第7章 第3讲 原电池 化学电源(教用Word)-【精微方案】2027年高考一轮总复习讲义·化学

该高中化学讲义聚焦原电池工作原理及应用、化学电源两大高考核心考点，按概念-原理-应用逻辑架构知识，通过考点梳理、方法指导、真题训练等环节，帮助学生构建系统知识网络，突破电极反应式书写等难点。 资料以科学思维和科学探究与实践为导向，设计原电池设计实验、不同介质燃料电池对比分析等活动，通过判断题辨析易错点、分层练习巩固效果，有效提升学生解题能力，为教师精准把控复习节奏提供实用指导。

第3讲　原电池　化学电源 　1.从氧化还原反应的角度认识原电池的工作原理，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。　3.能够书写常见化学电源的电极反应式和总反应方程式。 考点一　原电池的工作原理及其应用 1．概念：把化学能转化为电能的装置，本质是发生自发进行的氧化还原反应。 2．工作原理（以锌铜原电池为例） (1)原电池构成条件 ①两种不同活性的电极（燃料电池两极都为石墨电极）； ②电解质溶液或熔融电解质； ③形成闭合回路。 (2)盐桥（含KCl饱和溶液的琼脂）的作用 ①连接内电路，形成闭合回路； ②平衡电荷，Cl－移向负极，K＋移向正极； ③减少能量损耗。 3．原电池原理的应用 (1)比较金属的活动性：在原电池中，一般较活泼的金属作负极（注意电解质溶液对电极反应的影响）。 (2)增大化学反应速率：创造多个微电池反应环境，可增大反应速率。 (3)设计原电池：首先将氧化还原反应分成两个半反应，然后根据原电池反应的特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。 (1)构成原电池两极的电极材料一定是活泼性不同的金属(　　) (2)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动(　　) (3)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定是负极(　　) (4)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(　　) (5)实验室制备H2时，用粗锌（含Cu、Fe等）代替纯锌与盐酸反应效果更佳(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√ 一、原电池的工作原理 1．（2026·深圳质检）关于下述电化学反应过程的描述正确的是(　　) A．该装置实现电能转化为化学能 B．电极b是负极 C．电子从电极a经过负载到电极b再经过电解质溶液回到电极a D．每1 mol (CH2O)n参与反应，转移4 mol电子 解析：选B。由题图可知，该装置为原电池，电极a上NO→N2，N元素化合价由＋5价降低为0价，得电子，发生还原反应，电极a为正极，电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，电极b为负极，发生失电子的氧化反应，电极反应式为(CH2O)n－4ne－＋nH2O===nCO2↑＋4nH＋。该装置是原电池，将化学能转化为电能，A错误；由分析可知，电极b是负极，B正确；原电池中电子由负极经导线到正极，该装置中电极b为负极、电极a为正极，故电子从电极b经过负载到电极a，电子不会经过电解质溶液，C错误；由分析可知，每1 mol (CH2O)n参与反应，转移4n mol电子，D错误。 2．（2026·衡阳调研）某合作学习小组的同学设计下列原电池，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。下列叙述正确的是(　　) A．乙烧杯可看作半电池，发生还原反应 B．盐桥中的电解质溶液可换成饱和KCl溶液 C．电子流动方向：石墨（甲）→a→b→石墨（乙）→盐桥→石墨（甲） D．电池工作一段时间，甲烧杯中溶液酸性减弱 解析：选D。氧化性：MnO>Fe3+，所以原电池反应为亚铁离子和高锰酸钾在酸性条件下反应生成铁离子、锰离子和水，乙烧杯中Fe2+失电子，发生氧化反应生成Fe3+，A错误；高锰酸钾可以氧化氯离子，故盐桥中的电解质溶液不能换成饱和KCl溶液，B错误；石墨电极（乙）是负极、石墨电极（甲）是正极，电池工作时，电子流动方向为石墨（乙）→b→a→石墨（甲），C错误；石墨电极（甲）是正极，电极反应式为MnO＋5e－＋8H＋===Mn2+＋4H2O，消耗氢离子，电池工作一段时间，甲烧杯中溶液酸性减弱，D正确。 二、原电池原理的应用 3．（2025·浙江联考）由M、N、O、P四种金属按表中装置进行实验，下列叙述正确的是(　　) 实验装置与现象 装置 甲 乙 丙 现象 M不断溶解 O的质量增加 M上有气体产生 A.装置甲中的N金属是原电池的负极 B．装置乙中的O金属是原电池的阳极 C．装置丙中的P金属是原电池的正极 D．四种金属的活泼性顺序是P>M>N>O 解析：选D。甲、乙、丙均为原电池装置，装置甲中M不断溶解，说明M被氧化，为原电池的负极，则N为原电池的正极，A错误；装置乙中O的质量增加，说明O电极上析出金属，为原电池的正极，B错误；装置丙中M上有气体产生，该气体为氢气，说明M为原电池的正极，则P为原电池的负极，C错误；原电池反应中负极较活泼，故金属的活泼性顺序为P>M>N>O，D正确。 4．根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计原电池。 (1)首先写出正、负极的电极反应式。 ①负极：____________________________________________ ________________________________________________________。 ②正极：________________________________________________ ________________________________________________________。 (2)在下表中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液。 ①不含盐桥 ②含盐桥 答案：(1)①Cu－2e－===Cu2+　②2Fe3+＋2e－===2Fe2+ (2) ①不含盐桥 ②含盐桥 （答案合理即可） 考点二　化学电源 1．一次电池：放电后不可再充电的电池。 负极反应式：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正极反应式：MnO2＋H2O＋e－===OH－＋MnO(OH)； 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 负极反应式：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O； 正极反应式：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－； 总反应：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag 2.二次电池：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。铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其充、放电过程如下： 总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O 放电时的 电极反应 负极：Pb＋SO－2e－===PbSO4； 正极：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O 充电时的 电极反应 阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO； 阳极：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO 3.燃料电池：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。 (1)常见燃料：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。 (2)电解质类型：酸性溶液、碱性溶液、固体电解质（可传导O2-）、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应、电极反应有影响。 (3)应用举例（以甲烷为燃料，写出下列介质中的电极反应式） 酸性溶液 正极反应式：2O2＋8H＋＋8e－===4H2O； 负极反应式：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ 碱性溶液 正极反应式：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－； 负极反应式：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O 固体氧化物（高温下能传导O2-） 正极反应式：2O2＋8e－===4O2-； 负极反应式：CH4＋4O2-－8e－===CO2＋2H2O 熔融碳酸盐（如熔融K2CO3，正极通入CO2） 正极反应式：2O2＋4CO2＋8e－===4CO； 负极反应式：CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O (1)干电池根据电池内的电解质分为酸性电池和碱性电池(　　) (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(　　) 答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)× 一、一次电池 1．（2024·江苏卷）碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)，电池构造示意图如下图所示。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 解析：选C。根据电池总反应可知，电池工作时，Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，MnO2为正极，电极反应式为MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－。电池工作时，MnO2得到电子，发生还原反应，A错误；负极消耗OH－，正极生成OH－，电池工作时，OH－通过隔膜向负极移动，B错误；环境温度过低，化学反应速率较小，不利于电池放电，C正确；由正极的电极反应式可知，反应中每生成1 mol MnO(OH)，转移1 mol电子，即转移电子数为6.02×1023，D错误。 2．（2026·大同模拟）锌银纽扣电池是生活中常见的一次电池，其构造示意图如下。下列说法不正确的是(　　) A.Zn作电池的负极 B.电池工作时，OH－向正极移动 C.正极的电极反应式：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－ D.金属外壳需具有良好的导电性和耐腐蚀性 解析：选B。原电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，即OH－向负极移动，B错误。 二、二次电池 3．