第7章 第2节 原电池与化学电源-【名师导航】2025年高考化学一轮总复习课件（人教版）

第七章 化学反应与能量 第二节　原电池与化学电源 ·考试要求· 1．认识原电池的本质是氧化还原反应。能多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转换。 2．能利用典型的原电池装置，分析原电池原理，建立解答原电池问题的思维模型，并利用模型揭示其本质及规律。 回顾基础 知识重构 一、原电池及其工作原理 1．概念和反应本质 原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是_____________。 2．构成条件 反应 能________的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应) 电极 一般是活泼性不同的两电极(金属或石墨) 闭合 回路 ①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中 氧化还原反应 自发进行 第二节　原电池与化学电源 3．工作原理 (1)两种原电池装置 以铜锌原电池为例进行分析，图Ⅰ是单液原电池装置，图Ⅱ是双液原电池装置。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 (2)反应原理 电极名称 负极 正极 电极材料 _____ _____ 电极反应 ____________________ ____________________ 反应类型 _________ _________ 电子流向 由___片沿导线流向___片 盐桥中离子移向 盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向___极，Cl－移向___极 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 原电池的盐桥不能用一根导线连接，因为导线不能传递阴、阳离子。 锌片 铜片 Zn－2e－===Zn2+ Cu2+＋2e－===Cu 氧化反应 还原反应 锌 铜 正 负 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 二、常见化学电源 1．一次电池 碱性锌锰电池   负极材料：Zn 电极反应：______________________________ 正极材料：碳棒 电极反应：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 锌银电池   负极材料：Zn 电极反应：______________________________正极材料：Ag2O 电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 2．二次电池(以铅酸蓄电池为例) (1)构造 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 (2)工作原理 铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O。 二次电池放电、充电时的电极连接：负极接负极为阴极，正极接正极为阳极。 Pb＋－2e－ ===PbSO4 PbSO4＋2e－=== Pb＋ PbO2＋4H＋＋＋ 2e－===PbSO4＋2H2O PbSO4＋2H2O－2e－ ===PbO2＋4H＋＋ 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 3．燃料电池(以氢氧燃料电池为例) 氢氧燃料电池可分为酸性和碱性两种。 种类 酸性 碱性 负极反应 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极反应 O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 电池总反应 2H2＋O2===2H2O 备注 燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用 在燃料电池中，通入还原剂(如H2)的一极为负极，通入氧化剂(如O2)的一极为正极。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 (1)电解质溶液中的离子通过盐桥移向两极。 (　　) ×　解析：电解质溶液中的离子不能通过盐桥移向两极，是盐桥中的阴、阳离子移向两极。 (2)由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池中，负极反应为Cu－2e－===Cu2+。　 (　　) ×　解析：Fe的还原性比Cu强，铁作负极。 (3)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是含琼胶的KCl饱和溶液。 (　　) ×　解析：KCl和AgNO3反应生成AgCl沉淀，易阻碍原电池反应的发生。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 (4)锂电池的电解质可以是水溶液。 (　　) ×　解析：锂会与水反应。 (5)铅酸蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。 (　　) √　解析：铅酸蓄电池放电时，负极反应：(aq)－2e－=== PbSO4(s)；正极反应：(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)，负极和正极质量均增加。 (6)氢氧燃料电池工作时，两电极均参与反应。 (　　) ×　解析：燃料电池的电极有很强的催化活性，起导电作用，但不参与反应。