原电池的相关知识
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发布时间：2022-05-12 04:22
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时间：2023-11-12 07:33
2、原电池的构成条件：活动性不同的两个电极、电解质溶液、形成闭合回路。韵语记忆：一强一弱两块板，两极必用导线连，同时插入电解液，活动导体溶里边。
3、只有氧化还原反应才有电子的得失，只有氧化还原反应才可能被设计成原电池（复分解反应永远不可能被设计成原电池）。
4、氧化还原反应中还原剂的氧化反应和氧化剂的还原反应同时发生，一个氧化还原反应被设计成原电池后，氧化反应和还原反应被分别设计在负极和正极发生，两极反应式叠加后应该与氧化还原反应式吻合，要求书写电极反应式时，负极失去的电子数与正极得到的电子数相等。
5、无论什么样电极材料、电解质溶液（或熔融态的电解质）构成原电池，只要是原电池永远遵守电极的规定：电子流出的电极是负极，电子流入的电极是正极。
6、在化学反应中，失去电子的反应（电子流出的反应）是氧化反应，得到电子的反应（电子流入的反应）是还原反应，所以在原电池中：负极永远发生氧化反应，正极永远发生还原反应。
7、原电池作为一种化学电源，当它用导线连接上用电器形成闭合回路时就会有电流通过。
（1）在外电路：
①电流的流向是从电源的正极出发经用电器流向电源的负极。
②电子的流向是从电源的负极出发经用电器流向电源的正极。
（2）在内电路：
①电解质溶液中的阳离子向正极移动，因为：正极是电子流入的电极，正极聚集了大量的电子，而电子带负电，吸引阳离子向正极移动。
②电解质溶液中的阴离子向负极移动，因为：负极溶解失去电子变成阳离子，阳离子大量聚集在负极，吸引阴离子向负极移动。（*做电解质溶液时，在H+帮助下，NO3-向正极移动得电子放出NO2或NO）
8、原电池的基本类型：
（1）只有一个电极参与反应的类型：负极溶解，质量减小；正极本身不参与反应，但是在正极可能有气体产生或正极质量增大。
（2）两个电极都参与反应的类型：例如：充电电池类的：蓄电池、锂电池、银锌电池等。
（3）两个电极都不参与反应的类型：两极材料都是惰性电极，电极本身不参与反应，而是由引入到两极的物质发生反应，如：燃料电池，燃料电池的电解质溶液通常是强碱溶液。
9、电解质溶液的作用：运载电荷或参与电极反应（产生沉淀、放出气体、改变微粒的存在形式）。
10、如果负极产生的阳离子和电解质溶液中的阴离子不能共存，二者将发生反应使得各自的离子浓度减少，并可能伴有沉淀或气体的产生。
11、在特定的电解质溶液的条件下：能单独反应的金属做负极，不能单独反应的金属做正极。
例1：两极材料分别是铜片和铝片，电解质溶液是浓*，虽然金属活动性铝比铜活泼，但是由于铝与浓*发生钝化，不再继续反应，而铜与浓*发生氧化反应，在电池中，铜作原电池的负极，铝作原电池的正极。
例2：两极材料分别是镁片和铝片，电解质溶液是氢氧化钠溶液，虽然金属活动性镁比铝活泼，但是由于铝与氢氧化钠溶液发生氧化反应产生氢气，而镁与氢氧化钠溶液不反应，在电池中，铝作原电池的负极，镁作原电池的正极。
12、在非氧化性酸的酸性条件下或中性条件下，金属活动性强的金属做负极。
二、应该对比掌握11种原电池
原电池电极反应式的书写格式：电极名称（电极材料）：氧化还原反应的半反应（氧化还原类型）
1、铜锌非氧化性强酸溶液的原电池（伏打电池）（电极材料：铜片和锌片，电解质溶液：稀硫酸）
（1）氧化还原反应的离子方程式：Zn+2H+ = Zn2+ + H2↑
（2）电极反应式及其意义
正极（Cu）：2H+ +2e-=H2↑（还原反应）；负极（Zn）：Zn -2e-=Zn2+ （氧化反应）。
意义：在标准状况下，正极每析出2.24升氢气，负极质量就减小6.5克。
（3）微粒移动方向：
①在外电路：电流由铜片经用电器流向锌片，电子由锌片经用电器流向铜片。
②在内电路：SO （运载电荷）向锌片移动，H+ （参与电极反应）向铜片移动的电子放出氢气。
2、铜锌强碱溶液的原电池（电极材料：铜片和锌片，电解质溶液：氢氧化钠溶液）
