1、第第 16 讲讲原电池原电池化学电源化学电源 高考备考导航 考试要求：1能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。2能列举常见 的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。3能综合考虑化学变化中的物质 变化和能量变化来分析、解决实际问题，如新型电池的开发等。 名师点拨：原电池原理是氧化还原反应知识的应用和延伸，是历年高考的热点内容。主 要题型是选择题，有时也会在非选择题中出现。命题的角度有电极反应式的正误判断与书写， 正、负电极的判断，电池充、放电时离子移动方向的判断，电极附近离子浓度的变化等。通 常通过陌生化学电源的装置图，考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力。 复习本讲知
2、识，要注意：(1)以铜锌原电池为模板掌握电子流向、溶液中离子移动方向、 电极反应等知识；以铜锌原电池为基础，逐步学会分析新型电池的工作原理。(2)规范燃料电 池电极反应式的书写，注意电解质溶液性质对电极反应的影响。 考点一原电池及其工作原理 核心知识梳理 1定义和反应本质 原电池是把_化学能_转化为_电能_的装置，其反应本质是_氧化还原反应_。 2工作原理(以铜锌原电池为例) 说明：装置盐桥中装有饱和的 KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的冻胶。 (1)原理分析。 电极名称负极正极 电极材料Zn 片Cu 片 电极反应Zn2e =Zn2 Cu2 2e=Cu 反应类型_氧化_反应_还原_反应 电子流
3、向由_Zn_片沿_导线_流向_Cu_片 盐桥中 离子移向 盐桥含饱和 KCl 溶液和琼脂制成的胶冻，K 移向_正极_，Cl移向 _负极_ 电池反应 方程式 ZuCu2 =Zn2Cu 盐桥作用 连接内电路形成闭合回路 平衡电荷，使原电池能持续产生电流 装置差异 比较 原电池：温度升高，化学能转化为电能和热能，两极反应在相同区 域，部分 Zn 与 Cu2 直接反应，使电池效率降低 原电池：温度不变，化学能只转化为_电能_，两极反应在不同区 域，Zn 与 Cu2 隔离，电池效率提高，电流稳定 3构成条件 一看反应 能发生_自发进行_的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属 与电解质溶液反应) 二看两电极
4、一般是活泼性不同的两电极(金属或_石墨_) 三看是否形 成闭合回路 形成需三个条件：_电解质溶液_；两电极直接或间接接 触；两电极插入_电解质溶液_中 4原电池中的三个移动方向 电子方向从_负_极流出沿导线流入_正_极 电流方向从_正_极沿导线流向_负_极 离子迁移方向电解质溶液中，阴离子向_负_极迁移，阳离子向_正_极迁移 特别提醒 (1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接 触。 (2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整 的闭合回路。 (3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。 (4)注意盐桥不
5、能用一根导线连接，因为导线是不能传递阴阳离子的。用导线连接后相当 于一个是原电池，一个是电解池。 5一般电极反应式的书写 列物质 标得失 按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物， 找出得失电子的数量 看环境 配守恒 电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱性介质中不会生成 H 。 配平后的电极反应式要遵循电荷守恒、质量守恒和得失电子守恒 两式加 验总式 在得、失电子相等时，将两电极反应式相加，与总反应式对照验证 基础小题自测 1判断正误，正确的打“”，错误的打“”。 (1)原电池装置中，溶液中的阴离子移向正极，阳离子移向负极。() (2)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正
6、极材料强。() (3)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。() (4)在铜锌原电池中， 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)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应。() (6)MgAl稀 H2SO4组成的原电池中，Mg 作负极，MgAlNaOH 溶液组成的原电池 中，Mg 作正极。() (7)氧化还原反应 2H2O= 通电 2H2O2可以设计成原电池。() (8)同种条件下，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。 () (9)反应 CaOH2O=Ca(OH)2可以放出大量的热，故利用