（2026·石家庄摸底）2025年9月，我国科学家成功研发出新型氢负离子原型电池，其利用氢负离子的移动来存储和释放能量，放电时总反应的化学方程式为6CeH2＋3Na[AlH4]===6CeH3＋Na3[AlH6]＋2Al。下列说法错误的是(　　) A.Na[AlH4]电极的电势高于CeH2电极的电势 B.充电时，H－由Na[AlH4]电极移向CeH2电极 C.放电时，正极的电极反应式为3Na[AlH4]＋6e－===Na3[AlH6]＋2Al＋6H－ D.理论上，电路中通过2 mol e－时，两极的质量变化差值为4 g 解析：选B。根据题给电池放电时总反应的化学方程式可知，CeH2失电子生成CeH3，作负极，Na[AlH4]中一部分Al得电子生成Al单质，作正极；放电时Na[AlH4]电极的电极反应式为3Na[AlH4]＋6e－===Na3[AlH6]＋2Al＋6H－，充电时为电解池的阳极；放电时CeH2电极的电极反应式为CeH2＋H－－e－===CeH3，充电时为电解池的阴极。放电时，正极的电势高于负极的电势；充电时，阳极的电势高于阴极的电势；故Na[AlH4]电极的电势高于CeH2电极的电势，A正确。充电时，阴离子向阳极移动，故H－由CeH2电极移向Na[AlH4]电极，B错误。由上述分析知，C正确。放电时，电路中通过2 mol e－，2 mol H－由正极移向负极，正极质量减少2 g，负极质量增加2 g；充电时，电路中通过2 mol e－，2 mol H－由阴极移向阳极，阴极质量减少2 g，阳极质量增加2 g；故理论上，两极的质量变化差值为4 g，D正确。 4．（2024·全国甲卷）科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池（如下图所示）。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnO(OH)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－===MnO(OH)＋OH－ D.放电时，Zn电极质量减少0.65 g，MnO2电极生成了0.020 mol MnO(OH) 解析：选C。充电时，Zn2+向阴极方向迁移，A错误；由题意知，放电时，MnO2转化为MnO(OH)和ZnMn2O4，B错误；放电时，MnO2电极为正极，发生的反应有MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－，C正确；放电时，Zn电极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2+，Zn电极质量减少0.65 g(0.010 mol)时，电路中通过0.020 mol电子，故MnO2电极有0.020 mol MnO2发生反应，但MnO2转化为MnO(OH)和少量ZnMn2O4，故生成的MnO(OH)的物质的量小于0.020 mol，D错误。 二次电池原理分析的思维模型 三、燃料电池 5．（2026·青岛模拟）二氧化硫空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，其装置示意图如上。下列说法错误的是　(　　) A.电池工作时，质子由a电极移向b电极 B.b电极为电池正极 C.a电极的电极反应式为SO2－2e－＋H2O===SO＋2H＋ D.理论上每吸收1 mol SO2，b电极消耗的O2的体积为11.2 L（标准状况） 解析：选C。由题给燃料电池装置示意图可知，a电极为电池的负极，b电极为电池的正极，电池工作时，质子由a电极移向b电极，故A、B正确；a电极为燃料电池的负极，在水分子作用下二氧化硫在负极失去电子，发生氧化反应生成硫酸根离子和氢离子，电极反应式为SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋，故C错误；由得失电子守恒可知，理论上每吸收1 mol二氧化硫，转移2 mol电子，b电极消耗0.5 mol氧气，在标准状况下的体积为11.2 L，故D正确。 6．（2025·湖南联考）为既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，某合作小组利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O设计如下图所示电池。下列说法正确的是(　　) A.电流不可以通过离子交换膜 B.电子由电极B经负载流向电极A C.相同状况下，左右两侧电极室中产生的气体体积比为3∶4 D.负极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O 解析：选D。阴离子交换膜允许阴离子通过，阴离子定向移动可形成电流，所以电流可以通过离子交换膜，A错误。在反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O中，NH3中N元素化合价升高，NO2中N元素化合价降低，所以NH3在电极A发生氧化反应，电极A为负极；NO2在电极B发生还原反应，电极B为正极；电子由负极（电极A ）经负载流向正极（电极B ），B错误。根据电池总反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O，相同状况下，左右两侧电极室中产生的N2体积比等于物质的量之比，为4∶3，C错误。电极A为负极，电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，D正确。 1. （2025·江苏卷）以稀硫酸为电解质溶液的光解水装置如下图所示，总反应为2H2O2H2↑＋O2↑。下列说法正确的是(　　) A.电极a上发生氧化反应生成O2 B.H＋通过质子交换膜从右室移向左室 C.光解前后，H2SO4溶液的pH不变 D.