第2节 原电池 化学电源
1．了解原电池的工作原理，能写出电极反应和总反应。
2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。
一、原电池的工作原理
1．概念
原电池是将______转变为____的装置。
2．工作原理
如图以铜锌原电池为例：
（1）在ZnSO4溶液中，锌片逐渐____，即Zn被____，锌原子____电子，形成________进入溶液，从锌片上释放出电子，经过导线流向____；溶液中的________从铜片上得电子，还原成为____并沉积在铜片上。
（2）电子流向：从____极流向____极。
（3）电流方向：从____极（____）流向____极（____）。
3．电极材料及反应式（以铜锌原电池为例）
电极名称
负极
正极
电极材料
电极名称
负极
正极
电极反应
反应类型
____反应
____反应
电池总反应
4．原电池的构成判断要三看
（1）一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生（一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应）。
（2）二看两电极：一般是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。
即时训练1 下列装置可以形成原电池的是____，并写出形成原电池的电极材料及电极反应：正极：___________、______________；负极：_______、____________；电解质溶液中的阴离子向_______极移动，阳离子向______极移动，形成电流。
二、常见的化学电源
1．一次电池（以碱性锌锰电池为例）
负极：材料____，电极反应__________________。
正极：材料MnO2，电极反应2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2
2．二次电池（以铅蓄电池为例）
负极：材料____，电极反应：_______________________________________________。
正极：材料____，电极反应：_______________________________________________。
总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
3．燃料电池（以氢氧燃料电池为例）
酸性
碱性
负极反应
正极反应
电池总反应
2H2＋O2===2H2O
即时训练2 （1）铜锌原电池中，负极发生氧化反应，电极失电子质量减小，是否所有的化学电源中负极电极材料均减小？答：__________________________。
（2）给二次电池充电时，电极与外接电源的正、负极怎样连接？答：_____________。
一、原电池的工作原理
1．原理图示
2．注意点
（1）电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。
（2）无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。
（3）原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。
【例1－1】（2012河南开封四模）某汽车尾气分析仪以燃料电池为工作原理测定CO的浓度，其装置如图所示，该电池中电解质为氧化钇氧化钠，其中O2－可以在固体介质NAMCON中自由移动。下列说法中正确的是（ ）。
A．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越低
B．工作时电子由电极a通过固体介质NAMCON流向电极b
C．工作时电极b作正极，O2－由电极a流向电极b
D．当固体电解质中有1 mol O2－通过时，电子转移2 mol
方法归纳
导线中的电流是从正极流向负极，而原电池内溶液中的电流（阳离子）正好相反，是从负极流向正极，阴离子从正极流向负极，这样才能形成闭合回路。
【例1－2】 铜锌原电池（如下图）工作时，下列叙述不正确的是（ ）。
A．撤掉盐桥不能形成闭合回路，所以不能形成原电池
B．电池反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
C．在外电路中，电子从负极流向正极
D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液
二、原电池电极正负的判断及书写
1．正、负极的判断
2．电极反应的书写步骤
3．电极反应的书写举例
（1）如果题目给定的是图示装置，没给总方程式，先分析正、负极，再根据正、负极反应规律去书写电极反应。
例如：
写电极反应分三步：
①分别找出氧化剂（H＋）和还原剂（Zn）（燃料电池如氢氧燃料电池，一般而言，燃料作还原剂，O2作氧化剂）。氧化剂在正极得电子，还原剂在负极失电子。
②结合介质判断氧化产物（Zn2＋）和还原产物（H2）。
③写出电极反应（注意两极得失电子数相等）。
负极：Zn－2e－===Zn2＋；
正极：2H＋＋2e－===H2↑。
（2）给出总反应，首先分析此反应中电子的得失，即氧化反应或还原反应，化合价升高、失电子、发生氧化反应，为原电池的负极；化合价降低、得电子、发生还原反应，为原电池的正极。
以铅蓄电池放电时的反应为例，总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，电极反应的书写步骤如下：
负极：Pb－2e－===PbSO4Pb＋SO－2e－===PbSO4；
正极：PbO2＋2e－===PbSO4PbO2＋SO＋2e－===PbSO4 PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O（也可以用总反应减去负极反应得到正极反应）。
（3）书写电极反应应充分注意介质影响，水溶液中不能出现O2－。如图所示，电池反应为2H2＋O2===2H2O，两电极为石墨电极，写出在下列三种介质中的电极反应：
a．电解质是稀硫酸溶液（酸性溶液电极反应中一定无OH－）。
负极：2H2－4e－===4H＋；
正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
b．电解质是稀KOH溶液（碱性溶液电极反应中一定无H＋）。
负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
c．电解质是NaCl溶液（中性溶液反应物中无H＋和OH－）。
负极：2H2－4e－===4H＋；
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
【例2－1】 现欲以下图所示装置用电化学原理将CO2、SO2转化为重要化工原料。
①若A为CO2，B为H2，C为CH3OH，则通入CO2的一极为______极，电极反应为________________________，电池反应为__________________________________。
②若A为SO2，B为O2，C为H2SO4，则负极的电极反应为____________________。
方法归纳[来源:学科网ZXXK]
书写电极反应时，正负极的判断是关键，看两极与电解质溶液得、失电子而快速推断出正、负极，同时还应充分注意介质与电极生成物的反应：（1）负极生成的金属离子在碱性溶液中能与OH－反应生成难溶性碱，如在碱性条件下，钢铁腐蚀中负极生成的Fe2＋与溶液中的OH－结合生成Fe（OH）2；（2）在碱性条件下电极析出的CO2能与OH－反应生成CO等。
【例2－2】 （2012湖北武汉联考）下图是甲烷燃料电池原理示意图，请回答下列问题：
（1）电池的正极是______（填“a”或“b”）电极，负极上的电极反应是_________。
（2）电池工作一段时间后电解质溶液的pH______（填“增大”“减小”或“不变”）。
三、原电池在化工、农业生产及科研中的应用
1．加快氧化还原反应速率
一个自发的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大，例如Zn与稀硫酸反应时加入少量的CuSO4溶液能使产生氢气的速率加快。
2．比较金属活泼性强弱
金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比正极的活泼。
3．用于金属的防护
使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如，保护铁质输水管或钢铁桥梁，可用导线将其和一块锌块相连，使Zn作原电池的负极。
4．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。
【例3】 已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、NaOH溶液、盐酸，按要求回答下列问题。
（1）电工经常说的一句口头禅：“铜接铝，瞎糊弄”，所以电工操作上规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用，说明原因：___________________________________________ ______________________________________________________________________________。
（2）通常说的燃料电池都以铂为电极，将燃烧反应的化学能转化为电能，在燃料电池中，可燃物在____极反应，________在另一极反应。
（3）请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱。请写出电极反应，负极________________，正极__________________，并在方框内画出实验装置图。
1．（高考集萃）（1）（2012课标全国理综）与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应为_____________，该电池总反应的离子方程式为_________________________________________________________________。
（2）（2012海南化学）肼（N2H4）空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的反应为____________。
（3）（2012山东理综）利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应为_____________________________________。
（4）（2012天津理综）熔融状态下，Na和FeCl2能组成可充电电池（装置示意图如右），反应原理为：
2Na＋FeCl2Fe＋2NaCl
放电时，电池的正极反应为________________；充电时，______（写物质名称）电极接电源的负极；该电池的电解质为____________。
2．（2012北京理综，12）人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。下图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是（ ）。
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