7、该反应可以设计成原电池，把 其中的化学能转化为电能。() (10)在原电池中，发生氧化反应的电极一定是负极。() (11)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼性强的金属一定作负极。() (12)由 Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池中，正极反应为 Cu2e =Cu2。( ) 2(2021经典习题选萃)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(B) A中 Mg 作负极，中 Fe 作负极 B中 Mg 作正极，电极反应式为 6H2O6e =6OH3H2 C中 Fe 作负极，电极反应式为 Fe2e =Fe2 D中 Cu 作正极，电极反应式为 2H 2
8、e=H2 提示中 Mg 不与 NaOH 溶液反应，而 Al 能和 NaOH 溶液反应失去电子，故 Al 是负 极；中 Fe 在浓硝酸中钝化，Cu 和浓硝酸反应失去电子作负极，A、C 错；中电池总反应 为 2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，负极反应式为 2Al8OH 6e=2AlO 2 4H2O，则正极反应式为 6H2O6e =6OH3H2，B 正确；中 Cu 是正极，电极反应式 为 O22H2O4e =4OH，D 错。 3深度思考： (1)在双液原电池中，盐桥的作用是什么？ (2)能用金属代替盐桥吗？为什么？ (3)在如图所示的 8 个装置中，属于原电池的是_。 (4)依据氧化还
9、原反应 2Ag (aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥 为盛有 KNO3琼脂的 U 形管)。 请回答下列问题： 电极 X 的材料是_Cu_；电解质溶液 Y 中的溶质是_AgNO3_(填化学式)。 银电极为电池的_正_极，其电极反应式为_Ag e=Ag_。 盐桥中的 NO 3移向_Cu(NO3)2_溶液。 提示(1)形成闭合回路，使两溶液保持电中性。 (2)不能。在电路接通的情况下，盐桥是原电池内电路的一部分，盐桥中含有的阴、阳离 子定向移动，从而达到传导电流及保持溶液呈电中性的目的；若用金属代替盐桥，溶液中的 离子不能通过金属，故不能用金属代替盐桥。 考点突破
10、提升 微考点 1原电池的工作原理 典例 1 (1)(2021浙江高三检测)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应 用。下列说法不正确的是(A) A甲：Zn2 向 Cu 电极方向移动，Cu 电极附近溶液中 H浓度增加 B乙：正极的电极反应式为 Ag2O2e H2O=2Ag2OH C丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降 解析甲为铜锌原电池，锌为负极，铜为正极，H 在铜上得电子发生还原反应，所以 Cu 电极附近溶液中 H 浓度减小，故 A 项错误，符合题意；乙为纽扣电池，正极 Ag2O 得电子 发生还原反应，反应式为 Ag2O2e H
11、2O=2Ag2OH，故 B 项正确，不符合题意；丙为 锌锰干电池，锌筒作负极，发生氧化反应被消耗，所以锌筒会变薄，故 C 项正确，不符合题 意；丁为铅蓄电池，放电时的总反应为 PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，所以使用一段 时间后，电解质溶液的酸性减弱，离子浓度减小，导电能力下降，故 D 项正确，不符合题意。 (2)(2021山东东营高三检测)如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述正确的是(C) A电极上发生还原反应，作原电池的负极 B电极的电极反应式为 Cu2 2e=Cu C该原电池的总反应为 2Fe3 Cu=Cu22Fe2 D盐桥中装有含氯化钾溶液的琼脂，其作用是传递电子 解
12、析该原电池的总反应为 2Fe3 Cu=Cu22Fe2。电极 I 上发生还原反应，作原 电池的正极，电极反应式为 2Fe3 2e=2Fe2；电极为原电池负极，发生氧化反应，电极 反应式为 Cu2e =Cu2。盐桥中装有含氯化钾溶液的琼脂，其作用是平衡电荷。 对点集训 1 (1)(2021山东滨州高三检测)某兴趣小组设计了如图所示原电池装置(盐桥中吸附有饱和 K2SO4溶液)。下列说法正确的是(B) A该原电池的正极反应式为 Cu2 2e=Cu B甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅 C盐桥中的 SO 2 4移向甲烧杯 D若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸，电流表指针反向偏转 (2)锌铜原电池装置如图所示，其中阳
