了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。2了解常见化学电源的种类及其工作原理。了解常见化学电源的种类及其工作原理。 第二节第二节 原电池原电池 化学电源化学电源1原电池装置能量转化特点原电池装置能量转化特点 转化为转化为 。2原电池的电极原电池的电极原电池的负极原电池的负极 金属金属发生发生 反应反应向外电路向外电路 电子电子原电池的正极原电池的正极 金属金属( (或石墨或石墨)发生发生 外电路外电路提供的电子提供的电子化学能化学能电能电能活泼活泼氧化氧化提供提供不活泼不活泼还原反应还原反应接受接受3原电池的构成条件
2、原电池的构成条件(1)能自发地发生能自发地发生 。(2)电解质溶液电解质溶液(构成电路或参加反应构成电路或参加反应)。(3)由还原剂和导体构成由还原剂和导体构成 极系统，由氧化剂和导体构成极系统，由氧化剂和导体构成 极系统。极系统。(4)形成形成 (两电极接触或用导线连接两电极接触或用导线连接)。4原电池工作原理原电池工作原理以稀以稀H2SO4作为电解质溶液的作为电解质溶液的CuZn原电池为例：原电池为例：(1)电极：电极： 为负极，为负极， 为正极为正极氧化还原反应氧化还原反应负负正正闭合回路闭合回路ZnCu(2)电极反应：电极反应：Zn为负极：发生为负极：发生 反应：反应： ；Cu为正极，
3、发生为正极，发生 反应：反应： 。(3)电子和电流方向：电子和电流方向：电子从电子从 流出经流出经 流入流入 ；电流从；电流从 流出经外电路流入流出经外电路流入 。(4)离子的迁移方向离子的迁移方向电解质溶液中，阴离子向电解质溶液中，阴离子向 迁移，阳离子向迁移，阳离子向 迁移。迁移。氧化氧化还原还原负极负极导线导线正极正极正极正极负极负极负极负极正极正极Zn2e=Zn22H2e=H2原电池的工作原理和电子流向可用下列图示表示：原电池的工作原理和电子流向可用下列图示表示：延伸：延伸：原原电池判定：先分析有无外接电源，有外接电源者为电解池，无外接电源者电池判定：先分析有无外接电源，有外接电源者为
4、电解池，无外接电源者可能为原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是可能为原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“四看四看”：一一看电极：两极为导体且活泼性不同；看电极：两极为导体且活泼性不同；再看溶液：两极插入电解质溶液中；再看溶液：两极插入电解质溶液中；三看三看回路：形成闭合回路或两极接触；回路：形成闭合回路或两极接触；四看本质：有无氧化还原反应发生。四看本质：有无氧化还原反应发生。1一次电池：一次电池：如如碱性锌锰电池，电解质溶液为碱性锌锰电池，电解质溶液为KOH溶液中溶液中：负极：负极： 正极：正极：2MnO22H2O2e=2MnO(OH)2OH电池反应的总反应
5、式为：电池反应的总反应式为： 。2二次电池二次电池(可充电，可多次重复使用可充电，可多次重复使用)如铅蓄电池：如铅蓄电池：H2SO4作电解质溶液作电解质溶液Zn2OH2e=Zn(OH)2Zn2MnO22H2O=2MnO(OH)Zn(OH)2(1)放电时：放电时：负极：负极： ；正极：正极： ；总反应：总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O(2)充电反应为电解过程，是放电反应的逆过程充电反应为电解过程，是放电反应的逆过程阴极：阴极： ；阳极：阳极： ；总反应：总反应：2PbSO42H2O PbPbO22H2SO4。3燃料电池燃料电池(1)氢氧燃料电池氢氧燃料电池用酸性电解质时：用
6、酸性电解质时：负极：负极： ；正极：正极： ；总反应：总反应：H2 O2=H2O。用用NaOH等碱性溶液时：等碱性溶液时：负极：负极： ；正极：正极： ；总反应：总反应：H2 O2=H2O。H22e=2HH22OH2e=2H2O (2)CH4燃料电池：电解质为燃料电池：电解质为KOH负极：负极： ；正极：正极： ；总反应：总反应：CH42O22KOH=C2CO33H2O。延伸：延伸：(1)燃燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。(2)燃料电池在负极上发生氧化反应的是燃料燃料电池在负极上发生氧化反应的是燃料(如如H2、CH4
7、、CH3OH等等)，在正，在正极上参与反应的是空气或氧气，电解质溶液一般是极上参与反应的是空气或氧气，电解质溶液一般是KOH溶液。溶液。(3)书写电极反应方程式时：酸性条件下可用书写电极反应方程式时：酸性条件下可用H和和H2O配平；碱性条件可用配平；碱性条件可用OH和和H2O配平。配平。2O24H2O8e=8OH1正负极的判断正负极的判断在书写原电池的电极反应式时，首先应正确判断原电池的两个电极哪一在书写原电池的电极反应式时，首先应正确判断原电池的两个电极哪一个是正极，哪一个是负极。常用的判断方法有：个是正极，哪一个是负极。常用的判断方法有：(1)根据电子流动方向判断。在原电池中，电子流出的一
8、极是负极；电子根据电子流动方向判断。在原电池中，电子流出的一极是负极；电子流入的一极是正极。流入的一极是正极。(2)根据两极材料判断。一般活泼性较强金属为负极；活泼性较弱的金属根据两极材料判断。一般活泼性较强金属为负极；活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。或能导电的非金属为正极。(3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。阳离子向正极移动，根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。阴离子向负极移动。(4)根据原电池两极发生的变化来判断。负极总是失去电子，发生氧化反应，根据原电池两极发生的变化来判断。负极总是失去电子，发生氧化反应，正极总是
9、得到电子发生还原反应。正极总是得到电子发生还原反应。(5)根据现象判断。溶解的一极为负极，质量增加或放出气体的一极为正极。根据现象判断。溶解的一极为负极，质量增加或放出气体的一极为正极。2电极反应式的书写电极反应式的书写书写电极反应式时，按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，首先正确判书写电极反应式时，按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，首先正确判断出电极反应产物，然后结合反应物及转移电子数量写出反应式，再结合质量断出电极反应产物，然后结合反应物及转移电子数量写出反应式，再结合质量守恒、电荷守恒配平各电极反应式。两电极反应式相加则得总反应式。守恒、电荷守恒配平各电极反应式。两电极反应式相
10、加则得总反应式。(1)根据两个电极反应式，写出总反应式。使两个电极反应式得失电子数相等后，根据两个电极反应式，写出总反应式。使两个电极反应式得失电子数相等后，将两式相加，消去相同的化学式。将两式相加，消去相同的化学式。(2)根据总反应式写电极反应式一般分四个步骤：根据总反应式写电极反应式一般分四个步骤：列物质，标得失；列物质，标得失；选离子，选离子，配电荷；配电荷；配个数，巧用水；配个数，巧用水；两式加，验总式。两式加，验总式。【例【例1】有有人设计出利用人设计出利用CH4和和O2的反应，用铂电极在的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。溶液中构成原电池。电池的总反应类似于电池的总反应类似于
11、CH4在在O2中燃烧，则下列说法正确的是中燃烧，则下列说法正确的是()每消耗每消耗1 mol CH4可以向外电路提供可以向外电路提供8 mol e负极上负极上CH4失去电子，电极反应式：失去电子，电极反应式：CH410OH8e=CO 7H2O负极上是负极上是O2 获得电子，电极反应式为：获得电子，电极反应式为：O22H2O4e=4OH电池放电后，溶液电池放电后，溶液pH不断升高不断升高A B C D解析：解析：本题是考查原电池原理在燃料电池中的具体应用，首先要判断出电池的正本题是考查原电池原理在燃料电池中的具体应用，首先要判断出电池的正负极，其方法是确定在该电极上发生的是失电子还是得电子反应，
