2025届高三化学二轮复习 讲义　原电池化学电源

原电池　化学电源 复习目标　1.理解原电池的构成、工作原理及应用。2.能书写电极反应和总反应方程式。3.了解常见化学电源的种类及其工作原理。 知识点一　原电池工作原理及应用 1.概念 原电池是把____________能转化为__________________能的装置。 2.构成条件 反应 能发生________________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 　 下列装置不能构成原电池的是________。 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： (2)工作原理(以装置Ⅱ为例) 电极名称 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 反应类型 电子流向 由Zn片沿导线流向Cu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 4.原电池原理的应用 (1)设计原电池 以反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2为例 ①化合价升高的物质 负极：________ ②活泼性较弱的物质 正极：________ ③化合价降低的物质 电解质溶液：________ 示意图 (2)加快氧化还原反应的速率 构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。如在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成________，从而形成Cu－Zn微小原电池，加快产生______________的速率。 (3)比较金属活动性强弱 如有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。由此可判断出a是________、b是________，且金属活动性：________。 (4)用于金属的防护 将需要保护的金属制品作原电池的________而受到保护。 (一)原电池及其工作原理 1.实验a：将铜片、锌片和稀硫酸组成单液原电池，铜片、锌片表面均产生气泡。实验b：将锌片在稀HgCl2溶液中浸泡几分钟，锌片表面形成锌汞合金，再与铜片、稀硫酸组成单液原电池，只有铜片表面产生气泡。下列有关说法不正确的是(　　) A.实验a中锌片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能 B.实验b中铜片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能 C.实验a、b中原电池总反应的离子方程式均为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ D.锌片经HgCl2溶液处理后，有利于更多的化学能转化为电能 2.与甲、乙两套装置有关的下列说法正确的是(　　) A.甲、乙装置中，锌棒均作负极，发生氧化反应 B.甲中锌棒直接与稀H2SO4接触，故甲生成气泡的速率更快 C.甲、乙装置的电解质溶液中，阳离子均向碳棒定向迁移 D.乙中盐桥设计的优点是迅速平衡电荷，提高电池效率 (二)原电池电极的判断和电极方程式的书写 3.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是(　　) A.(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)中Fe作负极 B.(2)中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ C.(3)中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ D.(4)中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ 4.气体的自动化检测中常常应用原电池原理的传感器。下图为电池的工作示意图：气体扩散进入传感器，在敏感电极上发生反应，传感器就会接收到电信号。下表列出了待测气体及敏感电极上部分反应产物。则下列说法中正确的是(　　) 待测气体 部分电极反应产物 NO2 NO Cl2 HCl CO CO2 H2S H2SO4 A.上述气体检测时，敏感电极均作电池正极 B.检测分别含H2S和CO体积分数相同的两份空气样本时，传感器上产生的电流大小相同 C.检测H2S时，对电极充入空气，对电极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D.检测Cl2时，敏感电极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－ 电极方程式书写的一般方法 知识点二　常见化学电源 1.一次电池 (1)含义 放电后不可再充电的电池。 (2)常见电池 ①碱性锌锰电池 负极：___________________________________________； 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－； 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。 ②锌银电池 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－； 总反应： __________________________________________。 2.二次电池 (1)含义 二次电池又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。 (2)铅酸蓄电池 总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。 放电时的反应 负极：___________________________________________； 正极： ___________________________________________________________。 充电时的反应 阴极：___________________________________________； 阳极：__________________________________________________________。 3.燃料电池 (1)含义 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)实例 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：________________________________________________________________。 ②碱性溶液 正极：___________________________________________； 负极：________________________________________________________________。 ③固体氧化物(其中O2－可以在固体介质中自由移动) 正极：___________________________________________； 负极：________________________________________________________________。 ④熔融碳酸盐(CO) 正极：___________________________________________； 负极：________________________________________________________________。 1.最近，科学家研制出一种纸质电池，这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体，在一边附着锌，在另一边附着二氧化锰。电池总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)。下列说法不正确的是(　　) A.该电池Zn为负极，MnO2为正极 B.该电池的正极反应为MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－ C.导电时外电路电子由Zn流向MnO2，内电路电子由MnO2流向Zn D.电池工作时水分子和OH－都能通过薄层纸片 2.