第02讲 原电池、化学电源(课件)-2025年高考化学一轮复习课件（新教材新高考）

这是一份第02讲 原电池、化学电源(课件)-2025年高考化学一轮复习课件（新教材新高考），共60页。PPT课件主要包含了第02讲，化学电源，考情透视，知识导图，考点突破，真题练习，考点一，原电池的工作原理，考点二，考向1一次电池等内容，欢迎下载使用。
1、落实考点。一轮复习时要在熟读课本、系统掌握基础知识、基本概念和基本原理后，要找出重点和疑点；通过结合复习资料，筛选出难点和考点，有针对地重点复习。2、注重理论联系实际，高三生物的考试并不仅仅是考概念，学会知识的迁移非常重要，并要灵活运用课本上的知识。不过特别强调了从图表、图形提取信息的能力。历年高考试题，图表题都占有比较大的比例。3、一轮复习基础知识的同时，还要重点“攻坚”，突出对重点和难点知识的理解和掌握。这部分知识通常都是学生难于理解的内容，做题时容易出错的地方。分析近几年的高考生物试题，重点其实就是可拉开距离的重要知识点。　4、学而不思则罔，思而不学则殆。这一点对高三生物一轮复习很重要。尤其是对于错题。错题整理不是把错题抄一遍。也不是所有的错题都需要整理。
1、落实考点。一轮复习时要在熟读课本、系统掌握基础知识、基本概念和基本原理后，要找出重点和疑点；通过结合复习资料，筛选出难点和考点，有针对地重点复习。2、注重理论联系实际，高三化学的考试并不仅仅是考概念，学会知识的迁移非常重要，并要灵活运用课本上的知识。不过特别强调了从图表、图形提取信息的能力。历年高考试题，图表题都占有比较大的比例。3、一轮复习基础知识的同时，还要重点“攻坚”，突出对重点和难点知识的理解和掌握。这部分知识通常都是学生难于理解的内容，做题时容易出错的地方。分析近几年的高考化学试题，重点其实就是可拉开距离的重要知识点。　4、学而不思则罔，思而不学则殆。这一点对高三化学一轮复习很重要。尤其是对于错题。错题整理不是把错题抄一遍。也不是所有的错题都需要整理。
考向1 原电池的工作原理
考向2 原电池电极判断及电极反应的书写
考向3 “盐桥”的作用与化学平衡的移动
知识点1 原电池的概念及构成条件
把化学能转化为电能的装置
2. 原电池的构成条件
能自发进行的氧化还原反应。两个金属活动性不同的电极(燃料电池的两个电极可以相同)。形成闭合回路，需满足三个条件：a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入电解质溶液或熔融电解质中。
3. 原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)
e-沿导线传递，有电流产生
Zn-2e-=Zn2+
Cu2++2e-=Cu
根据内电路中的离子流向判断正、负极，在内电路中，阳离子由负极区流向正极区，阴离子由正极区流向负极区。
知识点2 原电池的应用
将还原剂（一般为比较活泼）作负极，活泼性比负极弱的金属或非金属导体作正极
结合要求及反应特点，画出原电池的装置图，标出电极材料的名称、正负极、电解质溶液等
将氧化还原反应分成两个半反应
如果两个半反应分别在两个容器中的进行（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阳离子
2.比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。
3.加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。
4.用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。
考向1 原电池的工作原理
【例1】某小组利用下列装置进行电化学实验，下列实验操作及预期现象正确的是 （ ）
Fe、Cu的活动性相差小，测得电流也小
X为Zn、Y为Cu，Cu作阳极，质量减轻
X为Zn、Y为Cu，Cu作阴极，质量不变
判断电极名称的基本方法是看电极反应物的反应类型，若电极反应物失去电子，发生氧化反应则为负极，反之为正极。双液铜、锌原电池(带盐桥)与单液原电池相比，最大的优点是Zn与氧化剂(Cu2＋)不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，放电时间长。无论是原电池还是电解池，电子均不能通过电解质溶液，即电子不下水，离子不上线。
考向2 原电池电极判断及电极反应的书写
分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( )
④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
不活泼金属或导电非金属
说明：原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的固定思维。
（1）一般电极反应的书写
判断出电极反应产物，找出得失电子的数量
电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱性溶液中生成的H+应结合OH-生成水，电极反应要遵循电荷守恒、质量守恒、得失电子守恒等并加以配平
两电极反应相加，并与总反应对照验证
（2）复杂电极反应的书写。复杂电极反应等于总反应减去较简单一极的电极反应。
【例3】(2024·浙江省宁波市高三下学期二模)利用下图电池装置可验证不同化合价铁元素的相关性质。
考向3 “盐桥”的作用与化学平衡的移动
下列说法正确的是( )
Fe2＋、Fe3＋能与HCO3-反应，Ca2＋与SO42-不能大量共存，FeSO4、Fe2(SO4)3都属于强酸弱碱盐，水溶液呈酸性，酸性条件下NO3-能与Fe2＋反应，根据题意“盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应”，盐桥中阴离子不可以选择HCO3-、NO3-，阳离子不可以选择Ca2＋，盐桥中阴、阳离子的迁移率(u∞)应尽可能地相近，根据表中数据，盐桥中应选择KCl作为电解质，
