第29讲　原电池　化学电源 课件-2027届高三化学一轮复习

该高中化学高考复习课件聚焦原电池工作原理及化学电源核心考点，依据课标要求梳理从氧化还原反应认识装置原理、设计简单原电池等考查维度，结合高考真题分析原电池原理应用、电极反应式书写等高频考点，归纳易错辨析和常考题型，体现高考备考的针对性和实用性。 课件亮点在于“真题精析+素养导向”的复习策略，如以2024全国甲卷MnO₂-Zn电池为案例，运用科学思维构建电极反应式书写模型，通过盐桥作用分析、不同介质燃料电池对比培养科学探究能力，提供“正负极判断六法”等应试技巧，助力学生高效突破考点，为教师复习教学提供系统资源和学情诊断依据。

第29讲　原电池　化学电源 ［课标要求］ 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.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用，了解原电池及常见化学电源的工作原理。 原电池的工作原理与应用 考点1 原电池 (1)概念 原电池是把________能转化为________能的装置。 (2)构成条件 化学 电 (3)构建原电池模型(以锌铜原电池为例) 盐桥的组成和作用 ①盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子可在其中自由移动。 ②盐桥的作用：a.连接内电路，____________； b．________，使原电池不断产生电流。 ③盐桥中离子移向：阴离子移向________，阳离子移向________。 形成闭合回路 平衡电荷 负极 正极 原电池原理的应用 (1)加快化学反应速率 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________。 (2)金属的防护 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块相连，使锌作原电池的________(使被保护的金属制品作原电池________而得到保护)。 加快 负极 正极 (3)比较金属活动性强弱 一般：作负极的金属比作正极的金属活泼。 特殊：Mg、Al作电极浸入NaOH溶液中，Al作________。 关键：以自发进行的氧化还原反应为准，化合价________，____电子，发生________反应的为负极。 (4)设计制作化学电源 ①首先将氧化还原反应分成两个半反应。 ②根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。 负极 升高 失 氧化 易错辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)NaOH溶液与稀硫酸的反应是自发进行的放热反应，此反应可以设计成原电池。(　　) 提示　只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。 提示　原电池闭合回路的意义，在外电路(导线)中电流由正极流向负极，而在(内电路)电解质溶液中，阳离子却由负极移向正极，这样才能形成闭合回路，所以Cu2＋向正极移动。 × (2)在Cu/CuSO4/Zn原电池中，正电荷定向移动的方向就是电流的方向，所以Cu2＋向负极移动。(　　) × (3)在Cu/CuSO4/Zn原电池中，电子由负极(Zn)→外电路→正极(Cu)→溶液→负极(Zn)。(　　) 提示　电解质溶液导电的原因是自由离子的定向移动，电子不能通过溶液。 (4)在Mg/NaOH/Al原电池中，Mg作负极、Al作正极。(　　) 提示　Mg不与氢氧化钠溶液反应，Al与氢氧化钠溶液反应，所以Mg作正极、Al作负极。 (5)原电池工作时，正极表面一定有气泡产生。(　　) 提示　若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池，则正极表面析出铜，没有气泡产生。 × × × 原电池及其工作原理 1．与甲、乙两套装置有关的下列说法正确的是(　　)   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H2SO4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　甲不是原电池，A项错误；甲中锌棒直接与稀H2SO4接触，发生化学腐蚀，乙中构成了原电池，负极失去电子的速率加快，因此正极放出氢气的速率增大，B项错误；甲中的阳离子不发生定向移动，只有乙中的阳离子向碳棒移动，C项错误；盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路，盐桥既可沟通两方溶液，又能阻止反应物的直接接触，迅速平衡电荷，使由它连接的两溶液保持电中性，提高电池效率，D项正确。 √ 原电池电极的判断和电极反应式的书写 3．原电池的电极名称不仅与电极材料 的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说 法中正确的是(　　) A．(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)中Fe作负极 B．(2)中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ C．(3)中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ D．(4)中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ √ 解析　(1)中Mg作负极；(2)中Al作负极；(3)中铜作负极；(4)是铁的吸氧腐蚀，Fe作负极。 判断原电池正负极的几种方法 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项错误；由题意知，放电时，MnO2转化为MnOOH和ZnMn2O4，B项错误；放电时，MnO2电极为正极，发生的反应有MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－，C项正确；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项错误。 原电池电极反应式的书写：首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质溶液的环境确定电极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出电极反应式。 原电池原理的应用 5．有A、B、C、D四种金属，做如下实验：①将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀；②将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；③将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化，如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是(　　) A．A>B>C>D　　　　 B．C>D>A>B C．D>A>B>C D．A>B>D>C √ 解析　①A与B用导线连接后浸入电解质溶液中会构成原电池，B不易腐蚀，说明B为原电池的正极，说明金属活动性A>B；②A、D与等物质的量浓度的盐酸反应，D比A反应剧烈，说明金属活动性D>A；③根据置换反应规律，Cu不能置换出B，说明金属活动性B>Cu；Cu能置换出C，说明金属活动性Cu>C。则四种金属活动性的排列顺序是D>A>B>C。 解析　(1)先分析氧化还原反应，找出正、负极，即可确定正、负极区电解质溶液。 (2)发生氧化反应的电极反应式为_____________________________。 2I－－2e－===I2 解析　(2)发生氧化反应的电极是负极，I－失电子。 (3)反应达到平衡时，外电路导线中________(填“有”或“无”)电流通过。 无 解析　(3)反应达到平衡时，无电子流动，故无电流产生。 返 回 一次电池(不能充电复原继续使用) (1)碱性锌锰电池 Zn＋2OH－－2e－ ===Zn(OH)2 2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－ 常见化学电源 考点2 24 (2)纽扣式锌银电池 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ (3)锂电池 Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。 电池的总反应：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。 