13、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(C) 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(SO2 4)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 易错警示只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。 在原电池中活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。 电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥。 负极失去的电子总数一定等于正极得到的电子总数。 同一氧化还原反应，设计成原电池反应的速率一定比直接发生氧化还原反应的速率快。 电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质
14、中生成的 H 应结合 OH 生成水。电极反应式要遵守电荷守恒、质量守恒及电子得失守恒。 微考点 2原电池正、负极的判断及电极反应式的书写 典例 2 (2021天津高三检测)根据电化学知识回答下列问题： 如图所示，在不同的电解质溶液中可以组成不同的电池。 (1)当电解质溶液为稀硫酸时，Fe 电极是_正_(填“正”或“负”)极，其电极反应式为 _2H 2e=H2_。 (2)当电解质溶液为 NaOH 溶液时，Al 电极是_负_(填“正”或“负”)极，其电极反应 式为_Al3e 4OH=AlO 22H2O_。 (3)若把铝改为锌，电解质溶液为浓硝酸，则 Fe 电极是_正_(填“正”或“负”)极，其 电
15、极反应式为_NO 32H e=NO2H2O_。 解析(1)铝的活泼性强于铁，当电解质溶液为稀硫酸时，铝是负极、铁是正极，正极上 氢离子得电子生成氢气，电极反应式为 2H 2e=H2；(2)铝能与氢氧化钠溶液反应，当 电解质溶液为 NaOH 溶液时，铝是负极，负极上铝失去电子生成 AlO 2，电极反应式为 Al3e 4OH=AlO 22H2O；(3)若把铝改为锌，电解质溶液为浓硝酸，常温下铁在浓硝酸中钝 化，铁是正极，正极上 NO 3得电子放出 NO2气体，正极反应式为 NO 32H e=NO2 H2O。 对点集训 2 (2020安徽巢湖柘皋中学月考)全钒氧化还原液流电池是一种新型电能储 存及高
16、效转化装置，该电池是将含有不同价态钒离子的溶液分别作为正极和负极的活性物质， 分别储存在各自的酸性电解液储罐中。其结构原理如图所示，该电池放电时，右槽中的电极 反应式为 V2 e=V3，下列说法正确的是( B) A放电时，右槽发生还原反应 B放电时，左槽电解液 pH 升高 C充电时，阴极的电极反应式：VO 22H e=VO2H2O D充电时，每转移 1 mol 电子，n(H )的变化量为 1 mol 解析从图示分析，右槽电极上发生失去电子的氧化反应，A 项错误；放电时，左槽中 发生还原反应，电极反应为 VO 2e 2H=VO2H2O，溶液的 pH 升高，B 项正确；充 电时，右槽为阴极，电极反
17、应为 V3 e=V2，C 项错误；充电时，根据电极反应 VO2 H2Oe =VO 22H ，每转移 1 摩尔电子，氢离子的物质的量的变化为 2 mol，D 项错误。 萃取精华： 原电池中正、负极的确定方法 原电池电极反应式的书写 (1)先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物。 (2)根据氧化还原反应原理写出电极反应式。 负极反应。 负极上发生失去电子的氧化反应。要注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离 子是否共存，若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式。 正极反应。 正极上发生得到电子的还原反应。当正极上的反应物是 O2时：若电解质溶液为中性或碱 性， 则水必须写入正
18、极反应式中， 与 O2反应生成 OH ， 电极反应式为 O22H2O4e=4OH ；若电解质溶液为酸性，则 H必须写入正极反应式中，O2得电子与 H生成水，电极反应式 为 O24H 4e=2H2O。 (3)写出电池总反应方程式。 结合电子守恒将正、负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式。 (4)若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守 恒的基础上，用总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即可得到较难写出的另一极的 电极反应式。 微考点 3聚焦“盐桥”原电池 典例 3 (2021山东滨州高三检测)如图为锌铜原电池装置图，下列说法不正确的是 (C) A电子经导
19、线由 Zn 极流向 Cu 极 B该装置的总反应 ZnCu2 =Zn2Cu C一段时间后，A 池带正电荷，B 池带负电荷 D取出盐桥，电流表指针不再偏转 解析原电池电子从负极流向正极，A 项正确；该电池负极为锌，电解质溶液是硫酸铜 溶液，总反应 ZnCu2 =Zn2Cu，B 项正确；盐桥中阳离子移向 B 池，阴离子移向 A 池， 起到平衡电荷的作用，故 A 池和 B 池中溶液仍然保持电中性，C 项错误；取出盐桥后，不再 是闭合回路，电流表指针不再偏转，D 项正确。 对点集训 3(2021天津高三检测)如图所示原电池的盐桥中装有饱和 K2SO4溶液，电 池工作一段时间后，甲烧杯中溶液颜色不断变浅。
20、下列叙述中正确的是(D) Ab 极是电池的正极 B甲烧杯中 K 经盐桥流向乙烧杯 C甲烧杯中溶液的 pH 逐渐减小 D电池的总反应离子方程式为 MnO 45Fe2 8H=Mn25Fe34H2O 解析由 Mn 元素的化合价降低，得到电子，Fe 元素的化合价升高，失去电子，则 b 为 负极，a 为正极，所以总的电池反应为 2KMnO410FeSO48H2SO4=2MnSO45Fe2(SO4)3 K2SO48H2O， 结合原电池中负极发生氧化反应， 电流从正极流向负极， 阴离子向负极移动。 由于 Fe2 在 b 电极失去电子，发生氧化反应，所以 b 极是电池的负极，A 错误；K向正极移 动，所以盐桥
21、中 K 流向甲烧杯，B 错误；甲烧杯中(a 电极)MnO 4获得电子，发生还原反应， 锰元素的化合价降低，电极反应为 MnO 48H 5e=Mn24H2O，所以甲烧杯中溶液的 pH 逐渐增大，C 错误；由总的电池反应可知：2KMnO410FeSO48H2SO4=2MnSO4 5Fe2(SO4)3K2SO48H2O， 反应的离子方程式为MnO 45Fe2 8H=Mn25Fe34H2O， D 正确。 萃取精华： 盐桥的组成及在原电池中的作用 组成：盐桥中装有饱和的 KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻 盐桥中的离子流向：盐桥中的阳离子(K )向正极区移动，阴离子(Cl或 NO 3)向负极区移 动
22、 作用：连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使原电池不断产生电流若没有盐桥，当 反应进行到一定时间后，负极的正电荷增多而导致电子(负电荷)难以流出，正极负电荷增多也 会导致电子流入困难，从而电池电流减弱 考点二原电池原理的四大应用 核心知识梳理 1加快氧化还原反应速率 一个_自发_进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率_加快_，例如 Zn 与稀硫 酸反应时加入少量的 CuSO4溶液能使产生氢气的速率加快。 2比较金属活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属活动性比正极的_活泼_。 3用作金属的防护 使被保护的金属制品作原电池的_正_极而得到保护。例如，保护铁制输水管或钢铁
23、桥 梁，可用导线将其和一块锌块相连，使 Zn 作原电池的_负_极。 4设计制作化学电源 拆分 反应 首先将氧化还原反应分成两个_半反应_ 选择电 极材料 根据原电池的反应特点，结合两个半反应 将还原剂一般为比较活泼金属作_负极_ 活泼性比负极弱的金属或非金属导体作_正极_ 构成闭 合回路 如果两个半反应分别在两个容器中进行中间 连接盐桥，则两个容器中的电解质溶液应含有 与_电极材料_相同的金属的阳离子 画出 装置图 结合要求及反应特点，画出原电池装置图，标出 电极材料名称、正负极、电解质溶液等 特别提醒 原电池的设计方法 设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是： (1)首先判断出氧化还
24、原反应中的还原剂和氧化剂，将还原剂(一般为比较活泼金属)作负 极，活动性比负极弱的金属或非金属作正极，含氧化剂的溶液作电解质溶液。 (2)如果两个半反应分别在要求的两个容器中进行(中间连接盐桥)， 则两个容器中的电解质 溶液应含有与电极材料相同的金属的阳离子。 (3)设计实例： 根据反应 2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2 设计的原电池为： 装置如下图所示： 基础小题自测 1判断正误，正确的打“”，错误的打“”。 (1)电工操作中规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用，是因为铜、铝在潮湿的环境 中形成原电池，加快了铝的腐蚀，易造成断路。() (2)镀锌铁皮与镀锡铁皮的镀层破损后，前者腐蚀
