原电池-2023年高考化学二轮复习考点突破（原卷版）

专题八原电池

核心考点1、原电池的基本原理

1.构建原电池模型，掌握原电池工作原理

2.原电池正、负极判断的“五个角度”

3.两种原电池装置的比较

名称单液原电池双液原电池

CuSO僚

装4

0'溶液Zn

置，三］桥长”;；

YuML™

图4ZnSC/溶液Cusd溶液

单液原电

1双液原电池

两类还原剂Zn与氧化剂C*直接Zn与氧化剂Ci>2+不直接接触，

装置接触，既有化学能转化为电能，仅有化学能转化为电能，避免

的不又有化学能转化为热能，迨成了能量损耗，故电流稳定，持

同点能量损耗续时间长

盐桥中装有饱和的KCkKNO3等溶液和琼胶制成的胶冻，有导

备注

电和平衡电荷作用。

4.原电池的设计和制作方法

(I)定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应。

(2)拆：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应。

还原剂一〃广==氧化产物(负极电吸反应)；

氧化剂+〃e==还原产物(正极电吸反应)。

(3)或：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定

的金属或能导电的非金属。

(4)画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。

如：根据反应2Fe03+Cu=2FeQ2+CuC12

设计的原电池为：

1.【2022年1月浙江卷】pH计是•种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极（在特

制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HC1溶液，并插入Ag—AgCl电极）和另一Ag—AgCl电极插入待测溶液中

组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH=（E常数）/0.05%下列说法正确的是

A.如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl（s）+e=Ag（s）+Cl（（）.1mol-L11

B.玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化

C.分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH

D.pH计工作时，电能转化为化学能

2.（2021・广东真题）火星大气中含有大量CO?,一种有CO］参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器

供电。该电池以金属钠为负极，催纳米管为正极，放电时

A.负极上发生还原反应B.CO2在正极上得电子

C.阳离子由正极移向负极D.将电能转化为叱学能

3.（2019.全国卷I,⑵利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2'/MV+在电极与酶之间

传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是（）

A.相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能

B.阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+=2H++2MV+

C.正极区，同氮酹为催化剂，N?发生还原反应生成NH3

D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

A.Li在负极失去电子B.在正极发生还原反应

C.阳离子由正极移向负极D.化学能转化成电能

2.（2022秋•辽宁盘锦•高三辽河油田第二高级中学校考期末）习近平总书记提出我国要在2030年实现“碳

达峰”，2060年前实现“碳中和二某科研小组用电化学方法将CO2转化为CO实现再利用，转化的基本原理

如图所示。下列说法不正确的是

B.M上的电极反应方程式为2H2O4e=O2T+4H+

C.工作一段时间后，N电极室中的溶液pH减小

D.当转化2moic时，有4moiH+从左室穿过交换膜到达右室

3.（2021秋・福建厦门•高三校考期中）控制适当的条件，将反应2Fe3++2「=2Fe2++l2设计成如图所示的

原电池。下列判断正确的是

A.反应开始时，乙中电极反应式为2厂+2广=12

B.反应开始时，甲中石墨电极上发生氧化反应

C.电流表指针为零时，两池溶液颜色相同

D.平衡时甲中溶入FeCb固体后，乙中的石墨电极为负极

4.（2022秋.河南驻马店.高三统考期中）锂一海水电池在海洋能源领域备受关注。下列说法错误的是

A.海水起电解质溶液的作用

C.锂电极应与海水直接接触

UCIO4的乙二醇二甲醛溶液

下列说法正确的是

A.外电路电子由b流向a

B.离子交换膜为阴离子交换膜

价格低廉，又可以循环使用，因此广泛应用于国防、科研、交通、生产和生活中，缺点是比较笨重。

3.氢氧燃料电池

电极、电解质、燃料和氧化剂

具有能量利用效率高、可连续使用和污染轻

等优点___________________________________

/电极材料本身不参与氧化还原反应

/工作时，燃料和氧化剂（储存在由池之外的

\容器中）由外部连续供给，分别在电极上不

卜断地进行反应，生虚物不断地排出

通入燃料气体的一极为在负极发生氧化反

、应，通入氧气的一极为正极发生还原反应

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:

种类酸性碱性

2H2+4OH-4屋

负极反应式2H2-4e==4H~

=4H2O

O2+2H2O4-4C=4OH

+

正极反应式O2+4H+4e=2H2O

电池反应式2H2+O2=2H2O

【拓展I】化学电源中电极反应式书写的思维模板

1.书写电极反应式的原则

电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，遵循离子方程式的书写规则，两电极反应式相加得

电池总化学（或离子）方程式。

2.书写电极反应式的基本类型

（1）类型一题目给定原电池的装置图，未给总反应式

①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。

②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。

③遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式。（注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如

