2023版高三一輪總復習化學（人教版）教案：第6章 第27講 原電池　化學電源(基礎課)

第27講原電池化學電源（基礎課）

*復習目標

1.了解原電池的含義及構成。

2.理解原電池的工作原理及應用。

3.了解常見化學電源的種類及工作原理。

4.會寫電極反應和電池反應式。

知］識點一原電池的工作原理及應用

梳理

1.原電池的構成

（1）概念和反應本質

原電池是把化學能轉化為電能的裝置，其反應本質是氧化還原反應。

（2）構成條件

能發(fā)生自發(fā)進行的氧化還原反應（一般是活潑性強的金

反應

屬與電解質溶液反應）

電極一般是活潑性不同的兩電極（金屬或石墨）

①電解質溶液

閉合

②兩電極直接或間接接觸

回路

③兩電極插入電解質溶液中

2.原電池的工作原理

如圖是Cu—Zn原電池，請?zhí)羁?

⑴兩裝置的反應原理

電極名稱負極正極

電極材料ZnCu

電極反應Zn-2e==Zn2+Cb+Z1—=Cu

反應類型氧化反應還原反應

鹽橋中鹽橋中裝有含KC1飽和溶液的瓊膠,工作時K+移向正極，

離子移向C「移向負極

(2)原電池中的三個方向

①電子方向：從負極流出沿導線流入正極。

②電流方向：從正極沿導線流向魚極。

③離子的遷移方向：電解質溶液中，陰離子向負極遷移，陽離子向正極遷

移。鹽橋溶液中陰離子向負極遷移，陽離子向正極遷移。

⑶鹽橋的作用

①連接內電路，形成閉合回路。

②平衡電荷，使原電池不斷產生電流。

3.原電池原理的應用

(1)比較金屬活動性強弱

兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑。

⑵加快氧化還原反應的速率

一個自發(fā)進行的氧化還原反應,設計成原電池時反應速率加快。例如，在

Zn與稀硫酸反應時加入少量CuSO4溶液能使產生H2的反應速率加快。

(3)設計制作化學電源

拆分反應］~i將氧化還原反應分成兩個半反應

選擇_：將還原劑(一般為比較活潑金屬)作負鍍，活

電極材料；潑性比負極弱的金屬或非金屬導體作正極

______-_______.

構曲1：如果兩個半反應分別在兩個容器中進行(中間:

界言路一:連接鹽橋)，則兩個容器中的電解質溶液應含:

口J、:_有__與_電__極__材__料__相__同__的__金__屬__陽__離__子____________?

事出,結合要求及反應特點，畫出原電池裝置圖，，

裝置圖:標出電極材料名稱、正負極、電解質溶液等:

(@?@)兩金屬作電極時負極金屬不一定比正極金屬活潑，如Mg—

NaOH(aq)—Al中Al為負極，F(xiàn)e—濃HNO3—Cu中Cu為負極。

—訓?練.暨紅___________________

【題點①原電池的構成與工作原理

1.(2021?廣州模擬)某小組為研究原電池原理，設計如圖

裝置，下列敘述正確的是（）

A.若X為Fe,Y為Cu,鐵為正極

B.若X為Fe,Y為Cu,電子由銅片流向鐵片

C.若X為Fe,Y為C,碳棒上有紅色固體析出

D.若X為Cu,Y為Zn,鋅片發(fā)生還原反應

［答案］C

3+

2.某學習小組的同學查閱相關資料知氧化性：Cr2Or>Fe,設計了鹽橋

式的原電池（如圖所示）。鹽橋中裝有瓊脂與飽和K2s04溶液。下列敘述中正確的

是（）

石.匕二儉石墨

三：'\三旌二二

Fe,（S0J和三1二三三U-三KCrO^Cr（SO）

FeS。,溶液管尸氣》和2稀H2B7。,溶2液43

A.甲燒杯的溶液中發(fā)生還原反應

B.乙燒杯中發(fā)生的電極反應為2Cr3++7H2O—6e-=Cr2O歹+14H+

C.外電路的電流方向是從b到a

D.電池工作時，鹽橋中的SOH移向乙燒杯

C［A項，甲燒杯的溶液中發(fā)生氧化反應：Fe2+-e==Fe3+;B項，乙燒

杯的溶液中發(fā)生還原反應，應為CnO歹得到電子生成CN+；C項，a極為負極,

b極為正極，外電路中電流方向由b到a;D項，S0/向負極移動，即移向甲燒

杯。］

I題后歸納I

原電池的工作原理簡圖

髓曲一最劭H

陽離子一

一陰離子

---1電解質溶液I~~

注意：①若有鹽橋，鹽橋中的陰離子移向負極區(qū)，陽離子移向正極區(qū)。

②若有交換膜，離子可選擇性通過交換膜，如陽離子交換膜，陽離子可通

過陽離子交換膜移向正極。

【題點?原電池原理的應用

3.M、N、P、E四種金屬，已知：①M+N2+=N+M2+；②M、P用導

線連接放入硫酸氫鈉溶液中，M表面有大量氣泡逸出；③N、E用導線連接放入

-2+

E的硫酸鹽溶液中，電極反應為E2++2e-=E,N—2e=No則這四種金屬

的還原性由強到弱的順序是()

A.P>M>N>EB.E>N>M>P

C.P>N>M>ED.E>P>M>N

A［由①可知還原性：M>N,由②可知還原性：P>M,由③可知還原性：

N>E,故可推知還原性：P>M>N>E,A正確。］

4.(雙選)將鎘(Cd)浸在氯化鉆(CoCL)溶液中，發(fā)生反應的離子方程式為

Co2+(aq)+Cd(s)=Co(s)+Cd2+(aq),如將該反應設計為如圖的原電池，則下列

說法一定錯誤的是()

I----?—

工2鹽橋=:

甲乙

A.Cd作正極，Co作負極

B.原電池工作時，電子從負極沿導線流向正極

C.根據(jù)陰陽相吸原理，鹽橋中的陽離子向負極(甲池)移動

D.甲池中盛放的是CdCL溶液，乙池中盛放的是CoCh溶液

AC［將該反應設計為原電池時，Cd作負極，電極反應為Cd-2e-==

Cd2+;Co作正極，電極反應為Co2++2e-==Co,鹽橋中的陽離子向正極(乙池)

移動。］

5.有下列圖像，請選擇合適的圖像填空：

ABCD

⑴將等質量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸中，同時向a中加入少

量的CuSO4溶液，產生H2的體積V(L)與時間f(min)的關系是。

⑵將過量的兩份鋅粉a、b分別加入定量的稀硫酸，同時向a中加入少量的

CuSO4溶液，產生H2的體積V(L)與時間f(min)的關系是。

(3)將⑴中的CuSO4溶液改成CHbCOONa溶液，其他條件不變，則圖像是

［答案］(1)A(2)B(3)C

6.設計原電池裝置證明Fe3+的氧化性比C#+強。

⑴寫出能說明氧化性Fe3+大于CM+的離子方程式：

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________O

⑵若要將上述反應設計成原電池，電極反應式分別是：

①負極：O

②正極：O

⑶在框中畫出裝置圖，指出電極材料和電解質溶液：

①不含鹽橋②含鹽橋

［答案］(1)2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+⑵①Cu—2e-=Cu2+②2Fe3++

①不含鹽橋②含鹽橋

FeCl,溶液CuCl2溶液FeCh溶液

I思維模型I

原電池設計的一般思路

(1)正、負極材料的選擇：根據(jù)氧化還原關系找出正、負極材料，一般選擇

活潑性較強的金屬作為負極；活潑性較弱的金屬或可導電的非金屬(如石墨等)

作為正極。

(2)電解質溶液的選擇：電解質溶液一般要能夠與負極發(fā)生相應反應，或者

電解質溶液中溶解的其他物質能與負極發(fā)生相應反應(如溶解于溶液中的空氣)。

但如果氧化反應和還原反應分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋)，則兩個容器

中的電解質溶液一般選擇與電極材料相同的陽離子溶液。

(3)畫裝置圖：注明電極材料與電解質溶液。但應注意鹽橋不能畫成導線，

要形成閉合回路。

知］識點二常見化學電源

1.化學電源的優(yōu)點和優(yōu)劣判斷標準

(1)相對其他能源，電池的優(yōu)點是能量轉換效率較高，供電穩(wěn)定可靠，形狀、

大小可根據(jù)需要設計，使用方便等。

(2)判斷電池優(yōu)劣的標準是電池單位質量或單位體積所能輸出電能的多少

(比能量)或者輸出功率的大小(比功率)，以及電池可儲存時間的長短。

2.一次電池

(1)堿性鋅鎰電池

堿性鋅鎰電池的負極是Zn,正極是MnCh,電解質是KOH,其電極反應如

下：

負極：Zn+2OIT—2e==Zn(OH)2；

正極：2MnO2+2H2O+2e==2MnO(OH)+2OH-：

總反應：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2。

(2)銀鋅電池

銀鋅電池的負極是Zn,正極是Ag2O,電解質是KOH,其電極反應如下：

負極：Zn+ZOHT—2e-=Zn(OH)2：

正極：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-；

總反應：Zn+AgzO4-H2O=Zn(OH)2+2Ag0

⑶鋰電池

鋰電池是用金屬鋰作負極，石墨作正極，電解質溶液由四氯化鋁鋰(LiAlCh)

溶解在亞硫酰氯(SOCL)中組成。其電極反應如下：

負極：8Li—8e-=8L『；

正極：3soe12+8e==6Cr+S陳+2S；

總反應：8Li+3soe12=6LiCl+Li2so3+2S。

3.二次電池

放電

⑴鉛酸蓄電池：總反應為Pb+PbO+2HSO4^>2PbSO4+2HO

22充電2

Pb-2e-+SOr=PbSO4PbSO4+2e=Pb+SO?

