主题9 第2讲 原电池(Word教参)-【新高考方案】2027年高考化学一轮总复习（山东、海南专版）

该高中化学高考复习讲义聚焦原电池核心考点，涵盖原电池构成、工作原理及应用，化学电源（一次、二次、燃料电池）种类与原理，新型电池工作原理等高考重点。以“逐点清”系统梳理基础概念，“题点考法”结合真题分类突破，通过考点梳理、方法指导（如正负极判断思维模型）、真题训练（2024江苏卷等）帮助学生构建知识网络，突破难点。 讲义突出“思维建模”与分层训练特色，如设计原电池时拆分反应、选择电极材料的流程培养科学思维，通过基础小练（判断正误）、真题精讲（新型光伏电池分析）、综合应用（燃料电池电极反应书写），在有限时间内强化关键能力，助力学生提升解题效率，为教师把控复习节奏提供清晰路径。

第二讲　原电池 |内|容|与|目|标| 1.理解原电池的构成、工作原理及应用,正确判断原电池的两极,能书写电极反应式和总反应方程式。 2.了解常见化学电源的种类及其工作原理;了解燃料电池的应用。 3.能够了解新型化学电源的工作原理。 逐点清(一)　原电池的工作原理及应用 1.原电池的概念及反应本质 原电池是把化学能转化为电能的装置,其本质是发生氧化还原反应。 2.原电池的构成条件 (1)能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活动性强的金属与电解质溶液反应)。 (2)活动性不同的两电极(金属或石墨)。 (3)形成闭合回路。形成闭合回路需三个条件:电解质溶液;两电极直接或间接接触;两电极插入电解质溶液中。 3.原电池的工作原理 (以锌铜原电池为例) 装置图 电极材料 负极:锌片 正极:铜片 电极反应 Zn-2e-==Zn2+ Cu2++2e-==Cu 反应类型 氧化反应 还原反应 电子流向 由锌片沿导线流向铜片(负极→导线→正极) 电解质溶 液中离子流向 电解质溶液中,阴离子向负极迁移,阳离子向正极迁移 电流方向 由铜片沿导线流向锌片(正极→导线→负极) 盐桥中离 子流向 盐桥中含有饱和KCl溶液,K+移向正极,Cl-移向负极 两类装置 的不同点 还原剂Zn与氧化剂Cu2+直接接触,既有化学能转化为电能,又有化学能转化为热能,造成能量损耗 还原剂Zn与氧化剂Cu2+不直接接触,仅有化学能转化为电能,减少了能量损耗,故电流稳定,持续时间长 小结:“电子”只能在电极和导线上移动,“离子”只能在电解质(电解质溶液、熔融电解质、固态电解质、盐桥等)中移动,即“电子不下水,离子不上岸”。 4.原电池的应用 (1)比较金属活泼性强弱 两种金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属比作正极的金属活泼。 (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,设计成原电池时反应速率加快。例如,在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。 (3)设计化学电源 ①首先将氧化还原反应分成两个半反应。 ②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。 (4)用于金属的防护 使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如,要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等,可用导线将其与一块锌相连,使锌作原电池的负极。 |基|础|落|实|小|练| 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)盐桥是所有原电池构成的必要条件 (×) (2)原电池内部电解质溶液中,一般阴离子移向负极,阳离子移向正极 (√) (3)构成原电池两极的电极材料一定是活泼性不同的金属 (×) (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 (√) 2.(鲁科选1 P21 T2改编) (1)在如图所示的装置中,一段时间后,银片质量会增加。请分析产生这一现象的原因: 　。  (2)反应中每消耗1 mol Fe,正极质量增加　　　g。  提示:(1)Fe⁃Ag⁃CuSO4溶液构成的原电池中,金属铁是负极,金属银是正极,负极上是电极本身失电子的氧化反应,电极质量减轻,正极上是铜离子得电子的还原反应,析出金属铜附着在银的表面,所以右侧电极质量会增加。 (2)反应中每消耗1 mol Fe,正极析出1 mol铜,即质量增加64 g。 题点、考法讲评 一、原电池的构成及工作原理 1.