石墨电极为正极，电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，
由图知，右池中原c(Fe2+)：c(Fe3+)=0.05：0.20，发生反应为Fe3++e-=Fe2+，现c(Fe2+)：c(Fe3+)=3：2，即c(Fe2+)：c(Fe3+)=0.15：0.10，在此过程中c(Fe2+)增加了0.10ml/L，转移的电子数为0.10ml/L，则由负极反应式Fe-2e-=Fe2+知，左池中c(Fe2+)增加了0.05ml/L，即左池中c(Fe2+)=0.15ml·L－1
D.盐桥中的阴离子进入石墨电极一侧溶液中
盐桥中的阴离子流向负极，由分析知，进入铁电极一侧溶液中，
电子流向的分析方法：
把氧化剂、还原剂均为溶液状态的氧化还原反应设计成原电池时，必须使用盐桥才能实现氧化剂与还原剂的分离，否则不会有明显的电流出现。
【解析】由图示结合原电池原理分析可知，Fe3+得电子变成Fe2+被还原，I-失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流计读数为零时Fe3+得电子速率等于Fe2+ 失电子速率，反应达到平衡状态；D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3+＋2I− 2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I−，乙中石墨为正极，D不正确。
知识点1 一次电池、二次电池电极反应式的书写
2.新型充电（可逆）电池
化学电源电极反应的书写、书写电极反应时首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极然后结合电解质溶液的环境确定电极产物最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。
拆分法。①写出原电池的总反应；②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，注明正、负极，并依据质量守恒、电荷守恒及得失电子守恒配平两个半反应。
加减法。①写出总反应；②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)；③利用总反应与写出的一极反应相减，即得另一个电极的反应。
知识点2 燃料电池
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。书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸碱性，溶液的酸碱性对电极反应和总反应都会产生影响。
【例1】(2024·江苏卷，8)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O= ZnO+2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是( )
A．电池工作时，MnO2发生氧化反应B．电池工作时，OH-通过隔膜向正极移动C．环境温度过低，不利于电池放电D．反应中每生成1ml MnOOH，转移电子数为2×6.02×10-23
A．电池工作时，MnO2发生氧化反应
Zn为负极，电极反应式为：Zn-2e-+2OH-= ZnO+H2O，MnO2为正极，电极反应式为：MnO2+ e-+H2O= MnOOH+OH-。A项，电池工作时，MnO2为正极，得到电子，发生还原反应，故A错误；
B．电池工作时，OH-通过隔膜向正极移动
Zn为负极，电极反应式为：Zn-2e-+2OH-= ZnO+H2O，MnO2为正极，电极反应式为：MnO2+ e-+H2O= MnOOH+OH-。B项，电池工作时，OH-通过隔膜向负极移动，故B错误；
C．环境温度过低，不利于电池放电
环境温度过低，化学反应速率下降，不利于电池放电，故C正确；
D．反应中每生成1ml MnOOH，转移电子数为2×6.02×10-23
由电极反应式MnO2+ e-+H2O= MnOOH+OH-可知，反应中每生成1ml MnOOH，转移电子数为6.02×10-23，故D错误；故选C。
【变式训练】(2024·北京市西城区高三一模)我国科学家设计可同时实现H2制备和海水淡化的新型电池，装置示意图如图。
下列说法不正确的是(    )A．电极a是正极B．电极b的反应式：N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2OC．每生成1mlN2，有2mlNaCl发生迁移D．离子交换膜c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜
【解析】该装置为原电池，电极a上氢离子得电子生成氢气，则a为正极，电极反应为2H++2e-=H2↑，电极b上，N2H4在碱性条件下失去电子生成N2，b为负极，电极反应为N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，根据电解池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，则钠离子经c移向左侧（a），氯离子经d移向右侧（b），c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜。A项，电极a是正极，A正确；B项，电极b的反应式：N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，B正确；C项，根据N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，每生成1mlN2，转移4ml电子，根据电荷守恒，有4mlNaCl发生迁移，C错误；D项，离子交换膜c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜，D正确；故选C。
