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2020版《名师导学》高考新课标化学第一轮总复习讲义：第6章第二节 原电池 化学电源
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第二节 原电池 化学电源
[高考备考指南]
考纲定位
1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式。
2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。
核心素养
1.变化观念——认识原电池的本质是氧化还原反应。能多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转换。
2．模型认知——能利用典型的原电池装置，分析原电池原理，建立解答原电池问题的思维模型，并利用模型揭示其本质及规律。
3．科学态度——探究新型化学电源及绿色环保化学电源，并评价化学电源的优劣。
原电池的工作原理及应用
(对应复习讲义第70页)
1．概念及反应本质
把化学能转化为电能的装置，其本质是发生了氧化还原反应。
2．构成条件
(1)有两个活动性不同的电极(常见为金属或石墨)。
(2)将电极插入电解质溶液中。
(3)两电极间构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。
(4)能自发发生氧化还原反应。
3．工作原理
如图是Cu Zn原电池，请填空：
(1)反应原理
电极名称
负极
正极
电极材料
Zn
Cu
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型
氧化反应
还原反应
(2)原电池中的三个方向
①电子方向：从负极流出沿导线流入正极；
②电流方向：从正极沿导线流向负极；
③离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。
(3)两种装置的比较
图Ⅰ中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2＋，会有一部分Zn与Cu2＋直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。图Ⅱ中Zn和CuSO4溶液分别在两个池中，Zn与Cu2＋不直接接触，不存在Zn与Cu2＋直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。
(4)盐桥作用
①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电荷，使原电池不断产生电流。
4．原电池原理的应用
(1)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根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。
(2)比较金属活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
(3)加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率加快。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。
(1)在化学反应中，所有自发的放热反应均可以设计成原电池。( )
(2)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。( )
(3)相同情况下，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。 ( )
(4)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳。( )
(5)原电池反应时，电子从负极流出经导线流入正极，然后通过溶液流回负极。( )
[提示] (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)×
角度1 原电池的构成和工作原理
1．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(SO)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
C [A.Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO不参加电极反应，故甲池的c(SO)基本不变；C.电池工作时，甲池反应为Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64 g Cu析出，则进入乙池的Zn2＋为65 g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜。]
2．(2016·全国卷Ⅱ)Mg AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑
B [Mg AgCl电池的电极反应：负极Mg－2e－===Mg2＋，正极2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－，A项正确，B项错误。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，C项正确。Mg是活泼金属，能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，D项正确。]
3．(2019·厦门模拟)将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。
下列说法不正确的是 ( )
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，乙中石墨电极为负极
D [A项，甲池中石墨电极为正极，乙池中石墨电极为负极，盐桥中阳离子向正极移动，所以向FeCl3溶液迁移，正确；B项，反应开始时，乙中I－失去电子，发生氧化反应，正确；C项，当电流计读数为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，正确；D项，当加入Fe2＋，导致平衡逆向移动，则Fe2＋失去电子生成Fe3＋，作为负极，而乙中石墨成为正极，错误。]
4．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( )
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↑
B [②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子作负极；③中Fe在浓HNO3中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，则Fe作正极，A、C错误；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错误。]
原电池的工作原理简图
\x())
[注意] ①一般负极金属较活泼，正极金属或非金属不活泼。
②一般负极溶解或质量减轻，正极有气泡或质量增重。
③若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。
角度2 原电池原理的应用
5．M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是( )
A．P＞M＞N＞E B．E＞N＞M＞P
C．P＞N＞M＞E D．E＞P＞M＞N
A [由①知，金属活动性：M＞N；M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：P＞M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N＞E。]
6．把适合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示)
(1)将等质量的两份锌粉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)a中加入CuSO4，消耗一部分Zn，Cu、Zn形成原电池，反应速率加快，所以a放出H2的量减少，但速率加快。
(2)a中加入CuSO4消耗Zn，但不影响产生H2的量，速率也加快。
(3)CH3COONa与H2SO4反应后生成弱酸CH3COOH，从而减慢反应速率，但产生H2的量没发生变化。
[答案] (1)A (2)B (3)C
7．某校化学兴趣小组进行探究性活动，将氧化还原反应：2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2，设计成盐桥原电池。提供的试剂：FeCl3溶液，KI溶液；其他用品任选。请回答下列问题：
(1)请画出设计的原电池装置图，并标出电极材料，电极名称及电解质溶液。
Ｋ
(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。
[解析] (1)先分析氧化还原反应，找出正负极反应，即可确定正负极区电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极是负极，I－失电子。(3)反应达到平衡时，无电子流动，故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时FeCl2溶液失电子，正极变成负极。
[答案] (1)如图：
(2)2I－－2e－===I2 (3)无 (4)负
设计原电池装置的方法
(1)正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。
(2)电解质溶液的选择：电解质溶液一般能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的氧气)。但如果氧化反应和还原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选择与电极材料相同的阳离子，这样可减少离子极化作用，便于电子和离子的移动，如在Cu Zn构成的原电池中，负极Zn浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极Cu浸泡在含有Cu2＋的电解质溶液中。
化学电源
(对应复习讲义第72页)
1．一次电池——碱性锌锰干电池
负极材料：Zn，电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2。
正极材料：MnO2，电极反应式：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
2．可充电电池(二次电池)
铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)
3．燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。
酸性
碱性
负极反
应式
2H2－4e－
===4H＋
2H2＋4OH－－4e－
===4H2O
正极反
应式
O2＋4H＋＋4e－
===2H2O
O2＋2H2O＋4e－
===4OH－
总反
应式
2H2＋O2===2H2O
1．电极反应式的一般书写步骤
(1)先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物，并标出相同数目电子的得失。
(2)根据氧化还原反应原理写出电极反应式：
①负极反应
负极失去电子发生氧化反应。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
正极得到电子发生还原反应。当正极上的反应物质是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，与O2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，即得到较难写出的另一极的电极反应式。
2．以CH3OH燃料为例的燃料电池的电极反应式
(1)负极
(2)正极
角度1 常见化学电源的分析
1．(2016·全国卷Ⅲ)锌 空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)。下列说法正确的是( )
A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动
B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小
C．放电时，负极反应为：Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)
D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)
C [A项，充电时装置为电解池，溶液中的阳离子向阴极移动。B项，充电时的总反应为放电时的逆反应：2Zn(OH)===2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，c(OH－)逐渐增大。C项，放电时负极失电子发生氧化反应，由放电时的总反应可知，负极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)。D项，由放电时的总反应可知，电路中通过2 mol电子时，消耗0.5 mol O2，其体积为11.2 L(标准状况)。]
2．一种可充电锂—空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列说法正确的是( )
A．放电时，多孔碳材料电极为负极
B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C．充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移
D．充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2
D [根据电池工作原理，多孔碳材料吸附O2，O2在此获得电子，所以多孔碳材料电极为电池的正极，A项错误；放电时电子从负极(锂电极)流出，通过外电路流向正极(多孔碳材料电极)，B项错误；Li＋带正电荷，充电时，应该向电解池的阴极(锂电极)迁移，C项错误；充电时，电池总反应为===2Li＋O2，D项正确。]
(1)可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极连接方式
(2)化学电源中电极反应式书写的思维模板
①明确两极反应物；
②明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，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。
[注意] a．H＋在碱性环境中不存在；b.O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境中结合H2O，生成OH－；c.若已知总反应式时，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，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。
角度2 新型电池的分析
【例】 (2017·全国卷Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是( )
A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4
B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g
C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D．电池充电时间越长，电池中的Li2S2的量越多
[思路点拨] 电池反应―→Li失电子，电极b为负极，电极a为正极―→负极反应为Li－e－===Li＋，正极反应为得电子结合Li＋形成Li2Sx(2≤x≤8)―→充电时电极a为阳极，失去Li＋，Li2S2的量减少。
[答案] D
[母题变式](1)电池工作时电极b为__________极，电极反应式为__________。
(2)电池工作时，正极反应式(Li2S8―→Li2S6)________________________________________________________________________。
(3)充电时，电极b接电源的__________极。
[答案] (1)负 Li－e－===Li＋
(2)3Li2S8＋2e－＋2Li＋===4Li2S6
(3)负
(1)特定装置的新型电池的命题点
①两极的判断及电极反应式的书写与判断。
②两极产物及反应类型的判断。
③电子、电流、离子的移动方向的判断。
④电池总反应式的书写与判断。
⑤转移电子及产物的量的计算。
(2)特定装置的新型电池的分析思路
①分析装置中提供的信息：如反应物或产物、介质粒子成分、交换膜的类型、离子移动方向、电极材料等。
②分析两极反应原理及电极反应或总反应。
③完成有关问题。
[对点训练]
1．苹果手机的电池为锂电池。构造如图所示，电池内部“→”表示放电时Li＋的迁移方向，电池总反应可表示为Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋6C。下列说法错误的是( )
A．该电池的负极为LiCoO2
B．电池中的固体电解质可以换成熔融的氯化钠、干冰等
C．充电时的阴极反应：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
D．外电路上的“→”表示放电时的电子流向
B [A项，放电时，负极发生氧化反应，所以LiCoO2为电池的负极，正确；B项，干冰是固体二氧化碳，为非电解质，错误；C项，充电时，阴极发生还原反应，所以阴极反应为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，正确；D项，放电时，电极LiCoO2失电子作负极，碳棒作正极，所以外电路上的“→”表示放电时的电子流向，正确。]
2．近几年科学家发明的一种新型可控电池——锂水电池，工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是( )
A．碳极发生的反应是2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．有机电解质和水溶液不可以互换区域
C．标准状况下产生22.4 L的氢气时，正极消耗锂的质量为14 g
D．该装置不仅可提供电能，还可得到清洁的氢气
C [根据图示信息可知，碳电极上产生氢气，为正极，该电极上发生得电子的还原反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A正确；由于金属Li可以和水反应生成氢氧化锂和氢气，但是和有机电解质不反应，所以有机电解质和水溶液不可以互换区域，B正确；金属Li和水发生反应2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，标准状况下产生22.4 L的氢气时，金属锂是负极，负极消耗锂的质量为14 g，C错误；该装置是将化学能转化为电能的装置，装置不仅可提供电能，并且反应产物是氢气，能提供能源，D正确。]
第二节 原电池 化学电源
[高考备考指南]
考纲定位
1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式。
2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。
核心素养
1.变化观念——认识原电池的本质是氧化还原反应。能多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转换。
2．模型认知——能利用典型的原电池装置，分析原电池原理，建立解答原电池问题的思维模型，并利用模型揭示其本质及规律。
3．科学态度——探究新型化学电源及绿色环保化学电源，并评价化学电源的优劣。
原电池的工作原理及应用
(对应复习讲义第70页)
1．概念及反应本质
把化学能转化为电能的装置，其本质是发生了氧化还原反应。
2．构成条件
(1)有两个活动性不同的电极(常见为金属或石墨)。
(2)将电极插入电解质溶液中。
(3)两电极间构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。
(4)能自发发生氧化还原反应。
3．工作原理
如图是Cu Zn原电池，请填空：
(1)反应原理
电极名称
负极
正极
电极材料
Zn
Cu
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型
氧化反应
还原反应
(2)原电池中的三个方向
①电子方向：从负极流出沿导线流入正极；
②电流方向：从正极沿导线流向负极；
③离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。
(3)两种装置的比较
图Ⅰ中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2＋，会有一部分Zn与Cu2＋直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。图Ⅱ中Zn和CuSO4溶液分别在两个池中，Zn与Cu2＋不直接接触，不存在Zn与Cu2＋直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。
(4)盐桥作用
①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电荷，使原电池不断产生电流。
4．原电池原理的应用
(1)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根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。
(2)比较金属活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
(3)加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率加快。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。
(1)在化学反应中，所有自发的放热反应均可以设计成原电池。( )
(2)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。( )
(3)相同情况下，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。 ( )
(4)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳。( )
(5)原电池反应时，电子从负极流出经导线流入正极，然后通过溶液流回负极。( )
[提示] (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)×
