大单元四　第十章　第40讲　原电池　常见化学电源-备战2025年高考化学大一轮复习课件（人教版）

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1.理解原电池的工作原理。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.能够书写常见化学电源的电极反应式和总反应方程式。
考点一　　原电池的工作原理
考点二　　常见化学电源
1.概念原电池是把 能转化为 能的装置。2.构成条件
3.构建原电池模型(以锌铜原电池为例)盐桥的组成和作用(1)盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子可在其中自由移动。(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：阴离子移向 ，阳离子移向 。
1.盐桥是所有原电池构成的必要条件(　　)2.原电池内部电解质中的阴离子一定移向负极，阳离子一定移向正极(　　)3.构成原电池两极的电极材料一定是活泼性不同的金属(　　)4.原电池中负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数(　　)5.使用盐桥可以提高电池的效率(　　)
6.图1能验证锌与硫酸铜反应过程中有电子转移(　　)7.图2能实现Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑(　　)
1.构成原电池的条件有很多，当电解质中某离子的浓度越大时其氧化性或还原性越强。某化学实验小组用如图所示的装置实验，发现电流表指针发生偏转。
一、原电池的构成及工作原理
(1)电极A作____极，电极反应式为_________________。(2)电极B作____极，电极反应式为_________________。
Ag－e－===Ag＋
Ag＋＋e－===Ag
(3)硝酸根离子移向_______(填“A”或“B”)极。(4)由此得出的结论是，原电池反应发生的条件不仅与电极材料和电解质的性质有关，还与电解质的_______有关。
2.控制合适的条件，可使反应2Fe3＋＋2I－　　2Fe2＋＋I2向不同的方向进行，改变电极反应。(1)反应开始时，乙中石墨电极的名称：______，反应类型：___________；甲池中发生______(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为________________。
(2)一段时间后，电流表读数为零后，在甲中加入FeCl2固体，则乙中的石墨作_____(填“正”或“负”)极，该电极的电极反应式为________________。
Fe3＋＋e－===Fe2＋
I2＋2e－===2I－
3.根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是A.2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s)B.C2＋(aq)＋Cd(s)===C(s)＋Cd2＋(aq)C.2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2＋(aq)D.2Ag＋(aq)＋C(s)===2Ag(s)＋C2＋(aq)
由第一个原电池装置中正、负极的标注可知，该装置在反应过程中Cd失去电子作负极，发生氧化反应，则C电极在反应过程中就要发生还原反应，由上可知，Cd的金属性强于C；由第二个原电池装置中正、负极的标注可知，C在反应过程中失去电子，则Ag电极就要在反应过程中得电子，说明C的金属性强于Ag；综上可知三者的金属性强弱顺序为Cd>C>Ag。再根据在氧化还原反应中，由活泼性强的金属能将活泼性较弱的金属从其盐溶液中置换出来的规律可知，A项是错误的。
4.根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计原电池，在方框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液，写出电极反应式：
Cu－2e－===Cu2＋
(1)比较金属的活动性，在原电池中，一般较活泼的金属作负极 (注意电解质溶液对电极反应的影响)。(2)加快化学反应速率，创造多个微电池反应环境，可加快反应(腐蚀)速率。(3)应用于金属防护。(4)设计原电池。①首先将氧化还原反应分成两个半反应。②根据原电池反应的特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－
Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
铅酸蓄电池是最常见的二次电池，总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4　 　 2PbSO4＋2H2O。(1)放电时：负极反应式： ；正极反应式： 。
放电时，当外电路上有2 ml e－通过时，溶液中消耗H2SO4 ml。
(2)充电时：阴极反应式： ；阳极反应式： 。
充电一段时间电解质溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
提醒　充电时电极的连接，负接负作阴极，正接正作阳极。
3.燃料电池(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，常见的燃料除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。如无特别提示，燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧。(2)燃料电池的电解质常有四种类型：酸性条件、碱性条件、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应式、电极反应式有影响。
(3)以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式。①酸性溶液(或含质子交换膜)正极： ，负极： 。②碱性溶液正极： ，负极： 。
