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2024届高考化学复习讲义第六章化学反应与能量变化第三讲原电池的工作原理及常见电池考点一原电池的工作原理及其应用含答案
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这是一份2024届高考化学复习讲义第六章化学反应与能量变化第三讲原电池的工作原理及常见电池考点一原电池的工作原理及其应用含答案，共8页。
1.宏观与微观结合视角
2.跨学科（融合）视角
3.思维观点
注：这里的“可逆”并不是指充电、放电那种含义，而是物理化学中的名词。
考点1 原电池的工作原理及其应用
1.原电池
（1）定义：将[1] 化学能 转化为[2] 电能 的装置。
（2）原电池的构成条件
①能自发进行的[3] 氧化还原反应 。
②一般有两个活动性不同的电极（燃料电池的两个电极可以相同）。
③形成[4] 闭合回路 ，需满足三个条件：a.存在离子导体（电解质）；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入离子导体中。
注意 离子导体既可以是电解质的水溶液，也可以是能传导离子的固体电解质或熔融电解质，还可以是有机电解质溶液等。
2.原电池的工作原理（以Zn－Cu原电池为例）
甲（单液电池） 乙（双液电池）
1.易错辨析。
（1）在原电池中，电极反应为氧化反应的一极一定是负极。（ √ ）
（2）在锌铜原电池中，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。（ ✕ ）
（3）两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定为负极。（ ✕ ）
（4）某原电池反应为Cu＋2AgNO3Cu（NO3）2＋2Ag，装置中的盐桥内可以是含KCl饱和溶液的琼脂。（ ✕ ）
（5）使用盐桥可以提高电池的能量转换效率。（ √ ）
2.（1）左侧甲装置与乙装置相比，乙装置的优点是 避免Zn与CuSO4直接反应而产生能量损耗 。
（2）请简述左侧乙装置中盐桥的作用： ①构成闭合回路；②盐桥中的离子定向移动保持左、右两池正、负电荷平衡 。
3.某科学探究小组用如下装置设计原电池，其中不能形成原电池的是 ①④ （填标号），原因是 ①中酒精是非电解质；④中未形成闭合回路 。
研透高考 明确方向
命题点1 原电池正、负极的判断
1.有下图所示的四个装置，回答相关问题：
（1）图①中，Mg作 负 极。
（2）图②中，Mg作 正 极，写出负极反应式： Al＋4OH－－3e－[Al（OH）4]－ ，正极反应式： 2H2O＋2e－2OH－＋H2↑ ，总反应的离子方程式： 2Al＋2OH－＋6H2O2[Al（OH）4]－＋3H2↑ 。
（3）图③中，Fe作 正 极，写出负极反应式： Cu－2e－Cu2＋ ，正极反应式： 2NO3－＋4H＋＋2e－2NO2↑＋2H2O ，总反应的化学方程式： Cu＋4HNO3（浓）Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O 。
（4）图④装置能否构成原电池？ 能 （填“能”或“否”），若能构成原电池，正极为 Cu ，电极反应式为 O2＋4e－＋2H2O4OH－ （若不能构成原电池，后两问不用回答）。
2.[浙江高考]银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2OZn（OH）2＋2Ag。其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是（ D ）
A.Zn电极是负极
B.Ag2O电极发生还原反应
C.Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－Zn（OH）2
D.放电前后电解质溶液的pH保持不变
解析 根据电池总反应Zn＋Ag2O＋H2OZn（OH）2＋2Ag可知，Zn从0价变为＋2价，化合价升高，失去电子，则Zn电极为负极，在碱性条件下，Zn2＋与OH－结合生成Zn（OH）2，故Zn电极反应式为Zn－2e－＋2OH－Zn（OH）2，A、C项正确；Ag2O电极为正极，发生还原反应，B项正确；根据总反应知，放电过程中不断消耗水，故放电后电解质溶液的pH增大，D项错误。
技巧点拨
判断原电池正、负极的方法
注意 电池在工作过程中，负极质量不一定减少，如常见的铅酸蓄电池（总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O），电池工作一段时间后，正极与负极质量均增大。
命题点2 原电池的设计
3.某化学学习小组同学利用Fe3＋与I－发生的氧化还原反应设计一个原电池，并进行有关实验探究。请回答相关问题：
（1）画出简单的示意图，并标明所使用的用品。要求：右池中电极上发生氧化反应。
供选择的实验用品：KCl溶液，FeCl3溶液，FeCl2溶液，KI溶液，铜片，锌片，铁片，石墨，烧杯，盐桥，导线，灵敏电流计。
（2）利用（1）中设计好的装置，控制适合的条件对反应2Fe3＋＋2I－⇌2Fe2＋＋I2进行实验探究：
①反应开始时，右池电极反应式为 2I－－2e－I2 ，盐桥中的 阴 （填“阳”或“阴”）离子向右池移动。
②电流计指针不发生偏转时，反应达到化学平衡状态，在左池中加入FeCl2固体，右池的电极作 正 （填“正”或“负”）极。
解析 （2）①由图示结合原电池原理分析可知，左池石墨电极上Fe3＋得电子变成Fe2＋，被还原，电极反应式为Fe3＋＋e－Fe2＋，右池石墨电极上I－失去电子变成I2，被氧化，电极反应式为2I－－2e－I2。盐桥中阴离子移向负极，阳离子移向正极。②电流计指针不发生偏转，反应达到平衡状态后，在左池中加入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－⇌2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，右池中石墨为正极。
技巧点拨
原电池的设计
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：将还原剂（一般为较活泼金属）作负极，活动性比负极弱的金属或非金属导体作正极。
3.构成闭合回路：用导线将确定好的正负极连接，插入离子导体（电解质溶液等）中形成闭合回路。如果两个半反应分别在两个容器中进行，中间连接盐桥。
4.画出装置图：结合要求及反应特点，画出原电池装置图，标出电极材料的名称、正负极、电解质溶液等。
命题点3 原电池原理的应用
4.[比较不同金属的活动性]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性顺序是（ C ）
A.a＞b＞c＞dB.b＞c＞d＞a
C.d＞a＞b＞cD.a＞b＞d＞c
解析 把四个实验从左到右分别编号为①②③④，则由实验①现象可知，a为负极，b为正极，金属活动性a＞b；由实验②现象可知，b可与稀硫酸反应产生H2，c不与稀硫酸反应，则金属活动性b＞c；由实验③现象可知，d为负极，c为正极，则金属活动性d＞c；由实验④现象可知，d为负极，a为正极，则金属活动性d＞a。综上所述可知金属活动性d＞a＞b＞c。
技巧点拨
原电池原理的应用
1.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能导电的非金属。
2.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。例如在锌与稀硫酸制H2的溶液中，滴加少量硫酸铜溶液，发生置换反应Zn＋Cu2＋Zn2＋＋Cu，构成Zn－Cu－稀H2SO4原电池，加快反应速率。
3.用于金属的防护：金属制品作原电池的正极而得到保护。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
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.体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。
3.学生必做实验：化学能转化成电能
原电池
的工作
原理及
其应用
2023广东，T6；2023海南，T8；2022全国甲，T10；2021山东，T10；2021广东，T9；2021重庆，T13；2021上海，T18；2020山东，T10；2020海南，T11；2019江苏，T11
证据推理与模型认知：理解原电池的构造及工作原理；能建立氧化还原反应与原电池的关联；能建立电化学原理与装置间的关联；能解释实际电池的工作原理；能判断装置是否产生电流；能判断电流方向和离子移动方向，预测电极反应及现象，书写陌生电极反应式
常见化
学电源
2019年4月浙江，T12
命题分析预测
1.近年高考关于原电池的考查一直是常考常新，设题背景新、设问角度新。常以选择题的形式考查原电池的工作原理及其应用，非选择题中常结合元素化合物等知识考查电极反应式的书写以及利用得失电子守恒进行相关计算。
2.预计2025年高考仍会考查原电池的工作原理及其应用、电极反应式的书写及正误判断、溶液中离子的迁移方向及浓度变化、二次电池的充放电过程分析等
物质变化
能量变化
宏观
氧化还原反应
能量转换
微观
电子得失
离子（或电子）克服（或依靠）电场力做功
守恒观
（1）得失电子守恒；（2）能量转换守恒
变化观
（1）物质变化过程中伴随着能量变化。
（2）物质变化是能量变化的基础，决定着能量变化的大小和形式。
[说明：同样的一个自发进行的氧化还原反应，若是直接在烧杯中进行，则化学能不可能转化为电能；若是在“不可逆”的原电池装置（实际情形）中进行，化学能部分转化为电能；若是在“可逆”的原电池装置（理想情形）中进行，则化学能可完全转化为电能]
电极名称
负极
正极
电极材料
Zn
Cu
电极反应
[5] Zn－2e－Zn2＋
[6] Cu2＋＋2e－ Cu
反应类型
[7] 氧化反应
[8]还原反应
电子、电流方向
电子流动方向：负极→导线→正极；
（电子不下水，离子不上岸）
电流方向：正极→导线→负极
问题
乙装置的盐桥中的电解质若为KNO3，则K＋移向[9] 右 池（填“左”或“右”，下同），NO3－移向[10] 左 池。
乙装置的盐桥中的电解质能为Na2S和BaCl2吗？为什么？[11] 不能。因为S2－与Zn2＋、Cu2＋形成沉淀，Ba2＋与SO42－形成沉淀
判断方法
负极
正极
电极材料
活泼金属
较不活泼金属或非金属
通入物质
通入还原剂的电极
通入氧化剂的电极
电极反应类型
发生氧化反应的电极
发生还原反应的电极
电子流向
（或电流方向）
电子流出的电极
（或电流流入的电极）
电子流入的电极
（或电流流出的电极）
离子移向
阴离子移向的电极
阳离子移向的电极
电极现象
电极不断溶解，质量减少
电极增重或质量不变
实验
装置
部分实
验现象
a极质量减少；b极质量增加
b极有气体产生；c极无变化
d极溶解；c极有气体产生
电流从a极流向d极
1.宏观与微观结合视角
2.跨学科（融合）视角
3.思维观点
注：这里的“可逆”并不是指充电、放电那种含义，而是物理化学中的名词。
考点1 原电池的工作原理及其应用
1.原电池
（1）定义：将[1] 化学能 转化为[2] 电能 的装置。
（2）原电池的构成条件
①能自发进行的[3] 氧化还原反应 。
②一般有两个活动性不同的电极（燃料电池的两个电极可以相同）。
③形成[4] 闭合回路 ，需满足三个条件：a.存在离子导体（电解质）；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入离子导体中。
注意 离子导体既可以是电解质的水溶液，也可以是能传导离子的固体电解质或熔融电解质，还可以是有机电解质溶液等。
2.原电池的工作原理（以Zn－Cu原电池为例）
甲（单液电池） 乙（双液电池）
1.易错辨析。
（1）在原电池中，电极反应为氧化反应的一极一定是负极。（ √ ）
（2）在锌铜原电池中，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。（ ✕ ）
（3）两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定为负极。（ ✕ ）
（4）某原电池反应为Cu＋2AgNO3Cu（NO3）2＋2Ag，装置中的盐桥内可以是含KCl饱和溶液的琼脂。（ ✕ ）
（5）使用盐桥可以提高电池的能量转换效率。（ √ ）
2.（1）左侧甲装置与乙装置相比，乙装置的优点是 避免Zn与CuSO4直接反应而产生能量损耗 。
（2）请简述左侧乙装置中盐桥的作用： ①构成闭合回路；②盐桥中的离子定向移动保持左、右两池正、负电荷平衡 。
3.某科学探究小组用如下装置设计原电池，其中不能形成原电池的是 ①④ （填标号），原因是 ①中酒精是非电解质；④中未形成闭合回路 。
研透高考 明确方向
命题点1 原电池正、负极的判断