25、速率大于后者。() (3)生铁比纯铁更耐腐蚀。() (4)铁与 HCl 反应时加入少量 CuSO4溶液，产生 H2的速率加快。() (5)CH2O=COH2可设计成原电池。() (6)将氧化还原反应设计成原电池，可以把物质内部的能量全部转化为电能。() (7)太阳能电池不属于原电池。() (8)某原电池反应为 Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶 的 KCl 饱和溶液。() (9)10 mL 浓度为 1 molL 1的盐酸与过量的锌粉反应， 若加入适量的 CuSO4溶液能减慢反 应速率但又不影响氢气生成量。() (10)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓
26、海轮外壳的腐蚀。() 2深度思考： (1)有 A、B、C、D 四种金属，做如下实验：将 A 与 B 用导线连接起来，浸入稀硫酸中， B 不易腐蚀；将 A、D 分别投入等物质的量浓度的盐酸中，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_DABC_。 (2)根据 Cu2Ag =Cu22Ag 设计电池： 电极反应 负极反应为_Cu2e =Cu2_ 正极反应为_2Ag 2e=2Ag_ 电极材料及 电解质溶液 a.负极：_Cu_ b.正极：比 Cu 活动性差的金属或导电的非金属 c.电解质溶液：_AgN
27、O3_溶液 画出简易装置图(带盐桥) _ 提示(1)A 与 B 用导线连接后浸入稀硫酸中会构成原电池，B 不易腐蚀，说明 B 为 原电池的正极，说明金属活动性：AB；A、D 与等物质的量浓度的盐酸反应，D 比 A 反 应剧烈，说明金属活泼性：DA；根据置换反应规律，Cu 不能置换出 B，说明金属活泼性： BCu；Cu 能置换出 C，说明金属活动性：CuC。则四种金属活动性的排列顺序是 DA BC。 考点突破提升 微考点 1原电池原理的应用(一) a判断金属活动性的强弱b加快化学反应速率 典例 1 (1)(2021经典习题汇编)把 A、B、C、D 四块金属片浸入稀硫酸中，分别用 导线两两相连可以
28、组成原电池。A、B 相连时，A 为负极；C、D 相连时，电流由 DC；A、 C 相连时，C 极上产生大量气泡；B、D 相连时，D 极发生氧化反应。这四种金属的活动性顺 序是(B) AABCDBACDB CCABDDBDCA 解析A、B 相连时 A 为负极，则活动性顺序为 AB；C、D 相连时，电流由 DC， 说明 C 为负极，则活动性顺序为 CD；A、C 相连时，C 极上产生大量气泡，则 C 为原电池 的正极，活动性顺序为 AC；B、D 相连时，D 极发生氧化反应，D 应为原电池的负极，活 动性顺序为 DB，则四种金属的活动性顺序为 ACDB，故 B 项正确。 (2)(2021山东滨州高三检测
29、)等质量的两份锌粉 a、b，分别加入过量的稀硫酸中，同时向 a中放入少量的CuSO4溶液， 如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系， 其中正确的是(D) 解析等质量的两份锌粉 a、 b， 分别加入过量的稀硫酸中， 同时向 a 中放入少量的 CuSO4 溶液，发生反应 ZnCu2 =Zn2Cu，a 中形成锌、铜、硫酸原电池，反应速率增大，反应 完全所用时间较少，生成的氢气的量也小于 b，D 项正确。 对点集训 1(1)(2021广西高三检测)有 a、b、c、d 四个金属电极，有关的实验装置 及部分实验现象如下： 实验 装置 部分实验 现象 a 极质量减小；b 极质量增加 b极有气体产生；
30、 c 极无变化 d 极溶解； c 极有 气体产生 电流从 a 极流向 d 极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是(C) AabcdBbcda CdabcDabdc 解析由第一个装置 a 极溶解，可知 a 极是负极，金属活动性 ab，第二个装置依据氧 化性、还原性的规律，金属活动性 bc，故第三个装置的金属活动性 dc，由第四个装置电 流从 ad，则电子从 da，故金属活动性 da。 (2)(2021经典习题汇编)根据图 A、B、C、D 回答下列问题： 将等质量的两份锌粉 a、 b 分别加入过量的稀硫酸， 同时向 a 中加入少量的 CuSO4溶液， 产生 H2的体积 V(L)与时间 t(min)
31、的关系是_A_。 将过量的两份锌粉 a、 b 分别加入一定量的稀硫酸， 同时向 a 中加入少量的 CuSO4溶液， 产生 H2的体积 V(L)与时间 t(min)的关系是_B_。 将中的 CuSO4溶液改成 CH3COONa 溶液，其他条件不变，则图像是_C_。 解析等质量的两份锌粉 a、b，分别加入过量的稀 H2SO4中，同时向 a 中加入少量的 CuSO4溶液，发生的反应为 ZnCu2 =Zn2Cu，铜锌稀硫酸形成原电池，反应速率增 大， 即 a 产生 H2的速率大于 b， 但部分锌与 CuSO4反应了， 故生成的氢气少于 b， 图像应为 A。 由题意可知，均发生反应 Zn2H =Zn2H
