2024屆高考化學(xué)總復(fù)習(xí)課件第六章化學(xué)反應(yīng)與能量：第二節(jié)原電池化學(xué)電源

第六章化學(xué)反應(yīng)與能量第二節(jié)原電池化學(xué)電源

1.以原電池為例認(rèn)識化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能，從氧化還原反應(yīng)的角度認(rèn)識原電池的工作原理，能設(shè)計簡單的原電池。2.體會提高燃料的燃燒效率、開發(fā)高純清潔燃料和研制新型電池的重要性。3.認(rèn)識化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實際意義及其重要應(yīng)用，了解原電池及其常見化學(xué)電源的工作原理；能利用相關(guān)信息分析化學(xué)電源的工作原理，開發(fā)新型電池。目錄CONTENTS1.夯實·必備知識2.突破·關(guān)鍵能力3.形成·學(xué)科素養(yǎng)4.體現(xiàn)·核心價值5.評價·核心素養(yǎng)01夯實·必備知識

考點一

原電池原理1.原電池的概念把

化學(xué)能

?轉(zhuǎn)化為

電能

?的裝置，其本質(zhì)是發(fā)生了

氧化還原反應(yīng)

?。2.原電池的構(gòu)成條件（1）有兩個

活潑性不同

?的電極（常見為金屬或石墨）。（2）將電極插入

電解質(zhì)溶液

?或熔融電解質(zhì)中。（3）兩電極間構(gòu)成

閉合回路

?（兩電極接觸或用導(dǎo)線連接）。（4）能自發(fā)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。化學(xué)能

電能

氧化還原反應(yīng)

活潑性不同

電解質(zhì)溶液

閉合回路

3.原電池的工作原理如圖是Cu－Zn原電池裝置：電極名稱負(fù)極正極電極材料鋅片銅片電極反應(yīng)反應(yīng)類型

氧化反應(yīng)

還原反應(yīng)

?電子流向由Zn片沿導(dǎo)線流向Cu片鹽橋中離子移向鹽橋中裝有含KCl飽和溶液的瓊膠，K＋移向

正

?極，Cl－移向

負(fù)

?極鹽橋作用①連接內(nèi)電路，形成閉合回路；②平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流

氧化反應(yīng)

還原反應(yīng)

正

負(fù)

4.原電池原理的應(yīng)用（1）設(shè)計制作化學(xué)電源（2）加快化學(xué)反應(yīng)速率一個自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，形成原電池時會使反應(yīng)速率

增大

?。如在Zn與稀硫酸反應(yīng)時加入少量CuSO4

溶液構(gòu)成原電池，反應(yīng)速率

增大

?。（3）比較金屬的活動性強(qiáng)弱原電池中，一般活潑性強(qiáng)的金屬作

負(fù)極

?，而活潑性弱的金屬（或非金屬導(dǎo)體）作

正極

?。（4）用于金屬的防護(hù)使需要保護(hù)的金屬制品作原電池

正極

?而受到保護(hù)。例如：要保護(hù)一個鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的

負(fù)極

?。增大

增大

負(fù)極

正極

正極

負(fù)極

1.正誤判斷（正確的打“√”，錯誤的打“×”）。（1）構(gòu)成原電池正極和負(fù)極的材料必須是金屬。（

）答案：×

（2）原電池工作時，溶液中的陽離子向負(fù)極移動，鹽橋中的陽離子向正極移動。（

）答案：×

（3）在鋅銅原電池中，因為有電子通過電解質(zhì)溶液形成閉合回路，所以有電流產(chǎn)生。（

）答案：×

（4）兩種活潑性不同的金屬組成原電池的兩極，活潑金屬一定作負(fù)極。（

）答案：×

（5）在原電池中，正極本身一定不參與電極反應(yīng)，負(fù)極本身一定要發(fā)生氧化反應(yīng)。（

）答案：×

答案：×2.與甲、乙兩套裝置有關(guān)的下列說法正確的是（

）A.甲、乙裝置中，鋅棒均作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)B.甲中鋅棒直接與稀H2SO4接觸，故甲生成氣泡的速率更快C.甲、乙裝置的電解質(zhì)溶液中，陽離子均向碳棒定向遷移D.乙中鹽橋設(shè)計的優(yōu)點是迅速平衡電荷，提高電池效率解析：D

