原电池问题的分类解析，本文主要内容关键词为：原电池论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
高考中，电化学考题年年都有。有时电解原理是考查重点，有时原电池原理是考查重点，这都是当时考纲的具体体现。现行考纲对“原电池原理”的要求是：理解；对“电解和电镀的基本原理和应用”的要求是：了解。因而“原电池原理”应是电化学教学的重点。现通过变式训练对原电池原理问题分类解析如下。
一.原电池的构成
理论上讲，活泼性不同的两块金属或金属与碳棒用导线连接，放入电解质溶液中都可形成原电池。
二.金属活泼性的判断
组成原电池的活泼性不同的两个金属电极，总是活泼性（还原性）较强的金属被腐蚀作负极。
例1 （1998年全国高考题）把a、b、c、d 四块金属浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可组成各种原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c为负极；a、c相连时，c为正极；b、d相连时，b为正极。则这四种金属的活泼性顺序由大到小为（）。
A.a＞b＞c＞d
B.a＞c＞d＞b
C.c＞a＞b＞d
D.b＞d＞c＞a
解析 原电池中活泼金属被腐蚀做负极，则金属活泼性：a＞b、 c＞d、a＞c、d＞b；即a＞c＞d＞b。选B。
变式1 （1993年上海高考题）有A、B、C、D四种金属。将A与B 用导线接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀。将A、D 分别投入等浓度盐酸中，D比A反应剧烈。将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化。 如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是（B）。
A.DCAB
B.DABC
C.DBAC
D.BADC
三.金属腐蚀快慢的比较
原电池中，作负极的金属被腐蚀的速率比它单独在同样的电解质溶液中被腐蚀的速率快，但不如它在同样的电解质溶液中且与外接电源正极相连时腐蚀速率快，若它与外接电源负极相连，则因富余电子而被保护，免遭腐蚀。
例2 （1998年上海高考题）分别放置在以下装置（都盛有0.1mol/L的H[,2]SO[,4]溶液）中的四个相同的纯锌片，腐蚀的最快的是（）。
解析 B、D中锌片被保护，C中形成原电池，锌是负极，其腐蚀速率比A中锌的腐蚀速率快。选C。
变式2 （1985年全国高考题）实验中欲快速制取氢气， 最好的方法应该用（D）。
A.纯锌和稀硫酸反应
B.纯锌和浓硫酸反应
C.纯锌和稀盐酸反应
D.粗锌（含铅、铜等杂质）与稀硫酸反应
E.粗锌与硝酸反应
四.电极名称和电极反应
原电池中，电子流出的一极是负极，电子流入的一极是正极；负极上（有时是负极本身）发生氧化反应，正极上发生还原反应。
例3 （1998年广东高考题）已知空气－锌电池的电极反应为：
锌片 Zn＋2OH[－]－2e＝ZnO＋H[,2]O
碳棒 1/2O[,2]＋H[,2]O＋2e＝2OH[－]
据此判断，锌片是（）。
A.正极，并被还原B.正极，并被氧化
C.负极，并被还原D.负极，并被氧化
解析 由Zn＋2OH[－]－2e＝ZnO＋H[,2]O知，Zn失去电子被氧化，电子由锌片流出，锌片是负极。选D。
变式3 （1991年全国高考题）在铁的吸氧腐蚀中， 发生还原反应的那个电极上进行的电极反应是（C）。
A.4OH[－]－4e＝2H[,2]O＋O[,2]
B.2H[＋]＋2e＝H[,2]
C.2H[,2]O＋O[,2]＋4e＝4OH[－]
D.Fe－2e＝Fe[2＋]
五.负极参加反应的原电池
活泼金属作电极构成的原电池，被腐蚀的金属作负极。这是一类典型的原电池，当电解质溶液的酸性很弱或呈中性时发生吸氧腐蚀；当电解质溶液呈较强酸性时发生析氢腐蚀。
例4 某学生将锌、铜用铜导线连接起来， 且在线路中间连有较灵敏电流计，并将锌、铜间隔适当距离并列放入盛有ZnSO[,4]溶液的烧杯中，发现电流计指针发生偏转；然后，他将ZnSO[,4]溶液换成NaCl溶液，结果电流计指针也发生偏转，且两种情况下指针偏转方向相同。试写出两种情况下正、负电极上各自的电极反应。
解析 两种情况都能形成原电池。第一种情况发生析氢腐蚀，因为ZnSO[,4]水解使溶液呈酸性；第二种情况发生吸氧腐蚀，因为NaCl溶液呈中性。
答案 第一种情况：Zn－2e＝Zn[2＋]
2H[＋]＋2e＝H[,2]↑
第二种情况：2Zn－4e＝2Zn[2＋]
O[,2]＋2H[,2]O＋4e＝4OH[－]
变式4
干电池是用锌制圆筒外壳和位于圆筒中央且戴有铜帽的石墨作两极，在石墨周围填充ZnCl[,2]、NH[,4]Cl和淀粉糊作电解质，还填有MnO[,2]作吸氢剂的一种电池。干电池工作时， 正极上发生的反应是：
①2NH[＋][,4]＋2e＝2NH[,3]＋H[,2]
②H[,2]＋2MnO[,2]＝Mn[,2]O[,3]＋H[,2]O
③Zn[2+]＋4NH[,3]＝[Zn（NH[,3]）[,4]][2＋]
请回答下列问题：
（1）负极上发生的反应是＿＿＿；
（2）淀粉糊的作用是＿＿＿。
答案 （1）Zn－2e＝Zn[2＋]（2）提高阴、阳离子在两个电极间的迁移速度