铅蓄电池的负极错失电子变为Pb?,但Pb*与硫酸溶液中的SO：小共存，因而负极电极反应式为Pb-2e

+SOF=PbSO4）

④将两电极反应式相加（注意两极得失电了•数相等）可得电池总反应式。

（2）类型二题目中给出原电池的总反应式

①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应

即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。

②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。

③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式

即得到另一电极反应式。

注意①H'在碱性环境中不存在；②。2在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H，生成H20,在中性或

碱性环境中结合HzO,生成0H%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的•极的电极反应式，即得较难写出的另•极的电极反应式。

【拓展2】燃料电池中氧气得电子的思维模型

根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是。2,。2得到电子后化合价降低，首先变

成0?，能否稳定存在要看电解质环境。由于电解质溶液(酸、碱、盐)的不同，其电极反应也有所不同，

下表为四种不同电解质环境中，气气得电子后。2一的存在形式：

电解质环境从电极反应式判断氧元素的存在形式

+

酸性电解质溶液O2+4H+4e-=2H2O

碱性电解质溶液-

O24-2H2O+4c=4OH-

固体电解质(高温下能传导。2-)O2+4C-=2O2-

熔融碳酸盐(如熔融K2c03)O2+2CO2+4e=2C0i

【练习】按要求书写不同“介质”下甲醉燃料电池的电极反应式

(1)酸性介质,如H2s04溶液:

+

负极：CH30H-6e+H2O=CO2+6H<,

3

正极：3Ch+6e+6H=3H20C

(2)碱性介质,如KOH溶液:

负极：CH3OH-6e-+80H-=COf+6H2Oo

3

-

正极：5O2+6e-+3H2O=6OH»

(3)熔融盐介质,如K2co3：

负极：CH?OH-6e-+3COr=4CO2+2H2O(>

3

-

正极：7O2+6e~+3CO2=3CO?->

(4)掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导CT：

2-

负极：CH3OH-6e+3O=CO2+2H2O

正极：^O2+6e=3O2-o

【归纳提升】

1.银镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。一知某银镉电池的电解质溶液为K0H溶液，其充、

放电一

放电按下式进行：Cd+2NiOOH-!-2H2O：：^rCd(OH)2+2Ni(OH)2o

负极：Cd-2e-+20H-=Cd(OH)2<.

阳极：2Ni(OH)2+2OH一一2e一=2NiOOH+2H2。。

2.如将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的“如下图是通过人工光合作用，以CO2和

H20为原料制备HCOOH和02的原理示意图。

负极：2H2O—4e==O2+4H+。

正极：2co2+4H'+4e-=2HCOOH“

3.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态期(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。

-

负极：N2H4-4e_+4OH=N2+4H2Oo

正极：。2+配一+2H2O=4OH，

4.某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1-vCoO2+Li.vC6=LiCoO2+C6(x<

Do则：

负极：LiAC6—=xLi'+C&

正极：Lii-,vCoO2+xe4-.vLi=LiCoO2

B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关

C.放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移

A.装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大

B.装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸

3.12020•全国卷川，12)~•种高性能的碱性硼化钢(VB2)—空气电池如下图所示，具中在VB?电极发生反应：

VB：4-160H一一He-=vor4-2B(OH)；+4H2O

该电池工作时，下列说法错误的是()

A.负载通过0.04mol电了•时，有0.224L(标准状况)02参与反应

B.正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高

C.电池总反应为4VB2+IIO2+2OOH+6H2O=8B(OH)；+4VOr

D.电流由复合碳电极经负载、VB?电极、KOH溶液回到复合搂电极

4.[2020•全国卷I,12]科学家近年发明了一种新型Zn—COz水介质电池。电池示意图如下，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()

A.放电时，负极反应为Zn-2e-+40H-=Zn(OH)?-

B.放电时，1molCO2转化为HCOOH,转移的电子数为2moi

C.充电时，电池总反应为2Zn（0H）汇=2Zn+C）2T+4OH-+2H2。

D.充电时，正极溶液中OFT浓度升高

5.【2022年湖南卷】海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂海水电池构造示意图如下。下列说法错误

的是

隔膜玻璃陶瓷

A.海水起电解质溶液作用

C.玻璃陶瓷具有传导因子和防水的功能

D.该锂海水电池属于一次电池

口密封

工用二一不锈钢容器

--------Na-夕-A'Oj固体

----熔融钠

乜）-----熔融硫（含碳粉）

2.（2023秋•山东潍坊•高三统考期末）我国科研人员设计将脱除SO2的反应与制备H2O2相结合的协同转化

装置如图。在电场作用下，双极膜中间层的HzO解离为OH和H+,并向两极迁移。已知：

NaOH溶液稀H,SO4

下列说法正确的是

B.单独脱除SO2的反应为吸热反应

C.反应过程中需补加稀H2so4

B.b膜是阳离子交换膜

C.放电结束后B区的电解质溶液浓度减小

A.减速时，电池充电；加速时，电池放电

B.加速时，电子的方向为：甲电极―电动机一乙电极

D.加速时，X面子由甲经过隔膜向乙移动

5.（2022秋•江西赣州•高三统考期末）2020年9月中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标,

如图是某科研团队设计的光电催化反应器，可由CO?制得异丙醉。其中A、B均是惰性电极，下列说法正确

的是

A.A为负极

B.若A极产生4gH2，则R极产生16go2

C.电子从B极通过合成蛋白质纤维膜到A极

y

[AI(OH)J-T

\=*b%硫酸溶液

/

Al，L

M区N区

nti

a%硫酸溶液

A.放电时，R区域的电解质浓度逐渐增大

核心考点3、金属的腐蚀与防护

1.金属电化学的腐蚀原理

（1）金属腐蚀：是金属与周围接触到的气体或液体物质发生氧叱还原反应而引起损耗的现象。

（2）化学腐蚀的类型

两种腐蚀往往同时发生，但电

金属霰接修到的干燥气体或非电解质液体等

化学腐馋更普遍.危害更芦重

直接发生化学反应引起的窿谀叫做化学腐馆

、一实质：分胃失申子被氧化而揭耗

,无电流产生

不纯的金属践电解质溶液接触时，会发生原

电池反应，比较活泼的金81夫电子而被氧化

的腐但叫做电化学腐蚀

实质：枝腐蚀金属成为僚电池的负极而祓破

坏

有强弱电沆产生（形成微小免电池）

（3）电化学腐蚀的比较⑺

腐蚀类型吸氧腐蚀析氢腐蚀

条件水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性强

负极反应Fe-2e==Fe2+

正极反应

。2+4e+2H2O==4OH2H++2c==H2t

总反应+2+

2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2Fe+2H==Fe+H2t

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3

Fe^Oj-〃H,O।

(铁镑)

联系金属的腐蚀以电化腐蚀为主.

电化腐蚀又以吸氧腐蚀为主（PH25.6时）

若pH<5.6时则为析氢腐蚀。

腐蚀作用主要腐蚀类型，有广泛性在某些局部区域

2.金属的防护

（1）本质

阻止金属发生化学反应，基本思路是防止金属与化学物质直接接触，防止金属做原电池的负极。

（2）金属防护的几种重要方法

①改变金属的内部组织结构合金钢中含有合金元素，使组织结构发生变化，耐腐蚀。如:不锈钢。在钢铁中

加入一•定比例的铭和银（14%~8%Cr,7%〜9%Ni）,改变钢铁内部的组成和结构，可极大程度地提高钢铁

抗腐蚀性能，这就是常见的"不锈钢''（合金）。

②在金属表面覆盖保护层。常见方式有:涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等;用化学方法使金属表面钝化，形

成致率氧化膜:在表面镀一层有自我保护作用的另一种金属。

③电化学保护法：

a.外加电流的阴极保护法（阴极电保护法）：接上外加直流电源构成电解池，被保护的金属作阴极，利用电

解池的原理，如钢闸门接低压直沆电源负极，石墨接电源正极做阳极，浸入水中。

b.牺牲阳极的阴极保护法:外加负极材料，构成原电池，被保护的金属作正极，利用原电池原理，如船壳上

镶嵌锌块。

2.（2021.全国乙卷真题）沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放

并降低冷却效率，为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极（如图所示），通入一定的电流。

下列叙述错误的是

A.阳极发生将海水中的氧化生成C1?的反应

C.阴极生成的应及时通风稀释安全地排入大气

3.（2020・江苏高考真题）将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的

情境中，下列有关说法正确的是

B.金属M的活动性比Fe的活动性弱

C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护

D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快

4.（2019•江苏高考真题）将铁粉和活性炭的混合物用NaQ溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的

电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是

铁、炭

混合物

A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-^FA