负极____：_______________________________________________ 正极____：_______________________________________________ (锂) 8Li－8e－===8Li＋ (碳) 二次电池(放电后能充电复原继续使用) 示例：铅酸蓄电池 ①充电时电极的连接：负接____后作____极，正接____后作____极。②工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是________的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好________，二次电池的充、放电并不是可逆反应(条件不同)。 负 阴 正 阳 相反 相反 燃料电池 燃料电池(电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件)________作负极，________作正极。 (1)正极的电极反应式书写 ①酸性介质(如H2SO4)或传导质子(H＋)固体介质：_____________________________________________________________ ②碱性介质(如KOH)：_____________________________________ ③熔融盐介质(如K2CO3)：__________________________________ ④传导氧离子(O2－)的固体介质：_____________________________ 燃料 空气或O2 2O2＋8e－＋8H＋===4H2O 2O2＋8e－＋4H2O===8OH－ 2O2＋8e－===4O2－ (2)负极的电极反应式书写 ①H2 a．酸性介质(如H2SO4)或传导质子(H＋)固体介质：______________________________________________________________ b．碱性介质(如KOH)：____________________________________ c．熔融盐介质(如K2CO3)：_________________________________ d．传导氧离子(O2－)的固体介质：__________________________ 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O H2－2e－＋O2－===H2O ②CH4 a．酸性介质(如H2SO4)或传导质子(H＋)固体介质：______________________________________________________________ b．碱性介质(如KOH)：_____________________________________ c．熔融盐介质(如K2CO3)：__________________________________ d．传导氧离子(O2－)的固体介质：_____________________________ CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O ③CH3OH a．酸性介质(如H2SO4)或传导质子(H＋)固体介质：______________________________________________________________ b．碱性介质(如KOH)：______________________________________ c．熔融盐介质(如K2CO3)：___________________________________ d．传导氧离子(O2－)的固体介质：____________________________ _______________________________________________________________ CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋ CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O (1)①H＋在碱性溶液中不存在，OH－在酸性溶液中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境结合H2O，生成OH－；③若非水溶液(如熔融盐介质)，则一般不出现H＋、OH－。 (2)解答燃料电池题目的几个关键点 ①注意介质：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气或空气。 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。 易错辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)在碱性锌锰电池中，碳棒只起导电作用，并不参加化学反应。(　　) 提示　在碱性锌锰电池中，碳棒作正极，只起导电作用，实际发生反应的为MnO2。 (2)铅酸蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。(　　) 提示　铅酸蓄电池放电时，负极由Pb变为PbSO4，正极由PbO2变为PbSO4，质量均增加。 √ √ (3)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能。(　　) 提示　燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能。 (4)铅酸蓄电池中的反应是可逆反应。(　　) 提示　铅酸蓄电池中，放电和充电过程条件不同，不是可逆反应。 (5)碘可用作锂碘电池的材料，该电池反应为2Li(s)＋I2(s)===2LiI(s)，则碘电极作该电池的负极。(　　) 提示　碘在反应中的化合价降低，发生还原反应，碘作正极。 × × × 一次电池 1.(2024·江苏)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　电池分析：   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项错误；原电池工作时阴离子向负极移动，B项错误；温度较低时，反应速率会降低，C项正确；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1×6.02×1023，D项错误。 二次电池原理及应用 2．(2024·河北)我国科技工作者设计了如图所 示的可充电Mg－CO2电池，以Mg(TFSI)2为电解质 ，电解液中加入1，3－丙二胺(PDA)以捕获CO2， 使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了 MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2＋的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。 下列说法错误的是(　　) A．放电时，电池总反应为2CO2＋Mg===MgC2O4 B．充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接 C．充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2＋向阴极迁移 D．放电时，每转移1 mol电子，理论上可转化1 mol CO2 √ 解析　由题图知，该电池放电时CO2转化为MgC2O4，C得电子化合价降低，则多孔碳纳米管电极作正极，故Mg电极作负极，Mg失电子转化为Mg2＋。由上述分析知，放电时，电池的总反应为2CO2＋Mg===MgC2O4，A项正确；充电时多孔碳纳米管电极作阳极，与电源正极相连，B项正确；充电时，Mg电极作阴极，电子由电源负极经外电路流向Mg电极，C项错误；放电时，CO2中C由＋4价降为＋3价，故转移1 mol电子时，理论上转化1 mol CO2，D项正确。 √ 4.如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧 化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧 化物电解质的工作温度在700～900 ℃时，O2－可在该固体 氧化物电解质中自由移动，反应产物均为无毒无害的物质 。下列说法正确的是(　　) A．电池内的O2－由电极乙移向电极甲 B．电池总反应为N2H4＋2O2===2NO＋2H2O C．当电极甲上有1 mol N2H4消耗时，电极乙上有22.4 L O2参与反应 D．电池外电路的电子由电极乙移向电极甲 √ 解析　该装置中电极甲为负极，电极乙为正极，所以O2－由电极乙移向电极甲，A项正确；电池的总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，B项错误；当电极甲上消耗1 mol N2H4时，电极乙上就有1 mol O2参与反应，但题目没有指明是否处于标准状况，C项错误；在外电路中，电子由负极(电极甲)移向正极(电极乙)，D项错误。 返 回 $