A項，甲裝置沒形成閉合電路，甲不是原電池，錯誤；B項，甲中鋅棒直接與稀H2SO4接觸，發(fā)生化學(xué)腐蝕，乙中構(gòu)成了原電池，負(fù)極失去電子的速率加快，因此正極放出氫氣的速率增大，錯誤；C項，甲不是原電池，乙中構(gòu)成了原電池，只有乙裝置的電解質(zhì)溶液中的陽離子向碳棒移動，錯誤；D項，鹽橋中離子的定向遷移構(gòu)成了電流通路，鹽橋既可溝通兩方溶液，又能阻止反應(yīng)物的直接接觸，迅速平衡電荷，使由它連接的兩溶液保持電中性，提高電池效率，正確。3.有a、b、c、d四個金屬電極，有關(guān)的實驗裝置及部分實驗現(xiàn)象如下：實驗裝置部分實驗現(xiàn)象a極質(zhì)量減少；b極質(zhì)量增加b極有氣體產(chǎn)生；c極無變化d極溶解；c極有氣體產(chǎn)生電流從a極流向d極由此可判斷這四種金屬的活動性順序是（

）A.a＞b＞c＞dB.b＞c＞d＞aC.d＞a＞b＞cD.a＞b＞d＞c解析：C

把四個實驗從左到右分別編號為①②③④，則由實驗①可知，a作原電池負(fù)極，b作原電池正極，金屬活動性：a＞b；由實驗②可知，活動性：b＞c；由實驗③可知，d作原電池負(fù)極，c作原電池正極，活動性：d＞c；由實驗④可知，d作原電池負(fù)極，a作原電池正極，活動性：d＞a，故金屬活動性順序：d＞a＞b＞c。4.設(shè)計原電池裝置證明Fe3＋的氧化性比Cu2＋強(qiáng)。（1）寫出能說明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的離子方程式：

?。

（2）若要將上述反應(yīng)設(shè)計成原電池，電極反應(yīng)式分別是：①負(fù)極：

?。

②正極：

?。

（3）在方框中畫出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液：①不含鹽橋②含鹽橋答案：①不含鹽橋②含鹽橋1.一次電池只能使用一次，放電后不能再充電復(fù)原繼續(xù)使用。（1）堿性鋅錳電池

考點二

化學(xué)電源（2）鋅銀電池

2.二次電池放電后可以再充電而反復(fù)使用。鉛酸蓄電池總反應(yīng)：Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O。①放電時的反應(yīng)

②充電時的反應(yīng)

3.燃料電池（1）氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，其中電解質(zhì)溶液可以是酸性的，也可以是堿性的。種類酸性堿性負(fù)極反應(yīng)式正極反應(yīng)式電池總反應(yīng)式備注燃料電池的電極不參與反應(yīng)，有很強(qiáng)的催化活性，起導(dǎo)電作用（2）燃料電池常用的燃料H2、CO、烴（如CH4、C2H6）、醇（如CH3OH）、肼（N2H4）等。（3）燃料電池常用的電解質(zhì)①酸性電解質(zhì)溶液，如H2SO4溶液；②堿性電解質(zhì)溶液，如NaOH溶液；③熔融氧化物；④熔融碳酸鹽，如K2CO3等。1.正誤判斷（正確的打“√”，錯誤的打“×”）。（1）堿性鋅錳電池是一次電池，其中MnO2是催化劑，可使鋅錳電池的比能量更高。（

）答案：×

（2）鉛酸蓄電池在放電過程中，負(fù)極質(zhì)量減小，正極質(zhì)量增加。（

）答案：×

（3）可充電電池中的放電反應(yīng)和充電反應(yīng)互為可逆反應(yīng)。（

）答案：×

（4）可充電電池充電時，電池的正極應(yīng)連接外接電源的負(fù)極。（

）答案：×

答案：√

（6）燃料電池工作時燃料在電池中燃燒，然后熱能轉(zhuǎn)化為電能。（

）答案：×2.火星大氣中含有大量CO2，一種有CO2參加反應(yīng)的新型全固態(tài)電池有望為火星探測器供電。該電池以金屬鈉為負(fù)極，碳納米管為正極，放電時

（

）A.負(fù)極上發(fā)生還原反應(yīng)B.CO2在正極上得電子C.陽離子由正極移向負(fù)極D.將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能解析：B

金屬鈉為負(fù)極，負(fù)極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，A錯誤；碳納米管為正極，CO2在正極上得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，B正確；放電時，陽離子由負(fù)極移向正極，C錯誤；原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，D錯誤。3.科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn－CO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如圖，電極為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時，溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑。下列說法錯誤的是（

）B.放電時，1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2molD.充電時，陽極溶液中OH－濃度升高

