第22講原電池的工作原理知識梳理知識梳理一、原電池的工作原理1．原電池的構成條件(1)定義：能把化學能轉化為的裝置。(2)構成條件：2．實驗探究：鋅銅原電池的工作原理(含鹽橋)裝置示意圖注：鹽橋中裝有含KCl飽和溶液的瓊膠現(xiàn)象鋅片逐漸溶解，銅片上有物質生成，電流表指針發(fā)生偏轉能量轉換化學能轉化為電能微觀探析在硫酸鋅溶液中，負極一端的Zn失去電子形成進入溶液在硫酸銅溶液中，正極一端的獲得電子變成Cu沉積在銅片上電子或離子移動方向電子：負極流向正極鹽橋：Cl—移向溶液，K＋移向溶液工作原理，電極反應式負極：(氧化反應)正極：(還原反應)總反應：3．原電池工作原理示意圖二、原電池的應用1．加快氧化還原反應的速率構成原電池的反應速率比直接接觸的反應速率，例如，在鋅與稀H2SO4反應時加入少量CuSO4溶液，與鋅發(fā)生置換反應生成Cu，從而形成微小原電池，加快產(chǎn)生H2的速率。2．比較金屬活動性強弱3．設計原電池理論上，任何一個自發(fā)的氧化還原反應，都可以設計成。(a)外電路負極——化合價的物質正極——活潑性的物質，一般選碳棒(b)內電路：化合價降低的物質作電解質溶液。如：2FeCl3＋Cu2FeCl2＋CuCl2【參考答案】電能紅色Zn2＋Cu2＋ZnSO4CuSO4Zn－2e－Zn2＋Cu2＋＋2e－CuZn＋Cu2＋Zn2＋＋Cu快CuSO4Cu－Zn原電池升高弱典例分析典例分析考點一：原電池原理【典例1】鋅銅原電池裝置如下圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關敘述正確的是（）A．銅電極上發(fā)生氧化反應C．電池工作一段時間后，甲池溶液總質量增加，乙池溶液的總質量減小D．陰、陽離子分別通過交換膜向負極和正極移動，保持溶液中電荷平衡【答案】B考點二：原電池正負極的判斷【典例2】“碳呼吸電池”是一種新型能源裝置，其工作原理如圖所示。下列有關說法錯誤的是（）B．鋁為電池的負極【答案】D同步訓練同步訓練一、單選題1．下圖所示的原電池工作時，下列說法正確的是（）A．Cu極有O2逸出B．Zn是原電池的正極C．溶液的酸性逐漸變強D．外電路中電子從Zn流向Cu【答案】D【解析】A．Cu作正極，電極反應式為2H++2e=H2↑，Cu表面有氫氣產(chǎn)生，故A錯誤；B．Zn作負極，電極反應式為Zn2e=Zn2+，故B錯誤；C．溶液中氫離子被消耗，酸性逐漸變弱，故C錯誤；D．原電池工作時，電子從負極即Zn經(jīng)外電路流向正極即Cu，故D正確；故選：D。2．中科院院士董紹俊開辟了電解法分離稀土的新途徑，而后她所在的科研小組采用電聚合過程中的摻雜反應研制成電化學傳感器，獲得同行承認并列入國際上有代表性的“4個研究小組之一”。近日該課題組將二氧化錳和生物質置于一個由濾紙制成的折紙通道內形成電池(如圖所示)，該電池可將可樂(pH=2.5)中的葡萄糖作為燃料獲得能量。下列說法正確的是（）A．a(chǎn)極為正極B．隨著反應不斷進行，負極區(qū)的pH不斷增大C．b極的電極反應為MnO2+2H2O+2e=Mn2++4OHD．若消耗0.01mol葡萄糖，電路中轉移0.02mol電子【答案】D3．水系鈉離子電池有成本低、壽命長、環(huán)保等諸多優(yōu)勢，未來有望代替鋰離子電池和鉛酸電池。種水系鈉離子電池放電和充電的工作原理示意圖如圖所示。下列說法錯誤的是（）A．放電時，電極N上的電勢高于電極M上的電勢B．充電時，TiO2光電極參與該過程C．該交換膜為陰離子交換膜【答案】C4．用鋅片、銅片、西紅柿等材料可以制作如下圖所示的西紅柿電池。電池工作時，下列有關說法正確的是（）A．Zn片作正極 B．Cu片質量減少C．電子由Zn片經(jīng)導線流向Cu片 D．實現(xiàn)了電能向化學能的轉化【答案】C【解析】A．西紅柿電池為原電池，活潑電極做負極，Zn比Cu活潑，Zn片作負極，故A錯誤；B．Cu片作正極，H+得到電子變?yōu)闅錃猓珻u片質量不變，故B錯誤；C．電子由負極經(jīng)導線流向正極，則電子由Zn片經(jīng)導線流向Cu片，故C正確；D．原電池是將化學能轉化為電能的裝置，故D錯誤；答案選C。5．已知Ag+的氧化性強于Co2+的氧化性，則關于下圖所示原電池裝置的說法中，正確的是（）A．