2023版高考化学一轮总复习第七章第二节原电池化学电源课件

这是一份2023版高考化学一轮总复习第七章第二节原电池化学电源课件，共60页。

[自主测评]1.易错易混辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1)放热的反应都可设计成原电池。(
(2)在原电池中，发生氧化反应的一极是负极。(
(3)用 Mg、Al 分别作电极，用 NaOH 溶液作电解液构成的
原电池，Mg 为正极。(
(4)在锌铜原电池中，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)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。(
错因：放电过程中，H +从负极区向正极区迁移。
(6)铅蓄电池工作时，当电路中转移 0.1 ml 电子时，负极
增重 4.8 g。(答案：(1)×
错因：自发进行的氧化还原反应才能设计成
原电池，与反应的热效应无关。
(3)√错因：电子在导体(电极和导线)中定向移动，离子
2.(教材选择性必修1 P100 第6 题改编题)电子计算机所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为 KOH 溶液，其电极反应式：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；Ag2O＋H2O＋
2e－===2Ag＋2OH－。下列判断正确的是(
A.锌为正极，Ag2O 为负极B.锌为负极，Ag2O 为正极C.原电池工作时，将电能转化成化学能D.原电池工作时，负极区溶液的 pH 增大答案：B
1.概念和反应本质(1)原电池是把_________转化为_______的装置。(2) 反应本质是能发生__________________________( 一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。
自发进行的氧化还原反应
(1)一看反应：看是否有能自发进行的___________反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。(2)二看两电极：一般是__________不同的两电极。(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：①__________溶液；
②两电极直接或间接接触；
③两电极插入________溶液中。
3.工作原理(以铜锌原电池为例)(1)Ⅰ、Ⅱ两种装置的比较
装置Ⅰ中 Zn 与 Cu2＋直接接触，会有部分 Zn 与 Cu2＋直接反应，化学能转化为热能，造成能量损耗；装置Ⅱ中，Zn 在负极区，Cu2＋在正极区，不存在 Zn 与 Cu2＋的直接反应而造成能量损耗，电流稳定，且持续时间长。
(3)带电粒子移动方向及闭合回路的形成
(4)盐桥的组成和作用①盐桥中装有饱和的 KCl、KNO3 等溶液和琼胶制成的胶
②盐桥的作用：a.连接内电路，__________________；b.______________，使原电池不断产生电流。③盐桥中离子移向与电解液中离子移向保持一致。
(1)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较_____的金属，正极一般是活动性较_____的金属(或非金属)。(2)加快化学反应速率：将氧化还原反应构成原电池时，反
(3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的________而受到保护。(4)设计制作化学电源①首先将氧化还原反应分成两个半反应。②根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。
原电池中的三个移动方向
电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(
【练1】(2021年惠州模拟)镁—空气电池是一种新型燃料
A.金属 Mg 电极为负极，其电势低于空气电极的电势B. 电子流向：Mg 电极→导线→空气电极→电解质溶液
C.电池总反应为 2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2
D.回收后的氢氧化镁经一系列转化，可重新制成金属镁循
解析：金属 Mg失电子，Mg为负极，空气电极是正极，正极电势高于负极，A 正确；金属 Mg 失电子，Mg为负极，空气电极是正极，电子流向：Mg电极→导线→空气电极，电解质溶液中没有电子移动，B 错误；金属 Mg 失电子生成镁离子，氧气在正极得电子生成氢氧根离子，电池总反应为 2Mg＋O2 ＋2H2O===2Mg(OH)2，C 正确；氢氧化镁和盐酸反应生成氯化镁，在氯化氢气流中蒸发氯化镁溶液，得无水氯化镁，电解熔融氯化镁制取金属镁，D 正确。
将水解离为H+和OH－ ，用双极膜电解槽电解糠醛
【练2】(2021年梅州模拟)双极膜(CM/AM)在电场作用下能
MnO2/MnO(OH)在电极与糠醛之间传递电子，电解过程如图所
示。下列说法正确的是(
D.生成糠酸盐的反应为
＋MnO2＋H2O―→
解析：X 电极上糠醛被还原为糠醇，所以 X 电极为阴极，向移动，A 错误；糠醛在阴极表面得到电子被还原为糠醇，B错误；Y 电极为阳极，据图可知 Y 电极上 MnO(OH)失电子被氧化生成 MnO2，结合电子守恒和元素守恒可知电极反应为
Y电极为阳极。电解池中阳离子流向阴极，即H＋向X电极方
2MnO2＋OH－―→
方程式元素和电荷均不守恒，正确离子方程式应为
＋2MnO(OH)，D 错误。
MnO(OH)－e－＋OH－===MnO2＋H2O，C正确；选项所给离子
