1、高考化学一轮复习精品导学案专题62 原电池 化学电源解析版1.了解原电池的工作原理。2.能写出电极反应式和电池反应方程式。3.了解常见化学电源的种类及其工作原理。 一、原电池的工作原理及其应用1原电池的概念：将化学能转化为电能的装置。2原电池的构成条件：(1)能自发地发生氧化还原反应。(2)两个活泼性不同的电极(材料能够是金属或导电的非金属)。负极：活泼性较强的金属。正极：活泼性较弱的金属或能导电的非金属。(3)电极均插入电解质溶液中。(4)构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。3工作原理以锌铜原电池为例电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn 2e=Zn2Cu2 2e=Cu反应类型氧化
2、反应还原反应电子流向由Zn沿导线流向Cu盐桥中离子移向盐桥中含饱和KCl溶液，K移向正极，Cl移向负极原电池反应方程式Zn Cu2=Zn2 Cu4原电池原理的三大应用(1)加快氧化还原反应的速率一个自发实行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。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。(2)比较金属活动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。(3)设计制作化学电源首先将氧化还原反应分成两个半反应。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。如：根据反应2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2二、
3、化学电源1一次电池(碱性锌锰干电池)。碱性锌锰干电池的工作原理如图：2二次电池(以铅蓄电池为例)(1)放电时的反应负极反应：PbSO2e=PbSO4；正极反应：PbO24HSO2e=PbSO42H2O；总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。(2)充电时的反应阴极反应：PbSO42e=PbSO；阳极反应：PbSO42H2O2e=PbO24HSO；总反应：2PbSO42H2O=PbPbO22H2SO4。3燃料电池氢氧燃料电池是当前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。酸性碱性负极反应式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O24H4e=2H2OO22H2O4e=4
4、OH电池总反应式2H2O2=2H2O高频考点一 原电池的形成条件及正、负极的判断例1相关电化学知识的描述准确的是( )ACaOH2O=Ca(OH)2，能够放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能B某原电池反应为Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，装置中的盐桥中能够是装有含琼胶的KCl饱和溶液C原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成D从理论上讲，任何能自发实行的氧化还原反应都可设计成原电池【答案】 D【解析】 CaOH2O=Ca(OH)2不是氧化还原反应；KCl和AgNO3反应生成AgCl沉淀易阻止原电池反应的发生；作电极的不一定是金属，如石墨棒也可作电极。【
5、变式探究】下列相关原电池的说法中准确的是( )A在内电路中，电子由正极流向负极B在原电池中，相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极C原电池工作时，正极表面一定有气泡产生D原电池工作时，可能会伴随着热能变化【答案】 D【解析】 【举一反三】分析下图所示的四个原电池装置，其中结论准确的是( )A中Mg作负极，中Fe作负极B中Mg作正极，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2C中Fe作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2D中Cu作正极，电极反应式为2H2e=H2【答案】 B【解析】 高频考点二 相关盐桥电池原理的考查例2根据下图，下列判断中准确的是( )A烧杯a中的溶液pH降低B烧杯b中发生氧化反
6、应C烧杯a中发生的反应为2H2e=H2D烧杯b中发生的反应为2Cl2e=Cl2【答案】 B【解析】 由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：O22H2O4e=4OH，烧杯a中c(OH)增大，溶液的pH升高；烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn2e=Zn2。【变式探究】能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。完成原电池甲的装置示意图(见右图)，并作相对应标注，要求：
7、在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极_。甲乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是_，其原因是_。(3)根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在上述的材料中应选_作阳极。【答案】(2)(或其他合理答案)电极逐渐溶解，表面有红色固体析出甲 在甲装置中，负极不和Cu2接触，避免了Cu2直接与负极发生反应而使化学能转化为热能(3)锌片【解析】高频考点三 平衡移动与“盐桥”作用例3控制适合的条件，将反应2Fe32I2Fe2I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不准确
8、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【答案】D【解析】 【变式探究】下图、分别是甲、乙两组同学将反应“AsO2I2HAsOI2H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图B烧杯中逐滴加入适量40%NaOH溶液。下列叙述中准确的是( )A甲组操作时，电流表(A)指针发生偏转B甲组操作时，溶液颜色变浅C乙组操作时，C2作正极D乙组操作时，C1上发生的电极反应为I22e=2I【答案】D【解析】
9、 装置中的反应，AsO2I2HAsOI2H2O，当加入适量浓盐酸时，平衡向右移动，有电子转移，但电子不会沿导线通过，所以甲组操作时，电流表(A)指针不会发生偏转，但因为I2浓度增大，所以溶液颜色变深；向装置B烧杯中加入NaOH溶液中，C2上发生：AsO2e2OH=AsOH2O，电子沿导线到C1棒，I22e=2I，所以C2为负极，C1为正极。高频考点四 判断金属的活泼性例4有A、B、C、D四种金属，做如下实验：将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀；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；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