12、若发生的是失负极，其方法是确定在该电极上发生的是失电子还是得电子反应，若发生的是失电子反应则是原电池的负极，反之是正极。电子反应则是原电池的负极，反之是正极。CH4在铂电极上发生类似于在铂电极上发生类似于CH4在在O2中的燃烧反应，即中的燃烧反应，即CH4CO2，严格讲生成的，严格讲生成的CO2还与还与KOH反应生成反应生成K2CO3，化，化合价升高，失去电子，是电池的负极，电极反应式为合价升高，失去电子，是电池的负极，电极反应式为CH48e10OH= = 7H2O，1 mol CH4参加反应有参加反应有8 mol e发生转移，发生转移，O2在正极上发生反应，获得在正极上发生反应，获得电子，电
13、极反应为电子，电极反应为O22H2O4e=4OH。虽然正极产生。虽然正极产生OH，负极消耗，负极消耗OH，但从总反应，但从总反应CH42O22KOH=K2CO33H2O可看出是消耗可看出是消耗KOH，所以电池放电时溶液的所以电池放电时溶液的pH不断下降，故不断下降，故正确，正确，错误。错误。答案：答案：A原电池正、负极的判断基础是氧化还原反应，如果给出一个方程式判断正、负原电池正、负极的判断基础是氧化还原反应，如果给出一个方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断。发生氧化反应的一极为负极，发生还原极，可以直接根据化合价的升降来判断。发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。
14、反应的一极为正极。注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则，且电解质溶液为中性或碱性，则H2O必须写入正极反应式中，且必须写入正极反应式中，且O2生成生成OH；若电解质溶液为酸性，则；若电解质溶液为酸性，则H必须写入正极反应式中，且必须写入正极反应式中，且O2生成生成H2O；若在熔融盐电解质中反应，则若在熔融盐电解质中反应，则O2可能得电子变成可能
15、得电子变成O2。依据电子守恒，正负电依据电子守恒，正负电极反应式相加得到电池反应的总方程式，若能写出已知电池反应的总方程式，可极反应式相加得到电池反应的总方程式，若能写出已知电池反应的总方程式，可以减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式。以减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式。1电瓶车所用电池一般为铅蓄电池，这是一种典型的可充电电池，电池总反应式电瓶车所用电池一般为铅蓄电池，这是一种典型的可充电电池，电池总反应式为：为： 则下列说法正确的是则下列说法正确的是()A放电时：负极板上发生了还原反应放电时：负极板上发生了还原反应B放电时：正极反应是放电时：正极反应是
16、Pb2e =PbSO4C充电时：铅蓄电池的负极应与充电器电源的正极相连充电时：铅蓄电池的负极应与充电器电源的正极相连D充电时：阳极反应是充电时：阳极反应是PbSO42e2H2O=PbO2 4H解析：解析：铅蓄电池在放电时，负极为铅蓄电池在放电时，负极为Pb，失去电子发生氧化反应，正极为，失去电子发生氧化反应，正极为PbO2，得到电子发生还原反应，故得到电子发生还原反应，故A、B错误；铅蓄电池在充电时，是电解池的装置，错误；铅蓄电池在充电时，是电解池的装置，与充电器电源正极相连的叫阳极，即它放电时的正极，阳极失去电子转移到充与充电器电源正极相连的叫阳极，即它放电时的正极，阳极失去电子转移到充电器
17、电源的正极，故电器电源的正极，故C错误，错误，D正确。正确。答案：答案：D1原电池反应可加快化学反应速率原电池反应可加快化学反应速率如实验室中用如实验室中用Zn和稀和稀H2SO4制取制取H2时，常加入少量时，常加入少量CuSO4，CuSO4与与Zn发发生置换反应生成生置换反应生成Cu，从而构成，从而构成Cu、Zn原电池加快原电池加快H2的产生速率。的产生速率。2判断金属的活动性顺序，负极金属的活动性强于正极。判断金属的活动性顺序，负极金属的活动性强于正极。3设计原电池设计原电池设计原电池时，首先要根据所提供的氧化还原反应的特点进行设计。原电设计原电池时，首先要根据所提供的氧化还原反应的特点进行
18、设计。原电池的设计还要紧扣原电池的三个条件。具体方法是：池的设计还要紧扣原电池的三个条件。具体方法是：(1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；(2)根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料(负极就是负极就是失电子的物质，正极用比负极活泼性差的金属或石墨失电子的物质，正极用比负极活泼性差的金属或石墨)及电解质溶液；及电解质溶液；(3)按要求画出原电池装置图。按要求画出原电池装置图。【例【例2】 (2009江苏化学，江苏化学，12)以以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如葡萄糖为燃
19、料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是图所示。关于该电池的叙述正确的是()A该电池能够在高温下工作该电池能够在高温下工作B电池的负极反应为：电池的负极反应为：C6H12O66H2O24e=6CO224HC放电过程中，放电过程中，H从正极区向负极区迁移从正极区向负极区迁移D在电池反应中，每消耗在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下氧气，理论上能生成标准状况下CO2 气体气体 L解析：解析：该燃料电池的原理为该燃料电池的原理为C6H12O66O2=6CO26H2O，根据总反应方程式可，根据总反应方程式可书写出电极反应方程式，负极为书写出电极反应方程式，负
20、极为C6H12O66H2O24e=6CO224H，正极为，正极为6O224e24H=12H2O，从电极反应方程式易知，从电极反应方程式易知H应从负极区移向正极区，应从负极区移向正极区，从总反应方程式可见每生成从总反应方程式可见每生成1 mol CO2消耗消耗1 mol O2。答案：答案：B2(2010原创原创)铁铁及铁的化合物应用广泛，如及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式_。(2)若将若将(1)中的反应设计成原电
21、池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。并写出电极反应式。正极反应正极反应_，负极反应，负极反应_。解析：解析：(1)Fe3氧化性强于氧化性强于Cu2，故，故Cu可溶于可溶于FeCl3溶液中，发生离子反应：溶液中，发生离子反应：2Fe3Cu=2Fe2Cu2。(2)Fe3有氧化性，可得有氧化性，可得e，Cu有一定还原性可失有一定还原性可失e，FeCl3溶液与溶液与Cu可组成原电池，可组成原电池，发生氧化还原反应，其中铜棒做负极，碳棒做正极，发生氧化还原反应，其中铜棒做负极，碳棒做正极，FeCl3溶液做电解质溶液。溶液做电
22、解质溶液。答案：答案：(1)2Fe3Cu=2Fe2Cu2(2)2Fe32e=2Fe2Cu2e=Cu2【例【例1】(2010模拟精选，山东泰安一模模拟精选，山东泰安一模)一一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下晶体，在熔融状态下能传导能传导O2。下列对该燃料电池说法不正确的是。下列对该燃料电池说法不正确的是()A在熔融电解质中，在熔融电解质中，O2由负极移向正极由负极移向正极B电池的总反应是：电池的总反应是：2C4H1013O2=8CO21
23、0H2OC通入空气的一极是正极，电极反应为：通入空气的一极是正极，电极反应为：O24e=2O2D通入丁烷的一极是正极，电极反应为：通入丁烷的一极是正极，电极反应为： C4H1026e13O2=4CO25H2O解析：解析：由原电池原理知负极失去的电子经导线转移到正极，所以正极上富集极电由原电池原理知负极失去的电子经导线转移到正极，所以正极上富集极电子，根据电性关系，子，根据电性关系，O2不可能移向正极，不可能移向正极，A错；原电池反应就是一个氧化还原反错；原电池反应就是一个氧化还原反应，只是氧化反应和还原反应分别在两极进行，由丁烷的燃烧反应知，该电池的应，只是氧化反应和还原反应分别在两极进行，由
