原电池原理及在化学中的应用

【高考化学·考试大纲】(1)理解原电池的构成、工作原理及应用。(2)了解常见化学电源的种类及其工作原理。

【课程标准·学业要求】能举出化学能转化为电能的实例,能辨识简单原电池的构成要素,并能分析简单原电池的工作原理。

1.[16 全国Ⅱ,11]Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(　)

A.负极反应式为Mg-2e-==Mg2+

B.正极反应式为Ag++e-==Ag

C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移

D.负极会发生副反应Mg+2H2O==Mg(OH)2+H2↑

2.[15 全国Ⅰ,11]微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(　)

A.正极反应中有CO2生成

B.微生物促进了反应中电子的转移

C.质子通过交换膜从负极区移向正极区

D.电池总反应为C6H12O6+6O2==6CO2+6H2O

3.[16 全国Ⅲ,11]锌-空气燃料电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O==2Zn(OH)42-，下列说法正确的是(　)

A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动

B.充电时,电解质溶液中c(OH)−逐渐减小

C.放电时,负极反应为:Zn+4OH--2e-==Zn(OH)42-

D.放电时,电路中通过2mol电子,消耗氧气22.4L(标准状况)

4.[14 全国,9]下图是一种金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)。下列有关说法不正确的是(　)

A.放电时正极反应为:NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-

B.电池的电解液可为KOH溶液

C.充电时负极反应为:MH+OH-→H2O+M+e-

D.MH是一类储氢材料,其氢密度越大,电池的能量密度越高

一、原电池的概念

1.将_____能转化为______的装置。

2.能量的转化

考试中涉及到的能量有:化学能、电能、太阳能、机械能等。

(1)光伏电池、太阳能电池为太阳能转变成电能。

(2)太阳能分解水为太阳能转变成化学能。

(3)原电池(放电)为化学能转变成电能。

(4)电池(充电)、电解食盐水制备Cl2为电能转变成化学能。

二、原电池的形成条件

1.电极:两极为导体,且存在活泼性差异;(1)金属活泼性差异形成的原电池,较活泼的一极能与电解质溶液发生氧化反应作负极;(2)两极均为惰性电极,但在两极区分别存在氧化剂或还原剂时,也能形成原电池。

2.电解质:两极插入电解质中。

3.回路:(1)两极靠导线联接形成闭合回路或两极直接接触;(2)两池用盐桥相连或离子透膜隔开。

4.本质:有无自发进行(或能量降低)的氧化还原反应发生。

三、原电池的工作原理(Cu-Zn-H2SO4原电池为例)

1.负极:发生______反应,电子从负极_______。(www.xing528.com)

2.正极:发生_____反应,电子经过导线___正极。

锌(负极)反应:____________(现象:锌极______)

铜(正极)反应:____________(现象:铜板上有____)

总反应方程式:___________________

从电极上得失电子的过程在电化学中称为放电。

【考型1】原电池原理及其电极的判断

1.[14 福建,11]某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl2==2AgCl。下列说法正确的是(　)

A.正极反应为AgCl+e-==Ag+Cl-

B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成

C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变

D.当电路中转移0.01mole-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子

【考型2】原电池的常见考查内容

2.[15 天津,4]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(SO42-)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

【考型3】原电池的设计

3.[广东高考](1)能量之间可以相互转化:电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能,而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率。限选材料:ZnSO4(aq)、FeSO4(aq)、CuSO4(aq);铜片、铁片、锌片和导线。

①完成原电池的甲装置示意图(见上图),并作相应标注。要求:在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。

②以铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙,工作一段时间后,可观察到负极。

③甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是_________,其原因是_____________。

(2)根据牺牲阳极的阴极保护法原理,为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀,在(1)的材料中应选_____作阳极。

分析原电池首先是确定出电池的正负极,可从下列几个方法入手:

1.抓住下列9个要点中的一项,即可突破判断

*当正极为惰性电极,溶液中又没有氧化剂参与反应,这时就要考虑空气中的氧气参与正极反应(相当于吸氧腐蚀)。

总之,在原电池中,任何一个不对称信息,都可以分析出原电池的两极属性。

2、几种特殊情况

(1)Mg-Al-NaOH电池,Al是负极;Mg-Al-HCl电池,Mg为负极;(2)Al-Cu-浓硝酸电池,Cu是负极。

二、原电池原理的设计与运用

1.原理:(1)一般认为,反应的总反应是自发进行的氧化还原反应;(2)还原性物质作负极参与反应。

2.方法:(1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应(即一个氧化反应和一个还原反应)。(2)根据原电池的电极反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料及电解液。(3)按要求画出原电池装置图,并进行必要的标注,如电极材料、电解质溶液或熔融电解。

三、能量的转化与电池能量密度

原电池(放电)时,化学能不能完全转变成电能,有一

一、原电池原理及其极性的判断部分要转化成热能。氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池。

电池能量密度(或比能量):单位质量的电极材料能释放出的电能。电池的能量密度越高电池越好。金属电极的能量密度理论值为常见金属中比能量最高的金属第一是锂,第二是铝。