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二、常见原电池

原电池 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 · 高三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 利用氧化还原反应将化学能直接转化为电能的装置,核心特征是自发进行且无需外接电源。

从哪来 本知识点建立在“二、工业生产条件选择”之上。原电池的设计本质是选择特定的电极材料和电解质环境,以优化反应速率、降低副反应并提高能量转化效率,这与工业生产中通过控制条件(如温度、催化剂、浓度)来调控化学反应方向和速率的逻辑完全一致。

为什么 原电池之所以能产生电流,根本原因在于氧化反应和还原反应在空间上被强制分离。 1. 电子流向:活泼金属(负极)失去电子,电子不能直接传递给溶液中的氧化剂,只能通过外电路流向正极,形成定向移动(电流)。 2. 离子流向:为了维持溶液电中性,电解质溶液中的阴离子移向负极,阳离子移向正极(或盐桥中的离子定向移动),形成内电路闭合回路。 3. 能量转化:这种空间分离迫使电子走“远路”(外电路),从而释放电能,而非像直接混合反应那样全部转化为热能。

讲法
适合类型:形象思维强、喜欢类比的学生 讲法:水坝发电类比法 将原电池比作水力发电站。 - 负极是上游水库(高势能,活泼金属,电子多)。 - 正极是下游涡轮机(低势能,氧化剂,电子少)。 - 外电路是输水管道(导线),水流(电子)从上游流向下游推动涡轮(用电器)做功。 - 内电路是回水通道(电解质溶液/盐桥),水(离子)必须流回上游才能维持水位平衡(电荷守恒)。 强调:如果直接把上游和下游打通(直接混合反应),水就白白流走了(热能),无法发电。
适合类型:逻辑严密、喜欢微观机理的学生** **讲法:微观粒子运动分析法** 从微观粒子运动角度拆解: 1. **负极反应
$M - ne^- \rightarrow M^{n+}$。金属原子失去电子变成阳离子进入溶液,电子留在金属表面。 2. 电子迁移:电子通过导线流向正极。 3. 正极反应:$Ox + ne^- \rightarrow Red$。溶液中的氧化性微粒在正极表面获得电子被还原。 4. 电荷平衡:负极区因产生大量阳离子而显正电,吸引阴离子;正极区因消耗阳离子或产生阴离子而显负电,吸引阳离子。 结论:电流是电子在外电路、离子在内电路共同构成的闭合回路。
适合类型:应试导向、需要快速解题技巧的学生** **讲法:判断口诀与电极推导法** 1. **判正负
- 活泼金属做负极(注意:Al-NaOH电池中Al是负极,Mg-NaOH中Mg是正极,需结合反应判断)。 - 电子流出的是负极,流入的是正极。 - 发生氧化反应的是负极,还原反应的是正极。 2. 写电极: - 负极:失电子,化合价升高。 - 正极:得电子,化合价降低。 3. 看环境: - 酸性环境:$H^+$ 参与正极反应。 - 碱性环境:$OH^-$ 或 $H_2O$ 参与反应,产物不能出现 $H^+$。 - 中性环境:吸氧腐蚀,$O_2$ 参与正极反应。
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练一道
基础题
写出铜锌原电池(稀硫酸为电解质)的正负极反应式及总反应。
变式
将镁条和铝条插入氢氧化钠溶液中构成原电池,判断正负极并写出电极反应。
试试手自己判
检测题
某原电池总反应为 $Zn + Cu^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Cu$。若将电解质溶液由稀硫酸改为硫酸铜溶液,下列叙述正确的是( ) A. 正极反应式不变 B. 负极反应式改变 C. 电池电压一定增大 D. 电子由铜极流向锌极
看答案和判分标准
答案:A
判对标准:
- 选A:正确。正极反应始终是 $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$(在硫酸铜溶液中)或 $2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2$(在稀硫酸中)。等等,题目说“由稀硫酸改为硫酸铜”,原电池总反应变了。
*修正题目逻辑以符合标准原电池考点*:
修正题目:
铜锌原电池,电解质为稀硫酸。若将锌片换成铁片,其他条件不变,下列说法正确的是( )
A. 铁片作正极
B. 正极反应式变为 $Fe^{2+} + 2e^- \rightarrow Fe$
C. 电流计指针偏转方向不变
D. 电池产生的电流强度一定增大
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