利用原电池比较金属活动性强弱的方法
如有两种金属A 和B，用导线将A 和B 连接后，插入稀硫酸中，一段时间后，若观察到A 溶解，而B 上有气体放出，则说明 A 作负极，B作正极，即可以判断金属活动性：A＞B。
含盐桥的原电池与电极反应书写
A.盐桥中的 K＋移向 FeCl3 溶液
B.反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应C.电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态
D.电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2 固体，乙中石墨电
应达到平衡，C正确；当加入Fe2+，导致平衡逆向移动，则
解析：甲中石墨为正极，乙中石墨为负极，盐桥中阳离子
向正极移动，所以 K＋移向 FeCl3 溶液，A 正确；反应开始时，因乙中 I－失去电子放电，元素的化合价升高，则发生氧化反应，B 正确；当电流计读数为零时，说明没有电子发生转移，则反
Fe2＋失去电子生成 Fe3＋，作为负极，而乙中石墨成为正极，D
【练4】(2021 年韶关模拟)普通水泥在固化过程中自由水分子减少并产生 Ca(OH)2，溶液呈碱性。根据这一物理化学特点，科学家发明了电动势法测水泥初凝时间。此法的原理如图所示，反应的总方程式：2Cu＋Ag2O===Cu2O＋2Ag，下列有关
极的电极反应式：2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，C正确；
电池工作时，OH－向负极移动，D错误。
A.装置中电流方向由 Cu 经导线到 Ag2OB.测量原理示意图中，Ag2O 为负极
C.负极的电极反应式：2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2OD.电池工作时，OH－向正极移动
解析：装置中 Cu 作负极，电流方向由 Ag2O 经导线到 Cu，A 错误；测量原理示意图中，Ag2O 被还原为正极，B 错误；负
原电池正、负极的判断方法
【练5】(2021 年菏泽期末)设计原电池装置证明 Fe3＋的氧化性比 Cu2＋强。(1)写出能说明氧化性 Fe3＋强于Cu2＋的离子方程式：_______________________________________________________。(2)若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是①负极：___________________________________。②正极：____________________________________。
(3)在框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
　　解析：Fe3＋的氧化性比Cu2＋强，说明Fe3＋可将Cu氧化为Cu2＋，离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，可据此反应设计原电池装置。　　答案：(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋　　(2)①Cu－2e－===Cu2＋　②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋　　(3)略
1.一次电池只能使用一次，不能充电复原继续使用的电池。
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
铅蓄电池是一种常见的二次电池，总反应为 Pb＋PbO2 ＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。
(2)图解二次电池的充放电
(3)二次电池的充放电规律
①充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后作阴极，正接正后作阳极。
②工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的电解质溶液，充电与放电时 pH 的变化趋势也恰好相反。
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
O2＋4e－＋4H＋ === 2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
2H2＋O2===2H2O
①酸性介质(如 H2SO4)总反应式：____________________________________。负极反应式：______________________________________。正极反应式：_____________________________________。②碱性介质(如 KOH)总反应式：_____________________________________。负极反应式：_____________________________________。正极反应式：_____________________________________。
CH4＋2O2===CO2＋2H2O　
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
2O2＋8e－＋8H＋===4H2O
2O2＋8e－＋4H2O===8OH－
【练1】(2021年湛江一模)锌－空气燃料电池广泛用于铁路、航海灯标以及助听器中，其装置示意图如图所示。下列说
A.放电时，负极的电极反应式为 Zn＋2OH－－2e－===ZnO
B.放电时，K＋向活性炭电极方向移动