32、2，Zn 过量，则相同体积、相同物质的 量浓度的稀硫酸完全反应，生成氢气的体积相同，且 a 中加入少量硫酸铜溶液，构成 CuZn 原电池，加快反应的速率，所以 a 反应速率快，达到反应结束时所用时间短，故只有 B 图像 符合。 等质量的两份锌粉 a、b，分别加入过量的稀 H2SO4中，同时向 a 中放入少量的醋酸钠 溶液，则醋酸钠和硫酸反应生成醋酸和硫酸钠，酸性减弱，所以反应速率减慢，但 Zn 的物质 的量相等，所以反应产生氢气的量相等。图像应为 C。 微考点 2原电池原理的应用(二) c保护金属d设计原电池 典例 2(2021山东滨州高三检测)利用如图装置， 可以模拟铁的电化学防护。 若 K
33、 置于 M 处，为减缓铁的腐蚀，则 X 为_Zn_(选填“Cu”或“Zn”)。 解析若 K 置于 M 处，则 X 与铁置于海水中形成原电池，铁只有作正极才能受保护， 故 X 只能为比铁活泼的金属，故选择 Zn。 对点集训 2(1)(2021河北衡水高三检测)能量之间可相互转化：电解食盐水制备 Cl2 是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。 设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。 限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。 完成原电池甲的装置示意图(见图)，并作相应标注。 要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。 铜片
34、为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段 时间后，可观察到负极_电极逐渐溶解，表面有红色固体析出_。 甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是_甲_，其原因是_电池乙 的负极可与 CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；电池甲的负极不与所接 触的电解质溶液反应，化学能在转化为电能时损耗较小_。 答案如图所示 解析以 Zn 和 Cu 作电极为例分析，如果不用盐桥，则除了发生电化学反应外还发生 Zn 和 Cu2 的置换反应，反应放热，会使部分化学能以热能形式散失，使其不能完全转化为电 能，而盐桥的使用，可以避免 Zn 和 Cu2 的直
35、接接触，从而避免能量损失，提供稳定电流。 (2)(2021山东济南高三检测)某校化学兴趣小组进行探究性活动： 将氧化还原反应 2Fe3 2I 2Fe2 I2设计成带盐桥的原电池。提供的试剂：FeCl3溶液、KI 溶液，其他用品任选。 请回答下列问题： 请补充下面原电池的装置图，在括号内填上正、负极的材料、电解质溶液。 发生氧化反应的电极反应式为_2I 2e=I2_。 反应达到平衡时，外电路导线中_无_(填“有”或“无”)电流通过。 平衡后向 FeCl3溶液中加入少量 FeCl2固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中电极 变为_负_(填“正”或“负”)极。 答案 解析依据原电池原理分析，氧化还原
36、反应中 Fe3 在正极得电子发生还原反应，I在 负极失电子发生氧化反应， 负极所在的电解质溶液为 KI 溶液， 正极所在的电解质溶液为 FeCl3 溶液。电极材料可选取惰性电极，如石墨(碳棒)或其他不活泼金属。发生氧化反应的电极是 负极，负极上 I 失电子。反应达到平衡时，导线中从左到右和从右到左移动的电子数目相 同，故无电流产生。平衡后向 FeCl3溶液中加入少量 FeCl2固体，平衡逆向移动，此时 Fe2 失 电子，该溶液中的电极变成负极。 考点三化学电源的种类及其工作原理 核心知识梳理 1一次电池 只能使用一次，不能充电复原继续使用。 (1)普通锌锰干电池 总反应：Zn2MnO22NH4
37、Cl=ZnCl2Mn2O32NH3H2O 负极：_Zn2e =Zn2_。 正极：2NH 42e =2NH3H2、2MnO2H2=2MnOOH (2)碱性锌锰干电池 负极(Zn)，电极反应式： _Zn2OH 2e=Zn(OH)2_ 正极(MnO2)，电极反应式： _2MnO22H2O2e =2MnOOH2OH_ 总反应： Zn2MnO22H2O=_Zn(OH)22MnOOH_ 2二次电池(以铅蓄电池为例)：放电后能充电复原继续使用 (1)放电时的反应：(原电池) 负极反应：_Pb(s)SO2 4(aq)2e =PbSO4(s)_ 正极反应：_PbO2(s)4H (aq)SO2 4(aq)2e =
38、PbSO4(s)2H2O(l)_ 总反应：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l) (2)充电时的反应：(电解池) 阴极反应：_PbSO4(s)2e =Pb(s)SO2 4(aq)_ 阳极反应：_PbSO4(s)2H2O(l)2e =PbO2(s)4H(aq)SO2 4(aq)_ 总反应：2PbSO4(s)2H2O(l)= 通电 Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq) 放电时原电池的负极作充电时电解池的_阴_极。 易错警示(1)可充电电池的充、放电不能理解为可逆反应。 (2)燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。 (3)可充电电池在
39、充电时，其负极连接外接电源的负极，正极连接外接电源的正极。 3燃料电池 (1)氢氧燃料电池是将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的装置，目前最成熟的燃料 电池，可分为酸性和碱性两种。 酸性碱性 负极反应式_2H24e =4H_ _2H24e 4OH=4H2O_ 正极反应式_O24e 4H=2H2O_ _O24e 2H2O=4OH_ 总反应式2H2O2=2H2O (2)燃料电池的电极本身不参与反应，燃料和氧化剂连续地由_外部_供给。对于燃料电 池要注意燃料在负极反应，O2在正极反应，要注意电解质溶液或传导介质的影响，如碱性条 件下，CO2以 CO 2 3形式存在。 特别提醒 (1)熔融的金属氧化
40、物作介质传导 O2 负极：H22e O2=H2O； 正极：O24e =2O2。 (2)碳酸盐作介质 负极：H22e CO2 3=H2OCO2； 正极：O24e 2CO2=2CO2 3。 (3)复杂电极反应式的书写 总体思路： 复杂电极 反应式 总反应式 较简单一极 电极反应式 遵循原理，信息优先，用守恒直接书写。 基础小题自测 1判断正误，正确的打“”，错误的打“”。 (1)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应。() 提示可充电电池的充电与放电不是在相同条件下发生的，故不是可逆反应。 (2)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应。() (3)铅蓄电池工作时，当电路中转移 0.
41、2 mol 电子时，消耗的 H2SO4为 0.1 mol。() (4)铅蓄电池工作时，当电路中转移 0.1 mol 电子时，负极增加 4.8 g。() (5)二次电池充电时，充电器的正极接二次电源的正极。() (6)多孔碳可用作氢氧燃料电池的电极材料。() (7)根据反应 4LiFeS2=Fe2Li2S 设计的可充电电池是一种应用广泛的锂电池， 可用水 溶液作电解质溶液。() (8)原电池中的电解质溶液一定参与反应。() (9)一种基本酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为 CH3CH2OH4e H2O=CH3COOH4H ，正极上发生的反应为 O24e2H2O=4OH。( ) (1
42、0)锂离子电池的总反应为 LixCLi1xCoO2 放电 充电 CLiCoO2， 放电时 Li 向负极移动。 () (11)碘可用作锂碘电池的材料，该电池反应为 2Li(s)I2(s)=2LiI(s)，则碘电极作该电池 的负极。() 提示碘在反应中的化合价降低，发生还原反应，碘作正极。 (12)负极材料不与电解质溶液反应就不能构成原电池。() (13)若使反应 Fe2Fe3 =3Fe2以原电池方式进行，可用锌、铁作电极材料。( ) (14)碱性锌锰干电池是一次电池，其中 MnO2作催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可 储存时间长。() (15)燃料电池工作时，燃料在电池中燃烧，热能转化为电能。
43、() (16)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，H 从正极区向负极区迁移。 () (17)固体酸燃料电池以 Ca(HSO4)2固体为电解质传递 H ，电池总反应可表示为 2H2 O2=2H2O，则电池工作时电子从通 O2的一极通过外电路流向通 H2的一极。() 2深度思考： (1)氢氧燃料电池以 KOH 溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将 _减小_(填“减小”“增大”或“不变”，下同)，溶液的 pH_减小_。 氢氧燃料电池以 H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将 _减小_，溶液的 pH_增大_。 (2)化学电源中电极反应式的书写：甲烷氧
44、气燃料电池(只需写出负极反应式即可) _CH48e 10OH=CO2 37H2O_(碱性介质) _CH48e 2H2O=CO28H_(酸性介质) _CH48e 4CO2 3=5CO22H2O_(熔融碳酸盐作介质) _CH48e 4O2=CO22H2O_(熔融的金属氧化物作介质，高温下能传导 O2) (3)铝空气海水电池：以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气 与铝反应产生电流。 电池总反应为：4Al3O26H2O=4Al(OH)3 负极：_4Al12e 12OH=4Al(OH)3_ 正极：_3O26H2O12e =12OH_ (4)LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。 该电池