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 (1)原电池的工作原理(以铜锌原电池为例) (2)原电池工作时的三个方向： ①电子方向：从负极流出沿导线流入正极； ②电流方向：从正极沿导线流向负极； ③离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 落实考点 素养升华 √ 原电池原理的应用 考向1| 原电池电极判断及电极反应书写 1．(2024·天津模拟)某电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．该装置中左侧电极为负极 B．负极的电极反应是Ag＋I－－e－===AgI C．电池的总反应是Ag＋＋I－===AgI D．盐桥(含KNO3的琼脂)中从左向右移动 第二节　原电池与化学电源 D　解析：根据装置电路中电子的移动方向，推断左侧电极为负极，电极反应为Ag＋I－－e－===AgI，A、B正确；该电池中，只有Ag＋和I－反应，所以总反应是Ag＋＋I－===AgI，C正确；左侧电极为负极，右侧电极为正极从右向左移动，D错误。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 2．(双选)任意自发的反应在一定条件下均能设计成原电池，例如配位反应：Cu2+(aq)＋4NH3· (aq)＋4H2O(l)可以设计成原电池，该原电池的装置如图所示。下列说法错误的是(　　) A．电池工作时，Cu(Ⅱ)电极为原电池的正极 B．电池工作时，氯化钾盐桥中的氯离子向右池移动 C．Cu(Ⅰ)电极上发生的电极反应为Cu＋4NH3·H2O－2e－===[Cu(NH3)4]2+＋4H2O D．电池工作时，右池中c(Cu2+)增大 √ √ 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 BD　解析：由装置可知，Cu(Ⅰ)电极上铜失电子生成铜离子，铜离子与一水合氨反应生成[Cu(NH3)4]2+，故Cu(Ⅰ)电极为原电池的负极，Cu(Ⅱ)电极为原电池的正极，据此解答。由分析可知，电池工作时，Cu(Ⅱ)电极为原电池的正极，故A正确；电池工作时，阴离子向负极移动，氯化钾盐桥中的氯离子向左池移动，故B错误；由分析可知，Cu(Ⅰ)电极上发生的电极反应为Cu＋4NH3·＋4H2O，故C正确；电池工作时，右池中Cu2+得电子生成铜单质，c(Cu2+)减小，故D错误。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 3．高压科学研究中心研究的一种通过压力梯度驱动化学反应产生电能的电池装置如图所示。金刚石压砧把H2压入储氢电极PdHx，它在压力梯度的驱动下生成质子，电子先后通过下层铂电极和外接线路转移到Pd电极参与反应，形成闭合回路。下列说法错误的是　(　　) 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 A．Pd电极为正极 B．交换膜为质子交换膜 C．电池正极反应为PdHx－1＋H＋＋e－===PdHx D．Pd与PdHx之间的含氢差异和压力梯度都会导致电势差 C　解析：金刚石压砧把H2压入储氢电极PdHx，它在压力梯度的驱动下生成质子，则PdHx是负极材料，负极反应为PdHx－e－===PdHx－1＋H＋，生成的质子通过质子交换膜传输到上层正极Pd电极，而电子先后通过下层铂电极和外接线路转移到Pd电极，并在此与质子重新结合发生还原反应，至此形成闭合回路，A、B正确；电池正极反应为2H＋＋e－===H2↑，C错误；Pd与PdHx之间的含氢差异和压力梯度都会导致电势差，D正确。 √ 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 方法规律 (1)原电池中正、负极的判断方法 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 (2)“三步”突破原电池电极反应的书写 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 考向2| 原电池原理的应用 4．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： 编号 ① ② ③ ④ 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 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 由此可判断这四种金属的活泼性顺序是(　　) A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c C　解析：由实验①可知，a为原电池负极，b为原电池正极，活泼性：a＞b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活泼性：b＞c；由实验③可知，d极溶解，则d为原电池负极，c为正极，活泼性：d＞c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活泼性：d＞a。综上所述，可知活泼性：d＞a＞b＞c。 √ 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 5．将镉(Cd)浸在氯化钴(CoCl2)溶液中，发生反应的离子方程式为Co2+(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2+(aq)，将该反应设计为如图所示的原电池。下列说法错误的是(　　) A．Cd作负极，Co作正极 B．原电池工作时，电子从负极沿导线流向正极 C．根据阴、阳相吸原理，盐桥中的阳离子向负极(甲池)移动 D．甲池中盛放的是CdCl2溶液，乙池中盛放的是CoCl2溶液 √ 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 C　解析：根据反应Co2+(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2+(aq)可知，Cd失去电子发生氧化反应，Cd作负极，Co2+得到电子发生还原反应，Co作正极，A正确；原电池工作时，电子从负极沿导线流向正极，B正确；根据阴、阳相吸原理，盐桥中的阳离子向正极(乙池)移动，C错误；甲中的电极是负极，乙中的电极是正极，所以甲池中盛放的是CdCl2溶液，乙池中盛放的是CoCl2溶液，D正确。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 方法规律 设计原电池的方法规律 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 形形色色的燃料电池 考向1| 水溶液电解质燃料电池 1．根据燃料电池的原理，可以将CO2转化为CO 实现再利用，转化的基本原理如图所示。下列说 法正确的是(　　) A．光能全部转化成电能 B．M上的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ C．该电池工作时溶液中移向N极 D．若消耗标准状况下22.4 L CO2，溶液中转移的电子数目为2NA √ 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 B　解析：该装置为光能转化为化学能，化学能转化为电能的装置，原电池工作时，光能不可能完全转化为电能，A错误；该原电池在紫外光作用下，H2O失去电子生成O2和H＋，M为负极，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，B正确；M电极为负极，N电极为正极，原电池工作时移向负极M电极，C错误；原电池工作时，溶液只能实现离子的定向运动，不能转移电子，D错误。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 2．沉积物微生物燃料电池(SMFC)可以将沉积物中的化学能直接转化为电能，同时加速沉积物中污染物的去除，用SMFC处理含硫废水的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．a电极电势比b电极电势低 B．碳棒a附近酸性增强 C．碳棒b存在电极反应：＋8H＋ D．升高温度可提高电池的能量转化效率 √ 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 C　解析：光合菌产生的O2得电子结合H＋得到H2O，碳棒a为正极，b极为负极，正极的电势高于负极，A错误；正极a的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，酸性减弱，B错误；碳棒b存在电极反应：＋8H＋，C正确；升高温度可能引起光合菌、硫氧化菌失去生理活性，降低电池的能量转化效率，D错误。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 方法规律 (1)燃料电池电极的判断方法 分析电池中发生氧化还原反应的方程式，化合价升高失电子的物质(如燃料电池中的可燃物)为负极反应物，化合价降低得电子的物质(如燃料电池中通入的空气或氧气)为正极反应物，燃料电池的总反应方程式不需注明反应条件。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 (2)“6”步突破燃料电池负极反应的书写 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 考向2| 熔融或固体电解质燃料电池 3．有关下图所示的熔融碳酸盐燃料电池的说法正确的是(　　) A．电极A上发生的电极反应为－4e－===3CO2＋4H2O B．脱水操作可以减少能量损失，从而实现化学能向电能的完全转化 C．每消耗1 mol CH4，理论上外电路中转移8 mol e－ D．电池工作时，Na＋向电极A移动 √ 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 C　解析：甲烷和水蒸气发生催化重整反应：CH4(g)＋H2O(g)⥫⥬CO(g)＋3H2(g)。A电极上CO、H2失电子生成H2O、CO2，A是负极，电极A上发生的电极反应为－8e－===5CO2＋3H2O，A错误；燃料电池放电时，大部分能量转化为电能，能量转化率不可能达100%，B错误；CH4最终生成CO2、H2O，根据电子守恒，每消耗1 mol CH4，理论上外电路中转移8 mol e－，C正确；电池工作时，Na＋向正极电极B移动，D错误。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 4．一种利用原电池原理测定O2含量的气体传感器示意图如图所示，RbAg4I5是只能传导Ag＋的固体电解质。O2可透过聚四氟乙烯膜，并与AlI3反应生成Al2O3和I2。通过电池电位计的变化可测得O2的含量。下列说法不正确的是(　　) A．多孔石墨电极上的反应可表示为I2＋2Rb＋＋2e－===2RbI B．O2含量的变化会引起电位计示数的变化 C．理论上，每0.1 mol O2参与反应，银电极质量就减小43.2 g D．传感器工作时RbAg4I5晶体中Ag＋的量保持不变 √ 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 A　解析：银电极作负极，失电子生成Ag＋，O2透过聚四氟乙烯膜与AlI3反应生成Al2O3和I2。I2在正极得电子生成I－，I－结合Ag＋生成AgI，多孔石墨电极上的反应可表示为I2＋2Ag＋＋2e－===2AgI，A错误；O2含量变化会引起正极反应和生成物量的改变，从而引起电位计示数变化，B正确；每0.1 mol O2参与反应，电路中转移 0.4 mol e－，根据Ag－e－===Ag＋，负极消耗0.4 mol Ag，质量减小43.2 g，C正确；由电极反应知负极生成Ag＋的量与正极消耗Ag＋的量相同，RbAg4I5晶体中Ag＋的量保持不变，D正确。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 5．某高温熔融盐“热电池”，采用LiAl、LiSi等合金作电极，具有比纯锂电池更高的安全性，其工作原理如图所示。放电时完全反应转移4 mol电子。下列说法错误的是(　　) A．该电池工作时电流方向为FeS2极→用电器→LiAl极 B．热电池的正极材料需要具备高温下的热稳定性和物理稳定性 C．正极的电极反应为FeS2＋4Li＋＋4e－===Fe＋2Li2S D．若1 mol Li0.9Al转化为Li0.08Al，则消耗FeS2 49.2 g √ 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 D　解析：LiAl为活泼金属合金，作负极，FeS2作正极，电流由正极向负极移动，即FeS2极→用电器→LiAl极，A正确；该装置为高温熔融盐“热电池”，要求正极材料在高温条件下不易分解，且不易与其他物质反应，能稳定存在，B正确；放电时，1 mol FeS2完全反应转移 4 mol 电子，所以正极的电极反应为FeS2＋4Li＋＋4e－===Fe＋2Li2S，C正确；1 mol Li0.9Al转化为Li0.08Al，转移电子(0.9－0.08) mol＝0.82 mol，1 mol FeS2完全反应转移4 mol 电子，根据电子守恒，消耗0.205 mol FeS2，则消耗FeS2的质量为24.6 g，D错误。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 方法规律 熟记燃料电池常见的正极反应 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 考向3| 含离子交换膜的原电池装置 6．(双选)一种水性电解液Zn­MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中，Zn2+以存在]。电池放电时，下列说法不正确的是(　　) 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 A．Ⅲ区的K＋通过隔膜向Ⅱ区迁移 B．Ⅱ区的通过隔膜向Ⅰ区迁移 C．MnO2电极上发生的反应：MnO2＋4H＋－2e－===Mn2+＋2H2O D．电路中每通过1 mol电子，理论上Zn电极的质量减少32.5 g BC　解析：放电时，Zn是负极、MnO2是正极，阳离子向正极移动，所以Ⅲ区的K＋通过隔膜向Ⅱ区迁移，A正确；放电时，阴离子向负极移动，MnO2是正极，所以Ⅰ区的通过隔膜向Ⅱ区迁移，B错误；MnO2是正极，正极得电子发生还原反应，电极反应为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2+＋2H2O，C错误；电路中每通过1 mol电子，理论上消耗0.5 mol Zn，Zn电极的质量减少32.5 g，D正确。 √ √ 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 7．一种可用于吸收CO2的电池，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 (　　) A．电极a上发生的反应为H2－2e－===2H＋ B．Ⅰ室出口处溶液的pH大于入口处 C．该装置可以制取CaCl2和NaHCO3 D．如果将阴离子交换膜改为阳离子交换膜，则电池工作时 Ⅰ 室可能有CaCO3沉淀生成 √ 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 C　解析：在电极a上H2放电为负极，由于电极a附近为碱性条件，所以电极a上发生的反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O，A错误；Ⅰ室中的OH－在电极a上被消耗使c(OH－)减小，出口处溶液的pH小于入口处，B错误；Ⅱ室中的Cl－通过阴离子交换膜进入Ⅰ室，可在Ⅰ室获得CaCl2，Ⅱ室中水电离产生的H＋放电，使溶液呈碱性，过量的CO2与OH－反应生成，则可在Ⅱ室获得NaHCO3，C正确；Ⅱ室中有生成，若将阴离子交换膜改为阳离子交换膜，则Ⅰ室中的Ca2+通过交换膜进入Ⅱ室，在Ⅱ室中生成CaCO3沉淀，D错误。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 8．一种可用于修复被污染的地下水的模拟装置示意图如图所示。下列说法错误的是(　　) A．该装置将化学能转变为电能 B．该装置工作时，质子从甲池进入乙池 C．1 mol C6H12O6完全转化为CO2，转移 D．乙池发生的电极反应为＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O √ 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 C　解析：该装置是原电池，将化学能转变成电能，A正确；产生N2的一极为原电池的正极，则质子从负极流向正极，即从甲池进入乙池，B正确；1 mol C6H12O6完全转化为CO2，转移24 mol e－，C错误；乙池为原电池的正极，电极反应为＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，D正确。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 方法规律 含离子交换膜电化学装置题的解题步骤 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第二节　原电池与化学电源 $$