1、高中化学一轮复习讲义解析版原电池 化学电源原电池 化学电源【学习目标】1.理解原电池的工作原理2.电极反应式的书写及电化学计算3.化学电源的工作原理及分析感知高考12020新课标一种高性能的碱性硼化钒（VB2）空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：该电池工作时，下列说法错误的是A负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L（标准状况）O2参与反应B正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高C电池总反应为D电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极【答案】B【解析】正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-,因此正极区的pH升高，由负极的电极反应式可知，反应
2、消耗OH-，溶液的pH降低，即负极区溶液的pH降低，故B不正确。2. 2020山东（新高考）10微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含 CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是A. 负极反应为 B. 隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C. 当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5gD. 电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2:1【答案】B【解析】Aa极为负极，CH3COO失电子被氧化成CO2和H+，结合电荷守恒可得电极反应式为CH
3、3COO+2H2O-8e=2CO2+7H+，故A正确；B为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜1为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜2为阳离子交换膜，故B错误；C当电路中转移1mol电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有1molCl移向负极，同时有1molNa+移向正极，即除去1molNaCl，质量为58.5g，故C正确；Db极为正极，水溶液为酸性，所以氢离子得电子产生氢气，电极反应式为2H+2e=H2，所以当转移8mol电子时，正极产生4mol气体，根据负极反应式可知负极产生2mol气体，物质的量之比为4:2=2:1，故D正确；故答案为B。核心知识1.
4、实验探究实验步骤解释或说明锌与稀硫酸发生置换反应产生氢气，而铜则不能结论：原电池是将 能转化为 能的装置；原电池的反应本质是 反应。理论上说，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池 ( 正确、不正确 )【答案】1.从左到右从上到下：锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生，导线中有电流；锌与稀硫酸反应产生氢气，但导线中无电流；乙醇是非电解质，与锌、铜都不反应；化学 电 氧化还原 正确 。2原电池的构造与工作原理（以锌铜原电池为例）(1)有关的实验现象锌片 ，铜片 ，硫酸铜溶液颜色 ；电流计的指针 ，装置中的能量变化是 。(2)反应原理电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn2e=Zn2Cu22e
5、=Cu反应类型电子流向由Zn片沿导线流向Cu片盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液，K移向 极，Cl移向 极(3)盐桥的组成和作用盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。盐桥的作用：a.连接 （内、外）电路，形成闭合回路；b. ，使原电池不断产生电流。（4）原电池正负极的判断方法根据组成原电池的电极材料判断。一般是活动性较强的金属为_极，活动性较弱的金属或能导电的非金属为_极。从更本质上说，氧化反应发生在 （正、负）极，还原反应发生在 （正、负）极。根据电流方向或电子流动方向判断。电流由_极经外电路流向_极；电子由_极经外电路流向_极。根据电解质溶液离子的移动方向判断。在原电池的
6、电解质溶液内，阳离子移向_极，阴离子移_极。根据两极发生的变化来判断。原电池的_ 极失电子发生氧化反应，其_极得电子发生还原反应。根据现象判断。一般情况下，溶解的一极为_极，增重或有气体逸出的一极为_极。【答案】 (1) 溶解，加厚变亮，变浅；发生偏转，化学能转化为电能。(2)反应原理 氧化反应 还原反应； 正 负 (3) 内；平衡电荷。（4）负正负正 正负负正正负负正负正3.常见化学电源及工作原理（1）一次电池：只能使用一次，不能充电复原继续使用碱性锌锰干电池电池组成：锌、碳棒、二氧化锰、氢氧化钾特点：用途广泛正极反应：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH；负极反应： ；总反应：Zn2
7、MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。钮扣式锌银电池电解质是 ；正极材料： 。负极反应： ；正极反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH；总反应：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。锂电池LiSOCl2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8Li3SOCl2=6LiClLi2SO32S。负极材料为_，电极反应为_。正极的电极反应为_。【答案】Zn2OH2e=Zn(OH)2；KOH； Ag2O。Zn2OH2e=Zn(OH)2；锂 8Li8e=8Li 3SOCl28e=2SSO6Cl（2）二次电池：放电后能充电复原继续