外电路每通过0.01 mol电子，电极b上产生0.01 mol H2 解析：选A。由题图可知，电极a上发生失电子的氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，电极b上发生得电子的还原反应，电极反应式为4H＋＋4e－===2H2↑。由分析可知，电极a上发生氧化反应生成O2，A正确；电极a上生成H＋，电极b上消耗H＋，H＋通过质子交换膜从左室移向右室，B错误；由总反应可知，光解过程消耗水，H2SO4溶液浓度增大，pH减小，C错误；生成1 mol H2，转移2 mol 电子，外电路每通过0.01 mol 电子时，电极b上产生0.005 mol H2，D错误。 2．（2025·安徽卷）研究人员开发出一种锂-氢可充电电池（如下图所示），使用前需先充电，其固体电解质仅允许Li＋通过。下列说法正确的是(　　) A.放电时电解质溶液质量减小 B.放电时电池总反应为H2＋2Li===2LiH C.充电时Li＋移向惰性电极 D.充电时每转移1 mol电子，c(H＋)降低1 mol·L-1 解析：选C。充电时为电解池，惰性电极上 Li＋得电子生成 Li并沉积在惰性电极上，储氢容器内的H2在气体扩散电极上失电子转化为H＋，进一步结合电解质溶液中的H2PO生成H3PO4, Li＋通过固体电解质向惰性电极移动；放电时为原电池，惰性电极为负极，Li失电子生成 Li＋并通过固体电解质向左侧迁移，正极（气体扩散电极）H3PO4中H＋得电子生成H2。 定位 电极 电极反应式 充电（电解池） 惰性电极（阴极） Li＋＋e－=== Li 气体扩散电极（阳极） H2－2e－＋2H2PO===2H3PO4 放电 （原电池） 惰性电极（负极） Li－e－=== Li＋ 气体扩散电极（正极） 2H3PO4＋2e－===2H2PO＋H2↑ 总反应：2LiH2PO4＋H22Li＋2H3PO4（B错误）放电时，每转移2 mol电子，气体扩散电极上生成1 mol H2的同时，有2 mol Li＋由惰性电极区迁移至电解质溶液中，电解质溶液质量增大，A错误；电解池中阳离子移向阴极，故充电时Li＋移向惰性电极，C正确；充电时每转移1 mol电子生成1 mol H＋，但电解质溶液体积未知，且H3PO4是中强酸，c(H＋)的变化量无法计算，D错误。 3．（2025·重庆卷）下图为AgCl-Sb二次电池的放电过程示意图，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 解析：选D。由题图可知，放电时，N极上AgCl发生得电子的还原反应，N极为正极，电极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，M极为负极，电极反应为4Sb－12e－＋2Cl－＋5H2O===Sb4O5Cl2＋10H＋；充电时，N极为阳极，M极为阴极，电极反应与原电池相反。放电时，M极为负极，A错误；放电时，N极上反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，B错误；根据得失电子守恒可得关系式：Sb4O5Cl2～12e－～12Ag，故充电时，消耗4 mol Ag的同时将消耗 mol Sb4O5Cl2，C错误；充电时，M极为阴极，电极反应为Sb4O5Cl2＋12e－＋10H＋===4Sb＋2Cl－＋5H2O，D正确。 4．（2025·浙江1月选考）一种可充放电 Li-O2电池的结构示意图如下。该电池放电时，产物为 Li2O和 Li2O2，随温度升高Q（消耗1 mol O2转移的电子数）增大。下列说法不正确的是(　　) A．熔融盐中 LiNO3的物质的量分数影响充放电速率 B．充放电时，Li＋优先于K＋通过固态电解质膜 C．放电时，随温度升高Q增大，是因为正极区O2-转化为O D．充电时，锂电极接电源负极 解析：选C。 电池放电或充电时的反应原理如下： 电极 电极反应式 正极（充电时的阳极） O2＋2e－===O（低温） O＋2e－===2O2-（高温） 负极（充电时的阴极） Li－e－===Li＋ 总反应 O2＋2LiLi2O2、O2＋4Li2Li2O 由电池总反应可知，有Li＋的迁移，故熔融盐中LiNO3的物质的量分数会影响充放电速率，A正确；因Li＋半径比K＋的小，故Li＋优先通过固态电解质膜，B正确；1 mol O2转化为O2-比转化为O转移的电子数多，故放电时，随着温度升高，Q增大的原因是O转化为O2-，C错误；充电时，锂电极为阴极，与外接电源负极相连，D正确。 5．（2025·广东卷）一种高容量水系电池示意图如下。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 解析：选B。放电时，电极Ⅱ上MnO2减少，说明MnO2转化为Mn2+，Mn元素化合价降低，发生还原反应，电极Ⅱ为原电池的正极，MnSO4溶液呈酸性，故正极反应为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2+＋2H2O；电极Ⅰ为原电池负极，MnS失去电子生成S和Mn2+，负极反应为MnS－2e－===S＋Mn2+。由分析可知，放电时电极Ⅱ为正极，故充电时电极Ⅱ为阳极，A正确；由分析可知，放电时电极Ⅱ的电极反应为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2+＋2H2O，反应消耗H＋，溶液的pH升高，B错误；由分析可知，放电时负极反应为MnS－2e－===S＋Mn2+，C正确；根据放电时负极反应可知，充电时阴极反应为S＋Mn2+＋2e－===MnS，每消耗16 g(0.5 mol)S，转移1 mol电子，能提供的理论容量为26.8 A·h，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $