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2022届高考化学（人教版）一轮总复习课件：第16讲 原电池 化学电源
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这是一份2022届高考化学（人教版）一轮总复习课件：第16讲 原电池 化学电源，共60页。PPT课件主要包含了高考备考导航，核心知识梳理，化学能，氧化还原反应，自发进行，电解质溶液，×××，基础小题自测，××√，×√×等内容，欢迎下载使用。
第16讲 原电池 化学电源
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
考点二 原电池原理的四大应用
考点三 化学电源的种类及其工作原理
1．定义和反应本质原电池是把__________转化为________的装置，其反应本质是________________。
2．工作原理(以铜锌原电池为例)
说明：装置Ⅱ盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的冻胶。
4．原电池中的三个移动方向
(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。
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)Mg－Al－稀H2SO4组成的原电池中，Mg作负极，Mg－Al－NaOH溶液组成的原电池中，Mg作正极。( )
(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Cu－2e－===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( )A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
[提示] ②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；③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；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O=== 2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，则正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===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____________。
Ag＋＋e－===Ag
[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。
(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。
微考点1 原电池的工作原理
下列说法不正确的是( )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Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－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Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，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Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，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。
[解析] 该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。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Ⅱ为原电池负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。盐桥中装有含氯化钾溶液的琼脂，其作用是平衡电荷。
[易错警示] ①只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。②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。③电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥。④负极失去的电子总数一定等于正极得到的电子总数。
⑤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。⑥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。
(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。
微考点2 原电池正、负极的判断及电极反应式的书写
(1)当电解质溶液为稀硫酸时，Fe电极是______(填“正”或“负”)极，其电极反应式为______________________。(2)当电解质溶液为NaOH溶液时，Al电极是______(填“正”或“负”)极，其电极反应式为__________________________________。(3)若把铝改为锌，电解质溶液为浓硝酸，则Fe电极是___(填“正”或“负”)极，其电极反应式为_______________________________。
2H＋＋2e－===H2↑
〔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＋，
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。①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。
②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，则水必须写入正极反应式中，与O2反应生成OH－，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===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O2＋4H＋＋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。
(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( )A．电子经导线由Zn极流向Cu极B．该装置的总反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuC．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
微考点3 聚焦“盐桥”原电池
[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Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，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。
1．加快氧化还原反应速率一个________进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率________，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________。3．用作金属的防护使被保护的金属制品作原电池的______极而得到保护。例如，保护铁制输水管或钢铁桥梁，可用导线将其和一块锌块相连，使Zn作原电池的______极。
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2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计的原电池为：
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)C＋H2O===CO＋H2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Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，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 ml·L－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：①将A与B用导线连接起来，浸入稀硫酸中，B不易腐蚀；②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；③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__________________。
Cu－2e－===Cu2＋
2Ag＋＋2e－===2Ag
③画出简易装置图(带盐桥)________________________________________________
[提示] (1)①A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：A＞B；②A、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：D＞A；③根据置换反应规律，Cu不能置换出B，说明金属活泼性：B＞Cu；Cu能置换出C，说明金属活动性：Cu＞C。则四种金属活动性的排列顺序是D＞A＞B＞C。
(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组成原电池。A、B相连时，A为负极；C、D相连时，电流由D→C；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( )A．A＞B＞C＞D B．A＞C＞D＞BC．C＞A＞B＞DD．B＞D＞C＞A
