第9讲 原电池

第9讲 原电池
一、原电池
1．能量的转化
原电池：将化学能转变为电能的装置。

电能是现代社会应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。

2．工作原理
2e --2H ++2e -= H 2Zn —2e -=Zn 2+氧化反应
还原反应
原理：
设计一种装置，使氧化还原反应所释放的能量直接转变为电能，即使氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，并使其间电子转移，在一定条件下形成电流。

说明：
(1)形成原电池需要有自发的氧化还原反应。

(2)原电池中两极活泼性相差越大，电池电动势就越高。

3．组成条件
(1)两个活泼性不同的电极，分别发生氧化和还原反应。

(2)电解质溶液，电解质中阴离子向负极方向移动，阳离子向正极方向移动，阴阳离子定向移动成内电路。

(3)导线将两电极连接，形成闭合回路。

4．几种常见的电池
(1)一次电池：
碱性锌锰电池
构成：负极是锌，正极是MnO 2，电解质是KOH
负极：Zn+2OH －－2e －=Zn(OH)2；
正极：2MnO 2+2H 2O+2e －=2MnOOH+2OH －
总反应式：Zn+2MnO 2+2H 2O=2MnOOH+Zn(OH)2
特点：比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电。

(2)二次电池
①铅蓄电池
放电电极反应：
负极：Pb(s)+SO42－(aq)－2e－＝PbSO4(s)；
正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)+2e－＝PbSO4(s)+2H2O(l) 总反应式：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)＝2PbSO4(s)+2H2O(l)
充电电极反应：
阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)－2e－=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)；阴极：PbSO4(s)+2e－=Pb(s)+SO42－(aq)
总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
②镍一镉碱性蓄电池
负极：Cd+2OH－－2e－=Cd(OH)2；
正极：2NiO(OH)+2H2O+2e－=2Ni(OH)2+2OH－
总反应式：Cd +2NiO(OH)+2H2O
2Ni(OH)2+ Cd(OH)2
(5)锂电池
参考练习：
1．D 某原电池装置如右图所示。

下列有关叙述中，正
确的是
A ．Fe 作正极，发生氧化反应
B ．负极反应： 2H + + 2e －＝H 2↑
C ．工作一段时间后，两烧杯中溶液pH 均不变
D ．工作一段时间后，NaCl 溶液中c (Cl －)增大
2．D 某固体酸燃料电池以CsHSO 4固体为电解质传
递H ＋，其基本结构见右图，电池总反应可表示为：2H 2
＋O 2＝2H 2O ，下列有关说法正确的是
A ．电子通过外电路从b 极流向a 极
B ．b 极上的电极反应式为：O 2+2H 2O+4e －＝4OH －
C ．每转移0.1 mol 电子，消耗1.12 L 的H 2
D ．H +由a 极通过固体酸电解质传递到b 极
3．B Li-Al/FeS 电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2Li ++FeS+2e -＝Li 2S+Fe 有关该电池的下列说法中，正确的是
A ．Li-Al 在电池中作为负极材料，该材料中Li 的化合价为+1价
B ．该电池的电池反应式为：2Li+FeS ＝Li 2S+Fe
C ．负极的电极反应式为：Al-3e -=Al 3+
D ．正极发生的电极反应式为：Li 2S+Fe-2e -＝2Li ++FeS
4．C 某燃料电池所用的原料为H 2和空气(含一定量的CO 2)，电解质为熔融的K 2CO 3。

电池的总反应为：2H 2+O 2=2H 2O ，负极反应为：H 2+CO 32－-2e －= H 2O+CO 2。

下列说法中正确的是
A ．正极反应为：4OH －＋4e －=2H
2O+O 2↑
B ．电池放电时，电解质中CO 32-的物质的量将减小
C ．放电时，电解质中CO 32－向负极移动
D ．电池工作时，电子从正极经外电路流向负极
5．A 根据右图，可判断出下列离子方程式中错误的是
A ．22()()2()()Ag s Cd aq Ag aq Cd S +++=+
B ．22()()()()Co aq Cd s Co s Cd aq +++=+
C ．22()()2()()Ag aq Cd S Ag s Cd aq +++=+
D ．22()()2()()Ag aq Co s Ag s Co aq +++=+
6．C 碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。

锌－锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：
Zn(s)+2MnO 2(s)+H 2O(l)=Zn(OH)2(s)+Mn 2O 3(s)，下列说法错误．．
的是 A ．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)+H2O(1)+2e－=Mn2O3(s)+2OH－(aq) C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g
7．C右图为一原电池的结构示意图，下列说法中不正确
．．．的是
A．原电池工作时的总反应为Zn+Cu2+=Zn2++Cu，该反应一
定为放热反应
B．原电池工作时，Zn电极流出电子，发生氧化反应
C．原电池工作时，铜电极上发生氧化反应，CuSO4溶液蓝
色变深
D．如果将Cu电极改为Fe电极，Zn电极依然作负极
8．AD肼（N2H4）－空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。

电池总反应为：N2H4＋O2＝N2↑＋2H2O。

下列关于该燃料电池工作时的说法正确的是
A．负极的电极反应式是：N2H4＋4OH－－4e－＝4H2O＋N2↑
B．正极的电极反应式是：O2＋4H＋＋4e－＝2H2O
C．溶液中阴离子向正极移动
D．溶液中阴离子物质的量基本不变
9．A可用于电动汽车的铝－空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。

下列说法正确的是
A．NaCl或NaOH溶液为电解液，正极反应都为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al＋3OH－－3e－＝Al(OH)3↓
C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极
10．D以下现象与电化学腐蚀无关的是
A．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿
B．生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈
C．铁制器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈
D．银质奖牌长期放置后在其奖牌的表面变暗
11．B右图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有
食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。

下列有关描
述错误
．．的是
A．生铁块中的碳是原电池的正极
B．红墨水柱两边的液面变为左低右高
C．两试管中相同的电极反应式是：Fe－2e－＝Fe2+
D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
12．CD下列说法正确的是
A．钢铁因含杂质而容易发生电化腐蚀，所以合金都不耐腐蚀
B．原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故不能用来减缓金属的腐蚀
C ．钢铁电化腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的pH 不同，引起正极反应不同
D ．无论哪种类型的腐蚀，其实质都是金属被氧化
13． B 下列与金属腐蚀有关的说法正确的是
A ．图a 中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B ．图b 中，开关由M 改置于N 时，Cu-Zn 合金的腐蚀速率减小
C ．图c 中，接通开关时Zn 腐蚀速率增大，Zn 上放出气体的速率也增大
D ．图d 中，Zn-MnO 2干电池自放电腐蚀主要是由MnO 2的氧化反应引起的
14．B 将NaCl 溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面
上，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀
而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。

导
致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。

下
列说法正确的是
A ．液滴中的Cl —由a 区向b 区迁移
B ．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O 2＋2H 2O ＋4e －= 4OH －
C ．液滴下的Fe 因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe 2+由a 区向b 区迁移，与b 区的OH —形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈
D ．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl 溶液，则负极发生的电极反应为：Cu －2e －= Cu 2＋
15．熔融碳酸盐燃料电池是以熔融的碳酸盐为电解质的燃料电池，其工作原理如下图所示：
负载 电极a 电极A
B X
Y Y 熔融盐Z － － （1）电极b 是该燃料电池的（填“正”或“负”）________极。

（2）若以氢气为燃料，则A 是（填化学式） ，Y 是（填化学式） ；CO 32－的移动方向是移向（填“电极a”或“电极b”） ；电极b 的电极反应是 。

（1）正 （2）H 2 CO 2 电极a
O 2 +4e －+2CO 2＝2CO 32－
海水
图
a 图b
图c 图d 2 4Cl 糊状物
16．B 某种可充电聚合物锂离子电池放电时的反应
为Li 1-x CoO 2 +Li x C 6 = 6C + LiCoO 2，其工作原理示意图
如右。