（1）氧化还原反应的离子方程式：Zn +2OH- =ZnO + H2 ↑
（2）电极反应式及其意义
①正极（Cu）：2H+ +2e-=H2↑（还原反应）；修正为：2H2O+2e- =H2 ↑+2OH-
②负极（Zn）：Zn -2e-=Zn2+ （氧化反应）；修正为：Zn +4OH--2e-=ZnO +2H2O
意义：在标准状况下，正极每析出2.24升氢气，负极质量就减小6.5克。
（3）微粒移动方向：
①在外电路：电流由铜片经用电器流向锌片，电子由锌片经用电器流向铜片。
②在内电路：OH-（参与溶液反应）向锌片移动遇到Zn2+发生反应产生ZnO ，Na+（运载电荷）向正极移动。
3、铝铜非氧化性强酸溶液的原电池（电极材料：铜和铝；电解质溶液：稀硫酸。）
（1）氧化还原反应的离子方程式：2Al+6H+ = 2Al3+ + 3H2↑
（2）电极反应式及其意义
正极（Cu）：6H+ +6e- =3H2↑（还原反应）；负极（Al）：2Al -6e-=2Al3+ （氧化反应）。
意义：在标准状况下，正极每析出6.72升氢气，负极质量就减小5.4克。
（3）微粒移动方向：
①在外电路：电流由铜片经用电器流向铝片，电子由铝片经用电器流向铜片。
②在内电路：SO （运载电荷）向铝片移动，H+ （参与电极反应）向铜片移动得电子放出氢气。
4、铜铝强碱溶液的原电池（电极材料：铜片和铝片，电解质溶液：氢氧化钠溶液）
（1）氧化还原反应的离子方程式：2Al +2OH- +2H2O=2AlO + 3H2 ↑
（2）电极反应式及其意义
①正极（Cu）：6H+ +6e-=3H2↑（还原反应）；修正为：6H2O+6e- =3H2 ↑+6OH-
②负极（Al）：2Al -6e- =2Al3+ （氧化反应）；修正为：2Al +8OH--6e-=2AlO +4H2O
意义：在标准状况下，正极每析出6.72升氢气，负极质量就减小5.4克。
（3）微粒移动方向：
①在外电路：电流由铜片经用电器流向铝片，电子由铝片经用电器流向铜片。
②在内电路：OH-（参与溶液反应）向铝片移动遇到Al3+发生反应产生AlO ，Na+（运载电荷）向正极移动。
5、铝铜电池浓*原电池（电极材料：铜片和铝片，电解质溶液：浓*）
（1）氧化还原反应的离子方程式：Cu+4H+ +2NO3- =Cu2+ +2NO2↑+2H2O
（2）电极反应式及其意义
①正极（Al）：4H+ +2NO3- +2e- =2NO2↑+2H2O（还原反应）；
②负极（Cu）：Cu-2e- =Cu2+ （氧化反应）；
意义：在标准状况下，正极每析出4.48升NO2，负极质量就减小6.4克。
（3）微粒移动方向：
①在外电路：电流由铝片经用电器流向铜片，电子由铜片经用电器流向铝片。
②在内电路：H+ （参与电极反应）向铝片移动与NO3-汇合，NO3-（参与电极反应）得电子产生NO2 。
6、镁铝非氧化性强酸溶液的原电池（电极材料：镁和铝；电解质溶液：稀硫酸。）
（1）氧化还原反应的离子方程式：Mg+2H+ = Mg2+ + H2↑
（2）电极反应式及其意义
正极（Al）：2H+ +2e-=H2↑（还原反应）；负极（Mg）：Mg -2e-=Mg2+ （氧化反应）。
意义：在标准状况下，正极每析出2.24升氢气，负极质量就减小2.4克。
（3）微粒移动方向：
①在外电路：电流由铝片经用电器流向镁片，电子由镁片经用电器流向铝片。
②在内电路：SO （运载电荷）向铝片移动，H+ （参与电极反应）向镁片移动得电子放出氢气。
7、镁铝强碱溶液的原电池（电极材料：镁片和铝片，电解质溶液：氢氧化钠溶液）
（1）氧化还原反应的离子方程式：2Al +2OH- +2H2O=2AlO + 3H2 ↑
（2）电极反应式及其意义
①正极（Mg）：6H+ +6e-=3H2↑（还原反应）；修正为：6H2O+6e- =3H2 ↑+6OH-
②负极（Al）：2Al -6e-=2Al3+ （氧化反应）；修正为：2Al +8OH--6e- =2AlO +4H2O
意义：在标准状况下，正极每析出6.72升氢气，负极质量就减小5.4克。
（3）微粒移动方向：
①在外电路：电流由镁片经用电器流向铝片，电子由铝片经用电器流向镁片。