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
[解析] A、B相连时A为负极，则活动性顺序为A＞B；C、D相连时，电流由D→C，说明C为负极，则活动性顺序为C＞D；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A＞C；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D＞B，则四种金属的活动性顺序为A＞C＞D＞B，故B项正确。
(2)(2021·山东滨州高三检测)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( )
[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Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，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：
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )A．a＞b＞c＞dB．b＞c＞d＞aC．d＞a＞b＞cD．a＞b＞d＞c[解析] 由第一个装置a极溶解，可知a极是负极，金属活动性a＞b，第二个装置依据氧化性、还原性的规律，金属活动性b＞c，故第三个装置的金属活动性d＞c，由第四个装置电流从a→d，则电子从d→a，故金属活动性d＞a。
(2)(2021·经典习题汇编)根据图A、B、C、D回答下列问题：
①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)的关系是______。②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______。③将①中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是______。
[解析] ①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Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，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。②由题意可知，均发生反应Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，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Cu－Zn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。
③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。
(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置于M处，为减缓铁的腐蚀，则X为________ (选填“Cu”或“Zn”)。
微考点2 原电池原理的应用(二)
c．保护金属 d．设计原电池
[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。
①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。
②铜片为电极之一，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_____________________ _______________。③甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是______，其原因是_____________________________________________ _______________________________________________________________________________________________。
[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＋的直接接触，从而避免能量损失，提供稳定电流。
②发生氧化反应的电极反应式为____________________。③反应达到平衡时，外电路导线中______(填“有”或“无”)电流通过。④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______(填“正”或“负”)极。
2I－－2e－===I2
[解析] ①依据原电池原理分析，氧化还原反应中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。②发生氧化反应的电极是负极，负极上I－失电子。③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。
Zn－2e－===Zn2＋
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
Zn(OH)2＋2MnOOH
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)①负极反应：______________________________________________②正极反应：______________________________________________ ___________________________③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)
(2)充电时的反应：(电解池)①阴极反应：______________________________________________②阳极反应：______________________________________________ ___________________________
[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。
2H2－4e－===4H＋
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
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。
(7)根据反应4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S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CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋，正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。( )
[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Fe＋2Fe3＋===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。( )
(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)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________(填“减小”“增大”或“不变”，下同)，溶液的pH________。②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________，溶液的pH________。
(2)化学电源中电极反应式的书写：甲烷—氧气燃料电池(只需写出负极反应式即可)①________________________________________(碱性介质)②___________________________________(酸性介质)③______________________________________(熔融碳酸盐作介质)④___________________________________(熔融的金属氧化物作介质，高温下能传导O2－)
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
(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：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3负极：____________________________________正极：________________________________
4Al－12e－＋12OH－===4Al(OH)3 3O2＋6H2O＋12e－===12OH－
(4)Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池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：4Li＋2SOCl2 ===4LiCl＋S＋SO2↑。请回答下列问题：①电池的负极材料为_____，发生的电极反应为_______________。②电池正极发生的电极反应为_______________________________。
4Li－4e－===4Li＋
2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
[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。①负极材料为Li(还原剂)，4Li－4e－===4Li＋。②正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。
(2021·天津高三检测)普通锌锰干电池的简图如图所示，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。