4.書寫不同環(huán)境下甲烷燃料電池的電極反應(yīng)式。（1）酸性條件正極反應(yīng)式：

?；

負(fù)極反應(yīng)式：

?。

（2）堿性條件正極反應(yīng)式：

?；

負(fù)極反應(yīng)式：

?。

（3）固體電解質(zhì)（高溫下能傳導(dǎo)O2－）正極反應(yīng)式：

?；

負(fù)極反應(yīng)式：

?。

（4）熔融碳酸鹽（如熔融K2CO3）環(huán)境下正極反應(yīng)式：

?；

負(fù)極反應(yīng)式：

?。

02突破·關(guān)鍵能力

探析突破新型化學(xué)電源1.海水電池在海洋能源領(lǐng)域備受關(guān)注，一種鋰－海水電池構(gòu)造示意圖如圖，下列說法錯誤的是（

）A.海水起電解質(zhì)溶液作用C.玻璃陶瓷具有傳導(dǎo)離子和防水的功能D.該鋰－海水電池屬于一次電池解析：B

電池分析海水中含有大量的電解質(zhì)，A項正確；Li是活潑金屬，作負(fù)極，則N極是正極，正極上海水中溶解的O2、CO2等均能放電，B項錯誤；由于Li易與水反應(yīng)，故玻璃陶瓷應(yīng)具有良好的防水功能，同時為形成閉合的回路，也應(yīng)具有傳導(dǎo)離子的功能，C項正確；該電池屬于一次電池，D項正確。

B.充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān)C.放電時，Li＋從正極穿過離子交換膜向負(fù)極遷移解析：C

由圖可知該裝置為二次電池，放電時O2→Li2O2，Li→Li＋；充電時Li2O2→O2，Li＋→Li，由此寫出的電極反應(yīng)式如下：電極電極反應(yīng)式電解池陽極（光催化電極）陰極（金屬鋰）原電池正極（光催化電極）負(fù)極（金屬鋰）

1.新型化學(xué)電源問題的解答方法（1）根據(jù)總反應(yīng)方程式分析元素化合價的變化，確定正、負(fù)極反應(yīng)物。（2）注意溶液酸堿性環(huán)境，書寫正、負(fù)極反應(yīng)式。（3）依據(jù)原電池原理或正、負(fù)極反應(yīng)式分析判斷電子、離子的移向，電解質(zhì)溶液的酸堿性變化。（4）靈活應(yīng)用守恒法、關(guān)系式法進(jìn)行計算。2.可充電電池題目的解答思路

1.如圖是微電池反應(yīng)器處理廢水的構(gòu)造原理裝置。下列說法錯誤的是（

）A.鐵作負(fù)極，放電時變成Fe2＋進(jìn)入溶液B.空氣氧化Fe2＋，進(jìn)一步產(chǎn)生的膠體有混凝作用C.污染物中的微?？杀粴溲趸F膠體吸附而去除

2.水系鋅離子電池由于具有對環(huán)境友好、成本低等優(yōu)點，被認(rèn)為是電池工業(yè)的未來，其放電時的工作原理如圖所示。電池進(jìn)行放電時，MnO2/Ti電極上生成的是ZnMn2O4。下列有關(guān)說法錯誤的是（

）A.放電時，H＋向MnO2/Ti電極移動C.充電時，當(dāng)外電路轉(zhuǎn)移1mole－時，理論上Zn電極減重32.5g

3.氟離子電池是目前新型電池的一個重要研究方向。某全固態(tài)電解質(zhì)的氟離子電池工作時的示意圖如圖所示，下列有關(guān)說法正確的是（

）A.放電時，a極發(fā)生氧化反應(yīng)，b極發(fā)生還原反應(yīng)B.充電時，a極接電源負(fù)極，b極接電源正極C.放電時，a電極電勢比b電極低D.充電時，外電路每通過1mole－，固體電解質(zhì)中有1molF－移動向a極

4.沉積物微生物燃料電池可處理含硫廢水，其工作原理如圖。下列說法中錯誤的是（

）A.碳棒b極電勢比碳棒a極電勢高B.光照強(qiáng)度對電池的輸出功率無影響D.酸性增強(qiáng)不利于菌落存活，工作一段時間后，電池效率降低

03形成·學(xué)科素養(yǎng)1.全釩液流電池是一種以釩為活性物質(zhì)呈循環(huán)流動液態(tài)的氧化還原電池。釩電池電能以化學(xué)能的方式存儲在不同價態(tài)釩離子的硫酸電解液中，通過外接泵把電解液壓入電池堆體內(nèi)，在機(jī)械動力作用下，使其在不同的儲液罐和半電池的閉合回路中循環(huán)流動，采用質(zhì)子交換膜作為電池組的隔膜，電解質(zhì)溶液流過電極表面并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)行充電和放電。如圖為全釩液流電池放電示意圖：