24、丁烷的燃烧反应知，该电池的总反应为：总反应为：2C4H1013O2=8CO210H2O，且丁烷失电子，且丁烷失电子，O2得电子；丁烷作得电子；丁烷作为还原剂，应通入负极，反应中失去为还原剂，应通入负极，反应中失去e，C4H1026e13O2=4CO25H2O。答案：答案：A 高分策略高分策略本题考查了新型燃料电池的基本工作原理。本题考查了新型燃料电池的基本工作原理。O2的作用考查较为新颖。的作用考查较为新颖。O2在不同在不同介质中的电极反应式：介质中的电极反应式：a.在碱性、中性或弱酸性条件下正极：在碱性、中性或弱酸性条件下正极：O22H2O4e=4OH；b.在较强酸性条件下正极：在较强酸性条
25、件下正极： O24H 4e=2H2O；c.在熔融的金属氧化物在熔融的金属氧化物中正极：中正极：O24e=2O2；d.在其他介质中的电极反应式，如：在熔融的碳酸在其他介质中的电极反应式，如：在熔融的碳酸盐中，正极反应物是盐中，正极反应物是O2和和CO2时，正极电极反应式为：时，正极电极反应式为：O22CO24e= = 。 【例【例2】据据报道，我国拥有完全自主知识产权的氢氧燃料电池车已经在奥运会期间报道，我国拥有完全自主知识产权的氢氧燃料电池车已经在奥运会期间为运动员提供了服务。某种氢氧燃料电池的电解质溶液为为运动员提供了服务。某种氢氧燃料电池的电解质溶液为KOH溶液。下列有关溶液。下列有关该电
26、池的叙述不正确的是该电池的叙述不正确的是()A正极反应式为：正极反应式为：O22H2O4e=4OHB工作一段时间后，电解质溶液中的工作一段时间后，电解质溶液中的KOH的物质的量不变的物质的量不变C该燃料电池的总反应方程式为：该燃料电池的总反应方程式为：2H2O2=2H2OD用该电池电解用该电池电解CuCl2溶液，产生溶液，产生2.24 L Cl2(标准状况标准状况)时，有时，有0.1 mol电子转移电子转移解析：解析：氢氧燃料电池的总反应式是：氢氧燃料电池的总反应式是：2H2O2=2H2O，电解质溶液为，电解质溶液为KOH溶液，溶液，故其正极的反应式为：故其正极的反应式为：O22H2O4e=4
27、OH，负极的反应式为：，负极的反应式为：2H24OH4e=4H2O，反应过程中生成和消耗的，反应过程中生成和消耗的OH的量相等，故的量相等，故KOH的物的物质的量不变，质的量不变，A、B、C均正确；均正确；D中根据电解中根据电解CuCl2溶液时各离子的放电顺序，溶液时各离子的放电顺序，可知阳极产生的是可知阳极产生的是Cl2，电极反应式为：，电极反应式为：2Cl2e=Cl2，故产生标准状况下，故产生标准状况下2.24 L氯气时转移电子应为氯气时转移电子应为0.2 mol。答案：答案：D高分策略高分策略本题考查了燃料电池在一定酸碱性介质溶液环境下的电极反应式的书写。考生易忽本题考查了燃料电池在一定
28、酸碱性介质溶液环境下的电极反应式的书写。考生易忽视溶液介质，而错选视溶液介质，而错选A。同一个原电池反应在不同的介质中其电极反应式有可能是。同一个原电池反应在不同的介质中其电极反应式有可能是不相同的，如氢氧燃料电池，其总反应的化学方程式都是不相同的，如氢氧燃料电池，其总反应的化学方程式都是2H2O2=2H2O，但在，但在碱性介质、中性介质和酸性介质中其电极反应式是不同的。如，碱性介质、中性介质和酸性介质中其电极反应式是不同的。如，H2在不同介质中的在不同介质中的电极反应式：电极反应式：在碱性条件下负极：在碱性条件下负极：H22OH2e=2H2O；在酸性或中性在酸性或中性条件下负极：条件下负极：H22e=2H。 另外由相同的电极材料组成的原电池，在不同的介质中其电池反应、电极名称、另外由相同的电极材料组成的原电池，在不同的介质中其电池反应、电极名称、电流方向也有可能不同，如：由镁、铝作电极组成的原电池，在氢氧化钠溶液中，电流方向也有可能不同，如：由镁、铝作电极组成的原电池，在氢氧化钠溶液中，铝作负极，镁作正极；而在稀盐酸中则铝作正极，镁作负极，因此在解电化学题铝作负极，镁作正极；而在稀盐酸中则铝作正极，镁作负极，因此在解电化学题时要特别关注介质的成分，慎重思考介质所起的作用。时要特别关注介质的成分，慎重思考介质所起的作用。 点击此处进入点击此处进入 作业手册作业手册