还剩52页未读，
继续阅读
所属成套资源：新教材适用2024版高考化学一轮总复习课件（33份）
成套系列资料，整套一键下载
新教材适用2024版高考化学一轮总复习第6章化学反应与能量第18讲原电池化学电源课件
展开
这是一份新教材适用2024版高考化学一轮总复习第6章化学反应与能量第18讲原电池化学电源课件，共60页。PPT课件主要包含了考点一，考点二，必备知识·梳理夯实，自发进行，氧化还原，2反应原理，Zn片，Cu片，电极材料，装置如下图所示等内容，欢迎下载使用。
第18讲 原电池 化学电源
1.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。2．能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。3．能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题，如新型电池的开发等。
考点一 原电池的工作原理及应用
1.原电池定义及本质原电池是把________能转化为________的装置。其反应本质是____________的____________反应。
2.原电池的构成条件 (1)能____________的氧化还原反应，一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应。 (2)电极，一般是活泼性不同的两电极。 (3)电解质溶液或熔融电解质。 (4)形成闭合回路。
3.原电池工作原理(以铜锌原电池为例) (1)两种装置
4.原电池中的三个移动方向
[微点拨] (1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。(3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液(离子不上岸，电子不下水)。(4)注意盐桥不能用一根导线连接，因为导线是不能传递阴阳离子的。用导线连接后相当于一个是原电池，一个是电解池。
5.原电池原理的四大应用 (1)设计制作化学电源
设计实例：根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计的原电池为：
(2)加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率________。如在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液构成原电池，反应速率________。 (3)比较金属的活动性强弱原电池中，一般活动性强的金属作________，而活动性弱的金属(或非金属导体)作________。
(4)用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池________而受到保护。例如：要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的________。
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)任何氧化还原反应均可设计成原电池。( )(2)任何原电池一定是活泼性不同的两金属电极。( )(3)任何原电池的电子流向一定从负极流出，流入正极。( )(4)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高。( )
(5)任何原电池工作时，正极本身一定不参加反应，负极本身一定参加反应。( )(6)对于Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋反应，设计原电池时两极材料可以是Cu与Fe。( )(7)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动。( )[提示] 阳离子向正极移动，阴离子移向负极。
(8)在铜锌原电池中，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。( )[提示] 电子不经过电解质溶液。(9)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥内可以是含琼脂的KCl饱和溶液。( )[提示] 琼脂中的Cl－会进入AgNO3溶液和银离子反应。
(10)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极。( )[提示] 活泼金属不一定作负极，铝－NaOH溶液－镁电池中铝作负极。(11)把锌片和铜片用导线连起来，浸入食盐水中，不能形成原电池。( )[提示] 发生了吸氧腐蚀，形成原电池。
(12)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极。( )[提示] 氧化反应是失去电子的反应，因此在原电池中一定为负极上的反应。(13)Mg-Al-稀H2SO4组成的原电池中，Mg作负极，Mg-Al-NaOH溶液组成的原电池中，Mg作正极。( )
(15)反应CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热，故利用该反应可以设计成原电池，把其中的化学能转化为电能。( )(16)由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池中，正极反应为Cu－2e－===Cu2＋。( )
(17)因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池，必是铁为负极、铜为正极。( )(18)在Cu|CuSO4|Zn原电池中，正电荷定向移动的方向就是电流的方向，所以Cu2＋向负极移动。( )
2．在如图所示的4个装置中，不能形成原电池的是_______(填序号)，并指出原因________________________________________。
①中酒精是非电解质；④中未形成闭合回路
3．(1)在双液原电池中，盐桥的作用是什么？[提示] 形成闭合回路，使两溶液保持电中性。(2)能用金属代替盐桥吗？为什么？[提示] 不能。在电路接通的情况下，盐桥是原电池内电路的一部分，盐桥中含有的阴、阳离子定向移动，从而达到传导电流及保持溶液呈电中性的目的；若用金属代替盐桥，溶液中的离子不能通过金属，故不能用金属代替盐桥。
(3)依据氧化还原反应2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3琼脂的U形管)。
请回答下列问题：①电极X的材料是________；电解质溶液Y中的溶质是___________(填化学式)。②银电极为电池的___极，其电极反应式为____________________。
Ag＋＋e－===Ag
(4)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＋大于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A．负极：______________________________。B．正极：______________________________________。
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
Cu－2e－===Cu2＋
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
③在表中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
微考点1 原电池的工作原理 (2021·辽宁适应性测试)Hg-Hg2SO4标准电极常用于测定其他电极的电势，测知Hg-Hg2SO4电极的电势高于Cu电极的电势。以下说法正确的是( )
A．K2SO4溶液可用CCl4代替B．Hg-Hg2SO4电极反应为Hg2SO4－2e－===2Hg＋SOC．若把Cu-CuSO4体系换作Zn-ZnSO4体系，电压表的示数变大D．微孔瓷片起到阻隔离子通过的作用
〔对点集训1〕 (1) (2023·山东滨州检测)根据化学反应设计原电池(选用相同的盐桥)时，下列各项合理的是( )
[解析] 原电池中，负极材料的活动性一般强于正极材料，Zn比Fe活泼，形成原电池时Zn作负极，A、C项均错误；使用盐桥，形成双液原电池时，为得到稳定电流，正极、负极半电池中的电解质溶液一般是电极金属材料形成的盐溶液，D项错误，B项正确。
(2)如图为一原电池装置，下列叙述中正确的是( )①铜离子在铜片表面被还原 ②盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液 ③电流从锌片经导线流向铜片 ④铜是正极，铜片上有气泡产生 ⑤正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu ⑥实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 ⑦将锌片浸入CuSO4溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A．①⑤⑦ B．①③④C．②⑤⑦ D．④⑥⑦
[解析] 该原电池中，较活泼的金属锌作负极，发生氧化反应，较不活泼的铜作正极，发生还原反应，电子由负极锌流出，经导线流向铜电极(电流的方向与之相反)，负极、正极的反应分别为负极：Zn－2e－===Zn2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu；盐桥中的阳离子向正极区硫酸铜溶液中迁移，故①、⑤正确，②、③、④错误；取出盐桥后不能构成闭合回路，原电池不能继续工作，⑥错误；无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，⑦正确。