1.有下图所示的四个装置，回答相关问题：
（1）图①中，Mg作 负 极。
（2）图②中，Mg作 正 极，写出负极反应式： Al＋4OH－－3e－[Al（OH）4]－ ，正极反应式： 2H2O＋2e－2OH－＋H2↑ ，总反应的离子方程式： 2Al＋2OH－＋6H2O2[Al（OH）4]－＋3H2↑ 。
（3）图③中，Fe作 正 极，写出负极反应式： Cu－2e－Cu2＋ ，正极反应式： 2NO3－＋4H＋＋2e－2NO2↑＋2H2O ，总反应的化学方程式： Cu＋4HNO3（浓）Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O 。
（4）图④装置能否构成原电池？ 能 （填“能”或“否”），若能构成原电池，正极为 Cu ，电极反应式为 O2＋4e－＋2H2O4OH－ （若不能构成原电池，后两问不用回答）。
2.[浙江高考]银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2OZn（OH）2＋2Ag。其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是（ D ）
A.Zn电极是负极
B.Ag2O电极发生还原反应
C.Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－Zn（OH）2
D.放电前后电解质溶液的pH保持不变
解析 根据电池总反应Zn＋Ag2O＋H2OZn（OH）2＋2Ag可知，Zn从0价变为＋2价，化合价升高，失去电子，则Zn电极为负极，在碱性条件下，Zn2＋与OH－结合生成Zn（OH）2，故Zn电极反应式为Zn－2e－＋2OH－Zn（OH）2，A、C项正确；Ag2O电极为正极，发生还原反应，B项正确；根据总反应知，放电过程中不断消耗水，故放电后电解质溶液的pH增大，D项错误。
技巧点拨
判断原电池正、负极的方法
注意 电池在工作过程中，负极质量不一定减少，如常见的铅酸蓄电池（总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O），电池工作一段时间后，正极与负极质量均增大。
命题点2 原电池的设计
3.某化学学习小组同学利用Fe3＋与I－发生的氧化还原反应设计一个原电池，并进行有关实验探究。请回答相关问题：
（1）画出简单的示意图，并标明所使用的用品。要求：右池中电极上发生氧化反应。
供选择的实验用品：KCl溶液，FeCl3溶液，FeCl2溶液，KI溶液，铜片，锌片，铁片，石墨，烧杯，盐桥，导线，灵敏电流计。
（2）利用（1）中设计好的装置，控制适合的条件对反应2Fe3＋＋2I－⇌2Fe2＋＋I2进行实验探究：
①反应开始时，右池电极反应式为 2I－－2e－I2 ，盐桥中的 阴 （填“阳”或“阴”）离子向右池移动。
②电流计指针不发生偏转时，反应达到化学平衡状态，在左池中加入FeCl2固体，右池的电极作 正 （填“正”或“负”）极。
解析 （2）①由图示结合原电池原理分析可知，左池石墨电极上Fe3＋得电子变成Fe2＋，被还原，电极反应式为Fe3＋＋e－Fe2＋，右池石墨电极上I－失去电子变成I2，被氧化，电极反应式为2I－－2e－I2。盐桥中阴离子移向负极，阳离子移向正极。②电流计指针不发生偏转，反应达到平衡状态后，在左池中加入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－⇌2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，右池中石墨为正极。
技巧点拨
原电池的设计
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：将还原剂（一般为较活泼金属）作负极，活动性比负极弱的金属或非金属导体作正极。
3.构成闭合回路：用导线将确定好的正负极连接，插入离子导体（电解质溶液等）中形成闭合回路。如果两个半反应分别在两个容器中进行，中间连接盐桥。
4.画出装置图：结合要求及反应特点，画出原电池装置图，标出电极材料的名称、正负极、电解质溶液等。
命题点3 原电池原理的应用
4.[比较不同金属的活动性]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性顺序是（ C ）
A.a＞b＞c＞dB.b＞c＞d＞a
