第六章 第21讲 原电池 化学电源-（教师用书）【导学教程】2024新教材新高考化学新编大一轮总复习（人教版）

第21讲　原电池　化学电源 [课标要求]　1.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。2.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。3.能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题，如新型电池的开发等。 [对应学生用书P144] 考点一　原电池工作原理及应用 1．概念和反应本质 原电池是将化学能转化为电能的装置，其反应本质是__氧化还原反应__。 2．构成条件 反应 能发生__自发进行__的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应) 电极 一般是活泼性不同的两个电极 闭合 回路 形成需三个条件：电解质溶液；两电极直接或间接接触；两电极插入电解质溶液中 3.工作原理(以锌铜原电池为例) (1)装置变迁 (2)电极反应 负极：　Zn－2e－===Zn2＋　，__氧化__反应。 正极：　Cu2＋＋2e－===Cu　，__还原__反应。 总反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋。 (3)盐桥的组成和作用 ①盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶。 ②盐桥的作用：a.连接内电路，__形成闭合回路__；b.__平衡电荷__，使原电池不断产生电流。 ③盐桥中离子移向：阴离子移向__负极__，阳离子移向__正极__。 4．原电池原理的应用 (1)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性__较强__的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。 (2)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。 (3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的__正极__而受到保护。 (4)设计制作化学电源 ①首先将氧化还原反应分成两个半反应。 ②根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。 ►题组一　原电池工作原理及电极的判断 1．分别按如图甲、乙所示装置进行实验，图中两个烧杯里的溶液均为2 L同浓度的稀硝酸和NaOH溶液，A为电流表。下列说法正确的是(　　) A．甲烧杯溶液中H＋会向铝片移动 B．两烧杯中铜片表面均有H2产生 C．两烧杯中溶液pH变化不同 D．乙的内电路中电子流动方向为Al→溶液→Cu 解析　甲烧杯溶液中，Al为负极，则H＋会向铜片移动，A项错误；甲烧杯中铜片表面有NO产生，没有H2产生，B项错误；甲烧杯中，氢离子被消耗，pH值变大，乙烧杯中，氢氧根离子被消耗，pH值变小，pH变化不同，C项正确；电子流动方向不会经过电解质溶液，D项错误。 答案　C 2．如图所示原电池的盐桥中装有饱和K2SO4溶液，电池工作一段时间后，甲烧杯中溶液颜色不断变浅。下列叙述中正确的是(　　) A．b极是电池的正极 B．甲烧杯中K＋经盐桥流向乙烧杯 C．甲烧杯中溶液的pH逐渐减小 D．电池的总反应离子方程式为MnO＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O 解析　由甲烧杯中溶液颜色不断变浅，可知KMnO4中Mn元素的化合价降低，得到电子，Fe元素的化合价升高，失去电子，则b为负极，a为正极，所以总的电极反应式为2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O。由于Fe2＋在b电极失去电子，发生氧化反应，所以b极是电池的负极，A错误；K＋向正极移动，所以K＋从盐桥流向甲烧杯，B错误；甲烧杯中a电极上MnO获得电子，发生还原反应，Mn元素的化合价降低，电极反应为MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O，所以甲烧杯中溶液的pH逐渐增大，C错误；由总的电极反应式可知，反应的离子方程式为MnO＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O，D正确。 答案　D [思维建模] 原电池工作原理模型图 　注意：①若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。 ②若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。 ►题组二　原电池原理的应用 3．选择合适的图像，将序号填在相应横线上： (1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是____________。 (2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是____________。 (3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是____________。 解析　(1)当加入少量CuSO4溶液，Zn可以置换Cu，构成原电池，速率加快，但由于部分Zn参与置换Cu的反应，H2的量减少，故选A。(2)Zn与CuSO4溶液反应置换Cu，Zn、Cu、H2SO4构成原电池，加快反应速率，但由于Zn