Co電極是原電池的正極B．鹽橋中可填充KCl飽和溶液與瓊脂的混合物C．該原電池的正極反應式為Ag++e=AgD．鹽橋中的電解質陰離子向右側燒杯移動【答案】C【解析】A．由分析可知，A錯誤；B．本裝置的銀半電池中離子為Ag+，若鹽橋中填充KCl飽和溶液與瓊脂的混合物，則Ag+與Cl反應生成AgCl沉淀，因此鹽橋中不可填充KCl飽和溶液與瓊脂的混合物，B錯誤；C．由分析可知，銀電極為正極，正極反應式為：Ag++e=Ag，C正確；D．原電池中陰離子移向負極，即陰離子向左側燒杯移動，D錯誤；故答案為C。選項ABCD正極負極電解質溶液【答案】B【解析】原電池總反應是Zn+Cu2+=Zn2++Cu，原電池中負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，故負極為活潑性較強的Zn，失去電子生成Zn2+，正極反應為溶液中的銅離子在正極發(fā)生還原反應，生成銅單質，附在正極表面。故選B。7．把甲、乙、丙、丁四塊金屬泡在稀H2SO4中，用導線兩兩相連可以組成各種原電池。若甲、乙相連，甲為負極；丙、丁相連，丁上有氣泡逸出；甲、丙相連，甲上發(fā)生氧化反應；乙、丁相連，乙是電子流入的一極。則四種金屬的活動性順序由大到小排列為（）A．甲＞丙＞?。疽?B．甲＞丙＞乙＞丁C．甲＞乙＞丙＞丁 D．乙＞丁＞丙＞甲【答案】A【解析】根據(jù)題意，若甲、乙相連，甲為負極，則活潑性甲＞乙；丙、丁相連，丁上有氣泡逸出，則丁為正極，丙活潑性比丁強；甲、丙相連，甲上發(fā)生氧化反應，則甲活潑性比丙強；乙、丁相連，乙是電子流入的一極，則乙為正極，丁活潑性比乙強，因此四種金屬的活動性順序由大到小排列為甲＞丙＞丁＞乙，故A符合題意。綜上所述，答案為A。8．某同學以檸檬為材料自制水果電池，裝置如圖，下列敘述正確的是（）A．由鎂極區(qū)移向銀極區(qū) B．鎂片上有無色氣體放出C．銅片替代鎂片，現(xiàn)象相同 D．銀片為負極【答案】A【解析】A．Mg的金屬活動性強于Ag，Mg極為負極，Ag極為正極，陽離子H+向正極移動，即H+由鎂極區(qū)移向銀極區(qū)，A項正確；B．Mg片為負極，Mg片的電極反應式為Mg2e=Mg2+，鎂片上沒有氣體放出，B項錯誤；C．Cu、Ag在金屬活動性順序表中都位于H的后面，用銅片替代鎂片，沒有自發(fā)進行的氧化還原反應，不能構成原電池，現(xiàn)象不相同，C項錯誤；D．Mg的金屬活動性強于Ag，Ag片為正極，D項錯誤；答案選A。9．已知：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=483.6kJ·mol1下列說法不正確的是（）A．該反應原理可用于設計氫氧燃料電池B．破壞1molH—O鍵需要的能量是463.4kJC．H2(g)中的H—H鍵比H2O(g)中的H—O鍵牢固D．H2O(g)=H2(g)+O2(g)△H=+241.8kJ·mol1【答案】C【解析】A．該反應為氧化還原反應，其原理可用于設計氫氧燃料電池，A正確；B．設破壞1molH—O鍵需要的能量是x，則由反應焓變可知：436kJ×2+498kJ4x=483.6kJ，x=463.4kJ，B正確；C．由B分析可知，H2(g)中的H—H鍵不如H2O(g)中的H—O鍵牢固，C錯誤；D．已知①2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=483.6kJ·mol1，②H2O(g)=H2(g)+O2(g)；由蓋斯定律可知，②=①，故H2O(g)=H2(g)+O2(g)△H=+241.8kJ·mol1，D正確；故選C。10．下列對應的方程式錯誤的是（）C．酸性氫氧燃料電池的正極反應：O2+4e+2H2O=4OH二、綜合題(1)操作①需要用到的玻璃制品(包括儀器和用品)有_______。(2)固體A的主要成分是_______(填化學式)，向其中加入試劑b，可構成原電池，寫出負極的電極反應式_______。(3)取溶液D于試管中，滴加氫氧化鈉溶液，可以看到有白色絮狀沉淀生成，并迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色沉淀。變成紅褐色沉淀的化學反應方程式為_______?！敬鸢浮?1)燒杯、漏斗、玻璃棒(4)

