原电池 化学电源（期末复习讲义）-高二化学上学期（人教版）原卷版

专题08原电池化学电源(期末复习讲义)

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明期末考情：把握考试趋势方向，精准备考

理•核心要点：系统归纳知识脉络，构建体系

破•重难题型：攻克典型疑难问题，突破瓶颈

过•分层验收：阶梯式检测与评估，稳步提升

.明•期末考情.

考查重点命题角度

原电池原理原电池的构成、工作原理、电极反应方程式、电流方向、原电池的正极和负极

化学电源一次电池、二次电池的反应原理、燃料电池的电极反应式

新型电源新型化学电源的电极反应和总反应方程式、常见化学电源的种类及其工作原理

.理•核心要点.

仔:要点01原电池工作原理及应用

1.概念

原电池是把转化为电能的装置。

2.构成条件

3.原电池的工作原理

(1)两种装置

如图是锌铜原电池的两种装置:

ZnSO,溶液CuSO,溶液

（单液原电池）（双液原电池）

III

⑵工作原理（以装置II为例）

电极名称负极正极

电极材料——

电极反应Zn-2e===Zn2+Cu2++2e===Cu

反应类型——

电子流向由Zn片沿导线流向Cu片

盐桥中向子移向盐桥中装有含饱和KC1溶液的琼脂，K+移向正极，C「移向负极

①连接内电路，形成_______;

盐桥作用

②平衡电荷，使原电池不断_______

装置I中有部分Zn与C心直接反应，使电池效率降低；装置II中使Zn与C/+隔

工作效率

离，电池效率提高，电流稳定

4,原电池原理的四大应用

（1）比较金属的活动性，在原电池中，一般的金属作负极（注意电解质溶液对电极反应的影响）。

（2）和快化学反应速率，创造多个微电池反应环境，可加快反应（腐蚀）速率。

（3）应用于金属防护。

（4）设计。

①首先将氧化还原反应分成两个半反应。

②根据原电池反应的特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。

归|纳|总|结

原电池中正、负极的判断

判断依据负极正极

电子流动方向电子流出极电子流入极

电解质溶液中阴、阳离子定向移

阴离子移向的电极阳离子移向的电极

动的方向

电流方向电流流入极电流流出极

两极发生的反应失电子，发生氧化反应得电子，发生还原反应

活动性较弱的金属或能导电

电极材料一般是活动性较强的金属

的非金属

国要点02常见化学电源

L一次电池

+

锌粉和KOH

■的混合物负极反应式：Zn+2OH-2e===Zn(OH)2；

f-MnO

2正极反应式：MnO2+H2O+e===MnO(OH)+Oir；

期u金屈外壳

总反应：Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2

碱性锌锚电池

金属外壳锌负极负极反应式：Zn+2OH-2e===ZnO+HO；

yUV浸了2

KOH溶液

衿m埒的隔板正极反应式：Ag2O+H2O+2e'===2Ag+2OH；

Ag：O正极

纽扣式银锌电池总反应：Zn+Ag2O===ZnO+2Ag

2.二次电池

放.

铅酸蓄电池是最常见的二次电池，总反应：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2Oo

Pb(负极)

⑴放电时

负极反应式：Pb+S01--2e===PbSO4；

+

正极反应式：PbO2+4H+S0|-+2e===PbSO4+2H2Oo

放电时，当外电路上有2molD通过时，溶液中消耗H2sCU2moL

(2)充电时

阴极反应式：PbSO4+2e-===Pb+S0i-：

+

阳极反应式：PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H+S0i-<.

①充电一段时间电解质溶液的pH减小（填“增大”“减小”或“不变）

②充电时电极的连接，负接负作阴极，正接正作阳极。

3.燃料电池

⑴氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，常见的燃料除Hz外,还有CO、水煤气（CO和H?）樨类（如CH』）、

醇类（如CH.QH）、醛类（如CH30cH3）、氨（NH3）、朋••（FkN—NH?）等。如无特别提示，燃料电池反应原理类似

于燃料的燃烧。

⑵燃料电池的电解质常有四种类型：酸性条件、碱性条件、固体电解质（可传导O'）、熔融碳酸盐，不同电

解质会对总反应式、电极反应式有影响。

（3）以甲醉为燃料，写出下列介质中的电极反应式。

①酸性溶液（或含质子交换膜）

正极：O2+4C+4H'===2H2O,

+

负极：CH3OH-6e+H2O===CO2+6Ho

②碱性溶液

正极：Ch+4e-+2H2O==4OH-,

负极：CH3OH-6e+8OH===C01-+6H2Oo

③固体氧化物（其中0?一可以在固体介质中自由移动）

正极：O2+4e——20%

2

负极：CH3OH-6e+3O===CO2+2H2Oo

④熔融碳酸盐（CO#）

正极（通入CO2）：Ch+4e-+2co2===2CO"

