第34讲 原电池和化学电源 课件-2026届高三化学一轮复习

第九章 化学反应与能量 第34讲—— 原电池和化学电源 新人教版 高中化学 2027届 一轮复习 温故知新 【思考】下列能构成原电池装置的有？原电池的形成条件？ 1、原电池：借助于氧化还原反应将 化学能转化为电能的装置 两极一液/两液，一回路 自发进行的氧化还原反应 2、形成条件： 知识点一：原电池 浓差电池是利用两极电解质溶液中浓度不同引起的电势差放电的装置，其中x，y均为Ag/AgCl复合电极，电极a、b均为石墨， 知识释疑 知识梳理 3、工作原理 CuSO4溶液 负极 正极 失e-，沿导线传递，有电流产生 外电路 阴离子 阳离子 内电路 正正移 负负移 得，降，还原反应 Cu2++2e- =Cu 失，升，氧化反应 Zn-2e- =Zn2+ 注意：电池内部即内电路是没有电子流动的，只有阴阳离子的流动！ 电子不下水，离子不上岸 知识点一：原电池 CuSO4溶液 A 问题：如右图连好装置，可观察到什么现象？ 两个电极上都有红色物质生成， 电流表指针发生偏转，但不稳定。 重难点突破 分析：由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，铜在锌片表面析出，锌表面也构成了原电池，进一步加速铜在锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱，不能产生持续稳定的电流。 缺点：电流不稳定, 且在较短时间内迅速衰减, 放电效率低。 单液原电池 双液原电池 双液原电池的优点：能产生持续、稳定的电流 知识点一：原电池 【思考】改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？盐桥在此的作用是什么？ 重难点突破 c.隔绝正、负极反应物 , 避免直接接触 , 导致电流不稳定。 ①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。 锌半电池(锌＋锌盐) 铜半电池(铜＋铜盐) ②盐桥的作用： a.连接内电路，形成闭合回路 b.平衡电荷，使原电池不断产生电流 知识点一：原电池 重难点突破 答案：不可以 问题1：能用金属代替盐桥吗？ ZnSO4溶液 Cu Zn CuSO4溶液 盐桥 Fe丝 原电池 电解池 Cu丝 （+） （—） 阴 阳 在电路接通的情况下，因盐桥中含有的离子可以与溶液中的离子交换，保持电解液的电中性，从而达到传导电流的目的。 若改为金属，则破坏了整个电路！ 问题2：在有盐桥的铜锌原电池中，电解质溶液的选择为什么要与电极材料的阳离子相同？ 如Zn极能不能是氯化铜或者氯化钠？ 答案：可以不同, 但溶质阳离子与电极材料必须不反应。 知识点一：原电池 【练习1】下图为一原电池装置，下列叙述中正确的是( 　) ①铜离子在铜片表面被还原 ②盐桥中的K+移向ZnSO4溶液 ③电流从锌片经导线流向铜片 ④铜是正极，铜片上有气泡产生 ⑤正极反应为Cu2++2e-=Cu ⑥实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 ⑦将锌片浸入CuSO4溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 A.①⑤⑦　 B.①③④　　C.②⑤⑦　　　D.④⑥⑦ A 巩固提升 重难点突破 离子交换膜：离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透 过能力的高分子膜。 “带隔膜电池”：隔离+互通 优点：效率高、体积小、质量轻 类型：阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜 【练习2】锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和 水分子通过，下列有关叙述正确的是( ) A、铜电极上发生氧化反应 B、电池工作一段时间后， 甲池的c(SO42－)减小 C、电池工作一段时间后， 乙池溶液的总质量增加 D、阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 C 巩固提升 【福建高考】某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2=2AgCl。下列说法正确的是(　　) A．正极反应为AgCl＋e－=Ag＋Cl－ B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变 D．当电路中转移0.01mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子 D 真题感悟 典题3(2024·重庆西北狼教育联盟联考)分析如图所示的四个原电池装置,结论正确的是(　　) A、①②中Mg作负极,③④中Fe作负极 B、②中Mg作正极,电极反应为6H2O+6e-═6OH-+3H2↑ C、③中Fe作负极,电极反应为Fe-2e-═Fe2+ D、④中Cu作正极,电极反应为2H++2e-═H2↑ B 特别提醒：不要简单地依据金属的活泼性来判断！ 巩固提升 方法点拨 原电池正、负极判断的“五个角度” 知识点一：原电池 P186典题5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: 由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　) A.a>b>c>d B.b>c>d>a C.d>a>b>c D.a>b>d>c C 巩固提升 应用1、比较金属活动性强弱 【新课标卷】根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是（ ） A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)=2Ag＋(aq)＋Cd(s) B．Co2＋(aq)＋Cd(s)=Co(s)＋Cd2＋(aq) C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)=2Ag(s)＋Cd2＋(aq) D．