第32讲 原电池和化学电源-2027年高考化学一轮复习课件

该高中化学高考复习课件聚焦原电池和化学电源专题，依据课标要求梳理工作原理、化学电源类型等核心考点，分析基础性、综合性、情境化命题特点及新能源技术结合的趋势，归纳电极反应式书写、电池工作原理分析等常考题型，对接高考评价体系。 课件亮点在于高考真题集训与方法归纳，如以2023海南卷海水电池、2024浙江卷熔融碳酸盐燃料电池为例，解析电极反应式书写的“列物质标得失-看环境配守恒-两式加验总式”三步法，培养科学思维和科学探究能力。通过易错点辨析和关键能力提升训练，帮助学生掌握答题技巧，教师可据此精准指导复习，提升备考效率。

第32讲　原电池和化学电源 课标 指引 1.能举出化学能转化为电能的实例,能分析原电池的工作原理,能设计简单的原电池。 2.能列举常见的化学电源,并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。 三年 高考 命题 分析 1.命题特点 基础性:重点考查原电池的基本原理(如电极反应、电子或离子流向、正负极判断)、常见化学电源(如锌锰电池、铅酸蓄电池、锂离子电池、燃料电池)的工作原理及电极反应式书写。 综合性:与热力学、电化学腐蚀、实验操作结合,分析可充电电池(如锂离子电池的充放电过程)、新型膜电池(如质子交换膜燃料电池)的综合性问题。 情境化:以新能源技术为背景,结合环保问题,联系生活实际,要求学生迁移原电池原理解决问题。 2.命题趋势:命题将更倾向于结合新能源技术(如燃料电池、锂离子电池等)的实际应用,考查学生在复杂情境中分析电极反应、电子转移及能量转化的能力。 考点一　原电池的工作原理及应用 必备知识•梳理 1.原电池及构成条件 (1)原电池工作时能量转化形式为____________________,其反应本质是_____________________。  下列反应理论上可以设计成原电池的是_______ (填字母)。  A.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应; B.KOH和HCl的反应; C.Cu和AgNO3的反应; D.H2和O2的反应 化学能转化为电能 氧化还原反应 CD (2)构成条件:下列装置不能构成原电池的是________________(填序号)。  ①③④⑤ 2.原电池的工作原理 (1)两种原电池装置 以锌铜原电池为例,图Ⅰ是单液原电池装置,图Ⅱ是双液原电池装置。 (2)原电池的工作原理(以锌铜原电池为例分析) (3)电极:正极电势高,电子流入正极,正极发生还原反应;负极电势低,电子从负极流出,负极发生氧化反应。 (4)盐桥的作用 ①连接内电路,________________;  ②__________,使原电池不断产生电流。  形成闭合回路 平衡电荷 3.原电池原理的应用 (1)加快氧化还原反应速率: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增大。 (2)比较金属的活动性强弱:原电池中,一般情况下负极是活动性较强的金属,正极是活动性较弱的金属(或非金属)。 (3)用于金属的防护:被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。 (4)设计原电池装置——以反应2FeCl3+Cu══2FeCl2+CuCl2为例 ①元素化合价升高的物质 负极:________________________ ②活动性较弱的物质 正极:________________________ ③元素化合价降低的物质 电解质溶液:________________________ 示意图   Cu 石墨棒 FeCl3溶液 辨析明理 判断正误:对的打“√”,错的打“×”。 (1)(2025·陕晋青宁卷)根据图1的现象可得出结论:金属活动性顺序为Zn>Fe>Cu。(　　) (2)图2能验证锌与硫酸铜反应过程中有电子转移。(　　) (3)图3能实现Cu+H2SO4══CuSO4+H2↑。(　　) 图1 图2 图3 √ √ × (4)原电池内部电解质溶液中的阴离子移向负极,阳离子移向正极。(　　) (5)构成原电池两极的电极材料一定是活泼性不同的金属。(　　) (6)原电池中负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数。(　　) √ × √ 关键能力•提升 命题角度1　原电池的构成及工作原理 1.将Zn与Cu置于CuSO4溶液中可以构成原电池,如图M所示,实验发现电流表指针发生偏转,但是Zn表面仍有红色铜吸附,某同学进行改进,如图N所示。