下列与甲、乙两套装置有关的说法正确的是 (　　) A.甲、乙装置中,锌棒均作负极,发生氧化反应 B.甲中锌棒直接与稀硫酸接触,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 解析:选D　甲不是原电池,A错误;甲中锌棒直接与稀硫酸接触,发生化学腐蚀,乙中构成了原电池,负极失去电子速率增大,因此正极放出氢气的速率增大,B错误。 2.有如图所示的四个装置,回答相关问题: (1)图①中,Mg作　　　极。   (2)图②中,Mg作　　　极,写出负极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,正极反应式: 　　,  总反应的离子方程式: 　。   (3)图③中,Fe作　　　极,写出负极反应式:　　　　　　　　　　,正极反应式: 　,  总反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。   (4)图④装置能否构成原电池?　　　(填“能”或“否”),若能构成原电池,正极为　　　,电极反应式为 　 (若不能构成原电池,后两问不用回答)。 答案:(1)负 (2)正　Al+4OH--3e-==[Al(OH)4]-　2H2O+2e-==2OH-+H2↑　2Al+2OH-+6H2O==2[Al(OH)4]-+3H2↑ (3)正　Cu-2e-==Cu2+　2N+4H++2e-==2NO2↑+2H2O　Cu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O (4)能　Cu　O2+4e-+2H2O==4OH- |思维建模|原电池中正、负极的判断方法 二、原电池原理的应用 3.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) 解析:选A　由第一个原电池装置中正、负极的标注可知,该装置在反应过程中Cd失去电子作负极,发生氧化反应,则Co电极在反应过程中就要发生还原反应,由上可知,Cd的金属性强于Co;由第二个原电池装置中正、负极的标注可知,Co在反应过程中失去电子,则Ag电极就要在反应过程中得电子,说明Co的金属性强于Ag;综上可知三者的金属性强弱顺序为Cd>Co>Ag。再根据在氧化还原反应中,由活泼性强的金属能将活泼性较弱的金属从其盐溶液中置换出来的规律可知,A项是错误的。 4.将两份过量的锌粉a、b分别加入等量的稀硫酸中,同时向a中加入几滴CuSO4溶液,产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系正确的是 (　　) 解析:选B　加入CuSO4溶液,Zn置换出Cu,形成原电池,加快反应速率,由于H2SO4的量一定,故a、b产生H2的体积一样多。 5.根据反应2FeCl3+Cu==2FeCl2+CuCl2设计原电池,在方框中画出装置图,指出电极材料和电解质溶液,写出电极反应式。 ①不含盐桥 ②含盐桥 负极:　　　　　　　　　　　　　　　　　  正极:　　　　　　　　　　　　　　　　　  答案: ①不含盐桥 ②含盐桥 负极:Cu-2e-==Cu2+ 正极:Fe3++e-==Fe2+ |思维建模|根据电池反应设计原电池的思维流程 拆分反应 将氧化还原反应分成两个半反应(电极反应) 选择电极材料 将还原剂(一般为比较活泼金属)作负极,活泼性比负极弱的金属或非金属导体作正极 构成闭合回路 如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属阳离子 画出装置图 结合要求及反应特点,画出原电池装置图,标出电极材料名称、正负极、电解质溶液等 逐点清(二)　化学电源 (一)一次电池(以碱性锌锰电池为例) 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:Zn-2e- + 2OH-==Zn(OH)2;  正极:MnO2+e-+H2O==MnO(OH)+OH-; 总反应:Zn+2MnO2+2H2O==2MnO(OH)+Zn(OH)2。 思考:碱性锌锰电池比普通锌锰电池有哪些优良性能? 提示:比能量和可储存时间均有所提高,适用于大电流和连续放电。 (二)二次电池(以铅酸蓄电池为例) 放电后可以再充电而反复使用的电池,又称为可充电电池或蓄电池。 铅酸蓄电池是一种常见的二次电池,负极材料是Pb,正极材料是PbO2。总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。 1.放电时——原电池 负极反应式:Pb+S-2e-==PbSO4; 正极反应式:PbO2+4H++S+2e-==PbSO4+2H2O。 