下列說法正確的是（

）C.放電過程中電子由負(fù)極經(jīng)外電路移向正極，再由正極經(jīng)電解質(zhì)溶液移向負(fù)極D.該電池的儲能容量，可以通過增大電解液存儲罐的容積并增加電解液的體積來實現(xiàn)

2.幾位同學(xué)用相同大小的銅片和鋅片為電極研究水果電池，得到的實驗數(shù)據(jù)如下表所示，下列說法不正確的是（

）實驗編號水果種類電極間距離/cm電流大小/μA①西紅柿198.7②西紅柿272.5③蘋果27.2A.該實驗的目的是探究水果種類和電極間距離對水果電池電流大小的影響B(tài).能表明水果種類對電流大小有影響的實驗編號是②和③D.其他條件相同時，改變電極插入水果的深度可能影響水果電池電流大小

04體現(xiàn)·核心價值

1.（2021·山東高考）以KOH溶液為離子導(dǎo)體，分別組成CH3OH－O2、N2H4－O2、（CH3）2NNH2－O2清潔燃料電池，下列說法正確的是（

）A.放電過程中，K＋均向負(fù)極移動B.放電過程中，KOH物質(zhì)的量均減小C.消耗等質(zhì)量燃料，（CH3）2NNH2－O2燃料電池的理論放電量最大D.消耗1molO2時，理論上N2H4－O2燃料電池氣體產(chǎn)物的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為11.2L

A.Ⅱ區(qū)的K＋通過隔膜向Ⅲ區(qū)遷移解析：A

電池分析

3.（2022·遼寧高考）某儲能電池原理如圖。下列說法正確的是（

）B.放電時Cl－透過多孔活性炭電極向CCl4中遷移C.放電時每轉(zhuǎn)移1mol電子，理論上CCl4吸收0.5molCl2D.充電過程中，NaCl溶液濃度增大

4.（2021·河北高考）K－O2電池結(jié)構(gòu)如圖，a和b為兩個電極，其中之一為單質(zhì)鉀片。關(guān)于該電池，下列說法錯誤的是（

）A.隔膜允許K＋通過，不允許O2通過B.放電時，電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極；充電時，b電極為陽極C.產(chǎn)生1Ah電量時，生成KO2的質(zhì)量與消耗O2的質(zhì)量比值約為2.22D.用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗3.9g鉀時，鉛酸蓄電池消耗0.9g水解析：D

由題圖可知，b電極上O2轉(zhuǎn)化為KO2，則b電極為電池正極，a電極為電池負(fù)極，K＋通過隔膜由a電極向b電極遷移，為避免O2氧化K電極，O2不能通過隔膜，A正確；放電時，電流由正極經(jīng)導(dǎo)線流向負(fù)極，即由b極經(jīng)導(dǎo)線流向a電極，充電時，b電極接外接電源的正極，b電極為陽極，B正確；產(chǎn)生1

Ah電量時，生成KO2與消耗O2的質(zhì)量比為71∶32≈2.22，C正確；消耗3.9

g鉀時，轉(zhuǎn)移

0.1

mol

e－，鉛酸蓄電池消耗0.1

mol

H2O，其質(zhì)量為1.8

g，D錯誤。5.（2021·浙江6月選考）某全固態(tài)薄膜鋰離子電池截面結(jié)構(gòu)如圖所示，電極A為非晶硅薄膜，充電時Li＋得電子成為Li嵌入該薄膜材料中；電極B為LiCoO2

薄膜；集流體起導(dǎo)電作用。下列說法不正確的是（

）A.充電時，集流體A與外接電源的負(fù)極相連B.放電時，外電路通過amol電子時，LiPON薄膜電解質(zhì)損失amolLi＋D.電池總反應(yīng)可表示為LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2

05評價·核心素養(yǎng)一、選擇題：本題包括11個小題，每小題僅有1個選項符合題意。1.一種鋁—空氣電池放電過程如圖所示，下列關(guān)于該電池放電時的說法正確的是（

）A.a極發(fā)生還原反應(yīng)B.OH－往b極遷移C.每轉(zhuǎn)移4mol電子，正極消耗1mol空氣

2.向兩份過量的鋅粉a、b中分別加入一定量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V（L）與時間t（min）的關(guān)系正確的是（