蒸發(fā)濃縮

56.7℃以下冷卻結晶【分析】(1)經(jīng)過操作①后得到固體和溶液，則操作①是過濾，需要用到的玻璃制品有：燒杯、漏斗、玻璃棒。(4)根據(jù)FeSO4的溶解度曲線圖可知：FeSO47H2O的溶解度隨溫度升高而增大，且溫度高于56.7℃時析出FeSO4?4H2O晶體和FeSO4?H2O晶體，因而要獲得FeSO4?7H2O晶體，應蒸發(fā)濃縮、56.7℃以下冷卻結晶。12．霧霾由多種污染物形成，包含顆粒物(PM2.5)、氮氧化物(NOx)、CO、SO2等。學在解決霧霾污染中有著重要的作用。(1)已知：①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H1=?566.0kJ?mol?1②2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)△H2=?116.5kJ?mol?1③N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H3=+180.5kJ?mol?1則2NO2(g)+4CO(g)=N2(g)+4CO2(g)的△H=_______kJ?mol?1(2)研究發(fā)現(xiàn)利用NH3可除去硝酸工業(yè)尾氣中的NO。NH3與NO的物質的量之比分別為1：2、1：1.5、3：1時，NO脫除率隨溫度變化的曲線如圖所示。①曲線a中，NO的起始濃度為6×l0?4mg·m?3，從X點到Y點經(jīng)過10s，則該時間段內NO的脫除速率為_______mg·m?3·s?1。②曲線c對應的NH3與NO的物質的的之比是_______。(3)炭黑是霧霾中的重要顆粒物，研究發(fā)現(xiàn)它可以活化O2，生成活化氧，活化氧可以快速氧化SO2活化過程的能量變化模擬計算結果如圖所示。無水情況下，一個氧分子反應的活化能為_______，容易活化氧分子的條件是_______(填“有水"或“無水”)。(4)利用反應6NO2+8NH3=7N2+12H2O構成的電池既能有效消除氮氧化物的排放，減輕霧霾污染，又能充分利用化學能，裝置如圖所示。①B極的電極反應式為_______。②若反應轉移1.2mol電子，A極生成N2的體積為_______L(標準狀況)?！敬鸢浮?1)?1196(2)

1.2×10?5

1：2(3)

0.75eV

有水(4)

2NH3?6e－+6OH－=N2+6H2O

3.36【解析】(1)根據(jù)蓋斯定律將①的2倍減去②和③得到2NO2(g)+4CO(g)=N2(g)+4CO2(g)的△H=?1196kJ?mol?1；故答案為：?1196。②NH3與NO的物質的量之比分別為1：2、1：1.5、3：1時，可以理解為NH3與NO的物質的量之比分別為1.5：3、2：3、9：3時即NO物質的量不變，NH3的物質的量不斷增大，則平衡正向移動，NO轉化率增大，因此對應的曲線為c、b、a，因此曲線c對應的NH3與NO的物質的的之比是1：2；故答案為：1：2。(3)根據(jù)圖中信息，在無水情況下，一個氧分子反應的活化能為0.75eV，無水的活化能大于有水的活化能，因此容易活化氧分子的條件是有水；