下列说法正确的是( )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ZnMn2O4－2xe－===Zn1－xMn2O4＋xZn2＋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 C·ml－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( )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电极移动C．放电时，正极的电极反应为BiOCl＋2H＋＋3e－===Bi＋Cl－＋H2OD．充电时，新增入电极中的物质：n(Na＋)∶n(Cl－)＝1∶3
[解析] Bi→BiOCl过程失电子，所以Bi电极为阳极，接电源正极则a为电源正极，故A项正确；充电时，Bi电极为阳极，NaTi2(PO4)3电极为阴极，阴离子向阳极定向移动，阳离子向阴极定向移动，故B项正确；放电时，发生原电池反应，正极得电子发生还原反应，电极反应为BiOCl＋2H＋＋3e－===Bi＋Cl－＋H2O，故C项正确；充电时，阳极的电极反应式为Bi＋Cl－＋H2O－3e－===BiOCl＋2H＋，阴极的电极反应式为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，则充电时新增入电极中的物质n(Na＋)∶n(Cl－)＝3∶1，故D项错误。
萃取精华：二次电池的解题思路
二次电池电极反应式的书写方法①先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质。②写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)③在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。④充电的电极反应与放电的电极反应过程相反。
[易错警示] 原电池中电流方向：外电路中由电池正极流向负极；电池内部，由负极流回正极。原电池中电子移动方向：外电路中由电池负极流向电池正极，内电路电解质溶液中无电子通过。
CH3OCH3＋3H2O－12e－
===2CO2＋12H＋
kW－1·h－1)≈
8.39 kW·h·kg－1
[解析] 电解质为酸性时，二甲醚(CH3OCH3)在燃料电池的负极上发生氧化反应，生成CO2和H＋，CH3OCH3中碳元素的化合价为－2，CO2中碳元素的化合价为＋4，所以1 ml CH3OCH3失去12 ml电子，负极反应为CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋。第三空严格上说是物理和化学的综合问题。假设燃料二甲醚为1 kg，则我们只要知道电池的输出电能就能算出能量密度。
[解析] 金属(M)－空气电池中M失电子作负极，故A正确；根据传递M2＋和OH－，可知电解质是熔融的M(OH)2，故B错误；空气中的氧气得电子作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C正确；电池总反应式为2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2，故D正确。
萃取精华：燃料电池的解题模板
书写燃料电池电极反应式的三大步骤①先写出燃料电池总反应式一般都是可燃物在氧气中的燃烧反应方程式。但由于燃烧产物还可能与电解质溶液反应，燃烧产物与电解质溶液反应的方程式与其相加得总反应方程式。
C．当电解质为中性或碱性环境时，正极的电极反应式为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。D．当电解质为酸性环境时，正极的电极反应式为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
③最后写出燃料电池负极的电极反应式燃料电池负极的电极反应式＝燃料电池总反应式－燃料电池正极的电极反应式。在利用此法时一要注意消去反应中的O2，二要注意两极反应式和总反应式电子转移相同。
本讲要点速记：1．原电池、化学电源
2．原电池实质的两个方面(1)能量转化：化学能转化为电能。(2)反应本质：自发进行的氧化还原反应。3．原电池中的四个“方向”(1)外电路中电子移动方向：负极→正极。(2)外电路中电流方向：正极→负极。(3)电池内部离子移动方向：阴离子→负极，阳离子→正极。(4)盐桥中(含饱和KCl溶液)离子移动方向：K＋移向正极，Cl－移向负极。
4．判断原电池正负极的六种方法电极材料、电极现象、电子移动方向、离子移动方向、得失电子、电解质溶液。(1)负极：较活泼金属、氧化反应、电子流出、电流流入、阴离子移向的一极、不断溶解。(2)正极：不活泼金属或非金属、还原反应、电子流入、电流流出、阳离子移向的一极、电极增重。
5．书写电极反应式的三个原则(1)共存原则因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。当电解质溶液呈酸性时，不可能有OH－参加反应；碱性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H＋参加反应。
(2)得氧失氧原则得氧时，在反应物中加H2O(电解质溶液为酸性时)或OH－(电解质溶液为碱性或中性时)；失氧时，在反应中加H2O(电解质溶液为碱性或中性时)或H＋(电解质溶液为酸性时)。(3)中性吸氧反应成碱原则在中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立起来的原电池反应，其反应的产物是碱。
第16讲 原电池 化学电源
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
考点二 原电池原理的四大应用
考点三 化学电源的种类及其工作原理
1．定义和反应本质原电池是把__________转化为________的装置，其反应本质是________________。
2．工作原理(以铜锌原电池为例)
说明：装置Ⅱ盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的冻胶。
4．原电池中的三个移动方向
(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。
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)Mg－Al－稀H2SO4组成的原电池中，Mg作负极，Mg－Al－NaOH溶液组成的原电池中，Mg作正极。( )
(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Cu－2e－===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( )A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
[提示] ②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；③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；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O=== 2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，则正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===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____________。
Ag＋＋e－===Ag
[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。
(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。
微考点1 原电池的工作原理
下列说法不正确的是( )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Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－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Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，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Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，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。
[解析] 该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。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Ⅱ为原电池负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。盐桥中装有含氯化钾溶液的琼脂，其作用是平衡电荷。
[易错警示] ①只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。②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。③电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥。④负极失去的电子总数一定等于正极得到的电子总数。
⑤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。⑥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。
(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。
微考点2 原电池正、负极的判断及电极反应式的书写
(1)当电解质溶液为稀硫酸时，Fe电极是______(填“正”或“负”)极，其电极反应式为______________________。(2)当电解质溶液为NaOH溶液时，Al电极是______(填“正”或“负”)极，其电极反应式为__________________________________。(3)若把铝改为锌，电解质溶液为浓硝酸，则Fe电极是___(填“正”或“负”)极，其电极反应式为_______________________________。
