第30课时 原电池

一、原电池原理 1．原电池的概念：利用自发的氧化还原反应，使氧化反应和还原反应在不同的两极上发生，从而在连接两极上产生电流的装置。是把化学能转化成电能的装置。 原电池的电路工作原理：(外电路)负极失去电子，电子经导线流向正极。(内电路)溶液中阴阳离子发生移动。 2．原电池的电极和电极反应 正极：符号“＋”，得到电子，发生还原反应。 负极：符号“－”，失去电子，发生氧化反应。

3．两种铜锌原电池比较 普通铜锌原电池 用盐桥的铜锌原电池 电极表 面变化 锌片质量减少，同时铜片上有红色物质析出，铜片质量增加 装置示意图(1) 装置示意图(2) 电极表 面变化 锌片质量减少，同时铜片上有红色物质析出，铜片质量增加 锌片质量减少，铜片上有红色物质析出，铜片质量增加 温度变化 溶液温度升高 溶液温度不变 能量变化 化学能转化为电能和热能 化学能转化为电能 电极 名称 锌 负极 铜 正极

盐桥中的K＋向正极移动，Cl－向负极移动 普通铜锌原电池 用盐桥的铜锌原电池 电极 反应 及反 应类 型　 正极 还原反应： Cu2＋＋2e－===Cu 负极 氧化反应： Zn－2e－===Zn2＋ 总反应式 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu Zn＋Cu2＋=== Zn2＋＋Cu 离子移 动方向 Cu2＋、Zn2＋向正极移动，SO42-不移动 盐桥中的K＋向正极移动，Cl－向负极移动

说明： (1)关于原电池中离子的移动 原电池中由于并未形成电场，离子移动主要由于三个原因：一是由于反应消耗。如装置(1)中铜离子在正极反应而在正极附近浓度减小，铜离子会由浓度较高的地方向正极移动。二是由于反应生成。按照熵增的原理，粒子在分散系中总是尽可能均匀分散。新生成的离子总是自发向低浓度的地方扩散。三是由于溶液保持电中性的原因，盐桥中的离子会定向移动。 溶液中移动的离子所带电荷总数等于导线上移动的电子的电荷数。

(2)盐桥：盐桥中通常装有含琼脂的氯化钾饱和溶液。使用盐桥的优点：一是可以提高电池工作效率。二是用于不需要电极参加反应的原电池。在实际电池中，大多采用离子交换膜。 (3)铜锌原电池装置示意图(1)中溶液温度升高的原因： 形成原电池的同时，还存在锌片与硫酸铜的直接反应，锌失去电子直接给了铜离子，锌离子进入溶液，而铜离子直接得到了电子(相当于短路)，所以反应时放出热量而温度升高。

【基础题一】关于铅蓄电池的说法正确的是( ) A．在放电时，正极发生的反应是Pb(s)＋SO42-(aq)===PbSO4(s)＋2e－ B．在放电时，该电池的负极材料是铅板 C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小 D．在充电时，阳极发生的反应是PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO42-(aq) B

【解析】铅蓄电池的充放电反应为：Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O，放电时，Pb单质化合价升高，失去电子，作负极，反应为：Pb－2e－＋SO42-===PbSO4，所以B选项正确，A选项错误，因为正极上反应为：PbO2＋2e－＋4H＋＋SO42-===PbSO4＋2H2O；C、D考查电解池知识：充电时，H2SO4的浓度不断增大，阳极上发生的是氧化反应，是失去电子而不是得到电子。

二、原电池形成的一般条件 1．电极：能够导电的材料 一般情况：活泼性不同的两个金属电极，活泼性强的电极参与氧化还原反应。 充电电池：两个电极都参与氧化还原反应。 燃料电池：两个电极都不参与氧化还原反应。 2．电解质溶液：连通两个电极，一般参与氧化还原反应。 3．形成闭合回路 电子流动方向(外电路)：负极→正极。 阴阳离子流动方向(电解质溶液中)：阴离子向负极移动；阳离子向正极移动。 4．氧化还原反应：原电池中必须有能够自发进行的氧化还原反应。

【基础题二】在下图所示的装置中，能够发生原电池反应的是( ) C A．④⑤⑥ B．①②③ C．②④⑤ D．②③④⑤

【解析】①两个电极相同，所以不能发生原电池反应；③中液体为非电解质乙醇，所以不能发生原电池反应；⑥不能形成闭合电路，所以不能发生原电池反应。

【思考题】碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌－锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)，下列说法错误的是( ) A．电池工作时，锌失去电子 B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(s)＋2OH－(aq) C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g C