②在内电路：OH-（参与溶液反应）向铝片移动遇到Al3+发生反应产生AlO ，Na+（运载电荷）向正极移动。
8、氢气和氧气细菌燃料电池（电解质溶液是磷酸）
（1）氧化还原反应的化学方程式：2H2 +O2=2H2O
（2）电极反应式及其意义
①正极（惰性材料）：O2 +4e-=2O2-（还原反应）；修正为：O2 +4H+ +4e-=2H2O
②负极（惰性材料）：2H2 -4e-=4H+ （氧化反应）；
意义：在标准状况下，正极每消耗3.2升氧气，负极同时消耗0.4克氢气，电解质溶液增加3.6克水。
9、氢气和氧气燃料电池（电解质溶液是氢氧化钾溶液）
（1）氧化还原反应的化学方程式：2H2 +O2=2H2O
（2）电极反应式及其意义
①正极（惰性材料）：O2 +4e-=2O2-（还原反应）；修正为：O2 +2H2O +4e-=4OH-
②负极（惰性材料）：2H2 -4e-=4H+ （氧化反应）；修正为：2H2 +4OH--4e-=4H2O
意义：在标准状况下，正极每消耗3.2升氧气，负极同时消耗0.4克氢气，电解质溶液增加3.6克水
10、甲烷和氧气燃料电池（电解质溶液是氢氧化钾溶液）
（1）氧化还原反应的化学方程式：CH4+2O2=CO2+2H2O 。
在强碱性条件下修正为：CH4+2O2 +2NaOH=Na2CO3+3H2O；CH4+2O2 +2OH- =CO +3H2O
（2）电极反应式及其意义
①正极（惰性材料）：2O2 +8e-=4O2-（还原反应）；在强碱性条件下修正为：2O2 +4H2O +8e-=8OH-
②负极（惰性材料）：CH4 -8e- →CO2 （氧化反应）；修正为：CH4 –8e- +10 OH- =CO32- +7 H2O
意义：在标准状况下，正极每消耗4.48升氧气，负极同时消耗2.24升甲烷。
11、丙烷和氧气燃料电池（电解质溶液是氢氧化钾溶液）
（1）氧化还原反应的化学方程式：C3H8+5O2=3CO2+4H2O 。
在强碱性条件下修正离子方程式为：C3H8+5O2 +6OH-=3CO +7H2O
（2）电极反应式及其意义
①正极（惰性材料）：5O2 +20e-=10O2-（还原反应）；在强碱性条件下修正为：5O2 +10H2O +20e-=20OH-
②负极（惰性材料）：C3H8 –20e- →3CO2 （氧化反应）；修正为：C3H8 –20e- +26 OH- =3 CO + 17 H2O
意义：在标准状况下，正极每消耗11.2升氧气，负极同时消耗2.24升丙烷。
强调八点：
①书写电极反应式要注意酸碱性环境对产物存在形式的影响。
②在酸性环境中，氢元素的存在形式有：H+ 、H2O 、H2三种形式，不会出现OH-形式。
③在碱性环境中，氢元素的存在形式为：OH- 、H2O 、H2三种形式，不会出现H+形式。
④在酸性环境中，氧元素的存在形式有：H2O 一种形式，不会出现OH- 、O2-两种形式。
⑤在碱性环境中，氧元素的存在形式为：OH- 、H2O 两种形式，不会出现O2-形式。
⑥检验电极反应式的三个标准：正负极得失电子数相等，原子个数守恒，微粒存在形式符合酸碱环境。
⑦在正负极得失电子数相同的情况下，两个电极反应式叠加，会得到总反应式。
⑧用总反应式减去任何一个电极反应式会得到另一个电极反应式。
三、2007年高考原电池部分试题及其详细解答
1、(2007年高考广东理基)钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为：
2Fe＋2H2O＋O2 = 2Fe2＋＋4OH－。以下说法正确的是 （ ）
(A)负极发生的反应为：Fe－2e－ = Fe2＋
(B)正极发生的反应为：2H2O＋O2＋2e－ = 4OH－
(C)原电池是将电能转变为化学能的装置
(D)钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
2、(2007年高考广东化学卷)科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为 （ ）
(A)H2＋2OH－ ＝2H2O＋2e－ (B) O2＋4H＋＋4e－ ＝2H2O
