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第二单元 原电池 化学电源
[考纲展示]
1.了解原电池的工作原理,能写出电极反应式和电池反应方程式。 2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。
考 点 一 原电池的工作原理[学生用书P102]
一、概念
把化学能转化为电能的装置。
二、形成条件
1.一看反应:看是否有能自发进行的氧化还原反应发生。
2.二看两电极:一般是金属活泼性不同的两电极。
3.三看是否形成闭合回路,形成闭合回路需三个条件:(1)电解质溶液;(2)两电极直接或间接接触;(3)两电极插入电解质溶液。
三、工作原理(以下图铜-锌原电池为例)
电极材料
锌
铜
电极名称
负极
正极
电极反应
Zn-2e-===Zn2+
Cu2++2e-===Cu
反应类型
氧化反应
还原反应
电子流向
电子从负极流出经外电路流入正极
离子移向
阳离子移向正极,阴离子移向负极
名师点拨
?1?盐桥的作用:①使整个装置构成通路,代替两溶液直接接触。②平衡电荷。在整个装置的电流回路中,溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。Zn失去电子变成Zn2+进入ZnSO4溶液,ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时,CuSO4溶液则由于Cu2+得到电子变成Cu,使得SOeq \o\al(2-,4)相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性,会阻止电子从锌片流向铜片,造成电流中断。所以此时盐桥在整个装置中起到平衡电荷的作用。
?2?原电池中两极材料活泼性要求:①当电极材料参加反应时,要求两极材料活泼性不同;②当电极材料只起到导电作用时,两极材料可以相同也可以不同,如燃料电池两极材料都是多孔石墨等。
?3?在原电池反应中较活泼金属不一定作负极。原电池反应中的氧化反应与还原反应的发生与电解质溶液的组成有关。例如:铝、镁与NaOH溶液构成的原电池中铝是负极,Al和Cu、浓硝酸构成的原电池中铜是负极,因为铝在浓硝酸中易钝化。
?4?在原电池放电过程中,在正极表面得电子的是氧化性物质?不一定是阳离子?。
铜-锌原电池(如图)工作时,下列叙述正确的是( )
A.正极反应为Zn-2e-===Zn2+
B.电池反应为Zn+Cu2+===Zn2+ +Cu
C.在外电路中,电子从正极流向负极
D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液
[解析] 活泼的Zn是负极,A项错。在外电路中,电子从负极流向正极,C项错。在原电池中,阳离子向正极移动,D项错。
[答案] B
eq \a\vs4\al([思维建模])—原电池中的三个方向
(1)电子的流动方向:从负极流出沿导线流入正极;
(2)电流方向:从正极沿导线流向负极;
(3)离子的迁移方向:电解质溶液中,阴离子向负极迁移,阳离子向正极迁移。
题组一 原电池正、负极的判断
1.如右图,在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y,外电路中电子流向如图所示。下列关于该装置的判断正确的是( )
A.外电路的电流方向为X→外电路→Y
B.若两电极分别为Fe和碳棒,则X为Fe,Y为碳棒
C.X极上发生的是还原反应,Y极上发生的是氧化反应
D.溶液中阳离子向X极移动,阴离子向Y极移动
解析:选B。电子由负极流向正极,可知X为负极,发生氧化反应,Y为正极,发生还原反应。电流流向与电子流向相反:Y→外电路→X,溶液中阳离子移向正极得电子。
2.如图所示装置中,观察到电流计指针偏转,M棒变粗,N棒变细,由此判断表中所列M、N、P物质,其中可以成立的是( )
选项
M
N
P
A
Zn
Cu
稀H2SO4
B
Cu
Fe
稀HCl
C
Ag
Zn
AgNO3溶液
D
Zn
Fe
Fe(NO3)3溶液
解析:选C。在装置中电流计指针发生偏转,说明该装置构成了原电池,根据正、负极的判断方法,电极溶解的一极为负极,电极增重的一极为正极,所以M棒为正极,N棒为负极,且电解质溶液能析出固体,则只有C项正确。
考 点 二 原电池原理的应用[学生用书P103]
一、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)作正极。
二、加快化学反应速率
一个自发进行的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率增大,如Zn与稀硫酸反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成Cu-Zn原电池,加快反应进行。
三、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。
四、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.根据原电池的反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。
名师点拨
?1?只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池,非自发进行的氧化还原反应设计成电解池。
?2?原电池设计时,根据氧化反应?负极反应?判断负极材料,根据还原反应判断电解
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