8、使用铅蓄电池电池组成：铅、二氧化铅、硫酸特点：广泛用于机动车辆铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是 ，正极材料是 。 放电时的反应负极反应： ；正极反应： 。 充电时的反应阴极反应：PbSO42e=PbSO；阳极反应： ；总反应：PbO2Pb2H2SO42PbSO42H2O。【答案】Pb， PbO2。 PbSO2e=PbSO4；PbO24HSO2e=PbSO42H2O。 PbSO42H2O2e=PbO24HSO；（3）“高效、环境友好”的燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。种类酸性碱性负极反应式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O24e4H=2
9、H2OO22H2O4e=4OH电池总反应式2H2O2=2H2O备注燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用解答燃料电池题目的思维模型氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应总结负极正极【易混易错】以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。(1)酸性介质(如H2SO4)负极：_；正极：_；总反应式：_。(2)碱性介质(如KOH)负极：_；正极：_；总反应式：_。(3)固体电解质(高温下能传导O2)负极：_；正极：_；总反应式：_。(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3环境下)负极：_；正极：_；总反应式：_。【答案】(1)CH48e2H2O=CO28H； 2O28e8H=4H
10、2O； CH42O2=CO22H2O(2)CH48e10OH=CO7H2O； 2O28e4H2O=8OH； CH42O22OH=CO3H2O(3)CH48e4O2=CO22H2O； 2O28e=4O2； CH42O2=CO22H2O(4)CH48e4CO=5CO22H2O； 2O28e4CO2=4CO； CH42O2=CO22H2O【易混易错辨析】判断正误，正确的打“”，错误的打“” (1)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加()(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池 ()(3)若使反应Fe2Fe3=3Fe2以原电池方式进行，可用锌铁作电极材料()(4)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO
11、2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长()(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能()(6)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H24e=4H()【答案】(1)(2)(3)(4)(5)(6)变式再现1某课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置如图所示。下列说法错误的是()A铜片表面有气泡生成B装置中存在“化学能电能光能”的转换C如果将硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动D如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变【答案】C【解析】铜锌原电池中，Cu作正极，溶液中的氢离子在正极上得电子生成氢气，所以Cu片上有气泡生成，故A项正确；原电池中化学能转化为电能，
12、LED灯发光时，电能转化为光能，故B项正确；柠檬汁显酸性，也能作电解质溶液，所以将硫酸换成柠檬汁，仍然构成原电池，导线中有电子流动，故C项错误；Cu的金属活动性比Zn、Fe都弱，Cu作正极，所以电路中的电流方向不变，仍然由Cu经导线流向负极，故D项正确。2分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()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】中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al作负极；中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓
13、HNO3反应失去电子作负极，A、C两项均错误；中电池的总反应为2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，负极反应式为2Al8OH6e=2AlO4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O6e=6OH3H2，B项正确；中Cu是正极，电极反应式为O22H2O4e=4OH，D项错误。3如图所示装置是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量监测与控制的功能。下列有关说法正确的是()A电流由呼气所在的铂电极流出BH透过质子交换膜移向氧气所在的铂电极C电路中流过2 mol电子时，消耗11.2 L O2D该电池的负极反应式为CH3CH2OH3H2O12e=2CO212H【答案】B【解析】根据图示，通
14、入氧气的铂电极为正极，呼气所在的铂电极为负极。电流由氧气所在的铂电极流出，A项错误；阳离子移向正极，H透过质子交换膜移向氧气所在的铂电极，B项正确；电路中流过2 mol电子时，消耗标准状况下11.2 L O2，C项错误；根据图示，该电池的负极生成乙酸，电极反应式为CH3CH2OHH2O4e=CH3COOH4H，D项错误。4一种新型可逆电池的工作原理如图所示。放电时总反应为：Al3Cn(AlCl4)4AlCl4Al2Cl3Cn(Cn表示石墨)。下列说法中正确的是()A放电时负极反应为2Al6e7Cl=Al2ClB放电时AlCl移向正极C充电时阳极反应为AlCleCn=Cn(AlCl4)D电路中每