（負翼反應卜—?r---?（陰極國應）

（放;電）（充:電）

（正《反應卜—電---A（陽極左應）

世

PbOzMHFSOKZe-PbSO4^2H2O-2e-：Pb（）2+

=PhSO4+Z%。4Fr+S0j-

（?@@）二次電池充電時的電極連接

連接

/負極：氧化反應一?還原反應:陰極、（-）

放電<，充電

**—電源

'正極：還原反應一氧化反應:陽極/（：）

連接

即正極接正極，負極接負極。

⑵鋰離子電池：放電總反應為LixCJ+Lii-xCoO2=LiCoO2+CJ

-+

負極：LixCjxe-=xLi+Cj

正極：LiirCoO2+xLi++xe—=LiCoO2

4.燃料電池

燃料電池中的常見燃料有氫氣、燒（CH4、C2H6）、燃的衍生物（甲醇、乙醇）、

CO、金屬（Al、Li等），燃料在電池中的負極發(fā)生反應。

以氫氧燃料電池為例

介質酸性堿性

負極反應式2H2~4e==4H+2H2+4OH-—4e==4H2O

正極反應式O2+4H++4e==2H2OO2+2H2O+4e-=4OH-

電池總反應式2H2+O2=2H2O

（0??）（1）燃料電池的電極不參加電極反應，通入的燃料發(fā)生負極反應,

。2發(fā)生正極反應。

（2）書寫電極反應式時，注意介質參與的反應。

訓練

【題點期化學電源中電極反應式的書寫

I題前指導I

化學電源中電極反應式書寫的一般方法

(1)明確兩極的反應物；

(2)明確直接產物：根據(jù)負極氧化、正極還原，明確兩極的直接產物；

(3)確定最終產物：根據(jù)介質環(huán)境和共存原則，找出參與的介質粒子，確定

最終產物；

(4)配平：根據(jù)電荷守恒、原子守恒配平電極反應式。

注意：①H+在堿性環(huán)境中不存在；②02-在水溶液中不存在，在酸性環(huán)境中

結合H+,生成H2O,在中性或堿性環(huán)境中結合H2O,生成OFT；③若已知總

反應式時，可先寫出較易書寫的一極的電極反應式，然后在電子守恒的基礎上,

總反應式減去較易寫出的一極的電極反應式，即得到較難寫出的另一極的電極

反應式。

放電

1.一種鋰離子電池的反應式為LixC6+LilrCoO2豐mC6+LiCM)2(X<l)。

(1)充電時，陰極反應式為______________________________________________

⑵放電時，正極反應式為______________________________________________

-+

［答案］(l)C6+xe+xLi=LixC6

⑵Li—CoCh+xe-+xLi+=LiCoC)2

2.以甲醇為燃料，寫出下列介質中的電極反應式

酸性溶液，

正極:

(1)(或含質?

【負極:

子交換膜)

'正極:

⑵堿性溶液

.負極:

固體氧化物「正極：_____________________________________

(其中02-可____________________________________________

⑶以在固體介質］負極：_____________________________________

中自由移動)、____________________________________________

「正極(通入CO2)：

熔融碳酸

⑷鹽(CO歹)負極:

3

+

［答案］⑴正極：7O2+6e+6H=3H2O

+

負極：CH3OH-6e+H2O=CO21+6H

3

(2)正極：TOZ+6e-+3H2O=6OH-

_

負極：CH3OH-6e+8OH=COr+6H2O

3

(3)正極：+6e-=3O2~

2

負極：CHJOH-6e"+3O"=CO2f+2H2O

3

(4)正極：TO2+6e+3CO2=3COr

負極：CH3OH-6e+3COF=4CO2f+2H2O

【題點?]化學電源的工作原理

3.（2021?張家口模擬）我國科學家研制了一種新型的高比能量鋅一碘溪液流

電池，其工作原理如圖所示。圖中貯液器可儲存電解質溶液，提高電池的容量。

下列敘述不正確的是（）

泵泵

A.放電時，a電極反應為l2Br-+2e-=2「+Br-

B.充電時，b電極每增重0.65g,溶液中有0.01mol「被氧化

C.放電時，溶液中離子的數(shù)目增大

D.充電時，a電極接外電源正極

B[A.放電屬于原電池，根據(jù)裝置圖，a電極上l2Bd得到電子，轉化成C

和Br,即該電極反應式為l2Br-+2e-=2「+Br，故A說法正確；B.充電屬

于電解池，b電極反應式為Zn2++2e-=Zn,b電極增重0.65g,即電路中轉移

電子的物質的量為0.02mol,根據(jù)A選項中的電極反應式推出放電時溶液中有

0.02mol「被氧化，故B說法錯誤；C.根據(jù)裝置圖，放電時，a電極反應式為

-

I2Br+2e==2r+Br,b電極反應式為Zn-2e-=Zn2+,溶液中離子的數(shù)目

增大，故C說法正確；D.根據(jù)A選項分析，a電極放電時為正極，充電時應接

電源的正極，故D說法正確。］

4.（2021?長沙模擬）鎂資源儲量豐富價格低廉：可充放

電有機電解液鎂電池模型如圖，它具有較高的離子電導

率、可充放電、對環(huán)境友好的優(yōu)點，原電池反應為Mg+

2MnO2=MgMn2O4,已知電量。與電流強度/和通電時

間，之間滿足關系：下列表述錯誤的是（）

A.放電時，r—MnCh參與正極反應

B.放電時，Mg2+向正極移動，電子從Mg電極經(jīng)導線流向MnCh電極

C.充電時，陽極反應式為MgMmCh—2e-=2MnO2+Mg2+

D.電池在電流強度為0.5A時工作5min,理論消耗Mg0.14g仍=96500

C-mol-1）

D［原電池反應為Mg+2MnO2=MgMn2O4,Mg在負極失電子,r-MnCh

在正極反應中得電子，充電時，陽極反應式為MgMn2O4-2e-==2MnO2+Mg2

+,陰極：Mg2++2e-=Mg。D.電流強度/=0.5A,工作時間為f=5min=300

s,Q=It=0.5AX300s=150C,F=96500C-moF1,轉移電子的物質的量為

96500C^ior1,則消耗Mg的質量為24gmol?*彳的忌疝言，2°.O19g,

D錯誤。］

5.用質子導體固體氧化物燃料電池（P-SOFC）脫氫可得丙烯，可實現(xiàn)烯燒

和電力的聯(lián)產，如圖所示。下列說法正確的是（）

gCjH8

A.催化劑促進電能轉變?yōu)榛瘜W能

B.02-由負極遷移至正極

C.電池總反應為2c3H8+O2=2C3H6+2H2O

D.負極上發(fā)生的電極反應為C3H8+2e-=C3H6+2H+

C［由圖可知，通入C3H8的電極為負極，電極反應為C3H8-2e-=C3H6

+2H+,通入O2的電極為正極，電極反應為O2+4e-+4H+=2H2O,總反應為

2c3H8+O2=2C3H6+2H2O。］

【題點?］原電池原理在實際中的應用

6.（2021?廣州高三三模）氫能源電池是目前研究的熱點之一，一種可實現(xiàn)氫

氣循環(huán)利用的新型電池的放電工作原理如圖所示，下列說法正確的是（）

------------a~?---------

氣泵

A.該裝置化學能與電能之間的能量轉化效率可達100%

B.充電時，電極M接電源的負極

C.放電過程中Na+由左池通過交換膜向右池移動

D.放電時，N極電極反應式為H2+2O!T-2e-==2H2O

D［由圖可知，放電時M極生成H2,H+轉化為H2,發(fā)生還原反應，作正

極，N極為負極，出失去電子形成H+,H+和OIF反應生成H2O;充電時，N

極H2O中H+放電生成H2和OH,H+轉化為H2,發(fā)生還原反應，作陰極，連

接電源負極，M極為陽極，出失去電子形成H+。A.化學能在轉化為電能時還可

能轉化為熱能等，因此該裝置化學能與電能之間的能量轉化效率小于100%,A

項錯誤；B.充電時，電極N接電源的負極，電極M接電源的正極，B項錯誤;

C.放電過程中，Na+由負極移向正極，則Na+由右池通過交換膜向左池移動,

C項錯誤。］

7.（2021?長沙高三二模）十九大報告中提出要“打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”意味著對

大氣污染防治比過去要求更高。硫化氫一空氣質子交換膜燃料電池實現(xiàn)了發(fā)電、

環(huán)保的有效結合，已知：2H2s（g）+O2（g）=S2（s）+2H2O⑴AH=-632

kJmoF'o下列說法正確的是（）

H2S

電極a

質子固體電解質膜

+

A.電極b上發(fā)生的電極反應為O2+4H+4e==2H2O

B.電極a發(fā)生還原反應

C.每11.2LH2s參與反應，有1molH+經(jīng)固體電解質膜進入正極區(qū)