【例2】(2024·安徽卷，11)我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP (局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。
下列说法错误的是( )
A.标注框内所示结构中存在共价键和配位键
由图中信息可知，该新型水系锌电池的负极是锌、正极是超分子材料；负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2＋，则充电时，该电极为阴极，电极反应式为Zn2++2e-=Zn；正极上发生3I3-+2e-=3I-，则充电时，该电极为阳极，电极反应式为3I--2e-=I3-。标注框内所示结构属于配合物，配位体中存在碳碳单键、碳碳双键、碳氮单键、碳氮双键和碳氢键等多种共价键，还有由N提供孤电子对、Zn2+提供空轨道形成的配位键，A正确；
B项，该电池总反应为I3-+Zn Zn2++3I-，B正确；
充电时，阴极电极反应式为Zn2++2e-=Zn，被还原的Zn2+主要来自电解质溶液，
放电时，负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2＋，因此消耗0.65 g Zn(物质的量为0.01ml)，理论上转移0.02 ml电子，D正确；故选C。
外接电源正极，同一电极
外接电源负极，同一电极
阴极反应式 = 充电总反应式 — 阳极反应式
正极反应式 =放电总反应式 — 负极反应式
xMg2+ + 2xe- = xMg
M3S42x- - 2xe- = M3S4
xMg - 2xe- = xMg2+
M3S4+ 2xe- = M3S42x-
【变式训练】(2024·安徽省马鞍山市高三第二次教学质量检测)磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的使用寿命，放电时的反应为：LixC6+Li1-xFePO4= 6C+LiFePO4。图1为某磷酸铁锂电池的切面，图2为LiFePO4晶胞充放电时Li+脱出和嵌入的示意图。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。
下列说法不正确的是( )
从总反应分析， LixC6变为C和Li+为氧化反应，该极为原电池的负极。而Li1-xFePO4变为LiFePO4发生还原反应，它为原电池的正极。A项，放电的负极为 LixC6- xe- = xLi++6C，A正确；B项，a过程由于Fe2+化合价升高为Fe3+，为了平衡电荷Li+脱嵌减少。从图看晶胞中减少了棱上1个和面心的一个Li+总共减少 ，所以1ml晶体中转移NA电子，B错误；C项，放电时，该材料在正极发生还原反应，即Fe由+2变为+3为b过程，Li+嵌入正极，D项，充电时的总反应为 6C+LiFePO4= LixC6+Li1-xFePO4，阳极发生氧化反应为 LiFePO4- xe-= Li1-xFePO4+xLi+，D正确；
【例3】(2024·全国新课标卷，6)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)
电池工作时，下列叙述错误的是（ ）
由题中信息可知，b电极为负极，发生反应Cu2O+2OH--2e-=2CuO+H2O，然后再发生C6H12O6+2CuO= C6H12O7+Cu2O；a电极为正极，发生反应O2+2H2O+4e-=4OH-，在这个过程中发生的总反应为2C6H12O6+O2=2C6H12O7。
b电极上CuO将葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸后被还原为Cu2O，Cu2O在b电极上失电子转化成CuO，在这个过程中CuO的质量和化学性质保持不变，因此，CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用
根据反应2C6H12O6+O2=2C6H12O7可知，1ml C6H12O6参加反应时转移2 ml电子，18 mg C6H12O6的物质的量为0.1 mml，则消耗18 mg葡萄糖时，理论上a电极有0.2 mml电子流入
原电池中阳离子从负极移向正极迁移，故Na＋迁移方向为b→a，
注意介质是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气(或其他氧化剂)。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。零价法秒杀负极反应的书写。若负极有机物燃料为CxHyOz，产物中C元素为+4 价的CO32-或HCO3-,，则转移电子数为C数×4+H数×1+O数×(-2)，若有机阴离子在负极反应(如CH3COO-)，转移电子数则为C数×4+H数×1+O数×(-2)+电荷数。
【变式训练】(2024·浙江省Z20名校联盟高三联考)一种三室微生物燃料电池的工作原理如图所示，该电池能同时去除有机物、脱氮形成无害气体和水。下列说法不正确的是( )
A．X、Y交换膜均为质子交换膜B．电极室C中溶液经灭菌后通入电极室AC．b电极反应式：D．电极室C中仅发生还原反应
根据图中电子的流向和电极上的变化可判断电极b电极上发生的反应为： ，电极a上的反应为 ，而电池c上有两个变化过程分别为： ， 。A项，结合电极反应可判断X、Y交换膜均为质子交换膜，故A正确； B项，结合分析可知电极室C中溶液经灭菌后通入电极室A，故B正确；C项，b电极反应式： ，故C正确；D项，结合电极上的变化，可知电极室C中既发生还原反应又发生了氧化反应，故D错误；故选D.