(C)H2＝2H＋＋2e－ (D) O2＋2H2O＋4e－ ＝4OH－
3、(2007年高考广东化学卷)为了避免青铜器生成铜绿，以下方法正确的是 （ ）
(A)将青铜器放在银质托盘上 (B)将青铜器保存在干燥的环境中
(C)将青铜器保存在潮湿的空气中 (D)在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜
4、(2007年高考全国理综卷II)在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是 （ ）
(A)正极附近的SO42 －离子浓度逐渐增大 (B)电子通过导线由铜片流向锌片
(C)正极有O2逸出 (D)铜片上有H2逸出
5、(2007年高考理综天津卷，6分)天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴(LiCoO2)，充电时LiCoO2中Li被氧化，Li＋迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C6)中，以LiC6表示。电池反应为LiCoO2＋C6 CoO2＋LiC6，下列说法正确的是( )
(A)充电时，电池的负极反应为LiC6－e－ = Li＋＋C6
(B)放电时，电池的正极反应为CoO2＋Li＋＋e－ = LiCoO2
(C)羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质
(D)锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低
6、(2007年高考海南化学卷) (9分)依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s) = Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。
盐桥
X
Y
A
电解质溶液
电流计
Ag
请回答下列问题：
(1)电极X的材料是________；电解质溶液Y是___________；
(2)银电极为电池的________极，发生的电极反应为______________________________；
X电极上发生的电极反应为____________________________；
(3)外电路中的电子是从_______电极流向________电极。
7、(2007年高考理综宁夏卷)(14分)(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。
锌片上发生的电极反应：_____________________________________；
银片上发生的电极反应：______________________________________。
(2)若该电池中两电极的总质量为60 g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47 g，试计算：
①产生氢气的体积(标准状况)；
②通过导线的电量。(已知NA = 6.02×1023 /mol，电子电荷为1.60×10－19 C)
1、［答案］A。
解析：金属的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，析氢腐蚀主要发生在酸性环境中，而大多数环境是中性环境，金属的大多数腐蚀是吸氧腐蚀。钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的是吸氧腐蚀，负极材料是铁，正极材料是碳，其原电池反应为：2Fe＋2H2O＋O2 = 2Fe2＋＋4OH－ ，继续发生的反应为4Fe(OH)2 +O2 +2H2O=4Fe(OH)3 ，2Fe(OH)3=Fe2O3 ·3H2O（铁锈成分）。 (A)负极发生的反应为：Fe－2e－ = Fe2＋，(B)正极发生的反应为：2H2O＋O2＋4e－ = 4OH－；(C)原电池是将化学能转变为电能的装置；(D)钢柱在水下部分比在空气与水交界处不易腐蚀，因为水下氧气少。