下列说法不正确．．．
的是 A ．放电时Li x C 6发生氧化反应
B ．充电时，Li +通过阳离子交换膜从左向右移动
C ． 充电时将电池的负极与外接电源的负极相连
D ．放电时，电池的正极反应为：Li 1-x CoO 2 + xLi + +
xe − = LiCoO 2
17．D 市场上经常见到的标记为Li-ion 的电池称为“锂离子电池”。

它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传导Li ++的高分子材料。

这种锂离子电池的电池反应为：
Li + 2Li 0.35NiO 2Li 0.85NiO 2放电充电 下列说法不正确．．．
的是 A ．放电时，负极的电极反应式：Li-e -=Li +
B ．充电时，Li 0.85NiO 2既发生氧化反应又发生还原反应
C ．该电池不能用水溶液作为电解质
D ．放电过程中Li +向负极移动
18．某研究小组对铁生锈进行研究。

(1) 甲同学设计了A 、B 、C 一组实验（如图），探究铁生锈的条件。

经过较长
时间后，甲同学观察到的现象是：A 中铁钉生锈；B 中铁钉不生锈；C 中铁钉不生锈。

①通过上述实验现象分析，可得出铁生锈的外部条件是___________________； ②铁钉发生电化腐蚀的正极电极反应式为___________________；
③实验B 所用的水要经过___________处理；植物油的作用是_____________； ④实验C 中碱石灰的作用是_____________________________________。

(2) 乙同学为了达到同样目的，设计了实验D （如图），发现一段时间后，试管中的液面升高，其原因是__________________________，该实验_________（填“能”或“不能”）说明水对铁钉生锈产生影响。

(3) 丙同学为了探究铁锈（Fe 2O 3·nH 2O ）的组成，将甲同学实验产生的铁锈刮下来，称取1.96 g 这种铁锈，按如图所示装置进行实验。

充分反应后，称得B 装置的质量增加0.36 g ，C 装置的质量增加1.32 g ，则根据实验数据，推断铁锈的化学式中n 值为__________。

(4) 为了保证实验安全，实验开始时应先点燃____________（填A 或E ）处的酒精灯。

(1) ①有水（或电解质溶液）和氧气（或空气）
②O 2 + 4e — + 2H 2O = 4OH —
③煮沸（或“除去氧气”），隔绝空气（或“防止氧气与铁接触”）
④吸收水蒸气（或“干燥”“保持试管内干燥环境”）
(2) 铁的腐蚀要吸收氧气使气体体积减少；不能
(3) 2 (4) E
19．A 结合右图判断，下列叙述正确的是
A ．I 和II 中正极均被保护
B ．I 和II 中负极反应均是Fe-2e -=Fe 2＋
C ．I 和II 中正极反应均是O 2+2H 2O+4e -=4OH ―
D ．I 和II 中分别加入少量K 3[Fe(CN)6]溶液，
均有蓝色沉淀
20．C 研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。

该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH 为电解质，使用时加入水即可放电。

关于该电池的下列说法不正确的是
A ．水既是氧化剂又是溶剂
B ．放电时正极上有氢气生成
C ．放电时OH －向正极移动
D ．总反应为：2Li ＋2H 2O = 2LiOH ＋H 2↑
21．D 用如图所示装置进行实验，下列叙述不正确．．．
的是 A ．K 与N 连接时，铁被腐蚀
B ．K 与N 连接时，石墨电极产生气泡
C ．K 与M 连接时，一段时间后溶液的pH 增大
D ．K 与M 连接时，石墨电极反应：4OH —-4e —=2H 2O+O 2↑
22．D 用选项中的电极、溶液和如图所示装置可组成原电池。

下列现象或结论。