下列说法正确的是(　　) A.图N中X溶液为CuSO4溶液 B.图N盐桥中Cl-向右池移动 C.图M与图N中,导线中转移电子数目相同时,Zn极质量减少量相同 D.图M中,Cu极质量增加1.92 g,Zn极减少1.97 g,实际消耗Zn应为3.25 g D 解析:根据题意,图N中,X溶液应该为ZnSO4溶液,Y溶液应该为CuSO4溶液, A错误;图N中,Zn为负极,阴离子向负极移动,B错误;图M与图N中,导线中转移电子数目相同时,参加原电池反应消耗Zn的量相同,但是图M中Zn极上还有Cu析出,所以与图N比较,图M中Zn极质量减少量更大,C错误;图M中,Cu极质量增加1.92 g(0.03 mol),根据得失电子守恒,可以得出此时原电池反应消耗Zn的质量为1.95 g(0.03 mol),另外Zn极还发生反应: Zn+Cu2+══Zn2++Cu,消耗m g Zn时还生成 g Cu,根据Zn极减少1.97 g,可以得出:1.95+m-=1.97,m=1.3,共消耗Zn的质量应为1.95 g+1.3 g=3.25 g, D正确。 2.(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1 kg Al,电池最多向外提供37 mol电子的电量 A 解析:铝(a电极)为活泼金属,是电池负极,则石墨(b电极)为正极,A正确;电池工作时,阳离子向正极移动,故海水中的Na+向b电极移动,B错误;电池工作时,a电极的电极反应为Al-3e-══Al3+,铝离子水解使溶液显酸性,C错误;每消耗1 kg Al( mol),电池最多向外提供 mol×3= mol电子的电量,D错误。 命题角度2　原电池中电极反应式的书写 3.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 解析:②中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能与NaOH溶液反应,故Al是负极;③中Fe在浓硝酸中钝化,Cu与浓硝酸反应时失去电子作负极,A、C均错误。②中Mg作正极,正极反应为6H2O+6e-══6OH-+3H2↑,B正确。④中Cu是正极,电极反应为O2+2H2O+4e-══4OH-,D错误。 命题角度3　原电池原理的应用 4.有a、b、c、d四种金属,有关的实验装置及部分实验现象如下: 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 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 解析:把四个实验从左到右分别编号为①②③④,由实验①可知,a极质量减少,b极质量增加,则a作原电池负极,b作原电池正极,金属活动性:a>b;由实验②可知,b极有气体产生,c极无变化,则金属活动性:b>c;由实验③可知,d极溶解,c极有气体产生,则d作原电池负极,c作正极,金属活动性: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,金属活动性:d>a。综上所述,可知金属活动性:d>a>b>c。 考点二　化学电源 必备知识•梳理 1.一次电池   碱性锌锰电池 负极反应式: ______________________________;  正极反应式: ______________________________;  总反应:Zn+2MnO2+2H2O══2MnO(OH)+Zn(OH)2   锌银纽扣电池 负极反应式: ______________________________;  正极反应式: ______________________________;  总反应:Zn+Ag2O══ZnO+2Ag Zn+2OH--2e-══Zn(OH)2　 MnO2+H2O+e-══MnO(OH)+OH-　 Zn+2OH--2e-══ZnO+H2O　 Ag2O+H2O+2e-══2Ag+2OH- 2.二次电池 铅酸蓄电池是一种常见的二次电池,总反应:Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。 (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_________ mol H2SO4。  (2)充电时 阴极反应式: ________________________________;  阳极反应式: ________________________________。  充电一段时间后,电解质溶液的pH__________(填“增大”“减小”或“不变”)。 Pb+S-2e-══PbSO4　 PbO2+4H++S+2e-══PbSO4+2H2O 2 PbSO4+2e-══Pb+S　 PbSO4+2H2O-2e-══PbO2+4H++S　 减小 考题链接 (2025·北京卷节选)铅酸电池是用途广泛并不断发展的化学电源。 铅酸电池工作原理:PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4+2H2O ①充电时,阴极发生的电极反应为__________________________。  ②放电时,产生a库仑电量,消耗H2SO4的物质的量为__________mol。  已知:转移1 mol电子所产生的电量为96 500库仑。 PbSO4+2e-══Pb+S 解析:①充电时阴极发生还原反应:PbSO4+2e-══Pb+S。 ②铅酸电池放电时,产生a库仑电量,转移电子的物质的量为 mol。依据铅酸电池工作原理可得关系式:2e-~2H2SO4,故消耗n(H2SO4)= mol。 3.燃料电池 (1)燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。 常见的燃料除了氢气外,烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体均可作燃料电池的燃料。燃料电池将化学能转化为电能的转化率超过80%,远高于转化率仅30%多的火力发电,大大提高了能源的利用率。 (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。 (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: _________________________________。  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: _________________________________。  O2+4e-+4H+══2H2O CH3OH-6e-+H2O══CO2↑+6H+ O2+4e-+2H2O══4OH-　 CH3OH-6e-+8OH-══C+6H2O　 O2+4e-══2O2-　 CH3OH-6e-+3O2-══CO2↑+2H2O　 ④熔融碳酸盐(C) 正极(通入CO2): ____________________________________,  负极: ____________________________________。  O2+4e-+2CO2══2C CH3OH-6e-+3C══4CO2↑+2H2O 考题链接 (2024·浙江6月卷节选)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,正极的电极反应式是________________________________ 。  该电池以3.2 A恒定电流工作14 min,消耗H2的体积为0.49 L,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24.5 L·mol-1;电荷量q(C)=电流I(A)×时间(s);NA=6.0×1023 mol-1; e=1.60×10-19C。]  O2+2CO2+4e-══2C　 70% 解析:根据题干信息,该燃料电池中H2为负极反应物,O2为正极反应物,熔融碳酸盐为电解质,故正极的电极反应式为O2+2CO2+4e-══2C。该条件下,0.49 L H2的物质的量为=0.02 mol,工作时,0.02 mol H2失去0.04 mol电子,失去的电子所带电荷量为0.04 mol×6.0×1023 mol-1×1.60 ×10-19 C=3 840 C,工作电荷量为3.2 A×14 min×60 s·min-1=2 688 C,则该电池将化学能转化为电能的转化率为×100%=70%。 辨析明理 判断正误:对的打“√”,错的打“×”。 (1)手机、电脑中使用的锂离子电池属于一次电池。(　　) (2)铅酸蓄电池放电时,正极与负极质量均增加。(　　) (3)二次电池充电时,阴极连接电源的负极,发生还原反应。(　　) (4)铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应。(　　) (5)在原电池中,正极本身一定不参与电极反应,负极本身一定发生氧化反应。(　　) × √ √ × × 关键能力•提升 命题角度1　一次电池的原理及分析 1.(2024·北京卷)酸性锌锰干电池的构造示意图如图。