2Ag＋(aq)＋Co(s)=2Ag(s)＋Co2＋(aq) A 真题感悟 【练习4】（2025·上海黄浦·二模）把铁条放入盛有过量稀硫酸的试管中，下列改变不能加快氢气产生速率的是（ ) A．改铁条为镁条 B．滴加少量CuSO4溶液 C．改稀硫酸为98%的硫酸 D．升高溶液的温度 C 应用2、加快氧化还原反应的速率 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加快。 巩固提升 【练习5】下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是： (4)(2)(1)(3) 应用3、用于金属的防护-------牺牲阳极法 被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。 巩固提升 【练习6】控制适合的条件, 将反应 设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是(　　) A.反应开始时, 乙中石墨电极上发生氧化反应 B.反应开始时, 甲中石墨电极上Fe3＋被还原 C.电流表读数为零时, 反应达到化学平衡状态 D.电流表读数为零后, 在甲中溶入FeCl2固体， 乙中的石墨电极为负极 D 1、化学电源的优点和优劣判断标准 （1）相对其他能源，电池的优点是能量转换效率较高，供能稳定可靠，形状、大小可根据需要设计，使用方便等。 不同形状的化学电源 （2）判断电池优劣的标准是电池单位质量或单位体积所能输出的电能的多少（比能量）或者输出功率的大小（比功率）以及电池可储存时间的长短。 知识梳理 知识点二：化学电源 （1）一次电池：电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后，就不能再次利用。 2、 电池的分类 知识梳理 知识点二：化学电源 碱性锌锰干电池 负极反应式:_________________________________; 正极反应式:_________________________________; 总反应:Zn+2MnO2+2H2O═2MnO(OH)+Zn(OH)2 银锌纽扣电池 负极反应式:_________________________________; 正极反应式:_________________________________; 总反应:Zn+Ag2O+H2O═Zn(OH)2+2Ag Zn+2OH--2e-═Zn(OH)2 MnO2+H2O+e-═MnO(OH)+OH- Zn+2OH--2e-═Zn(OH)2　 Ag2O+H2O+2e-═2Ag+2OH- ①放电时 负极反应式: _________________________________;  正极反应式: 。 放电时,当外电路上有2 mol e-通过时,溶液中消耗H2SO4______ mol。 ②充电时 阴极反应式: _________________________________;  阳极反应式: _________________________________。 充电一段时间电解质溶液的pH__________(填“增大”“减小”或“不变”) （2）二次电池：放电后可以再充电使活性物质获得再生。 知识梳理 知识点二：化学电源 2、 电池的分类 铅酸蓄电池：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。 2 减小 [研教材](1)(选择性必修1·P99~100)锂离子电池 一种锂离子电池,其负极材料为嵌锂石墨,正极材料为LiCoO2(钴酸锂),电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水)。 LiPF6(六氟磷酸锂）的碳酸酯溶液（无水） Li1-xCoO2 + LixC6 LiCoO2 + 6C 放电 充电 （—）LiC6﹣xe- = 6C + xLi+ （+）Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- = LiCoO2 阴极：6C + xLi+ + xe- = LiC6 阳极：LiCoO2 - xe- = Li1-xCoO2 + xLi+ 知识梳理 知识点二：化学电源 [研教材](1)(选择性必修1·P99~100)锂离子电池 一种锂离子电池,其负极材料为嵌锂石墨,正极材料为LiCoO2(钴酸锂),电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水)。 知识梳理 知识点二：化学电源 摇椅理论 Li＋ 脱嵌 嵌入 e- e- Li＋ 脱嵌 嵌入 e- e- 锂离子电池的充放电过程，就是Li＋的嵌入和脱嵌过程 巩固提升 P193T6.利用锂离子能在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出石墨烯电池,电池反应式为LixC6+Li1-xCoO2 C6+LiCoO2,其工作原理如图。下列关于该电池的说法不正确的是(　　) A.该电池若用隔膜,可选用阳离子交换膜 B.对废旧的该电池进行“放电处理”,让Li+从石墨烯中脱出有利于回收 C.放电时,正极的电极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe-==LiCoO2 D.充电时,电路中每转移1 mol e-,石墨烯电极质量增加7x g D P188典题4【2025·八省联考】我国科学家发明了一种高储能、循环性能优良的水性电池，其工作示意图如下。下列说法错误的是(　　) A、放电时,K+从负极向正极迁移 B、放电时,[Zn(OH)4]2-的生成说明Zn(OH)2具有两性 C、充电时,电池总反应为[Zn(OH)4]2-+2S2O32-==Zn+S4O62-+4OH- D、充电时,若生成1.0 mol S4O62-，则有4.0 mol K+穿过离子交换膜 巩固提升 D （3）“高效、环境友好”燃料电池——将燃料燃烧的化学能直接转化为电能的装置 种类 酸性 碱性 负极反应式 正极反应式 电池总反应式 备注 2H2－4e－=4H＋ 2H2＋4OH－－4e－=4H2O O2＋4e－＋4H＋=2H2O O2＋2H2O＋4e－=4OH－ 2H2＋O2=2H2O 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 2、 电池的分类 知识点二：化学电源 知识梳理 【练习1】有科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高。