角度1 原电池的构成和工作原理
1．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(SO)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
C [A.Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO不参加电极反应，故甲池的c(SO)基本不变；C.电池工作时，甲池反应为Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64 g Cu析出，则进入乙池的Zn2＋为65 g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜。]
2．(2016·全国卷Ⅱ)Mg AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑
B [Mg AgCl电池的电极反应：负极Mg－2e－===Mg2＋，正极2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－，A项正确，B项错误。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，C项正确。Mg是活泼金属，能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，D项正确。]
3．(2019·厦门模拟)将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。
下列说法不正确的是 ( )
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，乙中石墨电极为负极
D [A项，甲池中石墨电极为正极，乙池中石墨电极为负极，盐桥中阳离子向正极移动，所以向FeCl3溶液迁移，正确；B项，反应开始时，乙中I－失去电子，发生氧化反应，正确；C项，当电流计读数为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，正确；D项，当加入Fe2＋，导致平衡逆向移动，则Fe2＋失去电子生成Fe3＋，作为负极，而乙中石墨成为正极，错误。]
4．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( )
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↑
B [②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子作负极；③中Fe在浓HNO3中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，则Fe作正极，A、C错误；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错误。]
原电池的工作原理简图
\x())
[注意] ①一般负极金属较活泼，正极金属或非金属不活泼。
②一般负极溶解或质量减轻，正极有气泡或质量增重。
③若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。
角度2 原电池原理的应用
5．M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是( )
A．P＞M＞N＞E B．E＞N＞M＞P
C．P＞N＞M＞E D．E＞P＞M＞N
A [由①知，金属活动性：M＞N；M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：P＞M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N＞E。]
6．把适合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示)
(1)将等质量的两份锌粉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)a中加入CuSO4，消耗一部分Zn，Cu、Zn形成原电池，反应速率加快，所以a放出H2的量减少，但速率加快。
(2)a中加入CuSO4消耗Zn，但不影响产生H2的量，速率也加快。
(3)CH3COONa与H2SO4反应后生成弱酸CH3COOH，从而减慢反应速率，但产生H2的量没发生变化。
[答案] (1)A (2)B (3)C
7．某校化学兴趣小组进行探究性活动，将氧化还原反应：2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2，设计成盐桥原电池。提供的试剂：FeCl3溶液，KI溶液；其他用品任选。请回答下列问题：
(1)请画出设计的原电池装置图，并标出电极材料，电极名称及电解质溶液。
Ｋ
(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。
[解析] (1)先分析氧化还原反应，找出正负极反应，即可确定正负极区电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极是负极，I－失电子。(3)反应达到平衡时，无电子流动，故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时FeCl2溶液失电子，正极变成负极。
[答案] (1)如图：
(2)2I－－2e－===I2 (3)无 (4)负
设计原电池装置的方法
(1)正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。
(2)电解质溶液的选择：电解质溶液一般能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的氧气)。但如果氧化反应和还原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选择与电极材料相同的阳离子，这样可减少离子极化作用，便于电子和离子的移动，如在Cu Zn构成的原电池中，负极Zn浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极Cu浸泡在含有Cu2＋的电解质溶液中。
化学电源
(对应复习讲义第72页)
1．一次电池——碱性锌锰干电池
负极材料：Zn，电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2。
正极材料：MnO2，电极反应式：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
2．可充电电池(二次电池)
铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)
3．燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。
酸性
碱性
负极反
应式
2H2－4e－
===4H＋
2H2＋4OH－－4e－
===4H2O
正极反
应式
O2＋4H＋＋4e－
===2H2O
O2＋2H2O＋4e－
===4OH－
总反
应式
2H2＋O2===2H2O
1．电极反应式的一般书写步骤
(1)先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物，并标出相同数目电子的得失。
(2)根据氧化还原反应原理写出电极反应式：
①负极反应
负极失去电子发生氧化反应。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