关于该电池及其工作原理,下列说法正确的是(　　) A.石墨棒作电池的负极材料 B.电池工作时,N向负极方向移动 C.MnO2发生氧化反应 D.锌筒发生的电极反应为Zn-2e-══Zn2+ D 解析:酸性锌锰干电池,锌筒为负极,石墨棒为正极,A错误;原电池工作时,阳离子向正极(石墨棒)方向移动,B错误;MnO2发生得电子的还原反应,C错误;锌筒为负极,负极发生失电子的氧化反应Zn-2e-══Zn2+,D正确。 2.(2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O══ZnO+2MnO(OH),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1 mol MnO(OH),转移电子数为2×6.02×1023 C 解析:负极的电极反应为Zn-2e-+2OH-══ZnO+H2O,正极的电极反应为MnO2+e-+H2O══MnO(OH)+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,不利于电池放电,C正确;由电极反应式MnO2+e-+H2O══MnO(OH)+OH-可知,反应中每生成1 mol MnO(OH),转移电子数为6.02×1023,D错误。 命题角度2　二次电池的原理及分析 3.(2025·四川卷)最近,我国科学工作者制备了一种Ni-CuO电催化剂,并将其与金属铝组装成可充电电池,用于还原污水中的N为NH3,其工作原理如图所示。研究证明,电池放电时,水中的氢离子在电催化剂表面获得电子成为氢原子,氢原子再将吸附在电催化剂表面的N逐步还原为NH3。 下列说法错误的是(　　) A.放电时,负极区游离的OH-数目保持不变 B.放电时,还原1.0 mol N为NH3,理论上需要8.0 mol氢原子 C.充电时,OH-从阴极区穿过离子交换膜进入阳极区 D.充电时,电池总反应为4[Al(OH)4]- ══4Al+6H2O+4OH-+3O2↑ C 解析:放电时,铝作负极,负极的电极反应为Al-3e-+4OH-══[Al(OH)4]-,正极水中的氢离子在电催化剂表面获得电子成为氢原子,氢原子再将吸附在电催化剂表面的N逐步还原为NH3,正极的电极反应为H2O+e-══H+OH-;充电时,金属铝为阴极,Ni-CuO为阳极。放电时,负极的电极反应为Al-3e-+4OH-══[Al(OH)4]-,当转移3 mol电子时,消耗4 mol OH-,同时负极区会有3 mol OH-通过OH-离子交换膜进行补充,OH-净消耗1 mol,故负极区游离的OH-数目会减少,A错误;放电时,正极产生的氢原子将吸附在电催化剂表面的N逐步还原为NH3,还原1.0 mol N为NH3时得到8 mol电子,所以理论上需要8.0 mol氢原子,B正确;充电时,阴离子向阳极移动,所以充电时, OH-从阴极区穿过OH-离子交换膜进入阳极区,C正确;充电时,电池阴极反应式为4[Al(OH)4]-+12e-══4Al+16OH-,阳极反应式为12OH--12e-══3O2↑+ 6H2O,电池总反应为4[Al(OH)4]- ══ 4Al+6H2O+4OH-+3O2↑,D正确。 4.(2025·广东卷)一种高容量水系电池示意图如图。已知:放电时,电极Ⅱ上MnO2减少;电极材料每转移1 mol电子,对应的理论容量为26.8 A·h。下列说法错误的是(　　) A.充电时Ⅱ为阳极 B.放电时Ⅱ极室中溶液的pH降低 C.放电时负极反应为MnS-2e-══S+Mn2+ D.充电时16 g S能提供的理论容量为26.8 A·h B 解析:由题给信息“放电时,电极Ⅱ上MnO2减少”,说明电极Ⅱ为原电池正极,正极反应为MnO2+2e-+4H+══Mn2++2H2O;电极Ⅰ为原电池负极,反应式为MnS-2e-══S+Mn2+。 依据上述分析,可确定充电时电极Ⅱ为阳极,A项正确;放电时Ⅱ极室消耗H+且生成水,溶液的pH升高,B项错误;原电池负极反应为MnS-2e-══S+Mn2+,C项正确;电极材料每转移1 mol电子,对应的理论容量为26.8 A·h,充电时16 g S得到1 mol电子,能提供的理论容量为26.8 A·h,D项正确。 命题角度3　燃料电池的原理及分析 5.(2025·广东卷)某理论研究认为:燃料电池(图b)的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意图分别如图a和图c,其中O2获得第一个电子的过程最慢。由此可知,理论上(　　) A.负极反应的催化剂是ⅰ B.图a中,ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最低 C.