微考点2 聚焦“盐桥”原电池 (1) (2023·河北衡水检测)某兴趣小组设计了如图所示原电池装置(盐桥中吸附有饱和K2SO4溶液)。下列说法正确的是( )
[解析] 正极发生还原反应，为Fe3＋＋e－===Fe2＋，故A错误；左边烧杯中发生Fe3＋＋e－===Fe2＋，则左烧杯中溶液的红色逐渐变浅，故B正确；阴离子向负极移动，盐桥中的SO流向乙烧杯，故C错误；若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸，硝酸可氧化铜，铜为负极，电流表指针偏转方向不变，故D错误。
〔对点集训2〕 (2023·湖南永州一中月考)某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2，设计了如图所示的装置，下列说法正确的是( )A．Zn为负极，发生还原反应B．石墨电极上发生的反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋C．电子流动方向为石墨电极→电流表→锌电极D．盐桥中K＋向ZnCl2溶液移动，Cl－向FeCl3溶液移动
[解析] 由电池总反应可知，Zn发生氧化反应生成ZnCl2，则Zn为负极，A错误；石墨电极是正极，Fe3＋发生还原反应生成Fe2＋，电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，B正确；原电池中电子由负极流出经导线流向正极，则电子流动方向为锌电极→电流表→石墨电极，C错误；电解质溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极，故盐桥中K＋向FeCl3溶液移动，Cl－向ZnCl2溶液移动，D错误。
作用：连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使原电池不断产生电流[若没有盐桥，当反应进行到一定时间后，负极的正电荷增多而导致电子(负电荷)难以流出，正极负电荷增多也会导致电子流入困难，从而电池电流减弱]盐桥导电利用的是阴、阳离子的定向移动，使电解质溶液保持电中性，从而使原电池能相对持续、稳定产生电流，盐桥不能用导线代替。
微考点3 原电池原理的应用 (1) (2022·四川成都模拟)有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
由此可判断这四种金属的活动顺序是( )A．a>b>c>d B．b>c>d>aC．d>a>b>c D．a>b>d>c
[解析] 把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a>b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b>c；由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：d>c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d>a。综上所述可知活动性：d>a>b>c。
(2)一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成H2的总量，可采取的措施是( )A．加入少量稀NaOH溶液B．加入少量NaNO3固体C．加入少量NaHSO4固体D．加入少量CuSO4溶液
[解析] 加入少量稀NaOH溶液，NaOH和稀盐酸反应生成氯化钠和水，稀盐酸浓度降低，所以反应速率降低且生成氢气的总量减少，故A错误；加入硝酸钠，硝酸根离子具有强氧化性，生成NO，不生成氢气，故B错误；加入少量NaHSO4，NaHSO4完全电离生成氢离子，相当于增大氢离子浓度，反应速率加快，但增大生成氢气总量，故C错误；加入少量硫酸铜溶液，锌和铜离子反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池加快反应速率，且生成氢气总量不变，故D正确。
(3) (2021·河北卷，16节选)我国科学家研究Li－CO2电池，取得了重大科研成果。回答下列问题：Li－CO2电池中，Li为单质锂片，则该电池中的CO2在______(填“正”或“负”)极发生电化学反应。研究表明，该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行，写出步骤Ⅲ的离子方程式。
〔对点集训3〕 (1) (2023·经典习题汇编)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，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( )
[解析] 等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，发生的反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，铜－锌－稀硫酸形成原电池，反应速率增大，即a产生H2的速率大于b，但部分锌与CuSO4反应了，故生成的氢气少于b，图像应为A。
(2)(此题为重题学生书中已删除)设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。①负极反应式：______________________________。②正极反应式：______________________________________。③电池总反应方程式：_______________________________。
④从不含盐桥、含盐桥两个角度画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
(2)某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活泼性，完成有关实验项目：方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活泼性。该原理的离子方程式为____________________________。方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活泼性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应。
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
装置如图所示
正极反应：_____________________。负极反应：_____________________。
2H＋＋2e－===H2↑
Fe－2e－===Fe2＋
方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案：____________________________________________________________________________(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)，用离子方程式表示其反应原理：______________________________________。
将铁片置于CuSO4溶液中，若铁片表面覆盖一层铜，说明Fe比Cu活泼性强
Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
[解析] 方案Ⅰ：铁与酸反应产生气泡，Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，而铜与酸不反应。方案Ⅱ：设计原电池时以铁、铜为电极，电解质溶液为稀硫酸或盐酸等溶液。实验现象是铁溶解，而铜极上有无色气泡产生。在负极：Fe失去电子变为Fe2＋，Fe－2e－===Fe2＋；在正极，溶液中的H＋获得电子变为H2,2H＋＋2e－===H2↑。
方案Ⅲ：设计简单实验时注意原理与方案Ⅰ及方案Ⅱ的原理不同，且现象明显，操作简单。将铁片置于CuSO4溶液中，若铁片表面覆盖一层铜，说明Fe比Cu的金属活泼性强，离子方程式为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。(合理即可)
1 原电池工作原理示意图
2 原电池电极反应书写时的注意事项①负失氧、正得还。②注意溶液的酸碱性，视情况在电极反应方程式两边添加H＋、OH－、H2O等，使其符合电荷守恒和质量守恒。③注意电极反应产物是否与电解质溶液反应。④活泼金属不一定为负极，如镁、铝和氢氧化钠溶液组成的电池中，铝为负极。
1.一次电池只能使用一次，不能充电复原继续使用。 (1)碱性锌锰干电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
负极材料：________电极反应：_______________________________正极材料：碳棒电极反应：__________________________________________
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
(2)纽扣式锌银电池总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
电解质是KOH负极材料：________电极反应：_______________________________正极材料：____________电极反应：______________________________________
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