1、(2024·北京卷，3，3分)酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是（ ）
Zn具有比较强的还原性，MnO2具有比较强的氧化性，自发的氧化还原反应发生在Zn与MnO2之间，所以MnO2电极为正极，Zn电极为负极，则充电时MnO2电极为阳极、Zn电极为阴极。A项，充电时该装置为电解池，电解池中阳离子向阴极迁移，即Zn2+向阴极方向迁移，A不正确；B项，放电时，负极的电极反应为Zn-2e-=Zn2＋，则充电时阴极反应为Zn2++2e-=Zn，即充电时Zn元素化合价应降低，而选项中Zn元素化合价升高，B不正确；C项，放电时MnO2电极为正极，正极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4，则正极上主要发生的电极反应是MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-，C正确；D项，放电时，Zn电极质量减少0.65g(物质的量为0.010ml)，电路中转移0.020ml电子，由正极的主要反应MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-可知，若正极上只有MnOOH生成，则生成MnOOH的物质的量为0.020ml，但是正极上还有ZnMn2O4生成，因此，MnOOH的物质的量小于0.020ml，D不正确；故选C。
【解析】放电时CO2转化为MgC2O4，碳元素化合价由+4价降低为+3价，发生还原反应，所以放电时，多孔碳纳米管电极为正极、Mg电极为负极，则充电时多孔碳纳米管电极为阳极、Mg电极为阴极：
A项，放电时正极反应式为Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4、负极反应式为Mg-2e-=Mg2+，将放电时正、负电极反应式相加，可得放电时电池总反应：Mg+2CO2= MgC2O4，A正确；B项，充电时，多孔碳纳米管电极上发生失电子的氧化反应，则多孔碳纳米管在充电时是阳极，与电源正极连接，B正确；C项，充电时，Mg电极为阴极，电子从电源负极经外电路流向Mg电极，同时Mg2+向阴极迁移，C错误；D项，根据放电时的电极反应式Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4可知，每转移2ml电子，有2ml CO2参与反应，因此每转移1ml电子，理论上可转化1ml CO2，D正确；故选C。
【解析】O2在Pt得电子发生还原反应，Pt为正极，Cl-在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极。A项， Cl-在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；B项，电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；C项，溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为O2+4H++4e-= 2H2O，C错误；D项，每消耗标准状况下11.2L的O2，转移电子2ml，而2 ml Cl-失去2ml电子，故最多去除2ml Cl-，D错误。 故选B。
【解析】该储能电池放电时，Pb为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，则多孔碳电极为正极，正极上Fe3+得电子转化为Fe2+，充电时，多孔碳电极为阳极，Fe2+失电子生成Fe3+，PbSO4电极为阴极，PbSO4得电子生成Pb和硫酸。A项，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；B项，储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；C项，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；D项，充电时，总反应为PbSO4+2Fe2+=Pb+SO42-+2Fe3+，D错误；故选B。
下列叙述错误的是( )
【解析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH) 42-，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO42-向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH) 42-，Ⅱ区的SO42-向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。A项，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；B项，Ⅰ区的SO42-向Ⅱ区移动，B正确；C项，MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；D项，电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH) 42-+Mn2++2H2O，D正确；
【解析】A项，由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；B项，放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-= NaTi2(PO4)3+2Na+可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误；C项，放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-= NaTi2(PO4)3+2Na+，正极反应为Cl2+2e-=2Cl-，反应后Na+和Cl-浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确；D项，充电时阳极反应为2Cl- -2e-= Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-= Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1mlCl2，电极a质量理论上增加23g/ml x 2ml=46g，故D错误；
【解析】由题干信息可知，放电时，M极由于Li比Ni更活泼，也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼，故M极作负极，电极反应为：Li-e-=Li+，N极为正极，电极反应为：3Li++3e-+Bi=Li3Bi。A项，放电时，M电极反应为Li-e-=Li+，A错误；B项，放电时，M极为负极，N极为正极，故Li+由M电极向N电极移动，B正确；C项，由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，M电极的电极反应为：Li++e-= Li，故电极质量增大，C错误；D项，由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，充电时，N电极反应为Li3Bi-3e-=3Li++Bi，D错误；故选B。