2H＋＋2e－===H2↑
〔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＋，
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。①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。
②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，则水必须写入正极反应式中，与O2反应生成OH－，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===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O2＋4H＋＋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。
(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( )A．电子经导线由Zn极流向Cu极B．该装置的总反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuC．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
微考点3 聚焦“盐桥”原电池
[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Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，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。
1．加快氧化还原反应速率一个________进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率________，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________。3．用作金属的防护使被保护的金属制品作原电池的______极而得到保护。例如，保护铁制输水管或钢铁桥梁，可用导线将其和一块锌块相连，使Zn作原电池的______极。
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2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计的原电池为：
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)C＋H2O===CO＋H2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Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，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 ml·L－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：①将A与B用导线连接起来，浸入稀硫酸中，B不易腐蚀；②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；③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__________________。
Cu－2e－===Cu2＋
2Ag＋＋2e－===2Ag
③画出简易装置图(带盐桥)________________________________________________
[提示] (1)①A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：A＞B；②A、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：D＞A；③根据置换反应规律，Cu不能置换出B，说明金属活泼性：B＞Cu；Cu能置换出C，说明金属活动性：Cu＞C。则四种金属活动性的排列顺序是D＞A＞B＞C。
(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组成原电池。A、B相连时，A为负极；C、D相连时，电流由D→C；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( )A．A＞B＞C＞D B．A＞C＞D＞BC．C＞A＞B＞DD．B＞D＞C＞A
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
[解析] A、B相连时A为负极，则活动性顺序为A＞B；C、D相连时，电流由D→C，说明C为负极，则活动性顺序为C＞D；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A＞C；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D＞B，则四种金属的活动性顺序为A＞C＞D＞B，故B项正确。
(2)(2021·山东滨州高三检测)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( )
[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Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，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：
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )A．a＞b＞c＞dB．b＞c＞d＞aC．d＞a＞b＞cD．a＞b＞d＞c[解析] 由第一个装置a极溶解，可知a极是负极，金属活动性a＞b，第二个装置依据氧化性、还原性的规律，金属活动性b＞c，故第三个装置的金属活动性d＞c，由第四个装置电流从a→d，则电子从d→a，故金属活动性d＞a。
(2)(2021·经典习题汇编)根据图A、B、C、D回答下列问题：
①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)的关系是______。②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______。③将①中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是______。
[解析] ①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Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，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。②由题意可知，均发生反应Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，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Cu－Zn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。
③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。
(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置于M处，为减缓铁的腐蚀，则X为________ (选填“Cu”或“Zn”)。
微考点2 原电池原理的应用(二)
c．保护金属 d．设计原电池
[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。
①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。
②铜片为电极之一，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_____________________ _______________。③甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是______，其原因是_____________________________________________ _______________________________________________________________________________________________。
[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＋的直接接触，从而避免能量损失，提供稳定电流。
②发生氧化反应的电极反应式为____________________。③反应达到平衡时，外电路导线中______(填“有”或“无”)电流通过。④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______(填“正”或“负”)极。
2I－－2e－===I2
[解析] ①依据原电池原理分析，氧化还原反应中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。②发生氧化反应的电极是负极，负极上I－失电子。③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。
Zn－2e－===Zn2＋
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
Zn(OH)2＋2MnOOH