一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸汽，其中电池的电解质是掺杂了Y2O3(Y为钇)的ZrO2(Zr为锆)晶体，它在高温下能传导O2-离子(其中氧化反应发生完全)。若以丁烷（C4H10）代表汽油，总反应为2C4H10+13O2=8CO2+10H2O。写出该燃料电池的正极及负极的电极反应式。 正极：O2+4e- = 2O2- 负极：2C4H10+26O2--52e- = 8CO2+10H2O 燃料电池电极反应式书写 模型建立 【练习2】某甲烷燃料电池以甲烷为燃料，空气为氧化剂，以熔融的K2CO3（其中不含O2-和HCO3-)为电解质，以具有催化作用和导电性能的稀土金属为电极。该燃料电池的负极电极反应式为： ；为使电解质的组成保持稳定，使该燃料电池长时间稳定运行，在通入的空气中必须加入________物质。 CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2O； CO2 燃料电池电极反应式书写 模型建立 【注意】电极反应产物是否与电解质溶液发生反应 【练习3】NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图，该电池 在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y，下列说法不正确的是（　　） A．石墨I附近发生的反应为NO2+NO3--e- ═N2O5 B．石墨Ⅱ附近反生的反应为O2-4e-═2O2- C．该电池放电时NO3-从右侧向左侧迁移 D．相同条件下，放电过程中消耗的NO2和O2的体积比为4:1 B 巩固提升 燃料电池正极（O2）得电子的几种情况 负极：燃料（H2、CO、烃类、肼、甲醇、氨、煤气……） 正极：空气或O2 正极电极方程式 O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- O2 + 4e- = 2O2- O2 + 4e- +2CO2 = 2CO32- ⑤熔融硝酸盐 O2 + 2N2O5 + 4e－ ＝ 4NO3- 模型建立 电解质：①酸性溶液 ②碱性溶液 ③固体电解质(可传导O2－) ④熔融碳酸盐 →不同电解质会对总反应式、电极反应式有影响 【练习4】直接煤-空气燃料电池原理如图所示，下列说法错误的是 A.随着反应的进行，氧化物电解质的量不断减少 B.负极上发生的反应有C＋2CO32-－4e－=3CO2、CO2＋O2－=CO32- C.电极X为负极，O2-向X极迁移 D.直接煤-空气燃料电池的能量效率比煤燃烧发电的能量效率高 A 模型应用 【2022·湖南，8】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 真题感悟 B 液流电池是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池 可以分为全钒液流电池、锂离子液流电池和铅酸液流电池 关注化合价变化，找到电极反应 关注离子交换膜 知识梳理 类型一：液流电池 P191T1【2022·广东卷】科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池,可作储能设备(如图所示)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-==Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是(　　) A.充电时电极b是阴极 B.放电时NaCl溶液的pH减小 C.放电时NaCl溶液的浓度增大 D.每生成1 mol Cl2,电极a的质量理论上增加23 g C 真题感悟 【2021·湖南】锌溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌溴液流电池工作原理如图所示： 下列说法错误的是 A．放电时，N极为正极 B．放电时，左侧贮液器中的ZnBr2浓度不断减小 C．充电时，M极的电极反应式为Zn2++2e-=Zn D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过 B 知识梳理 类型二：浓差电池 1、概念：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有浓度差 →离子均是由“高浓度”移向“低浓度” 依据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 2、解题的关键 “正 正，负 负 ” P191T3(2024·山东新高考联合测评)如图所示装置中,X电极与Y电极初始质量相等。进行实验时,先闭合K2,断开K1,一段时间后,再断开K2,闭合K1,即可形成浓差电池,电流表指针偏转。下列说法不正确的是(　　) A.充电前,该电池两电极存在电势差 B.放电时,右池中的NO3-通过离子交换膜移向左池 C.充电时,当外电路通过0.1 mol电子时,两电极的质量差为21.6 g D.放电时,电极Y为电池的正极 A 真题感悟 P191T4(2022·浙江1月选考卷)pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示,以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液,并插入Ag-AgCl电极)和另一Ag-AgCl电极插入待测溶液中组成电池,pH与电池的电动势E存在关系:pH=(E-常数)/0.059。下列说法正确的是(　　) A.如果玻璃薄膜球内电极的电势低,则该电极反应式为AgCl(s)+e-=Ag(s)+Cl-(0.1 mol·L-1) B.玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化 C.分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势,可得出未知溶液的pH D.pH计工作时,电能转化为化学能 C $