第二十三讲原电池化学电源1、了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。
2、了解常见化学电源的种类及其工作原理。
一、原电池概念及原理1、原电池原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。
2、构成条件及判断（1）具有两个活性不同的电极(金属和金属或金属和非金属)。
（2）具有电解质溶液。
（3）形成闭合电路(或在溶液中相互接触)。
（4）是否存在能自发进行的氧化还原反应★☆判断3．原电池工作原理示意图以铜锌原电池为例（1（3装置Ⅰ中还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，易造成能量损耗；装置Ⅱ盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区，能避免能量损耗。
（3）原电池的工作原理和电子流向可用下列图示表示：【说明】①在原电池装置中，电子由负极经导线流向正极，阳离子在正极上获得电子，通过电路中的电子和溶液中的离子的移动而形成回路，传导电流，电子并不进入溶液也不能在溶液中迁移。
②原电池将一个完整的氧化还原反应分为两个半反应，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，一般将两个电极反应中得失电子的数目写为相同，相加便得到总反应方程式。
.③阴离子要移向负极，阳离子要移向正极。
这是因为：负极失电子，生成大量阳离子积聚在负极附近，致使该极附近有大量正电荷，所以溶液中的阴离子要移向负极；正极得电子，该极附近的阳离子因得电子生成电中性的物质而使该极附近带负电荷，所以溶液中的阳离子要移向正极。
④不参与电极反应的离子从微观上讲发生移动，但从宏观上讲其在溶液中各区域的浓度基本不变。
【典型例题1】【安徽屯溪一中2020届第二次月考】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 42－)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【点评】在高中原电池部分主要考查的知识点涉及原电池工作原理，电极种类、电极反Zn CuA乙甲 阳离子 交换膜 1mol·L －ZnSO 4(aq) 1mol·L － CuSO 4(aq)应类型判断、电极反应方程式的书写等知识，本题主要考查原电池原理，关键是理解并掌握原电池相关概念，包括电极的判断、电极反应的判断、离子的移动等，特别需要注意的是交换膜和盐桥的作用，如本题中的阳离子交换膜，只允许阳离子和水分子通过，阴离子不能通过阳离子交换膜，需要理解并掌握。
【迁移训练1】【山东滕州一中2020届10月月考】依据氧化还原反应：Cu2+(aq)+Fe(s)= Fe2+(aq)+Cu(s)设计成如图所示的原电池，则关于该电池装置的说法中不正确的是（）A．电极X的材料是FeB．电解质溶液Y是AgNO3溶液C．原电池工作时，X电极反应为：O2+2H2O+4e- =4OH-D．原电池工作时，盐桥中的阴离子不断移向左池的氯化钠溶液中二、原电池的应用1、加快氧化还原反应的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。
例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。
2、比较金属活动性强弱两种金属分别做原电池的两极时，一般做负极的金属比做正极的金属活泼。
3、用于金属的防护使被保护的金属制品做原电池正极而得到保护。
例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌做原电池的负极。
4、设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。
具体方法是：（1）首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；（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质溶液。
①电极材料的选择在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。
并且，原电池的电极必须导电。
电池中的负极必须能够与电解质溶液反应。
②电解质溶液的选择电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。
但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。
如在铜——锌——硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在（3）按要求画出原电池装置图。
【特别提醒】应用原电池原理可以设计任一自发的氧化还原反应的电池，但有的电流相当微弱。
同时要注意电解质液不一定参与反应，如燃料电池，水中一般要加入NaOH、H2SO4或Na2SO4等。
【典型例题2】根据下列氧化还原反应设计一个原电池：2FeCl3＋Fe=3FeCl2要求：（1）画出此原电池的装置图，装置可采用烧杯和盐桥。
（2）注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。
（3）写出两个电极上发生的电极反应。
【点评】设计原电池装置的易错点:(1)能设计成原电池的反应一定是放热的氧化还原反应，吸热反应不可能将化学能转化为电能。
(2)利用原电池原理可加快制氢气的速率，但可能影响生成氢气的量。
需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决于酸的量。
(3)设计原电池时，负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以。