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)①负极反应：______________________________________________②正极反应：______________________________________________ ___________________________③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)
(2)充电时的反应：(电解池)①阴极反应：______________________________________________②阳极反应：______________________________________________ ___________________________
[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。
2H2－4e－===4H＋
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
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。
(7)根据反应4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S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CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋，正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。( )
[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Fe＋2Fe3＋===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。( )
(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)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________(填“减小”“增大”或“不变”，下同)，溶液的pH________。②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________，溶液的pH________。
(2)化学电源中电极反应式的书写：甲烷—氧气燃料电池(只需写出负极反应式即可)①________________________________________(碱性介质)②___________________________________(酸性介质)③______________________________________(熔融碳酸盐作介质)④___________________________________(熔融的金属氧化物作介质，高温下能传导O2－)
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
(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：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3负极：____________________________________正极：________________________________
4Al－12e－＋12OH－===4Al(OH)3 3O2＋6H2O＋12e－===12OH－
(4)Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池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：4Li＋2SOCl2 ===4LiCl＋S＋SO2↑。请回答下列问题：①电池的负极材料为_____，发生的电极反应为_______________。②电池正极发生的电极反应为_______________________________。
4Li－4e－===4Li＋
2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
[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。①负极材料为Li(还原剂)，4Li－4e－===4Li＋。②正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。
(2021·天津高三检测)普通锌锰干电池的简图如图所示，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。
下列说法正确的是( )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ZnMn2O4－2xe－===Zn1－xMn2O4＋xZn2＋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 C·ml－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( )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电极移动C．放电时，正极的电极反应为BiOCl＋2H＋＋3e－===Bi＋Cl－＋H2OD．充电时，新增入电极中的物质：n(Na＋)∶n(Cl－)＝1∶3
[解析] Bi→BiOCl过程失电子，所以Bi电极为阳极，接电源正极则a为电源正极，故A项正确；充电时，Bi电极为阳极，NaTi2(PO4)3电极为阴极，阴离子向阳极定向移动，阳离子向阴极定向移动，故B项正确；放电时，发生原电池反应，正极得电子发生还原反应，电极反应为BiOCl＋2H＋＋3e－===Bi＋Cl－＋H2O，故C项正确；充电时，阳极的电极反应式为Bi＋Cl－＋H2O－3e－===BiOCl＋2H＋，阴极的电极反应式为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，则充电时新增入电极中的物质n(Na＋)∶n(Cl－)＝3∶1，故D项错误。
萃取精华：二次电池的解题思路
二次电池电极反应式的书写方法①先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质。②写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)③在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。④充电的电极反应与放电的电极反应过程相反。
[易错警示] 原电池中电流方向：外电路中由电池正极流向负极；电池内部，由负极流回正极。原电池中电子移动方向：外电路中由电池负极流向电池正极，内电路电解质溶液中无电子通过。
CH3OCH3＋3H2O－12e－
===2CO2＋12H＋
kW－1·h－1)≈
8.39 kW·h·kg－1
[解析] 电解质为酸性时，二甲醚(CH3OCH3)在燃料电池的负极上发生氧化反应，生成CO2和H＋，CH3OCH3中碳元素的化合价为－2，CO2中碳元素的化合价为＋4，所以1 ml CH3OCH3失去12 ml电子，负极反应为CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋。第三空严格上说是物理和化学的综合问题。假设燃料二甲醚为1 kg，则我们只要知道电池的输出电能就能算出能量密度。
[解析] 金属(M)－空气电池中M失电子作负极，故A正确；根据传递M2＋和OH－，可知电解质是熔融的M(OH)2，故B错误；空气中的氧气得电子作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C正确；电池总反应式为2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2，故D正确。
萃取精华：燃料电池的解题模板
书写燃料电池电极反应式的三大步骤①先写出燃料电池总反应式一般都是可燃物在氧气中的燃烧反应方程式。但由于燃烧产物还可能与电解质溶液反应，燃烧产物与电解质溶液反应的方程式与其相加得总反应方程式。
C．当电解质为中性或碱性环境时，正极的电极反应式为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。D．当电解质为酸性环境时，正极的电极反应式为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
③最后写出燃料电池负极的电极反应式燃料电池负极的电极反应式＝燃料电池总反应式－燃料电池正极的电极反应式。在利用此法时一要注意消去反应中的O2，二要注意两极反应式和总反应式电子转移相同。
本讲要点速记：1．原电池、化学电源
2．原电池实质的两个方面(1)能量转化：化学能转化为电能。(2)反应本质：自发进行的氧化还原反应。3．原电池中的四个“方向”(1)外电路中电子移动方向：负极→正极。(2)外电路中电流方向：正极→负极。(3)电池内部离子移动方向：阴离子→负极，阳离子→正极。(4)盐桥中(含饱和KCl溶液)离子移动方向：K＋移向正极，Cl－移向负极。
4．判断原电池正负极的六种方法电极材料、电极现象、电子移动方向、离子移动方向、得失电子、电解质溶液。(1)负极：较活泼金属、氧化反应、电子流出、电流流入、阴离子移向的一极、不断溶解。(2)正极：不活泼金属或非金属、还原反应、电子流入、电流流出、阳离子移向的一极、电极增重。
5．书写电极反应式的三个原则(1)共存原则因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。当电解质溶液呈酸性时，不可能有OH－参加反应；碱性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H＋参加反应。
(2)得氧失氧原则得氧时，在反应物中加H2O(电解质溶液为酸性时)或OH－(电解质溶液为碱性或中性时)；失氧时，在反应中加H2O(电解质溶液为碱性或中性时)或H＋(电解质溶液为酸性时)。(3)中性吸氧反应成碱原则在中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立起来的原电池反应，其反应的产物是碱。
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