D.當電極a的質量增加64g時電池內部釋放632kJ的熱能

A［B.電極a為負極，發(fā)生氧化反應，選項B錯誤；C.未指明標準狀況下，

無法計算H2s的物質的量，選項C錯誤；D.原電池中化學能主要轉化為電能，

電池內部釋放的熱能小于632kJ,選項D錯誤。］

L真即艙收,新題預測燔幅三|

真題。驗收

1.（2021?山東等級考，Tio）以KOH溶液為離子導體，分別組成CHsOH-

02、N2H4一。2、（CH3）2NNH2—O2清潔燃料電池，下列說法正確的是（）

A.放電過程中，K+均向負極移動

B.放電過程中，KOH物質的量均減小

C.消耗等質量燃料，（CH3）2NNH2-O2燃料電池的理論放電量最大

D.消耗1mol02時，理論上N2H4-。2燃料電池氣體產物的體積在標準狀

況下為11.2L

C［堿性環(huán)境下，甲醇燃料電池總反應為2cH3OH+3O2+4KOH=

2K2co3+6H2O；N2H4一。2清潔燃料電池總反應為N2H4+O2=N2+2H2O；偏

二甲臘［（CH3）2NNH2］中C和N的化合價均為一2價，H元素化合價為+1價，

所以根據(jù)氧化還原反應原理可推知其燃料電池的總反應為（CH3）2NNH2+402+

4KOH==2K2cO3+N2+6H2O。放電過程為原電池工作原理，所以鉀離子均向

正極移動，A錯誤；根據(jù)分析可知，N2H4一。2清潔燃料電池的產物為氮氣和水，

其總反應中未消耗KOH,所以KOH的物質的量不變，根據(jù)其他兩種燃料電池

總反應可知，反應中消耗KOH,KOH的物質的量減小，B錯誤；理論上放電

量與燃料的物質的量和轉移電子數(shù)有關，設消耗燃料的質量均為加g,則甲醇、

mama

N2H4和（CH3）2NNH2放電量（物質的量表達式）分別是：32g.n^TXS、32g.舄戶

ing

X4、訴意廣義16,通過比較可知（CH3”NNH2理論上放電量最大，C正確;

根據(jù)轉移電子數(shù)守恒和總反應式可知，消耗1molO2生成的氮氣的物質的量為1

mol,在標準狀況下為22.4L,D錯誤。］

2.（2021?河北選擇性考試，T9）K-O2電池結構如圖，r—^v）-——,

a和b為兩個電極，其中之一為單質鉀片。關于該電池，「匕斤Nff前③

下列說法錯誤的是（）/J

A.隔膜允許K卡通過，不允許。2通過有機岬質1有機質2

B.放電時，電流由b電極沿導線流向a電極；充電時，b電極為陽極

C.產生1Ah電量時，生成KO2的質量與消耗02的質量比值約為2.22

D.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

D［由題圖可知，b極上Ch轉化為KO2,則b極為電池正極，a極為電池

負極，K+通過隔膜由a極向b極遷移，為避免02氧化K電極，Ch不能通過隔

膜，A說法正確；放電時，電流由正極經(jīng)導線流向負極，即由b極經(jīng)導線流向a

極，充電時，b極接外接電源的正極，b電極為陽極，B說法正確；產生1Ah

電量時，生成KO2與消耗。2的質量比為71：32=2.22,C說法正確；消耗3.9g

鉀時，轉移0.1mole,鉛酸蓄電池消耗0.1molH2O,其質量為1.8g,D說法

錯誤。］

3.（2021?河北選擇性考試，T16節(jié)選）我國科學家研究Li—CO2電池，取得

了重大科研成果?；卮鹣铝袉栴}：

（l）Li-CO2電池中,Li為單質鋰片,則該電池中的CO2在（填“正”

或“負”）極發(fā)生電化學反應。研究表明，該電池反應產物為碳酸鋰和單質碳，

且CO2電還原后與鋰離子結合形成碳酸鋰按以下4個步驟進行，寫出步驟m的

離子方程式。

1.2CO2+2e-=C2Oi

ii.c2or=co2+cor

m.__________________

+

IV.COr+2Li==Li2CO3

⑵研究表明，在電解質水溶液中，CO2氣體可被電化學還原。

I.CO2在堿性介質中電還原為正丙醇(CH3cH2cH2OH)的電極反應方程式

為

II.在電解質水溶液中，三種不同催化劑(a、b、c)上CO2電還原為CO的反

應進程中(H+被還原為H2的反應可同時發(fā)生)，相對能量變化如圖。由此判斷，

CO2電還原為CO從易到難的順序為(用a、b、c字母排序)。

>

$

曲

建

女

生

(a)CO2電還原為