原電池

河南省安陽市金博教育安陽恒基校區(qū) 崔哲煒

1.原電池

(1)概念：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

(2)實質(zhì)：自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

2.原電池工作原理(以鋅銅原電池為例)

裝置示意圖現(xiàn)象 鋅片逐漸溶解，銅片上有紅色物質(zhì)析出，質(zhì)量增加，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)電極 Zn電極 Cu電極電極名稱 負(fù)極 正極得失電子 失電子 得電子電子流向 流出(填“出”或“入”)流入(填“出”或“入”)反應(yīng)類型 氧化反應(yīng) 還原反應(yīng)電極反應(yīng)式 Z n－ 2 e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu總反應(yīng)式 Z n＋ C u 2＋===Cu＋Zn2＋

3.鹽橋

(1)成分：含有瓊膠的KCl飽和溶液。

(2)離子移動方向：Cl－移向ZnSO4溶液(負(fù)極區(qū))，K＋移向CuSO4溶液(正極區(qū))。

(3)作用：使兩個半電池形成通路，并保持兩溶液的電中性。

4.原電池形成的條件

(1)兩個活潑性不同的電極。

(2)電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)。

(3)形成閉合回路(或兩極直接接觸)。

(4)能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

5.原電池兩極

負(fù)極：一般是活潑性較強(qiáng)的金屬，發(fā)生氧化反應(yīng)。

正極：一般是活潑性較弱的金屬(或?qū)щ姺墙饘?，發(fā)生還原反應(yīng)。

原電池的工作原理及正負(fù)極的判斷

1.工作原理示意圖(以銅鋅原電池為例)

2.原電池電極的判斷

正確理解原電池的負(fù)極

一般，在原電池反應(yīng)中活潑金屬作負(fù)極包含兩層含義：(1)“活潑”是指相對活潑而不是絕對活潑。

(2)在大部分原電池反應(yīng)中，金屬活動性較強(qiáng)的一極作負(fù)極，另一電極作正極。但在某些特殊條件下例外，例如：

①冷的濃硝酸作電解質(zhì)溶液，金屬鐵或鋁與金屬銅作電極時，鐵或鋁在冷的濃硝酸中鈍化，金屬活動性弱的銅與濃硝酸發(fā)生氧化反應(yīng)充當(dāng)負(fù)極。

②NaOH溶液作電解質(zhì)溶液，金屬鎂與金屬鋁作電極時，因鋁能與NaOH溶液反應(yīng)，充當(dāng)負(fù)極，而金屬活動性強(qiáng)的鎂只能充當(dāng)正極。

1.下列反應(yīng)不可用于設(shè)計原電池的是( )

A.NaOH＋HCl===NaCl＋H2O

B.2CH3OH＋3O2―→2CO2＋4H2O

C.Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑

D.4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3

解析：選A。只有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)才能設(shè)計成原電池，中和反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng)。

2.如右圖是Zn和Cu形成的原電池，某實驗興趣小組做完實驗后，在讀書卡片上記錄如下。在卡片上，描述合理的是( )

實驗后的記錄：

①Zn為正極，Cu為負(fù)極

②H＋向負(fù)極移動

③電子流動方向Zn―→Cu

④Cu極上有H2產(chǎn)生

⑤若有1 mol電子流過導(dǎo)線，則產(chǎn)生H2為0.5 mol

⑥正極的電極反應(yīng)式為Zn－2e－===Zn2＋

A.①②③ B.③④⑤

C.④⑤⑥ D.②③④

解析：選B。Zn比Cu活潑，Zn為負(fù)極，電極反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋，Cu為正極，電極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑，每轉(zhuǎn)

移1 mol電子，產(chǎn)生0.5 mol H2，電子由負(fù)極Zn流出，經(jīng)導(dǎo)線流向正極銅片，溶液中H＋向正極移動，SO2-向負(fù)極移動。

知識點二 原電池原理的應(yīng)用

原電池原理的應(yīng)用

1.加快氧化還原反應(yīng)的速率

例如：在鋅與稀硫酸反應(yīng)時加入少量CuSO4溶液，能使產(chǎn)生H2的速率加快。

2.比較金屬活動性強(qiáng)弱

3.用于金屬的保護(hù)

請見本章第四節(jié)知識點二。

4.設(shè)計化學(xué)電池

例如：以2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2為依據(jù)，設(shè)計一個原電池。

(1)將氧化還原反應(yīng)拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個半反應(yīng)，分別作原電池的負(fù)極和正極的電極反應(yīng)式。

負(fù)極：Cu－2e－===Cu2＋，

正極：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。

(2)確定電極材料

若發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)為金屬單質(zhì)，可用該金屬直接作負(fù)極；若發(fā)生氧化反應(yīng)的為氣體(如H2)或溶液中的還原性離子，可用惰性電極(如Pt、碳棒)作負(fù)極。

發(fā)生還原反應(yīng)的電極材料一般不如負(fù)極材料活潑。

本例中可用銅棒作負(fù)極，用鉑絲或碳棒作正極。

(3)確定電解質(zhì)溶液

一般選用反應(yīng)物中的電解質(zhì)溶液即可，如本例中可用FeCl3溶液作電解液。

(4)構(gòu)成閉合回路：將電極用導(dǎo)線連接，使之構(gòu)成閉合回路。

(1)為獲得持續(xù)、穩(wěn)定、較強(qiáng)的電流，所選用的電解質(zhì)溶液一般能與負(fù)極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，而且使用鹽橋?qū)蓚€半電池連通。

(2)設(shè)計原電池時，若氧化還原方程式中無明確的電解質(zhì)溶液，可用水作為電解質(zhì)，但為了增強(qiáng)其導(dǎo)電性，通常加入強(qiáng)堿或一般的強(qiáng)酸，如燃料電池，水中一般要加入KOH或H2SO4。

課后達(dá)標(biāo)檢測

[基礎(chǔ)鞏固]

1.X、Y、Z、W四塊金屬分別用導(dǎo)線兩兩相連浸入稀硫酸中，組成原電池。X、Y相連時，X為負(fù)極；Z、W相連時，電流方向是W→Z；X、Z相連時，Z極上產(chǎn)生大量氣泡；W、Y相連時，W極發(fā)生氧化反應(yīng)。據(jù)此判斷四種金屬的活潑性順序是( )

A.X＞Z＞W(wǎng)＞Y B.Z＞X＞Y＞W(wǎng)

C.W＞X＞Y＞Z D.Y＞W(wǎng)＞Z＞X

2.某原電池總反應(yīng)為Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能實現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是( )

選項 A B C D電極材料Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag電解液 FeCl3 Fe(NO3)2 CuSO4 Fe2(SO4)3

3.100 mL濃度為2 mol/L的鹽酸跟過量的鋅片反應(yīng)，為加快反應(yīng)速率，又不影響生成H2的總量，可采用的方法是( )

A.加入適量6 mol/L的鹽酸

B.加入幾滴CuCl2溶液

C.加入適量蒸餾水

D.加入適量的NaCl溶液