2.二次电池两个电极均参与电极反应：“放电”为原电池原理，“充电”为电解原理
[微点拨] ①可充电电池充电时原来的负极连接电源的负极作阴极；同理，原来的正极连接电源的正极作阳极，简记为负连负，正连正。②可充电电池的充、放电不能理解为可逆反应。③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。
3.燃料电池 (1)氢氧燃料电池是将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的装置，目前最成熟的氢氧燃料电池，可分为酸性和碱性两种。
2H2－4e－===4H＋
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
(2)以CO为燃料气，请分别写出电解质符合下列条件的正、负极的电极反应和总反应。
2CO－4e－＋2H2O===2CO2＋4H＋
2CO＋O2===2CO2
O2＋4e－===2O2－
2CO－4e－＋2O2－===2CO2
2CO＋O2===2CO2
(3)铝—空气—海水电池负极材料为铝片，正极材料为铂片，电解质溶液为海水。负极反应：_______________________________。正极反应：__________________________________。总反应：_____________________________________。
4Al－12e－===4Al3＋
3O2＋12e－＋6H2O===12OH－
4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3
(4)甲烷—氧气燃料电池(正极反应式与氢氧燃料电池正极反应式相同，下面只需写出负极反应式即可)①_________________________________________(碱性介质)②_______________________________________(酸性介质)
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
③____________________________________________________(碳酸盐作介质)④__________________________________________________(熔融的金属氧化物作介质，高温下能传导O2－)
CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)碱性锌锰电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长。( )[提示] 碱性锌锰电池MnO2是氧化剂参与电极反应。(2)负极材料不与电解质溶液反应就不能构成原电池。( )(3)燃料电池中的燃料在负极上发生还原反应。( )(4)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2－4e－===4H＋。( )
(5)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应。( )[提示] 可充电电池的充电与放电不是在相同条件下发生的，故不是可逆反应。(6)二次电池充电时，充电器的正极连接二次电池的正极。( )[提示] 充电时正极连接电源的正极，作阳极发生氧化反应。(7)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后将热能转化为电能。( )[提示] 燃料电池直接将化学能转化为电能。
(8)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。( )[提示] 铅蓄电池放电时，负极铅、正极二氧化铅均转变为硫酸铅，质量均增加。(9)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。( )[提示] 在原电池中阳离子在电解质溶液中移向正极。(10)根据反应4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S设计的可充电电池是一种应用广泛的锂电池，可用水溶液作电解质溶液。( )
(11)一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋，正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。( )
(13)碘可用作锂碘电池的材料，该电池反应为2Li(s)＋I2(s)===2LiI(s)，则碘电极作该电池的负极。( )[提示] 碘在反应中的化合价降低，发生还原反应，碘作正极。(14)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.2 ml电子时，消耗的H2SO4为0.1 ml。( )(15)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.1 ml电子时，负极增加4.8 g。( )
(16)若使反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原电池方式进行，可用锌、铁作电极材料。( )(17)固体酸燃料电池以Ca(HSO4)2固体为电解质传递H＋，电池总反应可表示为2H2＋O2===2H2O，则电池工作时电子从通O2的一极通过外电路流向通H2的一极。( )
2．电子表和电子计算器中所用的是纽扣式的微型银锌电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解液为KOH溶液。工作时电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2(1)工作时电流从____________极流向________极(两空均选填“Ag2O”或“Zn”)。(2)负极的电极反应式为_________________________________。(3)工作时电池正极区的pH________(选填“增大”“减小”或“不变”)。(4)外电路中每通过0.2 ml电子，锌的质量理论上减少__________g。
3．(1)①氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________(填“减小”“增大”或“不变”，下同)，溶液的pH________。②氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH________。
(2)如图是甲烷燃料电池的工作原理示意图，根据燃料电池有关知识回答：
a电极为燃料电池的________(填“正极”或“负极”)，其电极反应为____________________________________________________；电池总反应为__________________________________________________。
(3)Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。请回答下列问题：①电池的负极材料为___，发生的电极反应为________________。②电池正极发生的电极反应为______________________________。
4Li－4e－===4Li＋
2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
[提示] 分析反应的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被还原，为氧化剂。①负极材料为Li(还原剂)，4Li－4e－===4Li＋。②正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。
(2) (2021·河北卷，9)K－O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是( )
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C．产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D．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
〔对点集训1〕 (1)碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是( )A．Zn作负极，电极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2B．MnO2作正极，发生还原反应C．电池工作时，电流由MnO2经外电路流向ZnD．电池工作时，KOH没有发挥作用
[解析] Zn作负极，被氧化生成Zn(OH)2，电极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，A项正确；MnO2作正极，被还原生成MnO(OH)，B项正确；电池工作时，电流由正极流向负极，则电流由MnO2经外电路流向Zn，C项正确；电池工作时，KOH未参与电池总反应，但起到导电作用，D项错误。
(2)Li－FeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池，其结构如图所示。已知电池放电时的反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列说法正确的是( )A．Li为电池的正极B．电池工作时，Li＋向负极移动C．正极的电极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－D．将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，电池性能更好