2.充电时——电解池 阴极反应式:PbSO4+2e-==Pb+S; 阳极反应式:PbSO4+2H2O-2e-==PbO2+4H++S。 小结:二次电池充电时电极的连接:负接负作阴极,正接正作阳极。 (三)燃料电池 将燃料燃烧的化学能直接转化为电能的装置。 1.氢氧燃料电池 总反应:2H2+O2==2H2O。 (1)酸性介质 负极:H2-2e-==2H+; 正极:O2+4e-+4H+==2H2O。 (2)碱性介质 负极:H2-2e-+2OH-==2H2O; 正极:O2+4e-+2H2O==4OH-。 (3)熔融的金属氧化物作介质 负极:H2-2e-+O2-==H2O; 正极:O2+4e-==2O2-。 (4)碳酸盐作介质 负极:H2-2e-+C==H2O+CO2; 正极:O2+4e-+2CO2==2C(正极要通入CO2)。 2.甲烷⁃氧气燃料电池 正极反应式与氢氧燃料电池正极反应式相同,只写出负极反应式即可 (1)CH4-8e-+10OH-==C+7H2O(碱性介质); (2)CH4-8e-+2H2O==CO2+8H+(酸性介质); (3)CH4-8e-+4C==5CO2+2H2O(碳酸盐作介质); (4)CH4-8e-+4O2-==CO2+2H2O 　(熔融的金属氧化物作介质,高温下能传导O2-)。 小结:分析燃料电池的三个关键点 ①要注意介质是什么?是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 ②通入负极的物质为燃料,通入正极的物质为氧化剂。 ③通过介质中离子的移动方向,可判断电池的正、负极,同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。 (1)碱性锌锰电池中,1 mol Zn和1 mol MnO2放电转移电子数相等 (×) (2)铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应 (√) (3)金属铂可以作为氢氧燃料电池的正负极材料 (√) (4)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应 (×) 题点、考法讲评 一、常见化学电源 1.(2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O==ZnO+2MnOOH,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 MnOOH,转移电子数为2×6.02×1023 解析:选C　MnO2转化为MnOOH,Mn由+4价降为+3价,MnO2作氧化剂,发生还原反应,A错误;原电池工作时阴离子向负极移动,B错误;温度较低时,反应速率会降低,C正确;MnO2转化为MnOOH,Mn由+4价降为+3价,每生成1 mol MnOOH,转移电子数为6.02×1023,D错误。 2.(2026·大连模拟)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法错误的是 (　　) A.图甲:锌铜原电池工作时,电流由铜电极经电流计流向锌电极 B.图乙:纽扣式锌银电池中,正极的电极反应式为Ag2O+2e-+2H+==2Ag+H2O C.图丙:普通锌锰电池中,锌筒作负极,发生氧化反应,且外电路中每转移2 mol电子消耗65 g锌 D.图丁:铅酸蓄电池为二次电池,其正极的电极反应式为PbO2+2e-+4H++S==PbSO4+2H2O 解析:选B　图乙为纽扣式锌银电池,正极为氧化银得电子发生还原反应,电解质溶液为氢氧化钾溶液,所以正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O==2Ag+2OH-,B错误。 二、新型化学电源 3.低空经济为新能源电池拓宽了应用场景。一种新型光伏电池工作原理如图所示,其中KI⁃KI3为电解质溶液。太阳光照下,敏化后的TiO2产生电子(e-)和空穴(h+),驱动电流产生和离子移动。下列说法错误的是 (　　) A.电池工作时,涉及光能转化为电能 B.敏化TiO2电极是负极 C.Pt电极反应为3I--2e-== D.光敏化剂结构中,中心离子Ru2+的配位数是6 解析:选C　太阳光照射TiO2电极上,敏化后的TiO2失去电子作原电池的负极,Pt电极为正极;该装置是光伏电池,太阳光照下敏化后的TiO2产生电子(e-)和空穴(h+),驱动电流产生和离子移动,所以电池工作时,涉及光能转化为电能,A、B正确;Pt电极为正极,发生得电子的还原反应,Pt电极反应为+2e-==3I-,C错误;由图可知,光敏化剂结构中,中心离子Ru2+与6个N原子成键,配位数是6,D正确。 