C.d＞a＞b＞cD.a＞b＞d＞c
解析 把四个实验从左到右分别编号为①②③④，则由实验①现象可知，a为负极，b为正极，金属活动性a＞b；由实验②现象可知，b可与稀硫酸反应产生H2，c不与稀硫酸反应，则金属活动性b＞c；由实验③现象可知，d为负极，c为正极，则金属活动性d＞c；由实验④现象可知，d为负极，a为正极，则金属活动性d＞a。综上所述可知金属活动性d＞a＞b＞c。
技巧点拨
原电池原理的应用
1.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能导电的非金属。
2.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。例如在锌与稀硫酸制H2的溶液中，滴加少量硫酸铜溶液，发生置换反应Zn＋Cu2＋Zn2＋＋Cu，构成Zn－Cu－稀H2SO4原电池，加快反应速率。
3.用于金属的防护：金属制品作原电池的正极而得到保护。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
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.体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。
3.学生必做实验：化学能转化成电能
原电池
的工作
原理及
其应用
2023广东，T6；2023海南，T8；2022全国甲，T10；2021山东，T10；2021广东，T9；2021重庆，T13；2021上海，T18；2020山东，T10；2020海南，T11；2019江苏，T11
证据推理与模型认知：理解原电池的构造及工作原理；能建立氧化还原反应与原电池的关联；能建立电化学原理与装置间的关联；能解释实际电池的工作原理；能判断装置是否产生电流；能判断电流方向和离子移动方向，预测电极反应及现象，书写陌生电极反应式
常见化
学电源
2019年4月浙江，T12
命题分析预测
1.近年高考关于原电池的考查一直是常考常新，设题背景新、设问角度新。常以选择题的形式考查原电池的工作原理及其应用，非选择题中常结合元素化合物等知识考查电极反应式的书写以及利用得失电子守恒进行相关计算。
2.预计2025年高考仍会考查原电池的工作原理及其应用、电极反应式的书写及正误判断、溶液中离子的迁移方向及浓度变化、二次电池的充放电过程分析等
物质变化
能量变化
宏观
氧化还原反应
能量转换
微观
电子得失
离子（或电子）克服（或依靠）电场力做功
守恒观
（1）得失电子守恒；（2）能量转换守恒
变化观
（1）物质变化过程中伴随着能量变化。
（2）物质变化是能量变化的基础，决定着能量变化的大小和形式。
[说明：同样的一个自发进行的氧化还原反应，若是直接在烧杯中进行，则化学能不可能转化为电能；若是在“不可逆”的原电池装置（实际情形）中进行，化学能部分转化为电能；若是在“可逆”的原电池装置（理想情形）中进行，则化学能可完全转化为电能]
电极名称
负极
正极
电极材料
Zn
Cu
电极反应
[5] Zn－2e－Zn2＋
[6] Cu2＋＋2e－ Cu
反应类型
[7] 氧化反应
[8]还原反应
电子、电流方向
电子流动方向：负极→导线→正极；
（电子不下水，离子不上岸）
电流方向：正极→导线→负极
问题
乙装置的盐桥中的电解质若为KNO3，则K＋移向[9] 右 池（填“左”或“右”，下同），NO3－移向[10] 左 池。
乙装置的盐桥中的电解质能为Na2S和BaCl2吗？为什么？[11] 不能。因为S2－与Zn2＋、Cu2＋形成沉淀，Ba2＋与SO42－形成沉淀
判断方法
负极
正极
电极材料
活泼金属
较不活泼金属或非金属
通入物质
通入还原剂的电极
通入氧化剂的电极
电极反应类型
发生氧化反应的电极
发生还原反应的电极
电子流向
（或电流方向）
电子流出的电极
（或电流流入的电极）
电子流入的电极
（或电流流出的电极）
离子移向
阴离子移向的电极
阳离子移向的电极
电极现象
电极不断溶解，质量减少
电极增重或质量不变
实验
装置
部分实
验现象
a极质量减少；b极质量增加
b极有气体产生；c极无变化
d极溶解；c极有气体产生
电流从a极流向d极
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