第18讲 原电池 化学电源-【名师大课堂】2025年高考化学艺术生总复习必备（教师课件）

第六章　化学反应与能量 第18讲　原电池　化学电源 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 01 考 点 一 02 考 点 二 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 考点一　原电池的工作原理及应用 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 化学能 电能 氧化还原反应 活泼性不同 电解质溶液 闭合回路 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 氧化反应 还原反应 正 负 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 负极 正极 电极材料 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 增大 增大 负极 正极 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 正极 负极 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 C 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 A 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 考点二　常见的化学电源 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 B 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 答案：B 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 C 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 谢 谢 观 看 按ESC键退出全屏播放 必修第二册　选择性必修1 返回导航 下一页 上一页 1．原电池的概念、构成及反应本质 (1)把________转化为______的装置，其本质是发生了____________。 (2)构成条件。 ①有两个______________的电极(常见为金属或石墨)。 ②将电极插入______________或熔融电解质中。 ③两电极间构成____________(两电极接触或用导线连接)。 ④能自发发生氧化还原反应。 2．原电池的工作原理(以铜锌原电池为例) 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 3.原电池原理的应用 (1)设计制作化学电源。 (2)加快化学反应速率。 一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率________。如在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液构成原电池，反应速率________。 (3)比较金属的活动性强弱。 原电池中，一般活动性强的金属作________，而活动性弱的金属(或非金属导体)作________。 (4)用于金属的防护。 使需要保护的金属制品作原电池________而受到保护。例如：要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的________。 一、原电池的判断 1．分析有无外接直流电源，有外接直流电源的为电解池，无外接直流电源的才可能为原电池。 2．依据原电池的形成条件判断。主要有“四看”： (1)一看电极：两极为导体，且存在活动性差异； (2)二看电解质：两极插入电解质溶液或熔融电解质； (3)三看回路：形成闭合回路； (4)四看本质：看能否发生氧化还原反应，原电池的总反应是能够自发进行的氧化还原反应。 3．原电池正、负极的判断 一般情况下，常由以下几个方面判断原电池的正极和负极： 判断角度 负极 正极 (1)电极材料 较活泼金属 较不活泼金属或石墨等 (2)通入物 通入还原剂的电极 通入氧化剂的电极 (3)两极反应类型 发生氧化反应的电极 发生还原反应的电极 (4)电子流向 (或电流方向) 电子流出的电极 (或电流流入的电极) 电子流入的电极(或电流流出的电极) (5)离子流向 阴离子流向的电极 阳离子流向的电极 金属作负极或正极受所处环境影响。 (1)Mg、Al相连，在中性或酸性溶液中活动性：Mg>Al，Mg作负极；而在碱性溶液中，Al可以与OH－反应，而Mg不反应，所以Mg与Al用导线连接后放入NaOH溶液中，Al是负极，Mg是正极。 (2)Fe、Cu相连，浸入稀HNO3中，Fe作负极；浸在浓HNO3中一段时间后，Cu作负极(Fe发生钝化)。 二、原电池原理的应用 1．加快氧化还原反应的速率 一个自发的氧化还原反应，设计成原电池时，反应速率会增大。如实验室制取氢气时，可以在稀硫酸中加入少量硫酸铜溶液，锌置换出铜，锌、铜和稀硫酸形成原电池，增大化学反应速率。 2．用于比较金属的活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极时，一般情况下作负极的金属比作正极的金属活泼。 3．用于金属的防护 使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如：要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与锌块相连，使锌作原电池的负极。 4．设计原电池 (1)根据一个氧化还原反应的方程式，将其拆分为氧化反应和还原反应两个半反应。 (2)根据原电池反应特点，结合两个半反应，选择合适的电极材料和电解质设计原电池。 (3)电解质的选择 电解质是使负极放电的物质，因此一般情况下电解质溶液或者电解质溶液中溶解的其他物质(如溶液中溶解的氧气)要能够与负极发生反应。 (4)电极材料的选择 原电池的电极必须能导电；负极一般情况下能够与电解质溶液反应，容易失电子，因此负极一般是活泼的金属材料；正极和负极之间只有产生电势差时，电子才能定向移动，所以正极和负极一般不用同一种材料。 （2024·全国甲卷）科学家使用δ－MnO2研制了一种MnO2－Zn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===ZnMn2O4 C．放电时，正极反应有MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－ D．放电时，Zn电极质量减少0.65 g，MnO2电极生成了0.020 mol MnOOH 解析：充电时Zn2+向阴极移动，A错误；由题意知，放电时，MnO2转化为MnOOH和ZnMn2O4，B错误；放电时，MnO2电极为正极，发生的反应有MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－，C正确；根据放电时Zn电极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2+可知，Zn电极质量减少0.65 g(0.01 mol)时，电路中通过0.02 mol电子，故MnO2电极有0.02 mol MnO2发生反应，但MnO2转化为MnOOH和少量ZnMn2O4，故生成的MnOOH的量小于0.020 mol，D错误。 某原电池构造如图所示，下列叙述正确的是(　　) A．原电池的总反应式为：Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu(NO3)2 B．取出盐桥后，电流表的指针仍发生偏转 C.外电路中每通过0.1 mol电子，铜的质量理论上减小6.4 g D．在外电路中，电子由银电极流向铜电极 解析：金属性铜强于银，铜是负极，银是正极，则原电池的总反应式为Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu(NO3)2，A正确；取出盐桥后不能构成原电池，电流表的指针不发生偏转，B错误，1 mol铜失去2 mol电子，外电路中每通过0.1 mol电子，铜的质量理论上减小3.2 g，C错误；在外电路中，电子由铜电极流向银电极，D错误。 1．一次电池：只能使用一次，不能充电复原继续使用 (1)碱性锌锰电池。 碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH，其电极反应如下： 负极：______________________________； 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－； 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。 (2)银锌电池。 银锌电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH，其电极反应如下： 负极：_____________________________； 正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－； 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。 (3)锂电池。 锂电池是用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOCl2)中组成。其电极反应如下： 负极：8Li－8e－===8Li＋； 正极：3SOCl2＋8e－===6Cl－＋SOeq \o\al(2－,3)＋2S； 总反应：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO2＋2S。 2．二次电池：放电后能充电复原继续使用 铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为 Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) eq \o(⥫==⥬,\s\up20(放电),\s\do20(充电))2PbSO4(s)＋2H2O(l) Pb(s)－2e－＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)===PbSO4(s) PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)＋2e－ ===PbSO4(s)＋2H2O(l) PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－=== PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq) 3．燃料电池 燃料电池中的常见燃料有氢气、烃(CH4、C2H6)、烃的衍生物(甲醇、乙醇)、CO等，燃料在电池中的负极发生反应。以氢氧燃料电池为例 介质 酸性 碱性 负极反应式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极反应式 O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 电池总反应式 2H2＋O2===2H2O 一、燃料电池电极反应式的书写 燃料电池的总反应往往相当于燃料完全燃烧时发生的化学反应，但还要考虑燃烧产物与电解质溶液是否发生反应。燃料电池中都是燃料在负极失电子，发生氧化反应，氧气在正极得电子，发生还原反应。 1．书写燃料电池电极反应式和总反应式的方法 在燃料电池中，在正极上发生还原反应的物质一般是O2，根据电解质溶液的不同，正极反应式也不同，除了图中的酸性介质和碱性介质，常考的还有固体电解质正极反应式为O2＋4e－===2O2－和熔融碳酸盐电解质正极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2COeq \o\al(2－,3)。 