【解析】该电池的电解液为KOH溶液，结合总反应式可写出负极反应式：Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===Zn(OH)2(s)，用总反应式减去负极反应式，可得到正极反应式：2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(s)＋2OH－(aq)。Zn为负极，失去电子，电子由负极通过外电路流向正极。1 mol Zn失去2 mol电子，外电路中每通过0.2 mol电子，Zn的质量理论上减小6.5 g。故答案为C项。

三、原电池的pH变化和有关计算 1．在原电池工作时，由于负极金属失去电子进入电解质溶液，正极附近的阳离子得到电子从溶液中析出，可能会引起溶液pH的变化。 (1)当负极产生的金属离子结合溶液中的OH－时，电极附近的溶液pH降低。当正极O2得电子结合溶液中的水时，生成OH－使溶液中的pH增大。 (2)电池工作时整个溶液pH的变化必须从总反应式来分析。当电解质溶液中酸被消耗时，溶液pH增大，当电解质溶液中碱被消耗时，溶液pH减小。

2．原电池的有关计算 电子守恒法是依据氧化剂与还原剂得失电子数目相等这一原则进行计算的。电子守恒法是氧化还原计算的最基本的方法。计算时可由电极反应式中的氧化剂(或还原剂)与得到的电子(或失去的电子)之间的关系进行计算。

【基础题三】(湖南长沙周南中学2010届高三第四次月考)(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。 锌片上发生的电极反应：　 　； 银片上发生的电极反应：　 　。 (2)若该电池中两电极的总质量为60 g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47 g，试计算：①产生氢气的体积(标准状况)；②通过导线的电量。(已知NA＝6.02×1023 /mol，电子电荷为1.60×10－19 C) Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑

【解析】(1)根据金属活泼性分析得出锌片为负极，银片为正极，相应电极反应为Zn－2e－===Zn2＋； 2H＋＋2e－===H2↑。 (2)①锌片与银片减轻，是因与酸反应： Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑～转移2e－ 　 ＝ 　　 得V(H2)＝4.48 L；Q＝3.85×104 C。

重要考点1 原电池正负电极的判断 原电池电极名称的判断方法 (1)看谁能与电解质溶液反应(包括溶解在电解质溶液中的氧气)。谁反应谁作负极。 如Zn、Cu、稀硫酸构成的电池中锌为负极，此时遵循的原则是较活泼的金属作负极。 Mg、Al、氢氧化钠溶液构成的电池中铝为负极；Cu、Al、浓硝酸构成的电池中铜为负极。

(2)根据化合价的变化判断或根据反应判断。 元素化合价升高的为负极，元素化合价降低的为正极； 失电子的反应→氧化反应→负极； 得电子的反应→还原反应→正极。 (3)根据电子或电流方向。 电子流出的为负极，电流流出的为正极。

【考点释例1】原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是(　　) A．由Al、Cu、稀H2SO4组成原电池，其负极反应式为Al－3e－===Al3＋ B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO2-＋2H2O C．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋ D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋ C

【解析】A中活泼性Al＞Cu，故负极反应为Al－3e－===Al3＋；B中Mg、Al在NaOH溶液中Al活泼，故其负极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO2-＋2H2O；C中活泼性Fe＞Cu，其负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；D中由于Al在浓硝酸中钝化，故Cu相对活泼，故其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。

【温馨提示】 1.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，发生还原反应的一极为正极。 2．活泼金属在原电池中不一定是负极。

　1.某同学用光亮的镁片和铝片插入3 mol/L的NaOH溶液中组成原电池，下列说法正确的是( ) A．Mg作正极，Al作负极 B．Al作正极，Mg作负极 C．Mg被氧化，Al被还原 D．Al被氧化，Mg被还原 A

　2.(湖南同升湖实验学校2010届高三第三次月考)有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是( ) ①每消耗1 mol CH4可以向外电路提供8 mol e－ ②负极上CH4失去电子，电极反应式CH4＋10OH－－8e－===CO32-＋7H2O ③负极上是O2获得电子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ ④电池放电后，溶液pH不断升高 A．①② B．①③ C．①④ D．③④ A

　3.某原电池总反应的离子方程式为：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，不能实现该反应的原电池是(双选)( ) A．正极为Cu，负极为Fe，电解质为FeCl3溶液 B．正极为C，负极为Fe，电解质为Fe(NO3)3溶液 C．正极为Fe，负极为Zn，电解质为Fe2(SO4)3溶液 D．正极为Ag，负极为Fe，电解质为CuSO4溶液 CD

重要考点2 原电池电极反应式的书写 1．根据原电池发生的氧化还原反应书写正负极反应式及总反应式： 负极：氧化反应(失电子) 正极：还原反应(得电子) 总反应式＝负极反应式＋正极反应式 (对总反应式、负极反应式和正极反应式，只要知其中任两个，就可以通过加或减求第三个)