C.充电时，Zn/ZnO 电极上的电势比活性炭电极上的高D.充电时阴极质量减小 16 g，理论上阳极生成 16 g 气体
　　解析：放电时Zn/ZnO电极为负极，Zn失电子结合OH－转化为ZnO，电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，A正确；原电池中阳离子流向正极，所以K＋向活性炭电极方向移动，B正确；充电时，Zn/ZnO电极接负极，活性炭电极接正极，负极电势要低于正极，即Zn/ZnO电极上的电势比活性炭电极上的低，C错误；充电时阴极上ZnO转化为Zn，电极反应式为ZnO＋2e－＋H2O===Zn＋2OH－，所以减少的质量为O原子的质量，质量减少16 g，即减少1 ml氧原子，转移2 ml电子，阳极生成的气体为氧气，生成一分子氧气转移4个电子，所以转移2 ml电子时生成0.5 ml氧气，质量为16 g，D正确。
A.电解液 a 为非水电解液
　　B.放电时，A处的电极反应为Li－e－===Li＋　　C.充电时，Li＋向Li电极区域迁移　　D.充电时，B处的电极反应为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2　
解析：锂单质化学性质活泼，不能使用具有活泼氢的水、醇、羧酸等作电解质溶液，A 描述正确，不符合题意；根据题意，锂—空气电池放电时，还原性更强的锂单质是失电子一极，作负极，所以 A 极锂单质失电子生成锂离子，B 描述正确，不符合题意；放电时负极电子流出，充电时，电池的负极电子流入，充当电解池阴极，根据外加电场下离子、电子移动特点，阳离子向阴极移动，C 描述正确，不符合题意；二次电池充电时，B 极电子流出，发生氧化反应，选项中电极反应式显示是得电子，D 描述错误，符合题意。
【练3】(2021 年深圳一模)科学家设计如下装置获取氢能源和电能。其中，a 为 Pt 电极，电解质溶液为 1 ml·L－1 KOH溶液(已知：Q＝nF，F 为法拉第常量，F＝96 500 C·ml－1)。下
A.当 K 和 K1 相连接时，b 处电极反应为 Ni(OH)2－e－＋
OH－ ===NiO(OH)＋H2O
B.当 K 和 K2 相连接时，溶液中的 OH－向 c 电极迁移C.该设计实现了 Ni(OH)2 电极的循环使用
D. 理论上 ， 每生成 1 ml H2 可有助于电池最多产生
1.93×104 C 的电量
96 500C·ml－1＝1.93×105C，D错误。
解析：当 K 和 K1 相连接时，该装置是电解池，b 处为阳极，Ni(OH)2 失电子生成 NiO(OH)，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式：Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O，A 正确；当 K 和 K2 相连接时，该装置是原电池，c 处 Zn 失电子生
确；由题图可知，该设计实现了Ni(OH)2 电极的循环使用，C正确；每生成 1 ml H2，转移 2 ml 电子，故 Q＝nF＝2 ml×
【练4】(2021年南充模拟)科学家最近设计出了质子膜 H2S电池，实现了 H2S 废气变废为宝，电池结构原理如图，下列相
A.电极 a 为正极，发生还原反应
则电极b上发生的电极反应为O2＋4e－＋4H+===2H2O，C正确；
解析：a 极上硫化氢失电子生成 S2 和氢离子，发生氧化反应，则 a 为负极，A 错误；a 为负极，b 为正极，阳离子向正极移动，则 H＋经过质子固体电解质膜向 b 电极移动，B 错误；正极 O2 得电子发生还原反应，酸性条件下，氧气得电子生成水，
用该电池进行粗铜的精炼，阳极上粗铜失电子，粗铜中Cu、Zn等均能失电子，所以无法计算阳极减少的质量，D 错误。
(1)燃料电池解题模板及审题关键
1.(2021 年广东卷)火星大气中含有大量 CO2，一种有 CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以
金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时(A.负极上发生还原反应B.CO2 在正极上得电子C.阳离子由正极移向负极D.将电能转化为化学能
解析：根据题干信息可知，放电时总反应为 4Na＋3CO2===2Na2CO3 ＋C 。放电时负极上 Na 发生氧化反应失去电子生成Na＋，A 错误；放电时正极为 CO2 得到电子生成 C，B 正确；放电时阳离子由负极移向正极，C 错误；放电时装置为原电池，能量转化关系为化学能转化为电能，D 错误。
2.(2021年新高考Ⅰ卷)以 KOH 溶液为离子导体，分别组成CH3OH—O2 、N2H4—O2 、(CH3)2NNH2—O2 清洁燃料电池，下
A.放电过程中，K＋均向负极移动B.放电过程中，KOH 物质的量均减小C.消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2—O2 燃料电池的理论放电量最大D.消耗 1 ml O2 时，理论上 N2H4—O2 燃料电池气体产物的体积在标准状况下为 11.2 L
析解答。放电过程为原电池工作原理，所以K＋均向正极移动，
解析：碱性环境下，甲醇燃料电池总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O；N2H4—O2 清洁燃料电池总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O；偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中 C 和 N 的化合价均为－2 价，H 元素化合价为＋1 价，所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应 ： (CH3)2NNH2 ＋4O2 ＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O，据此结合原电池的工作原理分
