第23讲 原电池 化学电源 课件—2025届高考化学大一轮复习

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第六章 化学反应与能量
第23讲 原电池 化学电源
课标要求 1.知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化，以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。2.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。了解原电池及常见化学电源的工作原理。3.制作简单的燃料电池。
一、原电池的工作原理及应用
1.概念和反应本质原电池是将化学能转化为______的装置，其反应本质是自发进行的氧化还原反应。
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2.构成条件（1）一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生（一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应）。（2）二看电极：一般是活泼性不同的两个电极。（3）三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需要三个条件：①电解质溶液；②两个电极直接或间接接触；③两个电极插入电解质溶液中。
3.工作原理（以锌铜原电池为例）（1）反应原理
（4）设计制作化学电源①拆分反应：将氧化还原反应分成两个半反应。②选择电极材料：还原剂（一般为比较活泼的金属）作负极，活泼性比负极弱的金属或非金属导体作正极。如果还原剂不是金属而是其他还原性物质，可选择惰性电极——石墨棒、铂片作负极。
③构成闭合回路：电解质溶液一般要能够与______发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能在负极发生反应（如溶解于溶液中的空气）。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中应含有与电极材料相同的金属的阳离子。④画装置图：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、正极和负极、电解质溶液等。
二、常见化学电源及工作原理
1.化学电源的优点和优劣判断标准（1）相对其他能源，电池的优点是能量转换效率较高，供能稳定可靠，形状、大小可根据需要设计，使用方便等。（2）判断电池优劣的标准是电池单位质量或单位体积所能输出的电能的多少（比能量）或者输出功率的大小（比功率），以及电池可储存时间的长短。
2.日常生活中的几种电池（1）碱性锌锰电池——一次电池
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（3）二次电池（可充电电池）：放电后能充电复原继续使用。铅酸蓄电池（构造示意图如图所示）是一种常见的二次电池。
点 拨 二次电池的充、放电反应不能理解为可逆反应。
3.“高效、环境友好”的燃料电池（1）氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池两种。
（1） 盐桥是所有原电池构成的必要条件。 ( )
（2） 原电池内部电解质溶液中，一般阴离子移向负极，阳离子移向正极。 ( )
（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电流的稳定性。 ( )
3. （2023·北京丰台期中）锌铜原电池装置如图所示，下列说法中不正确的是( )
4. 工业固氮的原理是利用氢气与氮气合成氨。理论上该原理可设计成原电池，在固氮的同时提供电能。该电池在工作过程中，下列说法不正确的是( )
A. 氢气在负极上发生氧化反应B. 氮气在正极上得电子C. 放电过程中，介质中的阳离子向正极移动D. 该装置既提供了电能，又增加了化学能
1.“双液”原电池中有关盐桥的注意事项（1）盐桥中的离子不断移动到两个半电池中,逐渐失去导电作用,需定期更换盐桥。（2）要明确盐桥中离子的移动方向。（3）带盐桥的原电池中有关电极的判断:与一般原电池电极的判断一致,还原剂在负极区,而氧化剂在正极区。对于活泼金属和不活泼金属,一般是活泼金属作负极,不活泼金属作正极;对于金属与非金属,一般是金属作负极,非金属作正极;对于还原性不同的物质,一般是还原性强的物质作负极,还原性弱的物质作正极。
2.判断原电池正、负极的五种方法
3.原电池的工作原理简图
点 拨（1）电子从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液。（2）若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。（3）若有交换膜，离子可选择性通过交换膜。如有阳离子交换膜，阳离子可通过该交换膜移向正极。
考向1 构成原电池的条件
1. 理论上能用于设计原电池的化学反应，必须是能自发进行的氧化还原反应。下列不能用于设计原电池的化学反应是( )
考向2 原电池的工作原理
3. （2023·黑龙江哈尔滨期中）我国在太阳能光电催化-化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法正确的是 ( )
4. （2023·江苏徐州期中）研究发现，向酸性乙醇燃料电池中加入稀硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如图所示。
下列说法不正确的是 ( )
考向3 原电池原理的应用
6. （2023·山西太原期末）镁、海水、溶解氧（石墨）可构成原电池，为水下小功率设备长时间供电，其原理如图所示。但该电池负极存在析氢副反应和负极活性衰减等问题。下列说法不正确的是( )
考点二 燃料电池与化学电源
1.解答燃料电池题目的思维模型
2.解答燃料电池题目的几个关键点（1）要注意介质是电解质溶液还是熔融盐或氧化物等。（2）通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。（3）通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正、负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。
3.化学电源中电极反应式书写的一般方法（1）明确两极的反应物。（2）明确直接产物：根据负极发生氧化反应、正极发生还原反应，明确两极的直接产物。（3）确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物。（4）配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。
4.图解二次电池的充、放电
5.二次电池的充、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。
例 燃料电池能量转化率高，以下是氢氧燃料电池结构示意图：
归纳总结 考查电化学内容时，从图中元素价态变化，确定得失电子，确定正、负（或阴、阳）极，或从反应的化学方程式出发，用双线桥法确定两个半反应，写出半反应式，由半反应式确定电解质中离子迁移方向、电子转移数目（守恒法）等。
1. 下列说法正确的是( )
2. （2023·全国乙卷·12,6分）室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。
下列叙述错误的是( )