【迁移训练2】有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；①C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；①A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；①B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；①用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。
据此，判断五种金属的活动性顺序是（）A．A>B>C>D>E B．A>C>D>B>EC．C>A>B>D>E D．B>D>C>A>E三、化学电源化学电源是能够实际应用的原电池。
作为化学电源的电池有一次电池、二次电池和燃料电池等。
1、碱性锌锰干电池——一次电池总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。
2、锌银电池——一次电池负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；总反应式：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
3、二次电池(可充电电池)铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。
（1）放电时的反应①负极反应：Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4；②正极反应：PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2O；③总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。
.（2）充电时的反应①阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4；②阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO2－4；③总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。
4、燃料电池【典型例题3】【百强校·2020届衡阳八中一模】载人空间站的生态系统中，要求分离人呼出的二氧化碳，同时需要提供氧气．某电化学装置利用太阳能转化的电能可以实现上述要求，同时还有燃料一氧化碳生成，该电化学装置中得电子的电极发生的反应是2CO2+4e﹣+2H2O═2CO+4OH﹣。
下列判断错误的是（）A．上述电化学装置相当于电解池B．上述装置进行的总反应为2CO2═2CO+O2C．反应结束后该电化学装置中的电解质溶液碱性增强D．失电子的电极发生的反应是4OH﹣﹣4e﹣═2H2O+O2↑【点评】本题考查化学电源新型电池，为高频考点，明确各个电极上发生的反应是解本题关键，难点是电极反应式的书写。
该电池中，阴极上电极反应式为2CO2+4e-+2H2O=2CO+4OH-，阳极上氢氧根离子失电子生成氧气，相同条件下将两个电极反应式相加即得电池反应式。
【迁移训练3】【百强校·2020届贵阳市第六元月月考】C-NaMO2电池是科学家正在研发的钠离子电池，据悉该电池可以将传统锂电池的续航能力提升7倍。
该电池的电池反应式为：NaMO 2 + nC Na(1-x)MO2 + Na x C n，下列有关该电池的说法正确的是（）A．电池放电时，溶液中钠离子向负极移动B．该电池负极的电极反应为NaMO 2-xe-Na(1-x)MO2+xNa+C．消耗相同质量金属时，用锂作负极产生电子的物质的量比用钠时少D．电池充电时的阳极反应式为：nC+xNa+-xe-NaxCn考点一：原电池的两极判断及电极方程式的书写1、思维导图原电池正、负极判断方法【方法总结】原电池正负极判断原电池的正极与负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。
（1）根据电极材料判断负极——活泼性较强的金属正极——活泼性较弱的金属或能导电的非金属注：活泼金属不一定做负极，如Mg、Al在NaOH溶液中，Al做负极。
（2）根据电子流动方向或电流方向或电解质溶液内离子的定向移动方向判断负极——电子流出极，电流流入极或阴离子定向移向极正极——电子流入极，电流流出极或阳离子定向移向极（3）根据两极发生的变化判断负极——失去电子，化合价升高，发生氧化反应正极——得到电子，化合价降低，发生还原反应（4）根据反应现象判断负极——会逐渐溶解，质量减小正极———有气泡逸出或质量增加【特别提示】原电池正负极判断的基础是氧化还原反应。
如果给出一个方程式让判断正、负极，可以直接根据化合价的升降变化来判断，发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。
2、电极反应式书写原电池反应的基础是氧化还原反应，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，据此书写电极反应式的步骤如下：（1）确定原电池的正、负极，以及两电极上发生反应的物质。
在原电池中，负极是还原性材料失去电子被氧化，发生氧化反应。
正极反应要分析电极材料的性质：若电极材料是强氧化性材料，则是电极材料得电子被还原，发生还原反应；若电极材料是惰性的，再考虑电解质溶液中的阳离子是否能与负极材料反应。
能发生反应则是溶液中的阳离子得电子，发生还原反应；若不能与负极材料反应，则考虑空气中的氧气，氧气得电子，发生还原反应。
（2）弱电解质、气体或难溶解物均以化学式表示，其余以离子符号表示，保证电荷守恒，质量守恒及正、负极得失电子数相等的规律，一般用“=”而不用“―→”。
（3）正负极反应式相加得到原电池总反应式，通常将总反应式减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式。