原电池原理与应用-高考化学一轮复习知识清单

知识清单19原电池原理与应用

思维导图

_知识梳理_

知识点01原电池的工作原理知识点02原电池工作原理的应用

知识点03原电池电极反应式的书写

知识点01原电池的工作原理

到回到回

1.定义和反应本质

（|）能量转化：把化学能能转化为电能能

（2）反应本质：发生氧化还原反应。

2.构成条件

（I）一看反应：看是否有能自发进行放热的氧化还原反应

（2）二看两电极：一般是活泼性不同的两电极（两种金属或一种金属和一种能导电的非金属）。

（3）三看是否形成闭合回路

①有电解质溶液或熔融的电解质

②两电极直接或间接接触

③两电极插入电解质溶液中,

3.工作原理（以锌铜原电池为例）

（I）电极反应

①负极：电子流出的一极,发生氧化反应;

②正极：电子流入的一极,发生还原反应。

（2）三个“流向”

①电子流向：负极外里路取

及

②电流流向：正极外四路负£口内电路正短

及-*正极

③离子流向：阳离子一正极;阴离子一贪极

（3）盐桥作用

①导电：盐桥中离子的定向迁移构成.了电流通路

②平衡电荷：使由它连接的两溶液保持电中性

③隔离：使相互反应的物质不接触

4.根据经验规律判断电池的正负极

（1）根据电极材料判断正负极

①金属单质和非金属形成的电池，金属单质为负极

②金属单质和化合物形成的电池，金属单质为负极

③电极材料相同的原电池，还原剂为负极

（2）根据电解质溶液的酸碱性及氧化性判断正负极

①能够和电解质溶液反应的电极为负极

②容易和电解质溶液反应的电极为负极

（3）燃料电池中，可燃物作负极，助燃物作正极

®®®®

易错点01活泼性强的金属不一定作负极

对于某些原电池，如镁、铝和NaOH溶液组成的原电池，A1作负极，Mg作正极。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，不要形成思维定式——活泼金属一定是负极，但负极一定发生氧化反

应。

易错点02电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥和导线（即电子不下水，离子不上岸）。

易错点03负极失去电子总数一定等于正极得到电子总数

易错点04自发发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应，也可以是电极与溶解的02等发生

反应，如将铁与石墨相连插入食盐水中

s®@®

【典例01】（2023•广东卷）负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除C「实现废酸的纯化，其工作原理如图。下

列说法正确的是

A.Ag作原电池正极

B.电子由Ag经活性炭流向Pi

【答案】B

【典例02】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cCSOM）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

【答案】Co

【解析】A项，由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Cu2+得电子发生还原反应生成Cu,错误;

B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c（SO2-4）不变，错误；C项，在乙池中Cu2+

+2e-===Cu,同时甲池中的Zn2+通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M（Zn2+）＞M（Cu2+）,故乙池溶液的总

质量增加，正确；D项，阳离了一交换膜只允许阳离了•和水分子通过，电解过程中Zn2+通过阳离子交换膜移向正

极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换腴的，错误。

知识点02原电池工作原理的应用

1.比较金属活泼性

（1）基本规律：一般负极金属活泼

（2）特殊情况

①强碱性溶液中，MgNaOH溶液AI原电池中，”负极

②氧化性溶液中，Cu浓硝酸Fc原电池中，Cu是负极

③铅蓄电池，负极质量增加,正极质量增加

2.加快氧化还原反应的速率

（1）一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。

①向反应中加入少量不活泼金属的盐溶液

②不纯的金属腐蚀速率快

（2）金属腐蚀速率：电解原理引起的腐蚀?原电池原理引起的腐蚀

（3）利用原电池原理可加快制氢气的速率，但可能影响生成氢气的量。需注意生成氢气的总量是取决于金属

的量还是取决于酸的量.