负极：CH3OH-6e+3C01-===4CO2+2H2Oo

归I纳I总I结

解答燃料电池题目的三个关犍点

（1）要注意介质是什么?是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。

（2）通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。

（3）通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正、负极，同时考虑该离了•参与靠近一极的电极反应。

国要点03新型电池

1.锂电池

锂电池是一类由金属锂或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。工作时金属锂失去电子被氧化

为Li+,负极反应均为LiC===Li+,负极生成的Li+经过电解质定向移动到正极。

2.锂离子二次电池

（I）锂离子电池基于电化学“嵌入/脱嵌”反应原理，替代了传统的“氧化一还原”原理；在两极形成的电势差的

驱动下，Li+可以从电极材料提供的“空间”中“嵌入”或“脱嵌”。

⑵锂离子电池充电时阴极反应式一般为C6+xLi++W===LixC6；放电时负极反应是充电时阴极反应的逆过程:

+

LiAC6-xe===C6+xLi,,

（3）锂离子电池的正极材料一般为含Li+的化合物，FI前已商业化的正极材料有LiFePO」、LiCo02>LiMn2O4

等。

3.微生物燃料电池

微牛物燃料电池是一种利用微牛物将有机物中的化学能育接转化成电能的装置。其基本工作原理是在负极

室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组

分和负极之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧

化剂（如氧气）在正极得到电子被还原。

4.物质转化循环型电池

循环电池是电化学储能领域的•个研究热点，它通过电池内部物质的循环使用来增加储能容量，增长使用

寿命,根据物质转化，注意电极反应与电极区反应，元素化合价的变化或离子的移动（阳离子移向正极区域，

阴离子移向负极区域）判断电池的正、负极，是分析该电池的关键。

5浓差电池

浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质具有浓度差，离子均由“高浓

度''移向"低浓度”，依据阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域判断电池的正极、负极，这是解答问题

的关键。例如

Ag电极Ag电极

0.1mol-L-11mol-L-1

AgNO3(aq)AgNOJaq)

阴离子交换膜

①a极：Ag-e===Ag+（负极）；b极：Ag++e，===Ag（正极）。

②N0］通过交换膜移向a极。

归|纳|总|结

(1)离子交换膜的分类

①阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。

②阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。

③质子交换膜，只允许H+通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。

④双极膜，又称双极性膜，是特种离子交换膜，它是由•张阳膜和•张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该

膜的特点是在直流电场的作用卜，阴、阳膜更合层间的H2O解离成OH-和H+分别通过阴、阳膜，作为H+

和0H•的离子源。

(2)离子交换膜的作用

①能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。

②传选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。

(3)离子通过离子交换膜的定量关系

①通过隔膜的离子带的电荷数等干电路中的电子转移数c

②离子迁移：依据电荷守恒，通过隔膜的离子数不一定相等。

.破•重难题型.

包题型01原电池的工作原理

【典例1］下列关于原电池的叙述错误的是()

A.原电池中的电解质不一定处于液态

B.若欲使原电池处于工作状态，必须使其与外电路形成闭合回路

C金属活动性顺序中，排在前面的金属总是作负极，排在后面的金属总是作正极

D.负极总是发生氧化反应，正极息是发生还原反应

【变式锌铜原电池装置如图所示，下列有关说法不正确的是()