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
③固体氧化物(其中O2－可以在固体介质中自由移动)正极： ，负极： 。④熔融碳酸盐(　 　)正极(通入CO2)： ，负极： 。
O2＋4e－===2O2－
CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O
1.干电池根据电池内的电解质分为酸性电池和碱性电池(　　)2.手机、电脑中使用的锂离子电池属于一次电池(　　)3.镍镉电池不能随意丢弃的主要原因是镍、镉的资源有限，价格昂贵(　　)4.铅酸蓄电池放电时，正极与负极质量均增加(　　)5.二次电池充电时，阴极连接电源的负极，发生还原反应(　　)6.铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应(　　)7.燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能(　　)8.在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定发生氧化反应(　　)
1.燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4、C2H6等)与氧气(或空气)反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下列关于乙烷(C2H6)燃料电池的说法正确的是A.通入5.6 L O2完全反应后，有1 ml电子发生转移B.负极反应式：C2H6＋18OH－＋14e－===　　　＋12H2OC.该电池工作时，正极附近溶液的碱性增强D.燃料电池的优点之一是燃料反应时化学能全部转化为电能
2.如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度在700～900 ℃时，O2－可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应产物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是A.电池内的O2－由电极乙移向电极甲B.电池总反应为N2H4＋2O2===2NO＋2H2OC.当电极甲上有1 ml N2H4消耗时，电极乙上有22.4 L　 O2参与反应D.电池外电路的电子由电极乙移向电极甲
该装置中电极甲为负极，电极乙为正极，所以O2－由电极乙移向电极甲，A项正确；电池的总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，B项错误；当电极甲上消耗1 ml N2H4时，电极乙上就有1 ml O2参与反应，但题目没有指明是否处于标准状况，C项错误；
在外电路中，电子由负极(电极甲)移向正极(电极乙)，D项错误。
3.有如图所示的四个装置，回答相关问题：
(1)图①中，Mg作_____极。(2)图②中，Mg作____极，写出负极反应式：_______________________________，正极反应式：__________________________，总
2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
反应的离子方程式：___________________________________。
(3)图③中，Fe作_____极，写出负极反应式：__________________，正极反应式：______________________________，总反应的化学方程式：______________________________________________。
(4)图④装置能否构成原电池？______(填“能”或“否”)，若能构成原电池，正极为_____，电极反应式为_________________________(若不能构成原电池，后两问不用回答)。
Cu＋4HNO3(浓)===
Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
4.根据电池反应书写电极反应式。(1)碱性铁电池的电池反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。负极反应式：_____________________________，正极反应式：____________________________________。(2)一种锂电池的反应为CO2＋LiC6===LiCO2＋C6，Li原子嵌入电池负极材料碳(C6)中。负极反应式：______________________，正极反应式：___________________________。
Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
LiC6－e－===Li＋＋C6
CO2＋Li＋＋e－===LiCO2
(3)Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式：2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－。负极反应式：___________________，正极反应式：_______________________。
Mg－2e－===Mg2＋
AgCl＋e－===Ag＋Cl－
(1)电极反应式书写的一般方法
(2)已知总反应式的复杂电极反应式的书写方法①首先写出较简单的电极反应式。②复杂电极反应式＝总反应式－简单电极反应式。③注意电子守恒。
1.(2023·海南，8)利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是A.b电极为电池正极B.电池工作时，海水中的Na＋向a电极移动C.电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性D.每消耗1 kg Al，电池最多向外提供37 ml电子的电量
电池工作时，阳离子向正极移动，故海水中的Na＋向b电极移动，B错误；电池工作时，a电极反应为铝失去电子生成铝离子：Al－3e－===Al3＋，铝离子水解使紧邻a电极区域的海水呈酸性，C错误；