4.(2025·安徽卷)研究人员开发出一种锂—氢可充电电池(如图所示),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　金属锂易失去电子,则放电时,惰性电极为负极,气体扩散电极为正极,电池在使用前需先充电,目的是将LiH2PO4解离为Li+和H2P,则充电时,惰性电极为阴极,电极反应为Li++e-==Li,阳极为气体扩散电极,电极反应:H2-2e-+2H2P==2H3PO4,放电时,惰性电极为负极,电极反应为Li-e-==Li+,气体扩散电极为正极,电极反应为2H3PO4+2e-==2H2P+H2↑,据此解答。放电时,Li+会通过固体电解质进入电解质溶液,同时正极会生成H2进入储氢容器,当转移2 mol电子时,电解质溶液质量增加7 g·mol-1×2 mol-1 mol×2 g·mol-1=12 g,即电解质溶液质量会增大,A错误;放电时,由正、负电极反应可知,总反应为2Li+2H3PO4==H2↑+2LiH2PO4,B错误;充电时,Li+向阴极移动,则Li+向惰性电极移动,C正确;充电时每转移1 mol电子,会有1 mol H+与H2P结合生成H3PO4,但不知道电解液的体积,无法计算c(H+)降低了多少,D错误。 三、燃料电池 5.(2026·陕西汉中一模)某种氢燃料电池的内部结构如图,下列说法正确的是 (　　) A.b极为正极,电极反应式为O2+4e-+2H2O==4OH- B.电子流向:从电极a经电解质溶液到电极b C.装置工作一段时间后,电解质溶液的pH增大 D.正极每消耗2.24 L H2,转移2 mol电子 解析:选C　通入氧气的电极b为正极,酸性条件下,氧气在正极得到电子发生还原反应生成水,电极反应式为O2+4H++4e-==2H2O,A错误;通入氢气的电极a为负极,通入氧气的电极b为正极,电子从电极a经用电器到电极b,电子不能通过电解质溶液,B错误;电池工作时,反应生成水,电解质溶液体积增大,溶液中c(H+)减小,溶液的pH增大,C正确;正极消耗O2而不是H2,且未注明标况下,无法计算,D错误。 6.[双选](2026·菏泽市一模)双阴极微生物燃料电池可进行硝化和反硝化脱氮,装置如图。下列说法错误的是 (　　) A.H+的迁移方向:厌氧阳极→缺氧阴极,厌氧阳极→好氧阴极 B.装置工作时,“缺氧阴极”电极附近的溶液pH增大 C.“好氧阴极”电极反应式为N-6e-+2H2O==N+8H+ D.放电过程中若有1 mol N完全转化为N,“好氧阴极”区内理论上消耗O2(STP)44.8 L 解析:选CD　如题图,“厌氧阳极”上,C6H12O6失去电子生成CO2和H+,电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-==6CO2+24H+;“缺氧阴极”上,N得到电子生成NO2,NO2再转化为N2,电极反应式分别为N+2H++e-==NO2↑+H2O、2NO2+8H++8e-==N2+4H2O。“好氧阴极”上,O2得到电子生成H2O,电极反应式为O2+4H++4e-==2H2O,同时O2还能氧化N生成N,N还可以被O2氧化为N,离子方程式分别为2N+3O2==2N+4H++2H2O、2N+O2==2N,据此回答。在原电池中,阳离子向正极移动,该电池中厌氧阳极是负极,缺氧阴极和好氧阴极是正极,所以H+的迁移方向是厌氧阳极→缺氧阴极,厌氧阳极→好氧阴极,A正确;由分析可知,电池工作时,“缺氧阴极”上消耗的H+多于从“厌氧阳极”迁移过来的H+,且反应生成水,其附近的溶液pH增大,B正确;“好氧阴极”应该发生得电子的还原反应,而N-6e-+2H2O==N+8H+是氧化反应,“好氧阴极”正确的电极反应式为O2+4H++4e-==2H2O,C错误;1 mol N完全转化为N,N元素的化合价从-3价升高到+5价,失去8 mol电子,需要消耗的O2为2 mol,根据“好氧阴极”的电极反应式O2+4H++4e-==2H2O,电极反应也消耗O2,则消耗的O2大于2 mol,体积大于44.8 L,D错误。 |思维建模| 燃料电池的一般思维模型及正极反应式的书写 (1)燃料电池的一般思维模型 (2)燃料电池的正极反应式书写 ①酸性电解质溶液环境下电极反应式:O2+4H++4e-==2H2O; ②碱性电解质溶液环境下电极反应式:O2+2H2O+4e-==4OH-; ③固体电解质(高温下能传导O2-)环境下电极反应式:O2+4e-==2O2-; ④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式:O2+2CO2+4e-==2C。 39 / 41 $