①足量的锌和一定量的稀硫酸反应，加入少量硫酸铜，产生氢气的量丕变

②•定量的锌和足量的稀硫酸反应，加入少量硫酸铜，产生氢气的量减少

3.设计原电池

（1）分析原电池反应，判断正负极和溶液

①能设计成原电池的反应一定是自发的、放热的氧化还原反应

②负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以

（2）盐桥式原电池

①导电：盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路

②平衡电荷：使由它连接的两溶液保持电中性，使电池能持续提供电流

③隔离：相互反应的电极和容液通过盐桥隔离开

结构碱性锌钵电池是一种常用的一次电池，其负极是Zn,正极是MnO?，

电解质溶液是KOH溶液的

电极负极钱筒作负极：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2

反应正极ES作正极：2MnO2+2H2O+2e==2MnOOH+2OFT

总反

Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

应

特点比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电

3.二次电池：又称可逆电池、蓄电池、可充电电池

（1）特点：放电后能充电复原继续使用

（2）代表：铅蓄电池

铅酸蓄电池是由两组栅状极板交替排列而成，正

结构极板上覆盖有PbCh，负极板覆盖有Pb,稀疏酸

作电解质溶液

总反应Pb(s)+PbO2(s)+2H2so4(aq)疆2Pbsc)心)+2H2O(I)

负极反应错作负极：Pb(s)+SOf(aq)一2c"-PbSO4(s)

放电时

二氧化铅作正极:PbO2⑸+4H+(aq)+SO3(aq)+2e-

----原电池正极反应

=PbSO4(s)+2H2O(l)

充电时阴极反应PbS04(s)+2e-=Pb(s)+SO1~(aq)

+-

----电解池阳极反应PbSO4(s)+2H2O⑴一2e-=PbO2(s)+4H(aq)+SOi(aq)

特点性能优良，价格便宜，可多次充放电；单位重量的电极材料释放的电能小。

4.燃料电池

（1）工作原理：

燃料电池是一种连续地将燃料和气化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质，只是

一个催化转化元件。燃料电池工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断

地被排出，于是电池就连续不断地提供电能代表：氢氧燃料电池

（2）电极：石墨电极材料

（3）特点：燃料电池没有燃烧现象。

①清洁、安全、高效

②燃料电池的利用率高、能量转化率高，能量转化率达到80%以上

③与常规发电厂相比，其二氧化碳排放量明显降低

④与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，这时电池

起着类似试管、烧杯等反应器的作用

（4）优点：能量利用效率高、可连续使用、排放污染物少。

6]®®®

易错点可充电电池的常见易错点

（1）可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应

(2)放电时的负极反应和充电时的阴极反应、放电时的正极反应和充电时的阳极反应在形式上互逆。将负(正)

极反应式变方向并将电子移向即得出阴(阳)极反应式

(3)二次电池充电时原负极必然要发生还原反应(生成原来消耗的物质)，即作阴极，连接外接电源的负极；

同理，原正极连接电源的正极，作阳极。简记为：负连负，正连正

(4)放电总反应和充电总反应在形式.上互逆，但不是可逆反应

【典例01】普通锌铺干电池的简图如图所示，它是用锌皮制成的锌筒作电极，中央插一根碳棒，碳棒顶端加一

铜帽.在石墨碳棒周围填满二氧化铳和炭黑的混合物,并用离子可以通过的长纤维纸包雍作隔膜,隔膜外是用

2

氯化锌、氯化核和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn+2NH；+2MnO2=[Zn(NH3)2]

+

+Mn203+H20o下列关于锌锦干电池的说法中正确的是()

A.当该电池电压逐渐卜.降后，利用电解原理能重新充电复原

B.电池负极反应式为2MnO2+2NH；+2e=Mn2O3+2NH3+H2O

C.原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极

D.外电路中每通过0.1mol电子，锌的质量理论上减小6.5g

【答实】C

【解析】普通锌钵干电池是一次电池，不能充电复原，A项错误；根据原电池工作原理，负极失电子，B项错误；由

负极的电极反应式可知，每通过0.1mol电子，消耗锌的质量是65g・molTx*^*=3.25g,D项错误。

【典例02]银镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某银镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其

充、放电按下式进行：Cd+2NiOOH+2H2。舞Cd(OH)2+2Ni(OH”，有关该电池的说法正确的是()

A.充电时阳极反应：Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O

B.充电过程是化学能转化为电能的过程

C.放电时负极附近溶液的碱性不变

D.放电时电解质溶液中的OK向正极移动

【答案】A。

【解析】放电时Cd的化合价升高，Cd作负极，Ni的化合价降低，Ni()01l作正极，则充电时Cd(0II)2作阴极，Ni(0H)2

作阳极，电极反应式为Ni(()H)2+0IT-e-=Ni()0H+H2(),A项正确；充电过程是电能转化为化学能的过程，B项

错误；放电时负极电极反应式为Cd+20H一一2e-=Cd(0H)2,Cd电极周围OFT的浓度减小，C项错误；放电时01「

向负极移动，D项错误。

A.X连B极，Y连A极

C.将Z换成阴离子交换膜，电解一小段时间后，X极区和Y极区溶液浓度均变小。

D.将Z换成铜片，电解一小段时间，Z的质量几乎不变

【答案】D

【典例04](2023•辽宁卷)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是

A.放电时负极质量减小

B.储能过程中电能转变为化学能

C.放电时右侧H.通过质子交换膜移向左侧

【答案】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PbSOa,则多孔碳电极为正极，正极上Fr+

得电子转化为Fe2+,充电时，多孔喋电极为阳极，Fe2+失电子生成Fe3+,PbSO』电极为阴极，PbSO」得电子生成

Pb和疏酸。

知识点04原电池电极反应式的书写

I.书写步骤

(|)确定反应物和最终产物

(2)确定得失电子的数目

(3)电荷守恒配离子

①优先选择原电解质溶液中圻含的离子

②再选择水中的H+或OH，原则“左水右离子”

<<)元素守恒配平其他物质，一般缺H或O,用水补

2.典型电池电极反应的产物

(1)含碳燃料的氧化产物

正常产物酸性碱性碳酸盐溶液熔融碳酸盐02"

co.卢C6二

CO2CO2HCO3-CO2

(2)含氮燃料的氧化产物：与环境无关，都是氮气

(3)氧气的氧化产物

正常产物酸性碱性中性CO?"O2

H+H+HiOH+CO2+H2OH2O

(4)氧气的还原产物

正常产物酸性碱性中性CO2

o2~HzOOH-OH-C6二

3.几种一次电池的电极反应式

(I)碱性锌钵干电池

①电池反应：Zn+2MnC)2+2H2O==2MnOOH+Zn(OH)2

②负极反应：Zn4-2OH--2e~==Zn(OH)2

③正极反应：2VnO2+2H2O+2/_=2MnOOH+2OH2

(2)纽扣式锌银电池

金属外壳

螂N

t包化银正极」

浸有KOH溶液

的隔板

①电池反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)z+2Ag

②负极反应：Zu+2OH——2C=Zn(OH)2

③正极反应：A22O+H2O+2CTA2+2OH-

4.二次电池

氧化反应』演I.梵^既4询W还原反应

~j―放电fl寸变成1—i-

国一反应未必自发原

解电

池反应一定自发一池

.原反时学贵I阴11-臂整?〜「饰机I■^之氧化反应

(1)放电时为原电池，电极属性为正负极；充电时为电解池，电极属性为阴阳极

(2)阳极连正极，阴极连负极，电极反应和电极反应式相反，充放电时电极互变

①充电时，阳极变成正极，羽极变成鱼极

②放电时，正极变成阳极，负极变成阴极

;

(3)铅蓄电池：Pb+PbO2+2H2SO4J^2PbSO4+2H2O

①负极反应：Pb+M一-2C=PbS(h

②正极反应：PbO?+4H++SO产+2e==PbSO色+2ILO

③阳极反应：PbSO4+2H2O-2e=PbO2+4H++SO4二

④阴极反应：PbSO4+2c=Pb+SO/

(4)钻酸锂电池：LiAC6+Li!-xCoOz^Cft+LiCoOz

①负极反应：LirC6—十一=C6+xLi+

②正极反应：Li!-xCoOz+xLi+=LiCoO2一刈一

③阳极反应：LiCoCh—xe~=Li।=CMh+xL/

④阴极反应：C§+xLi++xe—=LirC6

(5)LaNisH6+6NiOOH=^^LaNis+6Ni(OH)2(储氢合金和储氢物质中各元素的化合价均为0价)

①负极反应：LaNkH」-6e+6OH—=LaNi§+6H2。

②正极反应：6NiOOH+6e=6Ni(OH)2+6OIT

③阳极反应：6Ni(OH)2+6OH--6e=6NiOOH+6H2O

④阴极反应：LaNis+6H2O+6e—=LaNisMGOH一

5.燃料电池

(1)燃料电池的电极材料

①可燃物在负极上发生氧化反应，如氢气、甲烷、乙醇等还原剂

②助燃物在正极上发生还原反应，如氧气、氯气等氧化剂

(2)燃料电池的总反应：可燃物的燃烧反应兼顾产物和溶液的反应

(3)燃料电池的正极反应式

(5)氧气在正极上的反应式

环境氧气氮气

++++

酸性环境4H+O24e=2H2ON2+6e+8H=2NH4

碱性环境2H2O+O2+4e=4OHN2+6e-t-6H+=2NH3

+

中性环境2H2O+O2+4e==4OHN2+6e+6H=2NH3

2-3

熔融氧化物O24-4e-=2ON2+6e~=2N~

2-一一

有CO2存在O2+4e+2CC)2==2CO3

<6)燃料电池的负极反应式

环境甲烷氢气

-++

酸性环境CH4+2H2O-8e=CO2+8HH2-2e-=2H

--2--

碱性环境CH4+10OH-8e=CO3-+7H2OH2-2e+2OH=2H2O

CH+4CO32--8e-=5COt+2HOH-2e+CO.r-=

熔融碳酸盐4222丑2O+CO21

CH+9CO32--8e+3HO=1OHCOf-2

碳酸盐溶液42:HI2e+CO3==H2O+CO2f

2-2-2-

熔融氧化物CH4+5O-8e=CO34-2H2OH2-2e+O=2H2O

环境甲醇

+

酸性环境CH3OH+H2O-6e~=CO2t+6HN2H4—4e=Nzt+4H+

-2-

碱性环境CH3OH+80H-6e-=CO3-+6H2ON2H4-4e+4OH==N2t+4H2O

-2

熔融碳酸盐CH3OH-6C+3CO-=4CO2t+2H2O

3一

2--

碳酸盐溶液CH30H+7CO3-6e+2H2O=8HCO3

__________

N2H4-4e，2C)2,

熔融氧化物CH30H+402-一6e=CO#+2H2O=N2t+2H2O

电极反应式书写中的常见易错点:

3)的机物中化合价处埋方法：“氧一2,氢+1,最后算碳化合价”，并且要注意溶液环境与产物之间的反应，

碱性环境下，c元素最终产物应为co./一

(2)水溶液中不能出现。2一；碱性溶液反应物、生成物中均无H+；酸性溶液反应物、生成物中均无OH二中

性溶液反应物中无H+和OFT

SI®®®

【典例01】高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁

电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O=3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH„请回答下列问题：

(I)放电时，正极发生(填“氧化’’或“还原”)反应，则负极反应式为

_________________________________，正极反应式为___________________________________________

⑵放电时，(填“正”或"负”)极附近溶液的碱性增强。

【答案】⑴还原3Zn-6e+6OH=3Zn(OH)22FeO/—+6e+8H2O=2Fe(OH)3+10OIT⑵正

【解析】根据高铁电池放电时的总反应式可知，Zn为负极，负极反应为3Zn—6e-+6OH-=3Zn(OH)2，由电池