2.(2023·广东，6)负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除Cl－实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是A.Ag作原电池正极B.电子由Ag经活性炭流向PtC.Pt表面发生的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－D.每消耗标准状况下11.2 L的O2，最多去除1 ml Cl－
由题图分析可知，Cl－在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；
溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C错误；每消耗标准状况下11.2 L的O2，转移2 ml电子，最多去除2 ml Cl－，D错误。
3.(2021·重庆，12)CO2电化学传感器是将环境中CO2浓度转变为电信号的装置，工作原理如图所示，其中YSZ是固体电解质，当传感器在一定温度下工作时，在熔融Li2CO3和YSZ之间的界面X会生成固体Li2O。下列说法错误的是A. 　　迁移方向为界面X―→电极bB.电极a上消耗的O2和电极b上产生的CO2的物质的量之　比为1∶1C.电极b为负极，发生的电极反应为2 　 －4e－===O2↑　＋2CO2↑D.电池总反应为Li2CO3===Li2O＋CO2↑
4.(2023·辽宁，11)某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是A.放电时负极质量减小B.储能过程中电能转变为化学能C.放电时右侧H＋通过质子交换膜移向左侧D.充电总反应：Pb＋　　 ＋2Fe3＋===PbSO4　＋2Fe2＋
放电时，负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误；储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；
放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H＋通过质子交换膜移向右侧，C错误；充电时，总反应为PbSO4＋2Fe2＋===Pb＋ 　　 ＋2Fe3＋，D错误。
1.下列与甲、乙两套装置有关的说法正确的是A.甲、乙装置中，锌棒均作负极，发生氧化反应B.甲中锌棒直接与稀H2SO4接触，故甲生成气泡的速率更快C.甲、乙装置的电解质溶液中，阳离子均向碳棒定向迁移D.乙中盐桥设计的优点是迅速平衡电荷，提高电池效率
甲不是原电池，故A错误；甲中锌棒直接与稀H2SO4接触，发生化学腐蚀，乙中构成了原电池，负极失去电子速率加快，因此正极放出氢气的速率增大，故B错误。
2.锌铜原电池装置如图所示，其中阳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( 　　)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
3.(2023·西安模拟)我国首创的海洋电池以铝板、铂网作电极，海水为电解质溶液。空气中的氧气与铝反应产生电流，放电时A.铝电极上发生还原反应B.阳离子移向负极C.氧气在正极上得电子D.电流由铝板经外电路流向铂网
由题意可知，铝为负极，发生氧化反应，A项错误；原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，B项错误；氧气在正极得电子，发生还原反应，C项正确；原电池中，电流由正极流向负极，即由铂网经外电路流向铝板，D项错误。
4.铅酸蓄电池是汽车常用的蓄电池，其构造如图所示。下列说法不正确的是A.电池放电时，负极质量减轻B.电池放电时，c(H＋)减小C.电池充电时总反应为2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2　＋2H2SO4D.铅酸蓄电池的缺点是笨重、比能量低
放电时，负极Pb失去电子转化为PbSO4，负极质量增加，A项错误；放电过程中消耗H2SO4，溶液中c(H＋)减小，B项正确。
5.根据光合作用原理，设计如图原电池装置。下列说法正确的是A.a电极为原电池的正极B.外电路电流方向是a→bC.b电极的电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===H2O2D.a电极上每生成1 ml O2，通过质子交换膜的H＋　为2 ml
根据图示可知，a极上H2O转化为H＋和O2，发生氧化反应，则a电极为原电池的负极，A项错误；a电极为负极，b电极为正极，外电路电流方向应从正极到负极，即b→a，B项错误；a电极上每生成1 ml O2，转移4 ml电子，则通过质子交换膜的H＋为4 ml，D项错误。
6.(2022·湖南，8)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如图。下列说法错误的是A.海水起电解质溶液作用B.N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D.该锂-海水电池属于一次电池
锂-海水电池的总反应为4Li＋2H2O＋O2===4LiOH，M极上Li失去电子发生氧化反应，则M极为负极，电极反应为Li－e－===Li＋，N极为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B错误；
海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并传导离子，故C正确；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确。
7.(2021·山东，10)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，下列说法正确的是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
放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；碱性环境下，N2H4-O2清洁燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量均减小，B错误；