2．注意正负极反应生成的离子与电解质溶液能否共存，若不能共存，则参与反应的物质也要写入电极反应式中。如O2－不能在溶液中稳定存在，先遇H＋必然生成H2O，遇H2O必然生成OH－。 3．注意质量守恒、电荷守恒、电子得失守恒，特别是电子得失守恒，这样可以避免在由电极反应式写总反应方程式，或由总反应方程式改写成电极反应式所带来的失误，同时，也可避免在有关计算中产生误差。

【考点释例2】一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是(　　) A．CH3OH(l)＋O2(g)===H2O(l)＋CO2(g)＋2H＋(aq)＋2e－ B．O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－===2H2O(l) C．CH3OH(l)＋H2O(l)===CO2(g)＋6H＋(aq)＋6e－ D．O2(g)＋2H2O(l)＋4e－===4OH－ C

【解析】甲醇与氧气反应的氧化还原反应方程式为：2CH3OH＋3O2―→2CO2＋4H2O，化合价升高的元素为甲醇中的C元素，所以在负极上甲醇失去电子而放电，在该极上的电极反应式为：CH3OH(l)＋H2O(l)===CO2(g)＋6H＋(aq)＋6e－。

【温馨提示】依据电子得失守恒，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.(湖南省双峰一中高三12月月考)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O 3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，下列叙述不正确的是( ) A．放电时负极反应为：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 B．充电时阳极反应为：Fe(OH)3－3e－＋5OH－===FeO＋4H2O C．放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化 D．放电时正极附近溶液的碱性增强 C

　2.下图为铜锌原电池的装置请回答：

(1)铜是　正　极，铜片上　有气泡　产生，电极反应式为　 　。 (2)锌为　 　极，电极反应式为　 　。 (3)电池反应式为　 　。 Cu2＋＋2e－===Cu 负 Zn－2e－===Zn2＋ Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

重要考点3 原电池原理的应用 1．原电池反应可加快化学反应速率 如实验室中用Zn和稀H2SO4制取H2时，常加入少量CuSO4，CuSO4与Zn发生置换反应生成Cu，从而构成Cu、Zn原电池加快H2的产生速率。 2．判断金属的活动性顺序 一般情况下负极金属的活动性强于正极。 例外：镁、铝与烧碱溶液构成原电池，因为是铝失去电子，此时铝为负极； 铁、铜与浓硝酸构成原电池，因为铁被钝化，此时铜失去电子，铜为负极。

3．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； (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(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)及电解质溶液； (3)按要求画出原电池装置图。

【考点释例2】100 mL浓度为2 mol·L－1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是(　　) A．加入适量的6 mol·L－1的盐酸 B．加入数滴氯化铜溶液 C．加入适量蒸馏水 D．加入适量的氯化钠溶液 B

【解析】向溶液中再加入盐酸，H＋的物质的量增加，生成H2的总量也增加，A错。加入氯化铜后，锌置换出的少量铜附在锌片上，形成了原电池反应，反应速率加快，又锌是过量的，生成H2的总量决定于盐酸的量，故B正确。向原溶液中加入水或氯化钠溶液都引起溶液中H＋浓度的下降，反应速率变慢，故C、D都不正确。所以本题正确答案为B选项。

【温馨提示】万变不离其宗，只要我们抓住了原电池的原理，从原理出发，各方面的应用都可以迎刃而解。

　1.茫茫黑夜中，航标灯为航海员指明了方向。航标灯的电源必须长效、稳定。我国科技工作者研制出以铝合金、Pt－Fe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中( ) ①铝合金是阳极 ②铝合金是负极 ③海水是电解液 ④铝合金电极发生还原反应 A．②③ B．②④ C．①③ D．①④ A

2.(湖南周南中学2010届高三月考)用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂－KNO3的U型管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( ) ①在外电路中，电流由铜电极流向银电极 ②正极反应为：Ag＋＋e－===Ag ③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 ④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 A．①② B．②③ C．②④ D．③④ C

【解析】Cu作负极，Ag作正极。负极：Cu－2e－===Cu2＋；正极：Ag＋＋e－===Ag。在外电路中，电子由Cu电极流向Ag电极，而电流方向与电子流向相反，所以①错。没有盐桥，原电池不能继续工作，③错。无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，④对。

　3.下列事实能说明Al的金属活动性比Cu强的是( ) B．常温下将铝和铜用导线连接组成原电池放入到稀盐酸溶液中 C．与氯气反应时，铝失去3个电子，而铜失去2个电子 D．常温下，铝在浓硝酸中钝化而铜不发生钝化 B