2、［答案］C。
解析：这种新型细菌燃料电池，燃料是氢气，电解质溶液是磷酸，氢气失电子氧化后以H+形式存在，氧气的电子还原后，以H2O形式存在；电池负极反应为：2H2-4e－＝4H＋ ；电池正极反应为：O2＋4H＋＋4e－ ＝2 H2O 。
3、［答案］BD。
解析：青铜器分为两种：锡青铜和铅青铜，锡和铅的金属活泼性都比铜强；形成原电池腐蚀时，铜被保护起来，被腐蚀的是锡或铅。为了防止产生铜绿，应该避免青铜器与那些金属活泼性不如铜的金属接触，以防止在形成原电池时因为铜比较活泼而成为电池的负极被腐蚀，将青铜器放在银质托盘上或在潮湿的空气中会产生铜绿。青铜器保存在潮湿的空气中，铜会发生化学腐蚀：2Cu+O2+CO2+H2O=Cu2(OH)2CO3 ，为了避免青铜器生成铜绿，将青铜器保存在干燥的环境中或在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜。
4、［答案］D。
解析：在该原电池中，锌比铜活泼，锌与稀硫酸反应：Zn+2H+ =Zn2+ +H2 ↑，锌失去电子变成锌离子，电子由锌片经导线流向铜片，铜片聚集大量的电子，吸引溶液中的阳离子（Zn2+ 、H+）向铜片移动，H+的氧化性比Zn2+强，H+优先得电子变成H原子，H原子再变成H2 。电子流出的一极规定为电池的负极，所以锌片为负极；电子流入的一极为正极，所以铜片为正极。锌失去电子变成锌离子，在负极源源不断的产生阳离子（Zn2+），阳离子吸引阴离子向电源的负极移动，负极附近的SO42 －离子浓度逐渐增大。
5、［答案］B。
解析：分析原电池反应：CoO2＋LiC6 LiCoO2＋C6 ；电池负极反应：C -e- = C6 ，推导电池的正极反应式为：CoO2＋Li＋＋e－ = LiCoO2 ；分析电解池反应：LiCoO2＋C6 CoO2＋LiC6 ，充电时LiCoO2中Li被氧化，Li＋迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C6)中，以LiC6表示，说明整个反应中钴元素和氧元素的化合价都没有发生变化，电解池的阳极发生氧化反应：LiCoO2 –e- = CoO2＋Li＋ ，电解池的阴极发生还原反应：C6 + e- = C ；醇类不是电解质，不可以做锂电池的电解质；锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)高，否则不可能作为新型电池推广。
6、［答案］（1）铜(或Cu)；AgNO3溶液。
（2）正， Ag＋＋e－ = Ag； Cu－2e－ = Cu2＋。
（3）负(Cu)；正(Ag)。
解析：将氧化还原反应拆成两个半反应：一个是在负极发生的氧化反应，一个是在正极发生的还原反应；在氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s) = Cu2＋(aq)＋2Ag中，氧化反应为：Cu(s) -2e- = Cu2＋(aq) ；还原反应为：
2Ag＋(aq)＋2e- = 2Ag ；铜片失去电子被氧化，而失去电子即流出电子的一极为负极，所以铜片为负极，发生的反应为：Cu(s) -2e- = Cu2＋(aq) ；电极X的材料是铜，电解质溶液是可溶性的银盐，可熔性的银盐只有*银溶液；电子流入的一极为正极，银电极为电池的正极，发生的反应为：Ag＋＋e－ = Ag，外电路中的电子是从X（铜片、负极）电极流向Ag（正极）电极。
7、［答案］(1)Zn－2e－ = Zn2＋； 2H＋＋2e－ = H2↑。
(2)①锌片与银片减轻，是因与酸反应：
Zn＋2H＋ = Zn2＋＋H2↑ ～ 转移2e－
= =
得V(H2) = 4.5 L； Q = 3.8×104 C。
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时间：2023-11-12 07:33
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时间：2023-11-12 07:34