A 错误；根据上述分析可知，N2H4—O2 清洁燃料电池的产物为氮气和水，其总反应中未消耗 KOH，所以 KOH 的物质的量不
×16，通过比较可知(CH3)2NNH2 理论放电量最大，
变，根据其他两种燃料电池总反应可知，KOH 的物质的量减小，B 错误；理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为 m g，则甲醇、N2H4 和(CH3)2NNH2 放电量
(物质的量表达式)分别是
m g32 g·ml－1
m g60 g·ml－1
正确；根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗 1 ml O2 生成的氮气的物质的量为 1 ml，在标准状况下为 22.4 L，D 错误。答案：C
3.(2021 年湖南卷)锌溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌溴液流电池工作原理如图所示：
A.放电时，N 极为正极B.放电时，左侧贮液器中 ZnBr2 的浓度不断减小C.充电时，M 极的电极反应式为 Zn2＋＋2e－===ZnD.隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
解析：由题图可知，放电时，N 电极为电池的正极，溴在正极上得到电子发生还原反应生成溴离子，电极反应式为 Br2＋2e－===2Br－，M 电极为负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，电极反应式为 Zn—2e－===Zn2＋，正极放电生成的溴离
子通过离子交换膜进入左侧，同时锌离子通过交换膜进入右侧，维持两侧溴化锌溶液的浓度保持不变；充电时，M 电极与直流电源的负极相连，作电解池的阴极，N 电极与直流电源的正极相连，作阳极。由分析可知，放电时，N 电极为电池的正极，
极上得到电子发生还原反应生成锌，电极反应式为 Zn2+＋2e－
A 正确；由分析可知，放电或充电时，左侧贮液器和右侧贮液器中溴化锌的浓度维持不变，B 错误；由分析可知，充电时，M 电极与直流电源的负极相连，作电解池的阴极，锌离子在阴
===Zn，C 正确；由分析可知，放电或充电时，交换膜允许锌离子和溴离子通过，维持两侧溴化锌溶液的浓度保持不变，D 正确。答案：B
其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是(
4.(2021 年河北卷)K—O2 电池结构如图，a 和 b 为两个电极，
A.隔膜允许 K＋通过，不允许 O2 通过B.放电时，电流由 b 电极沿导线流向 a 电极；充电时，b电极为阳极
去电子发生氧化反应生成钾离子，电极反应式为K－e－===K+，
C.产生 1 Ah 电量时，生成 KO2 的质量与消耗 O2 的质量比
D.用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗 3.9 g 钾时，铅酸蓄电
池消耗 0.9 g 水
解析：由题图可知，a 电极为原电池的负极，单质钾片失
b 电极为正极，在钾离子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾，据以上分析解答。金属性强的金属钾易
与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许 K＋通过，不允许 O2 通过，A 正确；由分析可知，放电时，a 为负
极，b 为正极，电流由 b 电极沿导线流向 a 电极，充电时，b 电极应与直流电源的正极相连，作电解池的阳极，B 正确；由分析可知，生成 1 ml 超氧化钾时，消耗 1 ml 氧气，两者的质量比值为 1 ml×71 g·ml－1∶1 ml×32 g·ml－1≈2.22∶1，C 正确；铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为 2PbSO4 ＋2H2O===PbO2＋Pb＋2H2SO4，反应消耗 2 ml 水，转移 2 ml 电子，由得失电子数目守恒可知，消耗 3.9 g 钾时，铅酸蓄电池消耗水的
×18 g·ml－1＝1.8 g，D 错误。
5.(2021 年浙江选考)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极 A 为非晶硅薄膜，充电时 Li＋得电子成为 Li 嵌入该薄膜材料中；电极 B 为 LiCO2 薄膜；集流体起导电作用。
A.充电时，集流体 A 与外接电源的负极相连B.放电时，外电路通过 a ml 电子时，LiPON 薄膜电解质损失 a ml Li＋C.放电时电极 B 为正极,反应可表示为 Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2
D.电池总反应可表示为 LixSi＋Li1－xCO2
到正极，但是LiPON薄膜电解质没有损失Li+，B不正确；放
解析：由题中信息可知，该电池充电时 Li＋得电子成为 Li嵌入电极 A 中，可知电极 A 在充电时作阴极，故其在放电时作电池的负极，而电极 B 是电池的正极。由题图可知，集流体 A与电极 A 相连，充电时电极 A 作阴极，故充电时集流体 A 与外接电源的负极相连，A 正确；放电时，外电路通过 a ml 电子时，内电路中有 a ml Li＋通过 LiPON 薄膜电解质从负极迁移
电时，电极 B 为正极，发生还原反应，反应可表示为 Li1－xCO2