10、判断它们的活动性由强到弱的顺序是( )AABCD BCDABCDABC DABDC【答案】 C【解析】高频考点五 判断正、负极，书写化学电源电极反应式例5LiSOCl2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LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为4Li2SOCl2=4LiClSSO2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_，发生的电极反应为_。(2)电池正极发生的电极反应为_。【答案】 (1)锂 4Li4e=4Li(2)2SOCl24e=4ClSSO2【解析】分析反应的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被还原，为氧化剂。(1)负极材料
11、为Li(还原剂)，4Li4e=4Li。(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl24e=4ClSSO2。高频考点六 可逆电池例6一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池(如下图所示)的碳电极。该电池的电解质溶液为6molL1的KOH溶液。(1)写出放电时的正、负极电极反应式。【答案】负极：H22e2OH=2H2O；正极：2NiO(OH)2H2O2e=2Ni(OH)22OH。(2)写出充电时的阴、阳极电极反应式。【答案】 阴极：2H2O2e=H22OH；阳极：2Ni(OH)22OH2e=2NiO(OH)2H2O。【变式探究】我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错
12、误的是( )Aa为电池的正极B电池充电反应为LiMn2O4=Li1xMn2O4xLiC放电时，a极锂的化合价发生变化D放电时，溶液中Li从b向a迁移【答案】 C【解析】【方法技巧】1化学电源中电极反应式书写的一般步骤“加减法”书写电极反应式(1)先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。(2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH，若电解质溶液为酸性，则H必须写入正极反应式中，O2生成水。(3)正、负
13、极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。(4)燃料电池的电极反应中，酸性溶液中不能出现OH，碱性溶液中不能出现H，水溶液中不能出现O2，而熔融电解质中O2被还原为O2。1【2019年高考北京卷】用石墨电极完成下列电解实验。实验一实验二装置现象a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生；下列对实验现象的解释或推测不合理的是（ ）Aa、d处：2H2O+2e-=H2+2OH-Bb处：2Cl-2
14、e-=Cl2Cc处发生了反应：Fe-2e-=Fe2+D根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜【答案】B【解析】故相当于电镀，即m上有铜析出，D准确。2【2019年高考上海卷】图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示（ ）A铜棒的质量 Bc(Zn2+)Cc(H+) Dc(SO42-)【答案】C【解析】3【2019年高考四川卷】某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池的总反应为：Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+ C6(x1)。下列关于该电池的说法不准确的是（ ）A放电时，Li+在电解质中由负极向正极迁移B放电时，负极的电极反应式为Li
15、xC6-xe-= xLi+ C6C充电时，若转移1mole-，石墨C6电极将增重7xgD充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+Li+【答案】C【解析】 放电时，阳离子向正极移动，A准确；放电时，负极失去电子，B准确；充电时，若转移1mol电子，则石墨电极上溶解1/xmol C6，电极质量减少，C错误；充电时阳极失去电子，为原电池的正极的逆反应，D准确。4【2019年高考新课标卷】三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na+和SO42可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中
16、间隔室。下列叙述准确的是（ ）A通电后中间隔室的SO42离子向正极迁移，正极区溶液pH增大B该法在处理含Na2SO4废水时能够得到NaOH和H2SO4产品C负极反应为2 H2O4e=O2+4H+，负极区溶液pH降低D当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成【答案】B【解析】5【2019年高考新课标卷】Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是（ ）A负极反应式为Mg-2e-=Mg2+B正极反应式为Ag+e-=AgC电池放电时Cl-由正极向负极迁移D负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2【答案】B【解析】根据题意，电池总反应式为：M
17、g+2AgCl=MgCl2+2Ag，正极反应为：2AgCl+2e-= 2Cl-+ 2Ag，负极反应为：Mg-2e=Mg2+，A准确，B错误；对原电池来说，阴离子由正极移向负极，C准确；因为镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2，D准确。6【2019年高考浙江卷】金属（M）空气电池（如图）具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：4M+nO2+2nH2O=4M(OH) n。已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不准确的是（ ）A采用多孔电极的目的是提升电极与电解质溶液的
18、接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面B比较Mg、Al、Zn三种金属空气电池，Al空气电池的理论比能量最高CM空气电池放电过程的正极反应式：4Mn+nO2+2nH2O+4ne=4M(OH)nD在M空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜【答案】C【解析】7【2019年高考浙江卷】（15分）催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在Cu/ZnO催化剂存有下，CO2和H2可发生两个平衡反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下：CO2（g）+3 H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）H1=-53.7kJmol-1 CO2（g）