[解析] 根据电池反应式知，放电时Li失电子发生氧化反应，则Li是负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，FeS2为正极，正极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－。通过以上分析知，Li为电池负极，发生氧化反应，故A错误，C正确；放电时，阳离子Li＋向正极移动，故B错误；将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，Li和水发生氧化还原反应生成氢气，所以不能将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，故D错误。
化学电源中电极反应的书写方法1 拆分法：①写出原电池的总反应，如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。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、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应：(正极)2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，(负极)Cu－2e－===Cu2＋。
2 加减法：①写出总反应。如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。②写出其中容易写出的一个电极反应(正极反应或负极反应)。如Li－e－===Li＋(负极反应)。③利用总反应减去容易写出的一个电极反应，得到另一个电极反应，如LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正极反应)。
微考点2 二次电池(2021·湖南卷，10)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：
下列说法错误的是( )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极的电极反应为Zn2＋＋2e－===ZnD．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
[解析] 该电池放电反应总方程式：Zn＋Br2===ZnBr2，放电时，Br2在正极反应，ZnBr2被循环回路“回收”至左侧贮液器中，A项正确、B项错误；充电时，锌极为阴极发生还原反应：Zn2＋＋2e－===Zn，C项正确；放电时，Br2得电子产生Br－通过隔膜迁移向负极区，形成ZnBr2回流至左到贮液器，Zn失电子产生Zn2＋，通过隔膜迁移至正极区，形成ZnBr2回流至右侧贮液器，充电时，Zn2＋得电子生成Zn在M极放电，部分Zn2＋在隔膜上生成沉积锌，而Br－在贮液器处转化为Br2复合物贮存，该过程中Zn2＋、Br－都可以通过隔膜，D项正确。
〔对点集训2〕 (2020·全国Ⅰ卷)科学家近年发明了一种新型Zn－CO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是( )
1 二次电池的解题思路
2 二次电池电极反应式的书写方法①先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质。②写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)③在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。④充电的电极反应与放电的电极反应过程相反。
微考点3 燃料电池 (1) (2023·山东滨州检测)如图所示是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是( )
A．氢氧燃料电池的正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－B．干电池工作时，H＋向石墨电极移动C．铅蓄电池工作过程中，每通过2 ml电子，负极质量减轻207 gD．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
[解析] 氢氧燃料电池的正极是O2得电子发生还原反应，碱性条件下的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故A正确；干电池的石墨是正极，则电池工作时H＋向正极移动，即向石墨电极移动，故B正确；铅蓄电池工作过程中，负极上铅失电子，生成硫酸铅，且硫酸铅在负极上析出，硫酸铅是难溶物质，则负极质量应该增加而非减小，故C错误；干电池是一次电池，铅蓄电池是可充电电池，属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃料电池，故D正确。
(2)燃料电池能量转化率高，以下是氢氧燃料电池结构示意图：
(PTFE*为聚四氟乙烯的缩写，工作温度65 ℃左右)
下列说法不正确的是( )A．电极室a为负极室，电极室b为正极室B．燃料电池的能量转化率比柴油发动机的能量利用率高C．碱性电解液的氢氧燃料电池，氧化生成的水在O2侧产生；酸性电解液电池，水在H2侧产生D．多孔隔膜既是电解液的仓库，也是反应产物H2O的通道，电解液除KOH溶液外也可用稀H2SO4或固态离子导体
[解析] 电极室a中氢气失电子产生氢离子，为负极室，电极室b中氧气得电子产生氢氧根离子，为正极室，选项A正确；燃料电池的能量主要为化学能转化为电能，转化率比柴油发动机的能量(热能部分转化为动能再转化为电能)利用率高，选项B正确；碱性电解液的氢氧燃料电池，H2失电子产生的氢离子与氢氧根离子反应生成水，氧化生成的水在H2侧产生；酸性电解液电池，O2得电子产生氢氧根离子与氢离子反应生成水，水在O2侧产生，选项C不正确；多孔隔膜既是电解液的仓库，也是反应产物H2O的通道，电解液除KOH溶液外也可用稀H2SO4或固态离子导体，起到导电的作用，选项D正确。
燃料电池是利用燃料与氧气或空气或其他氧化剂进行反应，将化学能直接转化成电能的一类化学电源，基本工作原理与原电池相同：
解题的关键是正确分析书写电极反应。书写方法与信息型氧化还原反应方程式的书写相似：
〔对点集训3〕 (1)煤是一种重要的化工原料，有“工业的粮食”之美称，生活中把煤当作燃料直接烧掉，能量转化率并不高，且能造成环境污染。基于这一原因，科技工作者研发出直接煤—空气燃料电池，其工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
(2) (2021·山东卷，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
[解析] 碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O；N2H4－O2清洁燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O；偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C元素和N元素的化合价均为－2价，H元素的化合价为＋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为(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O。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；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的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可
本讲要点速记：1.原电池中的能量转化及本质(1)能量转化：化学能转化为电能。(2)反应本质：自发进行的氧化还原反应。2.原电池中粒子的“移动方向”(1)外电路中电子移动方向：负极→正极。(2)外电路中电流方向：正极→负极。(3)电池内部离子移动方向：阴离子→负极，阳离子→正极。(4)盐桥中(含饱和KCl溶液)离子移动方向：K＋→正极，Cl－→负极。
3.判断原电池正负极的六种方法电极材料、电极现象、电子移动方向、离子移动方向、得失电子、电解质溶液。(1)负极：较活泼金属、氧化反应、电子流出、电流流入、阴离子移向的一极、不断溶解。(2)正极：不活泼金属或非金属、还原反应、电子流入、电流流出、阳离子移向的一极、电极增重。
4.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：①H＋在碱性环境中不存在；②O2－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－；③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。
5.充电电池类题目的解答方法(1)电池放电时发生原电池反应，充电时发生电解池反应，在充电时电池的负极接电源的负极，即负极接负极后为阴极，正极接正极后为阳极。(2)充电时的阴极反应与放电时的负极反应、充电时的阳极反应与放电时的正极反应分别互为逆反应。
第18讲 原电池 化学电源
1.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。2．能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。3．能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题，如新型电池的开发等。
考点一 原电池的工作原理及应用
1.原电池定义及本质原电池是把________能转化为________的装置。其反应本质是____________的____________反应。
2.原电池的构成条件 (1)能____________的氧化还原反应，一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应。 (2)电极，一般是活泼性不同的两电极。 (3)电解质溶液或熔融电解质。 (4)形成闭合回路。
3.原电池工作原理(以铜锌原电池为例) (1)两种装置
4.原电池中的三个移动方向
[微点拨] (1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。(3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液(离子不上岸，电子不下水)。(4)注意盐桥不能用一根导线连接，因为导线是不能传递阴阳离子的。用导线连接后相当于一个是原电池，一个是电解池。
5.原电池原理的四大应用 (1)设计制作化学电源
设计实例：根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计的原电池为：
(2)加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率________。如在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液构成原电池，反应速率________。 (3)比较金属的活动性强弱原电池中，一般活动性强的金属作________，而活动性弱的金属(或非金属导体)作________。
(4)用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池________而受到保护。例如：要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的________。
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)任何氧化还原反应均可设计成原电池。( )(2)任何原电池一定是活泼性不同的两金属电极。( )(3)任何原电池的电子流向一定从负极流出，流入正极。( )(4)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高。( )
(5)任何原电池工作时，正极本身一定不参加反应，负极本身一定参加反应。( )(6)对于Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋反应，设计原电池时两极材料可以是Cu与Fe。( )(7)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动。( )[提示] 阳离子向正极移动，阴离子移向负极。
(8)在铜锌原电池中，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。( )[提示] 电子不经过电解质溶液。(9)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥内可以是含琼脂的KCl饱和溶液。( )[提示] 琼脂中的Cl－会进入AgNO3溶液和银离子反应。
(10)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极。( )[提示] 活泼金属不一定作负极，铝－NaOH溶液－镁电池中铝作负极。(11)把锌片和铜片用导线连起来，浸入食盐水中，不能形成原电池。( )[提示] 发生了吸氧腐蚀，形成原电池。
(12)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极。( )[提示] 氧化反应是失去电子的反应，因此在原电池中一定为负极上的反应。(13)Mg-Al-稀H2SO4组成的原电池中，Mg作负极，Mg-Al-NaOH溶液组成的原电池中，Mg作正极。( )
(15)反应CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热，故利用该反应可以设计成原电池，把其中的化学能转化为电能。( )(16)由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池中，正极反应为Cu－2e－===Cu2＋。( )
(17)因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池，必是铁为负极、铜为正极。( )(18)在Cu|CuSO4|Zn原电池中，正电荷定向移动的方向就是电流的方向，所以Cu2＋向负极移动。( )
2．在如图所示的4个装置中，不能形成原电池的是_______(填序号)，并指出原因________________________________________。
①中酒精是非电解质；④中未形成闭合回路
3．(1)在双液原电池中，盐桥的作用是什么？[提示] 形成闭合回路，使两溶液保持电中性。(2)能用金属代替盐桥吗？为什么？[提示] 不能。在电路接通的情况下，盐桥是原电池内电路的一部分，盐桥中含有的阴、阳离子定向移动，从而达到传导电流及保持溶液呈电中性的目的；若用金属代替盐桥，溶液中的离子不能通过金属，故不能用金属代替盐桥。
(3)依据氧化还原反应2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3琼脂的U形管)。
请回答下列问题：①电极X的材料是________；电解质溶液Y中的溶质是___________(填化学式)。②银电极为电池的___极，其电极反应式为____________________。
Ag＋＋e－===Ag
(4)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＋大于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A．负极：______________________________。B．正极：______________________________________。
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
Cu－2e－===Cu2＋
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
③在表中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
微考点1 原电池的工作原理 (2021·辽宁适应性测试)Hg-Hg2SO4标准电极常用于测定其他电极的电势，测知Hg-Hg2SO4电极的电势高于Cu电极的电势。以下说法正确的是( )
A．K2SO4溶液可用CCl4代替B．Hg-Hg2SO4电极反应为Hg2SO4－2e－===2Hg＋SOC．若把Cu-CuSO4体系换作Zn-ZnSO4体系，电压表的示数变大D．微孔瓷片起到阻隔离子通过的作用
〔对点集训1〕 (1) (2023·山东滨州检测)根据化学反应设计原电池(选用相同的盐桥)时，下列各项合理的是( )
[解析] 原电池中，负极材料的活动性一般强于正极材料，Zn比Fe活泼，形成原电池时Zn作负极，A、C项均错误；使用盐桥，形成双液原电池时，为得到稳定电流，正极、负极半电池中的电解质溶液一般是电极金属材料形成的盐溶液，D项错误，B项正确。
(2)如图为一原电池装置，下列叙述中正确的是( )①铜离子在铜片表面被还原 ②盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液 ③电流从锌片经导线流向铜片 ④铜是正极，铜片上有气泡产生 ⑤正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu ⑥实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 ⑦将锌片浸入CuSO4溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A．①⑤⑦ B．①③④C．②⑤⑦ D．④⑥⑦
[解析] 该原电池中，较活泼的金属锌作负极，发生氧化反应，较不活泼的铜作正极，发生还原反应，电子由负极锌流出，经导线流向铜电极(电流的方向与之相反)，负极、正极的反应分别为负极：Zn－2e－===Zn2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu；盐桥中的阳离子向正极区硫酸铜溶液中迁移，故①、⑤正确，②、③、④错误；取出盐桥后不能构成闭合回路，原电池不能继续工作，⑥错误；无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，⑦正确。
微考点2 聚焦“盐桥”原电池 (1) (2023·河北衡水检测)某兴趣小组设计了如图所示原电池装置(盐桥中吸附有饱和K2SO4溶液)。下列说法正确的是( )
[解析] 正极发生还原反应，为Fe3＋＋e－===Fe2＋，故A错误；左边烧杯中发生Fe3＋＋e－===Fe2＋，则左烧杯中溶液的红色逐渐变浅，故B正确；阴离子向负极移动，盐桥中的SO流向乙烧杯，故C错误；若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸，硝酸可氧化铜，铜为负极，电流表指针偏转方向不变，故D错误。
〔对点集训2〕 (2023·湖南永州一中月考)某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2，设计了如图所示的装置，下列说法正确的是( )A．Zn为负极，发生还原反应B．石墨电极上发生的反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋C．电子流动方向为石墨电极→电流表→锌电极D．盐桥中K＋向ZnCl2溶液移动，Cl－向FeCl3溶液移动
[解析] 由电池总反应可知，Zn发生氧化反应生成ZnCl2，则Zn为负极，A错误；石墨电极是正极，Fe3＋发生还原反应生成Fe2＋，电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，B正确；原电池中电子由负极流出经导线流向正极，则电子流动方向为锌电极→电流表→石墨电极，C错误；电解质溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极，故盐桥中K＋向FeCl3溶液移动，Cl－向ZnCl2溶液移动，D错误。
作用：连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使原电池不断产生电流[若没有盐桥，当反应进行到一定时间后，负极的正电荷增多而导致电子(负电荷)难以流出，正极负电荷增多也会导致电子流入困难，从而电池电流减弱]盐桥导电利用的是阴、阳离子的定向移动，使电解质溶液保持电中性，从而使原电池能相对持续、稳定产生电流，盐桥不能用导线代替。
微考点3 原电池原理的应用 (1) (2022·四川成都模拟)有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
由此可判断这四种金属的活动顺序是( )A．a>b>c>d B．b>c>d>aC．d>a>b>c D．a>b>d>c
[解析] 把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a>b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b>c；由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：d>c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d>a。综上所述可知活动性：d>a>b>c。
(2)一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成H2的总量，可采取的措施是( )A．加入少量稀NaOH溶液B．加入少量NaNO3固体C．加入少量NaHSO4固体D．加入少量CuSO4溶液
[解析] 加入少量稀NaOH溶液，NaOH和稀盐酸反应生成氯化钠和水，稀盐酸浓度降低，所以反应速率降低且生成氢气的总量减少，故A错误；加入硝酸钠，硝酸根离子具有强氧化性，生成NO，不生成氢气，故B错误；加入少量NaHSO4，NaHSO4完全电离生成氢离子，相当于增大氢离子浓度，反应速率加快，但增大生成氢气总量，故C错误；加入少量硫酸铜溶液，锌和铜离子反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池加快反应速率，且生成氢气总量不变，故D正确。
(3) (2021·河北卷，16节选)我国科学家研究Li－CO2电池，取得了重大科研成果。回答下列问题：Li－CO2电池中，Li为单质锂片，则该电池中的CO2在______(填“正”或“负”)极发生电化学反应。研究表明，该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行，写出步骤Ⅲ的离子方程式。
〔对点集训3〕 (1) (2023·经典习题汇编)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，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( )
[解析] 等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，发生的反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，铜－锌－稀硫酸形成原电池，反应速率增大，即a产生H2的速率大于b，但部分锌与CuSO4反应了，故生成的氢气少于b，图像应为A。
(2)(此题为重题学生书中已删除)设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。①负极反应式：______________________________。②正极反应式：______________________________________。③电池总反应方程式：_______________________________。
④从不含盐桥、含盐桥两个角度画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
(2)某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活泼性，完成有关实验项目：方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活泼性。该原理的离子方程式为____________________________。方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活泼性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应。
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
装置如图所示
正极反应：_____________________。负极反应：_____________________。
2H＋＋2e－===H2↑
Fe－2e－===Fe2＋
方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案：____________________________________________________________________________(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)，用离子方程式表示其反应原理：______________________________________。
将铁片置于CuSO4溶液中，若铁片表面覆盖一层铜，说明Fe比Cu活泼性强
Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
[解析] 方案Ⅰ：铁与酸反应产生气泡，Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，而铜与酸不反应。方案Ⅱ：设计原电池时以铁、铜为电极，电解质溶液为稀硫酸或盐酸等溶液。实验现象是铁溶解，而铜极上有无色气泡产生。在负极：Fe失去电子变为Fe2＋，Fe－2e－===Fe2＋；在正极，溶液中的H＋获得电子变为H2,2H＋＋2e－===H2↑。
方案Ⅲ：设计简单实验时注意原理与方案Ⅰ及方案Ⅱ的原理不同，且现象明显，操作简单。将铁片置于CuSO4溶液中，若铁片表面覆盖一层铜，说明Fe比Cu的金属活泼性强，离子方程式为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。(合理即可)
1 原电池工作原理示意图
2 原电池电极反应书写时的注意事项①负失氧、正得还。②注意溶液的酸碱性，视情况在电极反应方程式两边添加H＋、OH－、H2O等，使其符合电荷守恒和质量守恒。③注意电极反应产物是否与电解质溶液反应。④活泼金属不一定为负极，如镁、铝和氢氧化钠溶液组成的电池中，铝为负极。
1.一次电池只能使用一次，不能充电复原继续使用。 (1)碱性锌锰干电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
负极材料：________电极反应：_______________________________正极材料：碳棒电极反应：__________________________________________
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
(2)纽扣式锌银电池总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
电解质是KOH负极材料：________电极反应：_______________________________正极材料：____________电极反应：______________________________________
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
2.二次电池两个电极均参与电极反应：“放电”为原电池原理，“充电”为电解原理
[微点拨] ①可充电电池充电时原来的负极连接电源的负极作阴极；同理，原来的正极连接电源的正极作阳极，简记为负连负，正连正。②可充电电池的充、放电不能理解为可逆反应。③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。
3.燃料电池 (1)氢氧燃料电池是将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的装置，目前最成熟的氢氧燃料电池，可分为酸性和碱性两种。
2H2－4e－===4H＋
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
(2)以CO为燃料气，请分别写出电解质符合下列条件的正、负极的电极反应和总反应。
2CO－4e－＋2H2O===2CO2＋4H＋
2CO＋O2===2CO2
O2＋4e－===2O2－
2CO－4e－＋2O2－===2CO2
2CO＋O2===2CO2
(3)铝—空气—海水电池负极材料为铝片，正极材料为铂片，电解质溶液为海水。负极反应：_______________________________。正极反应：__________________________________。总反应：_____________________________________。
4Al－12e－===4Al3＋
3O2＋12e－＋6H2O===12OH－
4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3
(4)甲烷—氧气燃料电池(正极反应式与氢氧燃料电池正极反应式相同，下面只需写出负极反应式即可)①_________________________________________(碱性介质)②_______________________________________(酸性介质)
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
③____________________________________________________(碳酸盐作介质)④__________________________________________________(熔融的金属氧化物作介质，高温下能传导O2－)
CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)碱性锌锰电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长。( )[提示] 碱性锌锰电池MnO2是氧化剂参与电极反应。(2)负极材料不与电解质溶液反应就不能构成原电池。( )(3)燃料电池中的燃料在负极上发生还原反应。( )(4)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2－4e－===4H＋。( )
(5)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应。( )[提示] 可充电电池的充电与放电不是在相同条件下发生的，故不是可逆反应。(6)二次电池充电时，充电器的正极连接二次电池的正极。( )[提示] 充电时正极连接电源的正极，作阳极发生氧化反应。(7)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后将热能转化为电能。( )[提示] 燃料电池直接将化学能转化为电能。
(8)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。( )[提示] 铅蓄电池放电时，负极铅、正极二氧化铅均转变为硫酸铅，质量均增加。(9)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。( )[提示] 在原电池中阳离子在电解质溶液中移向正极。(10)根据反应4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S设计的可充电电池是一种应用广泛的锂电池，可用水溶液作电解质溶液。( )
(11)一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋，正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。( )
(13)碘可用作锂碘电池的材料，该电池反应为2Li(s)＋I2(s)===2LiI(s)，则碘电极作该电池的负极。( )[提示] 碘在反应中的化合价降低，发生还原反应，碘作正极。(14)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.2 ml电子时，消耗的H2SO4为0.1 ml。( )(15)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.1 ml电子时，负极增加4.8 g。( )
(16)若使反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原电池方式进行，可用锌、铁作电极材料。( )(17)固体酸燃料电池以Ca(HSO4)2固体为电解质传递H＋，电池总反应可表示为2H2＋O2===2H2O，则电池工作时电子从通O2的一极通过外电路流向通H2的一极。( )
2．电子表和电子计算器中所用的是纽扣式的微型银锌电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解液为KOH溶液。工作时电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2(1)工作时电流从____________极流向________极(两空均选填“Ag2O”或“Zn”)。(2)负极的电极反应式为_________________________________。(3)工作时电池正极区的pH________(选填“增大”“减小”或“不变”)。(4)外电路中每通过0.2 ml电子，锌的质量理论上减少__________g。
3．(1)①氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________(填“减小”“增大”或“不变”，下同)，溶液的pH________。②氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH________。
(2)如图是甲烷燃料电池的工作原理示意图，根据燃料电池有关知识回答：
a电极为燃料电池的________(填“正极”或“负极”)，其电极反应为____________________________________________________；电池总反应为__________________________________________________。
(3)Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。请回答下列问题：①电池的负极材料为___，发生的电极反应为________________。②电池正极发生的电极反应为______________________________。
4Li－4e－===4Li＋
2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
[提示] 分析反应的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被还原，为氧化剂。①负极材料为Li(还原剂)，4Li－4e－===4Li＋。②正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。
(2) (2021·河北卷，9)K－O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是( )
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C．产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D．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
〔对点集训1〕 (1)碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是( )A．Zn作负极，电极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2B．MnO2作正极，发生还原反应C．电池工作时，电流由MnO2经外电路流向ZnD．电池工作时，KOH没有发挥作用
[解析] Zn作负极，被氧化生成Zn(OH)2，电极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，A项正确；MnO2作正极，被还原生成MnO(OH)，B项正确；电池工作时，电流由正极流向负极，则电流由MnO2经外电路流向Zn，C项正确；电池工作时，KOH未参与电池总反应，但起到导电作用，D项错误。
(2)Li－FeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池，其结构如图所示。已知电池放电时的反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列说法正确的是( )A．Li为电池的正极B．电池工作时，Li＋向负极移动C．正极的电极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－D．将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，电池性能更好
[解析] 根据电池反应式知，放电时Li失电子发生氧化反应，则Li是负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，FeS2为正极，正极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－。通过以上分析知，Li为电池负极，发生氧化反应，故A错误，C正确；放电时，阳离子Li＋向正极移动，故B错误；将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，Li和水发生氧化还原反应生成氢气，所以不能将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，故D错误。
化学电源中电极反应的书写方法1 拆分法：①写出原电池的总反应，如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。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、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应：(正极)2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，(负极)Cu－2e－===Cu2＋。
2 加减法：①写出总反应。如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。②写出其中容易写出的一个电极反应(正极反应或负极反应)。如Li－e－===Li＋(负极反应)。③利用总反应减去容易写出的一个电极反应，得到另一个电极反应，如LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正极反应)。
微考点2 二次电池(2021·湖南卷，10)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：
下列说法错误的是( )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极的电极反应为Zn2＋＋2e－===ZnD．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
[解析] 该电池放电反应总方程式：Zn＋Br2===ZnBr2，放电时，Br2在正极反应，ZnBr2被循环回路“回收”至左侧贮液器中，A项正确、B项错误；充电时，锌极为阴极发生还原反应：Zn2＋＋2e－===Zn，C项正确；放电时，Br2得电子产生Br－通过隔膜迁移向负极区，形成ZnBr2回流至左到贮液器，Zn失电子产生Zn2＋，通过隔膜迁移至正极区，形成ZnBr2回流至右侧贮液器，充电时，Zn2＋得电子生成Zn在M极放电，部分Zn2＋在隔膜上生成沉积锌，而Br－在贮液器处转化为Br2复合物贮存，该过程中Zn2＋、Br－都可以通过隔膜，D项正确。
〔对点集训2〕 (2020·全国Ⅰ卷)科学家近年发明了一种新型Zn－CO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是( )
1 二次电池的解题思路
2 二次电池电极反应式的书写方法①先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质。②写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)③在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。④充电的电极反应与放电的电极反应过程相反。
微考点3 燃料电池 (1) (2023·山东滨州检测)如图所示是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是( )
A．氢氧燃料电池的正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－B．干电池工作时，H＋向石墨电极移动C．铅蓄电池工作过程中，每通过2 ml电子，负极质量减轻207 gD．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
[解析] 氢氧燃料电池的正极是O2得电子发生还原反应，碱性条件下的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故A正确；干电池的石墨是正极，则电池工作时H＋向正极移动，即向石墨电极移动，故B正确；铅蓄电池工作过程中，负极上铅失电子，生成硫酸铅，且硫酸铅在负极上析出，硫酸铅是难溶物质，则负极质量应该增加而非减小，故C错误；干电池是一次电池，铅蓄电池是可充电电池，属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃料电池，故D正确。
(2)燃料电池能量转化率高，以下是氢氧燃料电池结构示意图：
(PTFE*为聚四氟乙烯的缩写，工作温度65 ℃左右)
下列说法不正确的是( )A．电极室a为负极室，电极室b为正极室B．燃料电池的能量转化率比柴油发动机的能量利用率高C．碱性电解液的氢氧燃料电池，氧化生成的水在O2侧产生；酸性电解液电池，水在H2侧产生D．多孔隔膜既是电解液的仓库，也是反应产物H2O的通道，电解液除KOH溶液外也可用稀H2SO4或固态离子导体
[解析] 电极室a中氢气失电子产生氢离子，为负极室，电极室b中氧气得电子产生氢氧根离子，为正极室，选项A正确；燃料电池的能量主要为化学能转化为电能，转化率比柴油发动机的能量(热能部分转化为动能再转化为电能)利用率高，选项B正确；碱性电解液的氢氧燃料电池，H2失电子产生的氢离子与氢氧根离子反应生成水，氧化生成的水在H2侧产生；酸性电解液电池，O2得电子产生氢氧根离子与氢离子反应生成水，水在O2侧产生，选项C不正确；多孔隔膜既是电解液的仓库，也是反应产物H2O的通道，电解液除KOH溶液外也可用稀H2SO4或固态离子导体，起到导电的作用，选项D正确。
燃料电池是利用燃料与氧气或空气或其他氧化剂进行反应，将化学能直接转化成电能的一类化学电源，基本工作原理与原电池相同：
解题的关键是正确分析书写电极反应。书写方法与信息型氧化还原反应方程式的书写相似：
〔对点集训3〕 (1)煤是一种重要的化工原料，有“工业的粮食”之美称，生活中把煤当作燃料直接烧掉，能量转化率并不高，且能造成环境污染。基于这一原因，科技工作者研发出直接煤—空气燃料电池，其工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
(2) (2021·山东卷，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
[解析] 碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O；N2H4－O2清洁燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O；偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C元素和N元素的化合价均为－2价，H元素的化合价为＋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为(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O。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；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的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可
本讲要点速记：1.原电池中的能量转化及本质(1)能量转化：化学能转化为电能。(2)反应本质：自发进行的氧化还原反应。2.原电池中粒子的“移动方向”(1)外电路中电子移动方向：负极→正极。(2)外电路中电流方向：正极→负极。(3)电池内部离子移动方向：阴离子→负极，阳离子→正极。(4)盐桥中(含饱和KCl溶液)离子移动方向：K＋→正极，Cl－→负极。
3.判断原电池正负极的六种方法电极材料、电极现象、电子移动方向、离子移动方向、得失电子、电解质溶液。(1)负极：较活泼金属、氧化反应、电子流出、电流流入、阴离子移向的一极、不断溶解。(2)正极：不活泼金属或非金属、还原反应、电子流入、电流流出、阳离子移向的一极、电极增重。
4.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：①H＋在碱性环境中不存在；②O2－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－；③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。
5.充电电池类题目的解答方法(1)电池放电时发生原电池反应，充电时发生电解池反应，在充电时电池的负极接电源的负极，即负极接负极后为阴极，正极接正极后为阳极。(2)充电时的阴极反应与放电时的负极反应、充电时的阳极反应与放电时的正极反应分别互为逆反应。
相关课件
2024版新教材高考化学全程一轮总复习第六章化学反应与能量第19讲原电池化学电源（课件+课时作业+学生用书）（3份）： 这是一份2024版新教材高考化学全程一轮总复习第六章化学反应与能量第19讲原电池化学电源（课件+课时作业+学生用书）（3份），文件包含2024版新教材高考化学全程一轮总复习第六章化学反应与能量第19讲原电池化学电源课件pptx、2024版新教材高考化学全程一轮总复习第六章化学反应与能量第19讲原电池化学电源学生用书doc、2024版新教材高考化学全程一轮总复习课时作业19原电池化学电源doc等3份课件配套教学资源，其中PPT共58页， 欢迎下载使用。
2024年高考化学一轮总复习 第8单元 第1讲 原电池 化学电源 课件： 这是一份2024年高考化学一轮总复习 第8单元 第1讲 原电池 化学电源 课件，共60页。PPT课件主要包含了化学能，氧化还原，活泼性，直接或间接接触，Cl－，电极材料，考点二化学电源，Ag2O，PbO2，高考真题演练等内容，欢迎下载使用。
人教版高考化学一轮复习第6章化学反应与能量第2讲原电池化学电源课件： 这是一份人教版高考化学一轮复习第6章化学反应与能量第2讲原电池化学电源课件