(2023·淮安中学最后一模)羟胺(NH2OH)常用于有机合成。一种电化学法制取盐酸羟胺(NH3OHCl)的装置原理如下图所示，已知铁可作NO反应的催化剂。下列说法正确的是(　　) A.放电时Pt电极有Cl2生成 B.放电时的正极反应式为NO＋3e－＋4H＋===NH3OH＋ C.放电时，电路中每转移1 mol e－，负极区将增加1 mol H＋ D.将质子交换膜改成阴离子交换膜，放电时的电极反应将发生变化 3.2023杭州亚运会赛区内使用氢燃料清洁能源车辆，这种车辆利用原电池原理提供清洁电能，某氢氧燃料电池工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A.电极a为电池的正极 B.电池工作过程中，K＋向负极迁移 C.电极b表面反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ D.氢氧燃料电池中正极消耗22.4 L(标准状况)气体时，电路中通过的电子数目为2NA 燃料电池的解题模板 1.(2022·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(　　) A.海水起电解质溶液作用 B.N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能 D.该锂－海水电池属于一次电池 2.(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Pt C.Pt表面发生的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D.每消耗标准状况下11.2 L的O2，最多去除1 mol Cl－ 3.(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 D.充电总反应：Pb＋SO＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋ 4.(2023·全国乙卷)室温钠－硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠－硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：S8＋e－―→S，S＋e－―→S，2Na＋＋S＋2e－―→Na2Sx 下列叙述错误的是(　　) A.充电时Na＋从钠电极向硫电极迁移 B.放电时外电路电子流动的方向是a→b C.放电时正极反应为：2Na＋＋S8＋2e－―→Na2Sx D.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能 5.(2023·新课标卷)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质溶液的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是(　　) A.放电时V2O5为正极 B.放电时Zn2＋由负极向正极迁移 C.充电总反应：xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O D.充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O 原电池　化学电源 知识点一 自主梳理 1.化学　电 2.自发进行 3.(2)Zn-2e-===Zn2＋　Cu2＋＋2e-===Cu　氧化反应　还原反应　正　负 4.(1)Cu　C　FeCl3　(2)Cu　H2　(3)负极　正极　a＞b　(4)正极 微思考 ①③④⑤⑥ 对点练通 1.A　[实验a中锌片表面产生气泡是因为锌片和稀硫酸直接发生氧化还原反应生成氢气，对应的能量转化形式是化学能转化为热能，故A错误；实验b中铜片表面产生气泡是因为形成原电池，对应的能量转化形式是化学能转化为电能，故B正确；锌片上没有H＋生成H2，从而有利于更多的化学能转化为电能，故D正确。] 2.D　[A项，甲不是原电池，故A错误；B项，甲中锌棒直接与稀H2SO4接触，发生化学腐蚀，乙中构成了原电池，负极失去电子的速率加快，因此正极放出氢气的速率增大，故B错误；C项，甲不是原电池，电解质溶液中的阳离子向锌移动，故C错误；D项，盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路，盐桥既可沟通两方溶液，又能阻止反应物的直接接触，迅速平衡电荷，使由它连接的两溶液保持电中性，提高电池效率，故D正确。] 3.B　[(1)中Mg作负极；(2)中Al作负极；(3)中铜作负极；(4)是铁的吸氧腐蚀，Fe作负极。] 4.D　[原电池中的正极发生还原反应，得到电子，元素的化合价降低，而待测气体为CO时，反应产物为二氧化碳，C元素的化合价升高，发生氧化反应，所以此时敏感电极作电池负极，同理，待测气体为H2S时，S元素的化合价也升高，敏感电极作电池负极，A错误；H2S和CO体积分数相同，则二者物质的量相同，二者失去的电子的物质的量不同，CO失去2个电子，而H2S中S失去8个电子，所以在气体的扩散速度相同的前提下，传感器上产生的电流大小不同，B错误；检测H2S时，因为电极产物为H2SO4，所以电解质溶液为硫酸，对电极为正极，发生还原反应，充入空气，则正极反应式为O2＋4H＋＋4e-===2H2O，C错误；检测Cl2时，Cl元素的化合价降低，所以敏感电极作正极，则敏感电极的电极反应式是Cl2＋2e-===2Cl-，D正确。] 知识点二 自主梳理 1.(2)①Zn＋2OH--2e-===Zn(OH)2　②Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag 2.(2)Pb＋SO-2e-===PbSO4　PbO2＋4H＋＋SO＋2e-===PbSO4＋2H2O　PbSO4＋2e-===Pb＋SO　PbSO4＋2H2O-2e-===PbO2＋4H＋＋SO 3.(2)①O2＋6e-＋6H＋===3H2O　CH3OH-6e-＋H2O===CO2＋6H＋　②O2＋6e-＋3H2O===6OH-　CH3OH-6e-＋8OH-===CO＋6H2O　③O2＋6e-===3O2-　CH3OH-6e-＋3O2-===CO2＋2H2O　④O2＋6e-＋3CO2===3CO　CH3OH-6e-＋3CO===4CO2＋2H2O 对点练通 1.C　[A.根据方程式分析，锌化合价升高，失去电子，因此该电池Zn为负极，MnO2为正极，故A正确；B.该电池MnO2为正极，由电池总反应式减去负极反应式Zn-2e-＋2OH-===ZnO＋H2O，即得正极反应式MnO2＋e-＋H2O===MnO(OH)＋OH-，故B正确；C.导电时外电路电子由负极(Zn)流向正极(MnO2)，电子不在内电路中移动，故C错误；D.这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体，则说明电池工作时水分子和OH-都能通过薄层纸片，故D正确。] 2.B　[图示放电过程中，含铁电极表面NO得电子，发生还原反应生成NH3OH＋，作正极，Pt电极表面H2失电子，发生氧化反应生成H＋，作负极，H＋通过质子交换膜从负极移向正极。A.根据分析，放电时Pt电极表面H2失电子，发生氧化反应生成H＋，没有Cl2生成，故A错误；B.放电时的正极上NO得电子，发生还原反应生成NH3OH＋，电极反应式为NO＋3e-＋4H＋===NH3OH＋，故B正确；C.原电池工作时，阳离子从负极移向正极，根据电荷守恒，电路中每转移1 mol e-，正极区将增加1 mol H＋，故C错误；D.原电池中阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移，所以若将质子交换膜改成阴离子交换膜，原来H＋向含铁电极迁移，变成Cl-通过阴离子交换膜向Pt电极迁移，但放电时的电极反应不变，故D错误。] 3.C　[由图可知，电极a为负极，电极反应式为H2-2e-＋2OH-===2H2O，电极b为正极，电极反应式为O2＋4e-＋2H2O===4OH-，据此作答。A.电极a上氢元素失电子价态升高，故电极a为负极，故A错误；B.原电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，K＋移向正极，故B错误；C.由分析可知，电极b为正极，电极反应式为O2＋4e-＋2H2O===4OH-，故C正确；D.标准状况下22.4 L气体的物质的量为1 mol，结合选项C分析可知，正极消耗1 mol氧气，电路中通过的电子数目为4NA，故D错误。] 学科网（北京）股份有限公司 $$