正极得到电子发生还原反应。当正极上的反应物质是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，与O2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，即得到较难写出的另一极的电极反应式。
2．以CH3OH燃料为例的燃料电池的电极反应式
(1)负极
(2)正极
角度1 常见化学电源的分析
1．(2016·全国卷Ⅲ)锌 空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)。下列说法正确的是( )
A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动
B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小
C．放电时，负极反应为：Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)
D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)
C [A项，充电时装置为电解池，溶液中的阳离子向阴极移动。B项，充电时的总反应为放电时的逆反应：2Zn(OH)===2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，c(OH－)逐渐增大。C项，放电时负极失电子发生氧化反应，由放电时的总反应可知，负极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)。D项，由放电时的总反应可知，电路中通过2 mol电子时，消耗0.5 mol O2，其体积为11.2 L(标准状况)。]
2．一种可充电锂—空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列说法正确的是( )
A．放电时，多孔碳材料电极为负极
B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C．充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移
D．充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2
D [根据电池工作原理，多孔碳材料吸附O2，O2在此获得电子，所以多孔碳材料电极为电池的正极，A项错误；放电时电子从负极(锂电极)流出，通过外电路流向正极(多孔碳材料电极)，B项错误；Li＋带正电荷，充电时，应该向电解池的阴极(锂电极)迁移，C项错误；充电时，电池总反应为===2Li＋O2，D项正确。]
(1)可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极连接方式
(2)化学电源中电极反应式书写的思维模板
①明确两极反应物；
②明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，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。
[注意] a．H＋在碱性环境中不存在；b.O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境中结合H2O，生成OH－；c.若已知总反应式时，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，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。
角度2 新型电池的分析
【例】 (2017·全国卷Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是( )
A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4
B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g
C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D．电池充电时间越长，电池中的Li2S2的量越多
[思路点拨] 电池反应―→Li失电子，电极b为负极，电极a为正极―→负极反应为Li－e－===Li＋，正极反应为得电子结合Li＋形成Li2Sx(2≤x≤8)―→充电时电极a为阳极，失去Li＋，Li2S2的量减少。
[答案] D
[母题变式](1)电池工作时电极b为__________极，电极反应式为__________。
(2)电池工作时，正极反应式(Li2S8―→Li2S6)________________________________________________________________________。
(3)充电时，电极b接电源的__________极。
[答案] (1)负 Li－e－===Li＋
(2)3Li2S8＋2e－＋2Li＋===4Li2S6
(3)负
(1)特定装置的新型电池的命题点
①两极的判断及电极反应式的书写与判断。
②两极产物及反应类型的判断。
③电子、电流、离子的移动方向的判断。
④电池总反应式的书写与判断。
⑤转移电子及产物的量的计算。
(2)特定装置的新型电池的分析思路
①分析装置中提供的信息：如反应物或产物、介质粒子成分、交换膜的类型、离子移动方向、电极材料等。
②分析两极反应原理及电极反应或总反应。
③完成有关问题。
[对点训练]
1．苹果手机的电池为锂电池。构造如图所示，电池内部“→”表示放电时Li＋的迁移方向，电池总反应可表示为Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋6C。下列说法错误的是( )
A．该电池的负极为LiCoO2
B．电池中的固体电解质可以换成熔融的氯化钠、干冰等
C．充电时的阴极反应：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
D．外电路上的“→”表示放电时的电子流向
B [A项，放电时，负极发生氧化反应，所以LiCoO2为电池的负极，正确；B项，干冰是固体二氧化碳，为非电解质，错误；C项，充电时，阴极发生还原反应，所以阴极反应为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，正确；D项，放电时，电极LiCoO2失电子作负极，碳棒作正极，所以外电路上的“→”表示放电时的电子流向，正确。]
2．近几年科学家发明的一种新型可控电池——锂水电池，工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是( )
A．碳极发生的反应是2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．有机电解质和水溶液不可以互换区域
C．标准状况下产生22.4 L的氢气时，正极消耗锂的质量为14 g
D．该装置不仅可提供电能，还可得到清洁的氢气
C [根据图示信息可知，碳电极上产生氢气，为正极，该电极上发生得电子的还原反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A正确；由于金属Li可以和水反应生成氢氧化锂和氢气，但是和有机电解质不反应，所以有机电解质和水溶液不可以互换区域，B正确；金属Li和水发生反应2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，标准状况下产生22.4 L的氢气时，金属锂是负极，负极消耗锂的质量为14 g，C错误；该装置是将化学能转化为电能的装置，装置不仅可提供电能，并且反应产物是氢气，能提供能源，D正确。]
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