2．常见两种燃料电池电极反应式的书写 甲烷－氧气燃料电池电极反应式的书写 该电池将金属铂片插入KOH溶液中作电极，在两极上分别通入甲烷和氧气。 负极：CH4＋100H－－8e－===COeq \o\al(2－,3)＋7H2O； 正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－； 总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O。 二、可充电电池的反应规律 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互为逆反应。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。 考法例 高铁电池放电时的反应原理为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，依据化合价变化将其拆为两个半反应：Zneq \o(——→,\s\up17(－2e－),\s\do15(氧化反应))Zn(OH)2，K2FeO4eq \o(——→,\s\up17(＋3e－),\s\do15(还原反应))Fe(OH)3。由Zn→Zn(OH)2需要有OH－参与可知，负极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，正极由FeOeq \o\al(2－,4)→Fe(OH)3，同时还生成OH－，由电荷守恒与原子守恒可知正极反应式为FeOeq \o\al(2－,4)＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－。将正、负极反应式分别乘2和3再相加即得总反应式。同时，高铁电池充电时的阴极反应式即为Zn(OH)2＋2e－===Zn＋2OH－，阳极反应式即为Fe(OH)3＋5OH－－3e－===FeOeq \o\al(2－,4)＋4H2O，总反应式为3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4OH－===3Zn＋2FeOeq \o\al(2－,4)＋8H2O。 原电池的电极反应和总反应都必须遵循原子守恒、电荷守恒和得失电子守恒。 特别提示　可充电电池充电时原来的负极必然要发生还原反应（生成原来消耗的物质），即作阴极，连接电源的负极；同理，原来的正极连接电源的正极，作阳极。简记为负连负，正连正。 （2024·湖北卷）我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－⥫⥬[OCH2O]2-＋H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2-－e－===HCOO－＋H·。下列说法错误的是(　　) A．电解一段时间后阳极区c(OH－)减小 B．理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离 C.阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O D．阴极区存在反应H2C2O4＋2H＋＋2e－===CHOCOOH＋H2O 解析：根据题干信息可知，Cu电极所在的阳极区先后发生反应：HCHO＋OH－⥫⥬HOCH2O－、HOCH2O－＋OH－⥫⥬[OCH2O]2-＋H2O、[OCH2O]2-－e－===HCOO－＋H·，H·可转化为H2，则阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O，C正确；根据阳极总反应可知，每消耗4个OH－，电路中通过2e－，根据电荷守恒，双极膜中有2个OH－向阳极迁移，即阳极区c(OH－)减小，A正确； 由题给信息知，阴极总反应物为H2C2O4、NH2OH，总产物为H3N＋CH2COOH，电极反应式为H2C2O4＋NH2OH＋6e－＋7H＋===H3N＋CH2COOH＋3H2O，每生成1 mol H3N＋CH2COOH，电路中通过6 mol e－，双极膜中需有6 mol H2O解离出6 mol H＋向阴极迁移，B错误；双极膜中H2O解离出的H＋向阴极移动，因此H2C2O4在阴极Pb电极上转化为OHCCOOH的反应为H2C2O4＋2H＋＋2e－===OHCCOOH＋H2O，D正确。 （2024·安徽卷）我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以Zn­TCPP（局部结构如标注框内所示）形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是(　　) A．标注框内所示结构中存在共价键和配位键 B．电池总反应为：I eq \o\al(－,3)＋Zn eq \o(⥫==⥬,\s\up20(放电),\s\do20(充电))Zn2+＋3I－ C．充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自Zn­TCPP D．放电时，消耗0.65 g Zn，理论上转移0.02 mol电子 信息梳理： 电极 电极判定 电极反应式 Zn电极 负极（放电时） Zn－2e－===Zn2+ Zn—TCPP电极 正极（放电时） I eq \o\al(－,3)＋2e－===3I－ 解析：标注框内所示的结构中存在共价键和Zn—N配位键，A正确；由信息梳理可知，电池总反应为I eq \o\al(－,3)＋Zn eq \o(⥫==⥬,\s\up20(放电),\s\do20(充电))Zn2+＋3I－，B正确；充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自电解质溶液，C错误；由负极反应式可知1 mol Zn失去2 mol电子生成1 mol Zn2+，消耗0.65 g（即0.01 mol）Zn时，理论上转移0.02 mol电子，D正确。 $$