45、的电极材料分别为锂和碳， 电解液是 LiAlCl4 SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li2SOCl2=4LiClSSO2。 请回答下列问题： 电池的负极材料为_锂_，发生的电极反应为_4Li4e =4Li_。 电池正极发生的电极反应为_2SOCl24e =4ClSSO2_。 提示分析反应的化合价变化，可知 Li 失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被 还原，为氧化剂。 负极材料为 Li(还原剂)，4Li4e =4Li。 正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到： 2SOCl24e =4ClSSO2。 考点突破提升 微考点 1一次电池 典例 1 (2021天津高三检测)普通锌锰干电池
46、的简图如图所示，它是用锌皮制成的 锌筒作电极，中央插一根碳棒，碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的 混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调 成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为 Zn2NH 42MnO2=Zn(NH3)22 Mn2O3 H2O。下列关于锌锰干电池的说法中正确的是(C) A当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原 B电池负极反应式为 2MnO22NH 42e =Mn2O32NH3H2O C原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极 D外电路中每通过 0.1 mol 电子，锌的质量理论上减小 6.5 g 解析
47、普通锌锰干电池是一次电池，不能充电复原，A 项错误；根据原电池工作原理， 负极失电子，电极反应式为 Zn2e =Zn2，B 项错误；由负极的电极反应式可知，每通过 0.1 mol e ，消耗锌的质量是 65 gmol10.1 mol 2 3.25 g，D 项错误。 对点集训 1 LiFeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池， 其结构如图所示。 已知电池放电时的反应为 4LiFeS2=Fe2Li2S。下列说法正确的是(C) ALi 为电池的正极 B电池工作时，Li 向负极移动 C正极的电极反应式为 FeS24e =Fe2S2 D将熔融的 LiCF3SO3改为 LiCl 的水溶液，电池性能更
48、好 解析A 项，由 L 0 iLi 1 2S 发生氧化反应，可知 Li 为电池负极；B 项，电池工作时，阳 离子(Li )移向正极；D 项，由于 2Li2H2O=2LiOHH2，故不能用 LiCl 的水溶液作为电 解质溶液。 微考点 2二次电池 典例 2 (2021经典习题汇编)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的 NaCO2二次电池。将 NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反 应为：3CO24Na 放电 充电 2Na2CO3C，下列说法错误的是(D) A放电时，ClO 4向负极移动 B充电时释放 CO2，放电时吸收 CO2 C放电时，正极反应
49、为：3CO24e =2CO2 3C D充电时，正极反应为：Na e=Na 解析放电时装置为原电池，阴离子向负极移动，A 项正确；根据总反应可知，放电时 二氧化碳在正极得电子被吸收，充电时又被释放出来，B 项正确；放电时，负极上 Na 失电子， 正极上 CO2得电子，正极电极反应式为 3CO24e =2CO2 3C，C 项正确；充电时阴极反应 式为 Na e=Na，D 项错误。 对点集训 2 (1)(2021湖北武汉模拟)我国科研人员以 Zn 和尖晶石型锰酸锌(ZnMn2O4) 为 电 极 材 料 ， 研 制 出 一 种 水 系 锌 离 子 电 池 ， 该 电 池 的 总 反 应 式 为 xZn
50、 Zn1 xMn2O4 放电 充电 ZnMn2O4(0 x1)。下列说法正确的是(C) A放电时，Zn2 向负极迁移 B充、放电过程中，仅锌元素的价态发生变化 C充电时，阳极的电极反应式为 ZnMn2O42xe =Zn1 xMn2O4xZn2 D若维持电流强度为 0.5 A，放电 10 分钟，理论上消耗 Zn 的质量约为 0.20 g(已知 F 96 500 Cmol 1) (2)(2021山东潍坊高三检测)下图为某二次电池充电时的工作原理示意图，该过程可实现 盐溶液的淡化。下列说法错误的(D) A充电时，a 为电源正极 B充电时，Cl 向 Bi 电极移动，Na向 NaTi2(PO4)3电极移