六.两极都参加反应的原电池
可充电电池是两个电极都参加反应的原电池，常见的有铅蓄电池和银锌电池。它在放电时遵循原电池原理，给它充电时遵循电解原理。
例5 （1994 年全国高考题）银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：
在此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）。
A.AgB.Zn（OH）[,2]C.Ag[,2]OD.Zn
解析 此电池工作（放电）时，所列反应由右向左进行，锌的化合价由0变为＋2，锌失去电子，锌是负极。选D。
变式5 目前人们正在研究开发一种高能电池——钠硫电池， 它是以熔融的钠、硫为两极，以Na[＋]导电的ρ″－Al[,2]O[,3] 陶瓷作固体电解质，反应为：
以下说法正确的是（）。
A.放电时，钠作正极、硫作负极
B.放电时，钠极发生还原反应
C.充电时，钠极与外接电源正好相连，硫极与外接电源负极相连
D.充电时，阳极发生的反应是：
S[2－][,x]－2e＝xS
提示 该电池放电时，上列反应自左向右进行，钠失去电子，发生氧化反应，钠极是负极，则A、B不可选。充电时，上列反应自右向左进行，钠由＋1价变为0价，从外电源上得到电子，因而应与外电源负极相连，因为外电源负极流出电子，可见C不可选；至此，已知选D；这时，硫元素化合价由－2/x变为0，即硫元素失去电子，补充给外电源正极，因与外电源正极相连，所以硫极是阳极，其反应为：S[2－][,x] －2e＝xS
七.两极都不参加反应的原电池
用惰性材料作原电池的两极，若在两电极上引入适当的物质并使它们发生氧化还原反应，可形成两电极都不参加反应的原电池，如燃料电池。
例6 将两根铂丝插入氢氧化钾溶液中作电极， 并在两极片上分别通甲烷和氧气形成原电池，该电池称燃料电池。该电池中通甲烷的铂丝为＿＿＿＿极，发生的电极反应为＿＿＿＿，该电池工作时反应的化学方程式为＿＿＿＿，该电池工作一段时间后溶液的PH值＿＿＿＿（填“变大”、“变小”或“不变”）。
解析 该电池工作时发生的反应是：甲烷与氧气反应生成二氧化碳和水，生成的二氧化碳又溶解在氢氧化钾溶液中，电池反应为：
CH[,4]＋2O[,2]＋2KOH＝K[,2]CO[,3]＋3H[,2]O
其碳元素的化合价由－4变为＋4，即甲烷失去电子变为CO[2－][,3]，则通甲烷的铂丝为负极，其电极反应为：
CH[,4]＋100H[－]－8e＝CO[2－][,3]＋7H[,2]O
由电池反应知，原电池工作时，OH[－]在不断损耗，且有水生成，故[OH[－]]不断变小，溶液PH也随之减小。
变式6 航天领域中使用的氢－氧燃料电池具有高能、 轻便和不污染环境等特点。氢一氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池反应均可表示为：
2H[,2]＋O[,2]＝2H[,2]O
酸式氢－氧燃料电池中的电解质是酸，其负极反应可表示为：2H[,2]－4e＝4H[＋]
则其正极反应可表示为＿＿＿＿；碱式氢－氧燃料电池中的电解质是碱，其正极反应可表示为：O[,2]＋2H[,2]O＋4e＝4OH[－]
则其负极反应可表示为＿＿＿＿。
提示 （1）原电池正极发生还原反应：
O[,2]＋2H[,2]O＋4e＝4OH[－]
酸性溶液中反应继续进行：
4OH[－]＋4H[＋]＝4H[,2]O
故正极反应是：
O[,2]＋4H[＋]＋4e＝2H[,2]O
（2）原电池负极发生氧化反应：
2H[,2]－4e＝4H[＋]
碱性电解质溶液中的反应继续进行：
4H[＋]＋4OH[－]＝4H[,2]O
这时，负极反应是：
2H[,2]＋4OH[－]－4e＝4H[,2]O
变式7 根据可逆反应：
AsO[3－][,4]＋2I[－]＋2H[＋]
AsO[3－][,3]＋I[,2]＋H[,2]O
设计出如图的实验装置。A烧杯中装有Na[,3]AsO[,4]和Na[,3]AsO[,3]溶液，B烧杯中装有I[,2]和KI溶液。两烧杯中用一倒置的装有饱和KI溶液的U形管相连。该U形管称为盐桥，其作用是避免两烧杯中的溶液相混合，且能使两烧杯中的溶液因连通而导电。C[,1]、C[,2]棒为惰性电极。现进行如下操作：
（1）向A溶液中逐滴加入浓盐酸，发现电流计的指针发生偏转。
（2）若改向B溶液中滴加40％的氢氧化钠溶液，发现电流计的指针向相反方向偏转。
试回答下列问题：①两次操作中，电流计的指针偏转方向相反，为什么？试用化学平衡原理解释。②操作过程（1）中，C[,1]棒上发生的反应是＿＿＿＿；操作过程（2）中，C[,2]棒上发生的反应是＿＿＿＿。
提示 加浓盐酸，[H[＋]]增大，所列平衡向正反应方向移动，I[－]失去电子变为I[,2]，电子由C[,1]棒经电流计流向C[,2]棒；这时，C[,1]棒上发生的电极反应为：2I[－]－2e＝I[,2]。若加40 ％氢氧化钠溶液，[H[＋]]减小，上列平衡向逆反应方向移动，AsO[3－][,3] 失去电子变为AsO[3－][,4]，电子由C[,2]棒经电流计流向C[,1]棒，这时，C[,2]棒上发生的电极反应为：AsO[3－][,3]＋H[,2]O－2e＝AsO[3－][,4]＋2H[＋]
答案 （1）由于[H[＋]]的变化，使化学平衡向不同方向移动，发生不同方向的反应，结果电子转移方向不同。（2）见提示。