ZnSO,溶液CuSO,溶液

A.Cll电极为该原电池的正极

B.Zn电极是还原剂，又是电子导体

c.氯化钾盐桥中cr将移向Cuso4溶液

D.一段时间后有红色固体沉积在Cu电极表面

【变式1・2】将镁条、铝条平行插入盛有一定浓度的NaOH溶液的烧杯中，用导线和电流表连接成原电池,

装置如图所示。此电池工作时，下列叙述正确的是（）

A.Mg比A1活泼，Mg失去电子被氧化成Mg2+

B.若铝条表面有氧化膜，也不必史理

C.该电池的内外电路中，电流均是由电子定向移动形成的

D.AI是电池负极，开始工作时溶液中会立即有臼色沉淀析出

秀题型02原电池工作原理的应用

【典例2］下列方法可以加快铁利稀硫酸的反应速率的是（）

A.加入少量ZnSCh固体

B.加入少量水

C.加入少量CuSCh固体

D.用98%的浓硫酸代替稀硫酸

【变式2-1］用A、B、C、D四和金属按表中装置进行实验，下列叙述正确的是（）

A.装置甲中的B金属是原电池的负极

B.装置乙中，外电路中电流的流向为B-C

C.装置丙中溶液里的SO/移向A

D.四种金属的活动性由强到弱的顺序是D>A>B>C

【变式2・2】一个原电池的总反应的离子方程式是Zn+Cu2+==Zn2++Cu,该原电池的正确组成是（）

ABCD

正极ZnCuZnC

负极CuZnAgZn

电解质溶液CuCb溶液H2sCh溶液CuSCh溶液CuCh溶液

2题型03一次电池

【典例3】锌钵电池是生活中常用的电池，普通锌钵电池和碱性锌钵电池的结构分别如图所示，下列说法错

误的是()

锌粉和氢

氧化钾的

混合物

、二氧化钵

监屈外壳

普通锌钵电池碱性锌链电池

A.锌镉电池属于•次电池，用完不可随意丢充

B.普通锌锦电池和碱性锌镒电池放电过程中锌均发生氧化反应

C.放电时，普通锌镒电池的石墨电极上反应为2NHt+2e-=N2T-4H2T

D.放电时，碱性锌镭电池正极反应式为MnO2+H2O+e=MnO(OH)+OH

方|法|点|拨

已知原电池总反应式，书写电极反应式的方法

(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)若某一电极反应较难书写,可先写HI较简单的电极反应式,然后利用总反应式减夫该电极反应式即可得

到另一电极反应式。

【变式34】微型银锌电池可用作包子仪器的电源,其电极分别是Ag/AgzO和Zn,电解质溶液为KOH溶液，

电池总反应为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2o卜.列说法正确的是()

A.电池工作过程中，负极发生还原反应

B.电池工作过程中，电解液中OH•向正极移动

C.负极电极反应为Zn+2OH-2c-=Zn(OH)2

+

D.正极电极反应为Ag2O+2H+2e=2Ag+H2O

【变式3・2］我国报道了一种新型Li・NCh电池，为N02的治理和利用提供了新的研究思路，其工作原理如

图所示，电池放电时的总反应为2Li+NO2=Li2O+NO。下列有关该电池工作时的说法不正确的是()

锂箔碳布

A.外电路电流的方向：b极一＞电流表一＞a极

+

B.b极的电极反应：NO2+2e+2Li=Li2O+NO

C.电解液中Li+向b极附近迁移

D.当外电路通过1mol£时，b极质量增加7g

国题型04二次电池

【典例4】银镉电池是一种新型的封闭式体积小的可充电电池，其放电时的工作原理如图所示，下列说法正

确的是()

<5>

CdNiO(OH)

1KOH

溶液

Cd(OH)2Ni(OH)2

ab

A.放电时，OH向b极移动

B.放电时，a极发生还原反应

C.放电时电子的方向：a极经导线流向b极

D.充电时，a极的电极反应为Cd-2e+2OH=Cd(OH)2

方|法|点|拨

(I)二次电池充电时的电极连接方法——正接正，负接负。

(2)充电时的电极反应式的书写

颠倒过来

放电时的负极反应式充电时的阴极反应式

颠倒过来

放电时的正极反应式-------'充电时的阳极反应式

【变式4-1］钠离子电池比锂离子电池更稳定，造价更低。某钠离子电池结构如图，已知电池反应:

NagMnC）2+NaC=NaMnO2+〃C,下列说法错误的是（）

A.放电时，正极的电极反应式为Nai..VMnO2+A-Na*+xe'=NaMnO2

B.放电时，负极的电极反应式为Na.CTD/rNa++〃C

C.放电时，外电路中每转移0.2mol电子，理论上石墨烯电极质量减少4.6g

D.相同质量的负极材料，钠离子电池比锂离子电池可以提供更多电量

【变式4・21某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li+得电子成为

Li嵌入该薄膜材料中：电极B为LiCoO?薄膜：集流体起导电作用。下列说法不正确的是（）

A.充电时，集流体A与外接电源的负极相连

B.放电时，外电路通过amol电子时，LiPON薄膜电解质损失amolLi+

C.放电时，电极B为正极，反应可表示为Li』CoO2+xLi++xe-=LiCoO2

放电

D.电池总反应可表示为LixSi+Lii7coCh充电Si+LiCoO2

包题型05燃料电池

【典例5】欧洲足球锦标赛事中的拍摄车，装着“绿色心脏”——质子交换膜燃料电池，其工作原理如图所示。

下列叙述正确的是（）

0

—水+热

二空气

氢气

质子交换膜•催化剂

A.装置中的能量变化为电能转化为化学能

B.通入氢气的电极发生还原反应

C.通入空气的电极反应式：O2+4e+4H+=2H2O

D.装置中电子从通入空气的电极经过导线流向通入氢气的电极

方|法|点|拨

1.燃料电池的一般思维模型

(D要注意介质是什么，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。

(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。

(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。

2.燃料电池止极反应式的书写

⑴酸性电解质溶液环境下电极反应式：02+4H'+4e=2H20；

(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：()2+2七0+4/=40田；

⑶固体电解质(高温下能传导。2一)环境下电极反应式：02+43=2()2-：

(4)熔融碳酸盐(如熔融K2col环境下电极反应式：0什20)2+43=2(?0T。

【变式5-1】一种用于驱动潜艇的液氨•液氧燃料电池原理示意如图所示。下列有关该电池的说法错误的是

()

负载

NaOH溶液

A.电池工作时，电极A的电势高于电极B的电势

B.电子由电极A经外电路流向电极B

C.标准状况下，每消耗22.4L02转移4moi电子

D.电极A上发生的电极反应为2NH3-6e+6OH=N2+6H2O

【变式5・2】酒驾行为危害社会安全，交警部门常用酸性燃料电池酒精检测仪对此进行检测。该检测仪的工

作原理如图所示，下列说法错误的是（）

A.负极的电极反应式为CH3cH2OH-4c+H2O=CH3co0H+4H，

B.该电池工作一段时间后，正极区溶液的pH增大

C.若外电路中转移4mol电子，理论上右侧电极附近溶液增重32g（假设H20不挥发）

D.液晶显示器上数字与电流强弱有关，显示器的数字越大，说明酒精含量越高

国题型06新型电池

【典例6］新型锂-空气电池具有巨大的应用前景。该电池放电时的工作原理如图所示，其中固体电解质只

允许Li+通过。下列说法正确的是（）

有机电解液固体电解液水性电解液（LiOH）

A.有机电解液可以用水性电解液代替

B.金属锂为负极，发生还原反应

C.当外电路转移1mol电子，理论上石墨烯电极消耗标准状况下11.2L的。2

D.放电时电池的总反应为4Li+O2+2H2O===4LiOH

【变式6・1】锌澳液流电池用溟化锌溶液作电解质溶液，并在电池间不断循环。下列有关说法不正确的是

)

A.充电时n接电源的负极，ZV通过阳离子交换腴由左侧流向右侧

B.放电时每转移Imol电子，负极区溶液质最不变

C.充电时阴极的电极反应式为Zn2++2e===Zn

D.若将阳离子交换膜换成阴离子交换膜，放电时正、负极也随之改变

方|法|点|拨

1.电极反应式书写的一般方法

列物质

电极反应物一►产物及得失电子数

标得失

在电解质溶液的环境中要生成稳定的电

看环境极产物，即H\OH',H2O等是否参加

配守恒一反应.遵守电荷守恒、质量守恒、得失电子

守恒

两式加

两电极反应式相加，与总反应式对照验证

验总式

2.已知总反应式的复杂电极反应式的书写方法

①首先写出较简单的电极反应式;

②复杂电极反应式=总反应式•简单电极反应式;

③注意得失电子守恒。

【变式6・2】浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池

从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列有关该电池的说法错误的是（）

A.电池工作时，Li+通过离子导体移向X极区

B.电流由Y极通过外电路流向X极

UF极发生的反应为2H++2e-===H2t

D.Y极每生成1molCh，X极区得到2molLiCl

.过•分层验收.

期末基础通关练（测试时间：15分钟）

3.（24-25高二上•广东佛山・期末）佛山新质生产力蓬勃发展。下列产业相关过程中不涉及电能转化的是

A.AB.BC.CD.D

（含KC1饱和溶液的琼胶）

A.Cu是负极材料

B.盐桥中K+进入ZnSO,溶液

C.止极反应物CM+被氧化

D.Zn电极上发生反应Zn-2e=Zn?+

4.（25-26高二上•广东深圳•期中）一种新型乙醇电池，使用磺酸类质子溶剂，能在200c左右时工作。相

比甲醇电池，其效率高出32倍且更安全。电池总反应为C2H5OH+3O2=2CO2+3H2。，电池示意图如下

图，下列说法正确的是

A.a极为电池的正极

+

B.b极的电极反应为：4H+O2-4e-=2H2O

C.电池工作时，电子由a极沿导线经灯泡流入b极

D.电解质溶液中的质子(H+)从b极区向a极区转移

5.(24-25高二上•江苏盐城•期末)为达成2060年碳中和的远景目标，一种能够捕捉CO2的电化学装置如

下图所示，下列说法塔送的是

负载

草酸铝

A.A1电极为电池的负极

B.石墨电极反应为2co2+2e式2。彳

C.每生成Imol草酸铝，外电路中转移3moi电子

D.在捕捉CO?过程中，CzO彳不断向A1电极移动

6.(24-25高二上•广东茂名・期末)我国科学家研发了一种水系可逆Zn-CC)2电池，将两组阴高子、阳离子复

合膜反向放置分隔两室电解液，充、放电时，复合膜层间的出0解离成H+和0H-,工作原理如图所示。下列

说法正确的是

A.放电时正极的电极反应式为Zn+4OH--2e-=Zn(OH%・

B.放电时正极区:pH升高

C.充电时Zn与外接直流电源正极相连，将电能转化为化学能

D.当放电时，复合膜层间有Imol电。解离时，正极区溶液增重23g

期末综合拓展练（测试时间：25分钟）

7.（2025•黑吉辽蒙卷•高考真题）一种基于cu20的储氯电池装置如图，放电过程中a、b极均酒重。若将b

极换成Ag/AgCl电极，b极仍增重。关于图中装置所示电池，下列说法错误的是

CuO/

2NaTi(PO)/

CU2(OH)C1243

3Na3TMpO)

A.放电时Na+向b极迁移

B.该电池可用于海水脱盐

-+

C.a极反应：Cu2O+2H2O4-Cl-2e-=CU2（OH）3C1+H

D.若以Ag/AgCl电极代替a极，电池将失去储氯能力

8.（2025・四川泸州・一模）一种以KOH溶液作为电解质溶液的高能银氢电池，其工作原理如图所示。卜.列

说法错误的是

---------0--------

闿

电极a

子电极b

交

NiO(OH)

/换

膜RuNi/C

X

Ni(OH)催化剂

2KOH溶液

A.电极a为正极

B.电极”的电势比电极b的电势低

C.离子交换膜允许OFT离子从a极室流向b极室

D.电池总反应式:2NiO（OH）+H2=2Ni（OH）z

9.（2025・广东•模拟预测）氢能作为前沿新兴产业被写入《政府工作报告》。如图所示为一种新型“全氢电

池”的简易示意图（起始时两侧溶液质量相等）。下列说法不正确的是

A.电极电势：吸附层aV吸附层b

B.该电池工作时总反应的方程式为H++OH-=H20

C.吸附层a为负极，电极反应式为电-20-=214+

D.标准状况下，右侧电池产生22.4L&时，理论上两侧电解质溶液质量差88g

10.（2025・广东清远•一模）如图是某科研小组研制电池的简单示意图。该电池工作原理可表示为2Na+

FeCl2=Fe+2NaCK下列有关该电池说法错误的是

A.实现了化学能向电能的转化B.电极b为正极

C.熔融Na发生了还原反应D.电子由电极a经外电路流向电极b

11.（2025・广东肇庆•一模）一种高性能的光可充电水系钠离子电池的工作原理如图所示。充电时，在光照

条件下，Ti（）2电极产生电子（eD和空穴（h+,具有强氧化性），驱动两极反应而完成充电。下列说法错误的是

Na+交换膜

A.放电时，电极I为负极

B.充电时，TiC）2电极上的电极反应式为6+2c—=31一

C.放电时，需闭合开关a、打开开关b,并对TiO2电极采取避光措施

D.充电时，电路每转移2moie\理论上阴极室中溶液的质量增加46g

12.（2025.湖南湘西•模）我国科技工作者研发了一种新型“酸碱混合硝酸-锌”电池，其工作原理如图所示,

图中“双极膜”中间层中的电0解离为H+和0HL并在电场作用下分别向两极迁移。卜.列说法正确的是

A.电池工作时，双极膜中H+向锌电极迁移

B.电池工作过程中，锌电极附近溶液的pH升百

+

C.催化电极的反应式：N0J+8e-+10H=NH1+3H2O

D.当有Imol电子通过导线时，负极区溶液质量增加32.5g

13.（2025・浙江•一模）研究HCODH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用只允许K+通过的半透膜

隔开。下列说法不氐哪的是

A.电池负极的电极反应式为：HCOO+2OH--2e=HCO3+H2O

B.Fe3+为该电池反应的催化剂

C.放电过程中需补充的物质A为H2sO4

D.电池工作时，每生成1molHC03,将会有1molK+通过半透膜移向右侧

14.（2025・山东•一模）某理论研究认为：燃料电池（图b）的弓极I和I【上所发生反应的催化机理示意图

分别如图a和图c,其中。2获得第一个电子的过程最慢。由此可知，理