）解析：B

加入CuSO4溶液，Zn置換出Cu，形成原電池，加快反應(yīng)速率，由于鋅粉過量、H2SO4定量，則產(chǎn)生H2的體積一樣多，B項符合題意。3.一種利用CH4消除NOx污染的工作原理如圖所示，裝置均用惰性電極，兩側(cè)電解質(zhì)溶液為同濃度的鹽酸。下列說法正確的是（

）A.NO2發(fā)生氧化反應(yīng)C.轉(zhuǎn)移0.8mol電子，有0.4molH＋通過離子交換膜D.工作一段時間，兩側(cè)電極室中溶液pH均減小

4.我國科學(xué)家發(fā)明了一種“可固氮”的鎂—氮二次電池，其裝置如圖所示，下列說法不正確的是（

）C.固氮時，外電路中電子由釕復(fù)合電極流向鎂電極D.當(dāng)無水LiCl－MgCl2混合物受熱熔融后電池才能工作

5.十九大報告中提出要“打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”，意味著對大氣污染防治比過去要求更高。二氧化硫—空氣質(zhì)子交換膜燃料電池實現(xiàn)了制硫酸、發(fā)電、環(huán)保三位一體的結(jié)合，原理如圖所示。下列說法正確的是（

）A.該電池放電時質(zhì)子從Pt2電極經(jīng)過內(nèi)電路流到Pt1電極D.相同條件下，放電過程中消耗的SO2和O2的體積比為2∶1

6.某種熱激活電池的結(jié)構(gòu)如圖所示，該電池放電后的產(chǎn)物為Li7Si3和LiMn2O4，下列說法正確的是（

）A.放電過程中，Li＋移向a極區(qū)B.該電池中火藥燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能C.常溫時，在a、b間連接電流表，指針偏轉(zhuǎn)

7.如圖是一種燃料型電池檢測儀的工作原理示意圖。下列說法不正確的是（

）A.該儀器工作時酒精濃度越大，則電流強(qiáng)度越大B.工作時外電路電子流向為X→YC.檢測結(jié)束后，X極區(qū)的pH增大

8.由我國科學(xué)家設(shè)計的Mg－Li雙鹽混合電池具有較高的電池效率，其工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是（

）B.充電時，Mg電極發(fā)生了還原反應(yīng)C.充電時，每生成1molMg，電解質(zhì)溶液質(zhì)量減少24gD.電解液含離子遷移速率更快的Li＋提高了電流效率

9.利用如圖HCOOH燃料電池裝置，獲得電能的同時還可以得到KHCO3、K2SO4。下列說法錯誤的是（

）A.通入O2的電極為電池正極B.放電過程中需補(bǔ)充的物質(zhì)X為H2SO4D.每生成1molKHCO3，有1molK＋通過陽離子膜

10.水系鈉離子電池有成本低、壽命長、環(huán)保等諸多優(yōu)勢，未來有望代替鋰離子電池和鉛酸蓄電池。一種水系鈉離子電池放電和充電的工作原理示意圖如圖所示。下列說法正確的是（

）A.放電時，電極N上的電勢低于電極M上的電勢B.放電時，若導(dǎo)線中流過2mole－，理論上有2molNa＋移入M電極區(qū)C.充電時，TiO2光電極不參與該過程

11.一種雙室微生物燃料電池污水凈化系統(tǒng)原理如圖所示，圖中酸性污水中含有的有機(jī)化合物用C6H12O6表示。下列有關(guān)該電池的說法不正確的是（

）C.該“交換膜”可選用“質(zhì)子交換膜”D.若將“K3Fe（CN）6溶液”改為“O2”，當(dāng)有22.4LO2參與反應(yīng)時，理論上轉(zhuǎn)移4mol電子

二、非選擇題：本題包括3個小題。12.根據(jù)下列敘述寫出對應(yīng)的電極反應(yīng)式。（1）LiFePO4是一種新型動力鋰電池的電極材料。如圖為某LiFePO4電池充、放電時正極局部放大示意圖，則電池放電時正極反應(yīng)式為

?。

（2）以NO2、O2、熔融NaNO3組成的燃料電池裝置如圖，在使用過程中石墨Ⅰ電極反應(yīng)生成一種氧化物Y，則該電極反應(yīng)式為

?。

（3）Al－Ag2O2電池可用作水下動力電源，其原理如圖所示。該電池的負(fù)極反應(yīng)式為

?。

（1）電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)為

?。