电池工作过程中,负极室的溶液质量保持不变 D.相同时间内,电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数相同 a b c C 解析:由图a、c知,电极Ⅰ通入O2,为燃料电池正极,电极Ⅱ通入H2,为燃料电池负极,ⅰ为正极反应的催化剂,A项错误;电池工作过程中,负极反应式为H2-2e-══2H+,生成的H+通过质子交换膜向正极区移动,C项正确;依据题给信息“其中O2获得第一个电子的过程最慢”,说明在图a中,ⅰ到ⅱ过程的活化能最高,B项错误;分析图a、c知,相同时间内,正极O2转移4 mol电子时完成一次循环,而负极H2转移4 mol电子需要完成两次循环,D项错误。 能力提升 题组1　前沿模拟演练 1.(2026·河北十六校联考)我国科学家合成了新型高性能络合剂,实现了锌溴液流电池在低温和室温条件下的高效稳定运行。下列关于锌溴液流电池的说法错误的是(　　) A.负极材料通常为锌 B.该电池实现了化学能向电能的转化 C.负极的电极反应式为Br2+2e-══2Br- D.络合剂可能起到降低反应活化能的作用 C 解析:锌溴液流电池中,负极发生氧化反应:Zn-2e-══Zn2+,Zn为负极,A正确;原电池是将化学能转化成电能的装置,B正确;负极发生氧化反应:Zn-2e-══Zn2+,正极发生还原反应:Br2+2e-══2Br-,C错误;新型高性能络合剂,实现了锌溴液流电池在低温和室温条件下的高效稳定运行,络合剂可能起到降低反应活化能的作用,D正确。 2.(2025·湖南新高考教学联盟联考)某种以钛为电极材料的锂电池结构如图所示。下列说法正确的是(　　) A.放电时,Ti电极为电池的负极 B.放电时,电路中每有1 mol电子通过,理论上消耗1 mol (NH4)2S2O8 C.充电时,Li+通过Li+透过膜向Li电极方向移动 D.为了增强导电性,可以将有机锂电解质换为LiCl溶液 C 解析:由图可知,右侧电极发生的反应为Fe3++e-══Fe2+,故右侧Ti电极为正极,A错误。根据图中信息,正极生成Fe2+后,Fe2+被S2氧化,根据得失电子守恒可知:2Fe2+~2e-~S2,故电路中每有1 mol电子通过,理论上消耗0.5 mol (NH4)2S2O8,B错误。充电时,Li+向阴极移动,即向Li电极移动,C正确。由于Li可与水反应,故不能将有机锂电解质换为水溶液,D错误。 题组2　高考真题集训 3.(2025·黑吉辽蒙卷)一种基于Cu2O的储氯电池装置如图,放电过程中a、b极均增重。若将b极换成Ag/AgCl电极,b极仍增重。关于图中装置所示电池,下列说法错误的是(　　) A.放电时Na+向b极迁移 B.该电池可用于海水脱盐 C.a极反应:Cu2O+2H2O+Cl--2e-══Cu2(OH)3Cl+H+ D.若以Ag/AgCl电极代替a极,电池将失去储氯能力 D 解析:依据题给信息“放电过程中a、b极均增重”可知,放电时,a极变化为Cu2O→Cu2(OH)3Cl,b极变化为NaTi2(PO4)3→Na3Ti2(PO4)3,由此可知,a极为负极,b极为正极。放电时,Na+(阳离子)向b极(正极)迁移,A项正确;该电池工作时,负极吸收Cl-,正极吸收Na+,故可用于海水脱盐,B项正确;放电时,a极为负极,Cu2O失e-生成Cu2(OH)3Cl,同时储氯,电极反应式为Cu2O-2e-+2H2O+Cl-══Cu2(OH)3Cl+H+,C项正确;若以Ag/AgCl电极代替a极(负极),将发生反应:Ag-e-+Cl-══AgCl,电池仍具有储氯能力,D项错误。 4.(2025·重庆卷)AgCl-Sb二次电池的放电过程示意图如图所示。 下列叙述正确的是(　　) A.放电时,M极为正极 B.放电时,N极上反应为Ag-e-+Cl-══AgCl C.充电时,消耗4 mol Ag的同时将消耗1 mol Sb4O5Cl2 D.充电时,M极上反应为Sb4O5Cl2+12e-+10H+══4Sb+2Cl-+5H2O D 解析:由AgCl-Sb二次电池的放电过程示意图可知,N电极发生还原反应: AgCl+e-══Ag+Cl-,则N电极为正极,M电极为负极,负极的电极反应为4Sb-12e-+2Cl-+5H2O══Sb4O5Cl2+10H+,A项和B项都错误;充电时,N电极为阳极,阳极的电极反应为Ag-e-+Cl-══AgCl,M电极为阴极,阴极的电极反应为Sb4O5Cl2+12e-+10H+══4Sb+2Cl-+5H2O,D项正确;由充电时电极反应式可得关系式:Sb4O5Cl2~12e-~12Ag,则消耗4 mol Ag的同时消耗 mol Sb4O5Cl2,C项错误。 $