第二单元 原电池 化学电源

学习任务1 原电池及其工作原理

1．概念

把化学能转化为电能的装置。 2．构成条件

(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生。 (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。

3．工作原理(以铜-锌原电池为例)

电极名称 电极材料 电极反应 反应类型 电子流向 (外电路) 离子流向 (内电路) 电池反应(离子方程式) 两类装置的不同点 负极 Zn Zn－2e===Zn 氧化反应 －2＋2＋正极 Cu Cu＋2e===Cu 还原反应 －由负极沿导线流向正极 阴离子向负极移动，阳离子向正极移动；盐桥(含饱和KCl溶液)中离子流向：K移向正极，Cl移向负极 Zn＋Cu===Zn＋Cu 装置Ⅰ：还原剂Zn与氧化剂Cu直接接触，化学能既转化为电能，又转化为热能，造成能量损耗 2＋2＋2＋＋－装置Ⅱ：还原剂Zn与氧化剂Cu不直接接触，化学能仅转化为电能，避免能量损耗，故电流稳定，持续时间长 2＋

（1）盐桥原电池中半电池的构成条件：电极金属和其对应的盐溶液。一般不要任意替换成其他阳离子盐溶液，否则可能影响效果。盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。

（2）盐桥的作用,①连接内电路，形成闭合回路； ②平衡电荷，使原电池不断产生电流。 4．原电池原理的应用 (1)比较金属的活动性强弱

原电池中，一般活动性强的金属做负极，而活动性弱的金属(或非金属)做正极。 (2)加快化学反应速率

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，如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu-Zn原电池，加快反应的进行。

(3)用于金属的防护

使需要保护的金属制品做原电池正极而受到保护，如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，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

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。

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)理论上说，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池。( ) (2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极。( )

(3)用Mg、Al分别做电极，用NaOH溶液做电解质溶液，构成原电池，Mg为正极。( ) (4)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生。( )

(5)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动。( ) (6)一般来说，带有盐桥的原电池比不带盐桥的原电池能量转换效率高。( ) (7)在原电池中，正极材料本身一定不参与电极反应，负极材料本身一定要发生氧化反应。( )

(8)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳。( ) 答案：(1)√ (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)√ (7)× (8)√

2．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是________。

解析：根据原电池的构成条件可知，①中只有一个电极，③中两电极材料相同，⑤中酒精不是电解质，⑧中两电极材料相同且未形成闭合回路，故①③⑤⑧均不属于原电池。

答案：②④⑥⑦

3．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(SO4)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

解析：选C。A.Cu做正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO4不参加电极反应，故甲池的c(SO4)基本不变，错误；C.电池工作时，甲池反应为Zn－2e===Zn

＋

2＋

－

2＋

2－

－

2

2－

2－

，乙池反应为Cu＋2e===Cu，甲池中Zn会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中

2＋

电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64 g Cu析出，则进入乙池的Zn为65 g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。

提升一 原电池的工作原理及正、负极的判断

1．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是( )