19、+ H2（g） CO（g）+H2O（g）H2 某实验室控制CO2和H2初始投料比为1：2.2，经过相同反应时间测得如下实验数据：【备注】Cat.1：Cu/ZnO纳米棒；Cat.2：Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醛的百分比已知： CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0kJmol-1和-285.8kJmol-1H2O（l） H2O（g） H3=44.0kJmol-1请回答（不考虑温度对H的影响）：（5）研究证实，CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在 极，该电极反应式是 。【答案】（5）阴 CO2+6H+6e-=CH3OH+H2O【解析】1【201
20、9新课标卷理综化学】微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列相关微生物电池的说法错误的是（ ）A正极反应中有CO2生成B微生物促动了反应中电子的转移C质子通过交换膜从负极区移向正极区D电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O【答案】A【解析】首先根据原电池反应判断出厌氧反应为负极侧，有氧反应为正极侧。A、根据厌氧反应中碳元素的化合价的变化：葡萄糖分子中碳元素平均为0价，二氧化碳中碳元素的化合价为+4价，所以生成二氧化碳的反应为氧化反应，所以在负极生成。错误；B、在微生物的作用下，该装置为原电池装置。原电池能加快氧化还原反应速率，故能够说微生
21、物促动了电子的转移。准确；C、原电池中阳离子向正极移动。准确；D、电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应。准确。 2【2019天津理综化学】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，下列相关叙述准确的是（ ）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【答案】C【解析】3【2019江苏化学】一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列相关该电池的说法准确的是（ ）A反应CH4H2O3H2CO,每消耗1molCH4转移12mol 电子B电极A上H2参与
22、的电极反应为：H22OH2e=2H2OC电池工作时，CO32向电极B移动 D电极B上发生的电极反应为：O22CO24e=2CO32【答案】D【解析】4(2019浙江理综，11)在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2OCO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不准确的是( )AX是电源的负极B阴极的电极反应式是H2O2e=H2O2、CO22e=COO2C总反应可表示为H2OCO2H2COO2D阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是11【答案】 D【解析】 由水和二氧化碳生成氢气和一氧化碳发生还原反应，此极上得到电子，应为阴极，故X极为电源的负极，A、B项准确；
23、C项，根据电极上的反应物和生成物，可知总反应方程式准确；D项，因阳极电极反应式为2O24e=O2，结合电子得失相等，可知阴、阳两极生成气体的物质的量之比为21，错误。1(2019福建理综，11)某原电池装置如图所示，电池总反应为2AgCl2=2AgCl。 下列说法准确的是 ( )。A正极反应为AgCle=AgCl 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0.01 mol e时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子 【答案】 D【解析】2(2019北京理综，8)下列电池工作时，O2在正极放电的是( )。A.锌锰电池B.氢
24、燃料电池C.铅蓄电池D.镍镉电池【答案】 B【解析】 氢燃料电池中，负极上 H2 放电，正极上 O2 放电，A、C、D 中均不存有 O2 放电，故选B。3(2019新课标全国卷，12)2019年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是( )。Aa为电池的正极B电池充电反应为LiMn2O4=Li1xMn2O4xLiC放电时，a极锂的化合价发生变化D放电时，溶液中Li从b向a迁移 【答案】 C 【解析】4. (2019天津理综，6)已知：锂离子电池的总反应为：LixCLi1xCoO2CLiCoO2锂硫电池的总反应为：2LiSLi2S相关上述两种电池说法准确的是( )。A
25、锂离子电池放电时，Li向负极迁移B锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应C理论上两种电池的比能量相同D如图表示用锂离子电池给锂硫电池充电【答案】 B【解析】 A项，在原电池内部，阳离子应移向正极；二次电池充电过程为电解的过程，阴极发生还原反应，B项准确；C项，比能量是指这种电池单位质量或单位体积所能输出的电能，当二者质量相同时，转移电子的物质的量不相等，即比能量不同；D项，左边装置已经是放完电的电池，应为锂硫电池给锂离子电池充电。5. (2019大纲全国，9)右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MHNi电池)。下列相关说法不准确的是( )。A放电时正极反应为：NiOOH
26、H2OeNi(OH)2OHB电池的电解液可为KOH溶液C充电时负极反应为：MHOHH2OMeDMH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高【答案】 C【解析】 6(2019海南卷，16)锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li 通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成 LiMnO2。回答下列问题：(1)外电路的电流方向是由_极流向_极。(填字母)(2)电池正极反应式为_。(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？_(填“是”或“否”)，原因是_。(4)MnO2 可与KOH和KClO3在高温下反应，生成K2MnO4，
27、反应的化学方程式为_。K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为_。【答案】 (1)b a (2)Li MnO2e=LiMnO2(3)否 锂能与水发生反应 (4)3MnO26KOHKClO33K2MnO4KCl3H2O 21【解析】 由 Li 的迁移方向可知，b为正极，其电极反应为：LiMnO2e=LiMnO2，a为负极，其电极反应为：Li e=Li，电流由b流向a。因为锂能与水发生反应，故不能用水代替电池中的混合有机溶剂。7(2019安徽理综，10)热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiClKCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为：PbSO42LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb。下列相关说法准确的是(
