2026《金版教程》高考复习方案化学创新版-第3讲 原电池　化学电源

0第七章

化学反应与能量第3讲

原电池化学电源1.从氧化还原反应的角度认识原电池的工作原理，能正确判断原电池的两极。2.知道常见化学电源的种类及其工作原理；能书写常见化学电源的电极反应式和总反应方程式；了解燃料电池的工作原理及应用。3.体会研制新型电池的重要性，能够书写新型化学电源的电极反应式。考点一01课时作业04目录CONTENTS考点二02真题演练03考点一原电池的工作原理1．原电池的概念及构成条件(1)概念原电池是把_________转化为______的装置。(2)构成条件化学能电能装置图电极材料负极：锌片正极：铜片电极反应_________________________________________反应类型_________反应______反应电子流向由_______片沿导线流向______片电解质溶液中离子流向电解质溶液中，阴离子向_______迁移，阳离子向_______迁移2．原电池的工作原理(以铜－锌原电池为例)Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu氧化还原锌负极正极铜电流方向由______片沿导线流向___片盐桥中离子移向盐桥中含有饱和KCl溶液，_____移向正极区，____移向负极区电池总反应式_________________________两类装置的不同点Zn与Cu2＋直接接触，会有部分化学能直接转化为热能，能量损耗较多Zn与Cu2＋不直接接触，最大限度地将化学能转化为电能，能量损耗较少铜锌K＋Cl－Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu重点强调盐桥的组成和作用(1)盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。(2)盐桥的作用：①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电荷，使原电池不断产生电流；③可以提高能量转化效率。(3)一般来说，带有盐桥的原电池比不带盐桥的原电池效率高。3．原电池的应用(1)比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作______的金属比作_____的金属活泼。(2)加快氧化还原反应的速率一个______进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率______。例如，在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率_______。负极正极自发加快加快(3)设计化学电源负正负极负极电极材料实例：根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：(4)用于金属的防护(后文细讲)判断正误。正确的打“√”，错误的打“×”并指明错因。(1)原电池工作时，电子从负极流出经导线流入正极，然后通过溶液流回负极。(

)错因：___________________________________________________________(2)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动。(

)错因：___________________________________________________________(3)两种活动性不同的金属组成原电池的两极，较活泼的金属一定作负极。(

)错因：___________________________________________________________×电子不能通过电解质溶液。×原电池中，阳离子移向正极。×较活泼的金属不一定作负极，如：Mg­NaOH­Al原电池中铝作负极。×√

加入少量CuSO4溶液后，Fe与Cu2＋反应生成Cu，可以形成原电池，反应速率加快。×自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。题组一认知与探析原电池工作原理1．用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂­KNO3的U形管)构成一个原电池(如图)。下列有关该原电池的叙述中正确的是(

)①在外电路中，电子由铜电极流向银电极②正极反应：Ag＋＋e－===Ag③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A．①② B．①②④C．②③ D．①③④2．用如图装置进行实验，电流计指针偏转。下列说法不正确的是(

)A．该装置将化学能转化为电能B．K＋从a极经阳离子交换膜移向b极C．工作一段时间，a极附近溶液pH会减小D．该装置的总反应为H2＋Cl2===2HCl解析：a极H2发生氧化反应，为负极；b极Cl2发生还原反应，为正极。H2在a极放电后消耗OH－，K＋从a极经阳离子交换膜移向b极，与生成的Cl－形成KCl，因此总反应是H2＋Cl2＋2OH－===2Cl－＋2H2O，D错误。思维建模原电池工作原理模型图注意：①若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。②若有离子交换膜，离子可选择性通过离子交换膜，如阳离子可通过阳离子交换膜移向正极。①不含盐桥②含盐桥负极：__________________________正极：__________________________题组二科学探究原电池原理的应用3．根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计原电池，在方框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液，写出电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋Fe3＋＋e－===Fe2＋负极氧化反应还原Fe3＋＋e－===Fe2＋正I2＋2e－===2I－反思归纳(1)电极材料必为导体，可以是金属材料，也可以是非金属材料(如石墨)。(2)正极反应式＋负极反应式＝总反应方程式。考点二常见的化学电源1．一次电池(1)碱性锌锰电池(如图1)负极材料为________，正极材料为MnO2，电解质为KOH。电极反应：负极：________________________________；正极：。_________________________________________；总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。ZnZn＋2OH－－2e－===Zn(OH)22MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－(2)纽扣式锌银电池(如图2)负极材料为_____，正极材料为__________，电解质溶液为KOH溶液。电极反应：负极：______________________________________；正极：_________________________________________；总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。Ag2OZn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－Zn2．二次电池(1)铅酸蓄电池铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其正极材料为_______，负极材料为____，电解质溶液为稀硫酸。总反应为______________________________________。PbO2PbLixCy－xe－===xLi＋＋CLi1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO23．燃料电池(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，常见的燃料除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。如无特别提示，燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧。(2)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O2－)、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)以甲醇为燃料，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：_____________________________________，负极：______________________________________。O2＋4e－＋4H＋===2H2OCH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋O2＋4e－＋2H2O===4OH－O2＋4e－===2O2－

CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O判断正误。正确的打“√”，错误的打“×”并指明错因。(1)碱性锌锰电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰电池的比能量高、可储存时间长。()错因：______________________________________________________________(2)手机、电脑中使用的锂电池属于二次电池。()(3)铅酸蓄电池放电时，正极质量减小，负极质量增加。()错因：______________________________________________________________×√MnO2是正极材料。×放电时，正、负极的质量均增加。(4)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中的负极反应为2H2－4e－===4H＋。()错因：______________________________________________________________(5)熔融碳酸盐甲烷燃料电池正极电极反应式为O2－4e－＋2CO===2CO2。()错因：______________________________________________________________(6)二次电池充电时，二次电池的负极连接电源的负极，发生氧化反应。()错因：______________________________________________________________________________________________________________________×碱性介质中，负极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O。

充电时二次电池的负极连接电源的负极，即作电解池的阴极，得电子，发生还原反应。××题组一理解与探析一次电池和二次电池1.纸电池是一种有广泛应用的“软电池”，如图所示碱性纸电池采用薄层纸片作为载体和传导体，纸的两面分别附着锌和二氧化锰。下列有关该纸电池的说法不合理的是(

)A．Zn为负极，发生氧化反应B．电池工作时，电子由MnO2流向ZnC．正极反应：MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－D．电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)思维建模二次电池的解题模板因此，充电时电极的连接可简记为“负接负后作阴极，正接正后作阳极”。注意：①二次电池有放电和充电两个过程，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相反，放电时的正极反应和充电时的阳极反应相反。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。③书写化学电源的电极反应式和总反应方程式时，关键是抓住氧化产物和还原产物的存在形式。题组二模型认知燃料电池3.(2025·海南省海口市高三质量检测)H2是重要的燃料，可将其设计成燃料电池，原理如图所示。下列有关叙述正确的是(

)A．该电池可将化学能完全转化为电能B．该电池工作时，电子由b电极经外电路流向a电极C．a电极的电极反应式为H2－2e－＋O2－===H2OD．该电池工作时，当外电路中有0.1mole－通过时，b极消耗0.56LO2解析：由示意图可知，a极通入H2，发生氧化反应，b极通入O2，发生还原反应，则a为负极，b为正极。电池工作时，主要是化学能转化为电能，但也有其他形式的能量变化，如热能，A错误；该电池工作时，电子由负极a经外电路流向正极b，B错误；b极的电极反应式为O2＋4e－===2O2－，每消耗1molO2转移4mol电子，则当外电路中有0.1mole－通过时，b极消耗0.025molO2，由于没有指明是在标准状况下，则其体积不一定是0.56L，D错误。4．酸性甲醇燃料电池的工作原理如图所示，下列有关说法不正确的是(

)A．Pt(b)为正极B．工作时，H＋由a极室向b极室迁移C．Pt(a)的电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋D．工作时，电子从Pt(a)经负载流向Pt(b)，再经电解质溶液流回Pt(a)解析：电子不经过电解质溶液，D错误。反思归纳(1)电极反应式书写的一般方法(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注意电子守恒。题组三探究与创新新型电池5．(2024·广西卷)某新型钠离子二次电池(如图)用溶解了NaPF6的二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌入PbSe中的Na变成Na＋后脱嵌。下列说法错误的是(

)A．外电路通过1mol电子时，理论上两电极质量变化的差值为23gB．充电时，阳极电极反应为：Na3V2(PO4)3－xe－===Na3－xV2(PO4)3＋xNa＋C．放电一段时间后，电解质溶液中的Na＋浓度基本保持不变D．电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换解析：放电时嵌入PbSe中的Na变成Na＋后脱嵌，则右侧电极为负极，Na失电子生成Na＋；Na＋通过隔膜从右侧进入左侧，则左侧为正极。外电路通过1mol电子时，负极有1molNa失电子生成Na＋进入右侧溶液，溶液中有1molNa＋从右侧进入左侧，并与正极的Na3－xV2(PO4)3结合，则理论上两电极质量变化的差值为46g，A错误。6．(2022·辽宁高考)某储能电池原理如图。下列说法正确的是(

)A．放电时负极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋B．放电时Cl－透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移C．放电时每转移1mol电子，理论上CCl4吸收0.5molCl2D．充电过程中，NaCl溶液浓度增大解析：放电时负极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极反应：Cl2＋2e－===2Cl－，消耗氯气，故A正确；放电时，阴离子移向负极，放电时Cl－透过多孔活性炭电极向NaCl溶液中迁移，故B错误；放电时每转移1mol电子，根据正极反应式：Cl2＋2e－===2Cl－，知理论上CCl4释放0.5molCl2，故C错误；充电过程中，阳极：2Cl－－2e－===Cl2，消耗氯离子，NaCl溶液浓度减小，故D错误。真题演练1.(2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是(

)A．电池工作时，MnO2发生氧化反应B．电池工作时，OH－通过隔膜向正极移动C．环境温度过低，不利于电池放电D．反应中每生成1molMnOOH，转移电子数为2×6.02×1023解析：Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，MnO2为正极，电极反应式为MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－。电池工作时，MnO2为正极，得到电子，发生还原反应，A错误；电池工作时，OH－通过隔膜向负极移动，B错误；环境温度过低，化学反应速率下降，不利于电池放电，C正确；由电极反应式MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－可知，反应中每生成1molMnOOH，转移电子数为6.02×1023，D错误。2．(2024·全国甲卷)科学家使用δ­MnO2研制了一种MnO2­Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是(

)A．充电时，Zn2＋向阳极方向迁移B．充电时，会发生反应Zn＋2MnO2===ZnMn2O4C．放电时，正极反应有MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－D．放电时，Zn电极质量减少0.65g，MnO2电极生成了0.020molMnOOH解析：充电时该装置为电解池，电解池中阳离子向阴极迁移，即Zn2＋向阴极方向迁移，A不正确；放电时，负极的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，则充电时阴极反应为Zn2＋＋2e－===Zn，即充电时Zn元素化合价应降低，而选项中Zn元素化合价升高，B不正确；放电时，Zn电极质量减少0.65g(物质的量为0.010mol)，电路中转移0.020mol电子，由正极的主要反应MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－可知，若正极上只有MnOOH生成，则生成MnOOH的物质的量为0.020mol，但是正极上还有ZnMn2O4生成，因此，MnOOH的物质的量小于0.020mol，D不正确。3．(2024·新课标卷)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)电池工作时，下列叙述错误的是(

)A．电池总反应为2C6H12O6＋O2===2C6H12O7B．b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用C．消耗18mg葡萄糖，理论上a电极有0.4mmol电子流入D．两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a解析：由题中信息可知，当电池开始工作时，a电极为电池正极，血液中的O2在a电极上得电子生成OH－，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－；b电极为电池负极，Cu2O在b电极上失电子转化成CuO，电极反应式为Cu2O－2e－＋2OH－===2CuO＋H2O，然后葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸，CuO被还原为Cu2O，则电池总反应为2C6H12O6＋O2===2C6H12O7；根据反应2C6H12O6＋O2===2C6H12O7可知，1molC6H12O6参加反应时转移2mol电子，18mgC6H12O6的物质的量为0.1mmol，则消耗18mg葡萄糖时，理论上a电极有0.2mmol电子流入，C错误。4．(2023·广东卷)负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除Cl－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PtC．Pt表面发生的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．每消耗标准状况下11.2L的O2，最多去除1molCl－解析：O2在Pt极得电子发生还原反应，Pt为正极，Ag失去电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C错误；每消耗标准状况下11.2L的O2，转移电子2mol，此时有2molAg转化为Ag＋，故最多去除2molCl－，D错误。5.(2023·海南卷)利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是(

)A．b电极为电池正极B．电池工作时，海水中的Na＋向a电极移动C．电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性D．每消耗1kgAl，电池最多向外提供37mol电子的电量6．(2024·浙江6月选考节选)氢是清洁能源，硼氢化钠(NaBH4)是一种环境友好的固体储氢材料，其水解生氢反应方程式如下：(除非特别说明，本题中反应条件均为25℃，101kPa)NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(aq)＋4H2(g)ΔH<0请回答：氢能的高效利用途径之一是在燃料电池中产生电能。某研究小组的自制熔融碳酸盐燃料电池工作原理如图所示，正极上的电极反应式是______________________。该电池以3.2A恒定电流工作14分钟，消耗H2体积为0.49L，故可测得该电池将化学能转化为电能的转化率为________。[已知：该条件下H2的摩尔体积为24.5L/mol；电荷量q(C)＝电流I(A)×时间(s)；NA＝6.0×1023mol－1；e＝1.60×10－19C。]70%

课时作业[建议用时：40分钟]选择题(每小题只有1个选项符合题意)1．(2025·广东六校高三联考)贮备电池将电池的一种组成部分(如电解质溶液)与其他部分隔离备用，使用时可迅速被激活并提供足量电能。Mg­AgCl电池是一种可被海水激活的贮备电池，电池放电时，下列说法不正确的是(

)A．海水作电解质溶液B．Mg作负极发生氧化反应C．正极反应为AgCl＋e－===Cl－＋AgD．Cl－由负极向正极迁移解析：原电池工作时阴离子向负极移动，故Cl－由正极向负极迁移，D错误。解析：由题图可知，放电时，N极Fe失去电子作为负极，则M极为正极，充电时，N极为阴极，M极为阳极。由分析可知，A正确；放电过程中的总反应为Fe与O2反应得到Fe的氧化物，所以KOH溶液的浓度不变，B正确；充电时，N极为阴极，铁的氧化物被还原，电极反应式中包括Fe2O3＋H2O＋2e－===2FeO＋2OH－，C正确；原电池中阳离子移向正极，则放电时，K＋从N移向M，D错误。解析：从图中可以看出，O2作氧化剂，得电子化合价降低，B电极作燃料电池的正极，A电极作燃烧电池的负极。微生物在高温下将失去活性，所以该电池不能在高温下工作，A不正确；电池工作时，正极区域发生反应O2＋4e－＋4H＋===2H2O，负极区域产生的H＋透过离子交换膜进入正极区域，正极区域电解质溶液的pH基本不变，B不正确；电解质呈酸性，负极电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋，C不正确；在燃料电池中存在下列关系：O2～4e－，当转移0.1mol电子，消耗标准状况下O2的物质的量为0.025mol，体积为0.025mol×22.4L·mol－1＝0.56L，D正确。解析：锌为活泼金属，失去电子发生氧化反应，故B为负极，A极氧气、碘酸根离子得到电子发生还原反应，A为正极。放电时，理论上每消耗65gZn，由于正极上碘酸根离子也会参与反应，故消耗标准状况下氧气的体积小于11.2L，C错误。

解析：放电过程中OH－向负极区移动，A错误。6．某科研人员设计了以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700～900℃时，O2－可在该固体氧化物电解质中自由移动，已知生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是(

)A．电极甲的电极反应为N2H4－4e－===N2↑＋4H＋B．电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2OC．电池内电路中电流由电极乙流向电极甲D．每32gN2H4参与反应，有1molO2－移向电极甲解析：该电池中电极甲为负极，电极乙为正极，电池外电路中电流由电极乙流向电极甲，电池内电路中电流由电极甲流向电极乙，C错误；电极甲为负极，电极反应为N2H4＋2O2－－4e－===N2↑＋2H2O，可知每32gN2H4参与反应，有2molO2－移向电极甲，A、D错误。

解析：由总反应式可知，放电时LixCn转化为Lix－1Cn，电极A发生反应：LixCn－e－===Li＋＋Lix－1Cn，即电子从集流器Cn流入集流器Al，电极B发生反应：LiyMO2＋Li＋＋e－===Liy＋1MO2，金属元素M被还原，A正确；充电时Liy＋1MO2转化为LiyMO2，电极反应式为Liy＋1MO2－e－===LiyMO2＋Li＋，B正确；由于金属锂能与水发生反应，所以电解质不能用水溶液，可以用能导电的离子液体，C正确；当Li＋移向电极A时，Lix－1Cn转化为LixCn，由总反应式可知该过程为充电过程，是电能转化为化学能的过程，D错误。9．(2025·贵州高考适应性测试)钠基海水电池是一种能量密度高、环境友好的储能电池(示意图如下)，电极材料为钠基材料和选择性催化材料(能抑制海水中Cl－的吸附和氧化)，固体电解质只允许Na＋透过。下列说法正确的是(

)A．放电时，a电极发生还原反应B．放电时，b电极的电势低于a电极C．充电时，b电极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑D．充电时，每转移2mol电子，理论上有2molNa＋由b电极迁移到a电极解析：钠为活泼金属，失去电子发生氧化反应，a为负极，则b为正极，A错误；放电时，a为负极，b为正极，b电极的电势高于a电极，B错误；放电时，a为负极，b为正极，充电时，b电极为阳极，由于选择性催化材料能抑制海水中Cl－的吸附和氧化，故电极上不是氯离子放电，C错误；充电时，a为阴极，b为阳极，阳离子向阴极移动，故每转移2mol电子，理论上有2molNa＋由b