根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1 ml O2生成氮气的物质的量为1 ml，在标准状况下为22.4 L，D错误。
8.蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。以下是爱迪生电池分别在充电和放电时发生的反应：下列有关爱迪生电池的推断不正确的是A.放电时，Fe是负极，NiO2是正极B.蓄电池的电极可以浸入某种酸性电解质溶液中C.充电时，阴极的电极反应式为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－D.放电时，电解质溶液中的阴离子向负极方向移动
放电时，Fe是负极，发生氧化反应，NiO2是正极，发生还原反应，A正确；放电时Fe作负极，Fe与酸反应不能生成Fe(OH)2，故电极不能浸入酸性电解质溶液中，B错误；充电时阴极的电极反应与放电时负极的电极反应互为逆反应，所以充电时阴极的电极反应式为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，C正确；蓄电池放电时为原电池，原电池电解质溶液中的阴离子向负极移动，D正确。
9.某科研机构研发的NO-空气燃料电池的工作原理如图所示，下列叙述正确的是A.a电极为电池负极B.电池工作时H＋透过质子交换膜从右向左移动C.b电极的电极反应：NO－3e－＋2H2O===4H＋　＋D.当外电路中通过0.2 ml电子时，a电极处消耗　O2 1.12 L
NO-空气燃料电池中氧气发生还原反应，故a为正极、b为负极，A错误；原电池中氢离子向正极移动，故电池工作时H＋透过质子交换膜从左向右移动，B错误；
b电极上NO失去电子发生氧化反应生成硝酸，C正确；没有标明所处状况，不能计算氧气的体积，D错误。
10.用如图所示装置探究某浓度的浓硝酸与铁的反应。装置①中Fe表面产生了红棕色气泡，一段时间后停止；装置②为在装置①中插入Cu并连接导线，一段时间后，Fe表面产生红棕色气泡，而后停止；再过一段时间后又产生红棕色气泡，而后停止……如此往复多次，Cu表面始终有红棕色气泡。下列说法正确的是A.装置①中现象说明浓硝酸具有强氧化　性，能将Fe钝化为Fe2O3B.装置②中插入Cu并连接导线后，体系形　成了原电池，Cu始终为负极C.装置②中Fe表面产生红棕色气泡时，Fe为负极D.Cu表面发生的反应只有Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O、　　＋　2H＋＋e－===NO2↑＋H2O
装置①中现象说明浓硝酸具有强氧化性，能将Fe钝化，但形成的致密氧化膜的成分复杂，不能仅用Fe2O3表示，A错误；装置②中插入Cu并连接导线后，由于Fe表面已钝化，此时Cu为负极，Fe为正极，Fe表面的氧化物得电子发生还原反应而溶解，待氧化膜完全溶解后，Fe为负极，Cu为正极，然后Fe表面再次发生钝化，如此往复多次，B错误；
11.一种烷烃催化转化装置如图所示，下列说法正确的是A.该装置将电能转化为化学能B.H＋向左侧迁移C.负极的电极反应式为C2H6－2e－===C2H4＋2H＋D.每消耗0.1 ml C2H6，需要消耗标准状况下的　空气2.8 L(设空气中氧气的体积分数为20%)
根据装置图可知，Fe-C合金作电池的负极，C2H6在负极失去电子，发生的电极反应：C2H6－2e－===C2H4＋2H＋；右侧为正极，氧气得电子与氢离子反应生成水。该装置为原电池，将化学能转化为电能，A错误；
H＋向正极移动，即向右侧迁移，B错误；每消耗0.1 ml C2H6，转移0.2 ml电子，需要消耗0.05 ml氧气，则需消耗标准状况下的空气5.6 L(设空气中氧气的体积分数为20%)，D错误。
12.十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是A.该电池放电时质子从Pt2电极经过内电路移向　Pt1电极B.Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－　===H2SO4＋2H＋C.Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－D.相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1
酸性条件下，氧气得电子生成水，C错误；根据转移电子数相等可知，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，D正确。
13.通过电化学循环法可将H2S转化为H2SO4和H2(如图所示)。其中氧化过程发生如下两步反应：H2S＋H2SO4===SO2↑＋S↓＋2H2O、S＋O2===SO2。
(1)电极a上发生的电极反应为________________________________。
(2)理论上1 ml H2S参加反应可产生H2的物质的量为________。
由反应H2S＋H2SO4===SO2↑＋S↓＋2H2O、S＋O2===SO2可知，1 ml H2S参加反应时，负极上有2 ml二氧化硫参与放电，由得失电子守恒可得：2 ml×2＝n(H2)×2，解得n(H2)＝2 ml。
14.(1)利用多晶铜高效催化电解CO2制乙烯的原理如图所示。因电解前后电解液浓度几乎不变，故可实现CO2的连续转化。①电解过程中　　　向______(填“铂”或“多晶铜”)电极方向移动。
②多晶铜电极的电极反应式为_____________________________________________。③理论上当生成0.05 ml乙烯时，铂电极产生的气体在标准状况下体积为________(不考虑气体的溶解)。
(2)某钠离子电池结构如图所示，电极A为含钠过渡金属氧化物(NaxTMO2)，电极B为硬碳，充电时Na＋得电子成为Na嵌入硬碳中，NaTMO2失去电子生成Na1－xTMO2，充电时B极的电极反应式：__________________________，放电时A极的电极反应式：____________________________________。
C＋xe－＋xNa＋===NaxC
Na1－xTMO2＋xe－＋xNa＋===NaTMO2