第31讲 原电池、新型化学电源 -备战2024年高考化学【一轮·夯基提能】复习精讲精练

备战2024年高考化学【一轮·夯基提能】复习精讲精练 第31讲 原电池、新型化学电源 本讲复习目标 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．会分析新型化学电源的工作原理，能正确书写新型化学电源的电极反应式。 夯基·知识精讲 一．原电池原理 1．原电池的概念 把化学能转化为电能的装置，其本质是发生了氧化还原反应。 2．原电池的构成条件 (1)有两个活泼性不同的电极(常见为金属或石墨，燃料电池的两个电极可以相同)。 (2)将电极插入电解质溶液或熔融电解质或离子导体中。 (3)两电极间构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)，需满足三个条件：a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入电解质溶液或熔融电解质中。 (4)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)。 3．原电池的工作原理 如图是Cu­Zn原电池装置： 电极名称 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电池总反应式 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 电极反应 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 电极质量变化 减小 增大 反应类型 氧化反应 还原反应 电子流向 由Zn片沿导线流向Cu片 离子移动方向 ①电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移 ②盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极 盐桥的组成和作用 (1)盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。 (2)盐桥的作用： ①连接内电路，形成闭合回路； ②平衡电荷，使原电池不断产生电流； ③可以提高能量转化效率。 两类装置的不同点 Ⅰ中还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗； Ⅱ中还原剂Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长，电流效率高。 4．原电池正、负极的判断方法 【注意】 ①活泼性强的金属不一定作负极，对于某些原电池，如镁、铝和NaOH溶液组成的原电池，Al作负极，Mg作正极。原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成思维定式——活泼金属一定是负极，但负极一定发生氧化反应。 ②电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥和导线(即电子不下水，离子不上岸)。 ③负极失去电子总数一定等于正极得到电子总数。 5．原电池原理的应用 (1)设计制作化学电源 例：①根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池： ②根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计原电池： ①不含盐桥 ②含盐桥 负极：Cu－2e－===Cu2＋ 正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ (2)加快化学反应速率 一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率增大。如在Zn与稀硫酸反应时加入少量 CuSO4溶液构成原电池，反应速率增大。 (3)比较金属的活动性强弱 原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或非金属导体)作正极。 (4)用于金属的防护 使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如：要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。 【例题1】有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验装置 部分实验现象 a极质量减少；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　) A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c 【例题2】锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是(　　) A．铜电极上发生氧化反应 B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小 C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D．阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 【例题3】等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中放入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是(　　) 【例题4】分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　) A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极 B．②中Mg作负极，电极反应式为Mg—2e－+2OH－===Mg(OH)2↓ C．③中Cu作负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋ D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ 【例题5】利用电化学原理既能合成有机物，又能输出电能。如图所