15、转移3 mol电子，最多有1 mol Cn(AlCl4)被还原【答案】C【解析】熔融盐中Cl是以AlCl形式存在，放电时负极反应式为Al3e7AlCl=4Al2Cl，A项错误；放电时，AlCl向负极移动，B项错误；充电时石墨电极与电源的正极相连，石墨电极为阳极发生氧化反应生成Cn(AlCl4)：AlClCne=Cn(AlCl4)，C项正确；放电时，石墨电极为正极，发生反应Cn(AlCl4)e=AlClCn，则电路中通过3 mol电子，最多有3 molCn(AlCl4)被还原，D项错误。5某同学将反应2Fe32I=2Fe2I2设计成下图所示的原电池：实验步骤及现象如下：闭合开关，指针发生偏转，随
16、后电流计读数逐渐变小，当读数变为零时，打开开关；取少许甲烧杯中溶液，滴入34滴淀粉溶液，溶液显蓝色；取少许乙烧杯中溶液，滴入34滴KSCN溶液，溶液显血红色；向乙烧杯中加入少量FeCl2固体，再次闭合开关，指针向左偏转(最后读数变为零)。【查阅资料】灵敏电流计指针总是偏向电源正极；原电池中存在内阻，会影响反应进程。请回答：(1)步骤中，开始时指针向_(填“左”或“右”)偏转，甲烧杯中发生的电极反应式_。(2)经步骤后，乙烧杯溶液中新增金属阳离子_(填离子符号)。(3)步骤中指针向左偏转，乙烧杯中发生的电极反应式_。(4)要证明2Fe32I2Fe2I2 为可逆反应，你认为上述实验步骤不必做的是_
17、(填序号)。【答案】(1)右2I2e=I2(2)Fe2、K(3)Fe2 e=Fe3(4)【解析】(1)根据总反应2Fe32I=2Fe2I2，甲烧杯中石墨为负极，图中灵敏电流计的指针向右偏转，甲中石墨电极上的电极反应式为2I2e=I2；(2)经步骤后，乙烧杯中发生还原反应生成亚铁离子，同时盐桥中钾离子移向乙烧杯，乙烧杯溶液中新增金属阳离子有Fe2、K；(3)步骤中指针向左偏转，说明甲烧杯中石墨为正极，乙烧杯中发生氧化反应，电极反应式为Fe2 e=Fe3；(4)根据上述实验，可以证明存在反应2Fe32I2Fe2I2，根据实验，可以证明存在反应2Fe2I22Fe32I，说明反应2Fe32I 2Fe2
18、I2为可逆反应，实验步骤和不必做。6人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。以下每小题中的电池广泛应用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息填空。(1)蓄电池在放电时起原电池作用，在充电时起电解池的作用。铅蓄电池在放电时发生的电池反应式为：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。负极反应式为_，反应一段时间后负极的质量_(填“增加”“减少”或“不变”)。(2)燃料电池是一种高效、环境友好的供电装置，如图是甲烷燃料电池原理示意图，该电池的负电极反应式是：_；正极电极反应式为_ _。(3)将铝片和铜片用导线相连，分别插入浓硝酸中(a组)和插入烧碱溶液中(b组)，
19、都形成了原电池，在a组原电池中，负极材料为_；写出b组插入烧碱溶液中形成原电池的负极反应式：_。【答案】(1)PbSO2e=PbSO4增加(2)CH410OH8e=CO7H2O4H2O2O28e=8OH(3)CuAl4OH3e=AlO2H2O【解析】(1)因为原电池的负极发生氧化反应，分析原电池反应PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O可知，铅元素化合价由0价(Pb)升高到2价(PbSO4)，发生氧化反应，所以负极电极反应式：Pb2eSO=PbSO4，因为PbSO4难溶于水，生成的PbSO4在负极板上析出，负极质量增加。(2)由甲烷燃料电池原理示意图可知，CH4通入的一极产生了CO，碳
20、元素的化合价由4价升高到4价，发生氧化反应，即CH4通入的一极是负极，考虑到电解质溶液是强碱溶液，再根据电荷守恒和原子守恒可写出负极反应式为：CH48e10OH=CO7H2O。正极是O2通入的一极，正极电极反应式为：2O28e4H2O=8OH。(3)常温下浓硝酸能使铝的表面形成致密的氧化物薄膜，阻止了浓硝酸继续氧化铝，将铝片和铜片插入浓硝酸中，铝变得稳定，而铜能被浓硝酸持续氧化，所以铜为负极；常温下铝与烧碱溶液反应：2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，该反应中铝被氧化，所以铝为负极，负极反应式为：Al3e4OH=AlO2H2O。深度理解1钠氯化镍电池以 Al2O3(Al2O3xNa
21、2O)作为固体电解质构成的一种新型电池(2NaNiCl2Ni2NaCl)，其结构如图所示。下列关于该电池的叙述错误的是()A放电时NaCl在熔融电解质中生成B充电时阴极反应：Nae=NaC氯离子通过Al2O3(s)在两电极间移动D如果电池过度放电，AlCl可能被还原【答案】C【解析】阴极发生还原反应，充电时阴极反应：Na e =Na，故B正确；如果电池过度放电， AlCl可能被还原为Al，故D正确。2我国研究锂硫电池获得突破，电池的总反应是16LiS88Li2S，充放电曲线如图所示，下列说法不正确的是()A充电时，电能转化为化学能B放电时，锂离子向正极移动C放电时，1 mol Li2S6转化为
22、Li2S4得到2 mol eD充电时，阳极总电极反应式是8S216e=S8【答案】C【解析】充电时，是电解池，电能转化为化学能，故A正确；放电时，是原电池，在原电池中，阳离子向正极移动，因此锂离子向正极移动，故B正确；根据图示，放电时，1 mol Li2S6转化为Li2S4的反应为2Li2S62Li=3Li2S4，反应中2 mol Li2S6得到2 mol e，即1 mol Li2S6得到1 mol e，故C错误；根据16LiS88Li2S，充电时，阳极总电极反应式是8S2 16e=S8，故D正确。3科学家研发出一种新型水溶液锂电池，采用复合膜包裹的金属锂作负极，锰酸锂(LiMn2O4)作正极
23、，以0.5 molL1Li2SO4 水溶液作电解质溶液。电池充、放电时，LiMn2O4与Li2Mn2O4可以相互转化。下列有关该电池的说法正确的是()A该电池放电时，溶液中的SO向电极b移动B该电池负极的电极反应式为：2Li2H2O=2LiOHH2C电池充电时，外加直流电源的正极与电极a相连D电池充电时，阳极的电极反应式为：Li2Mn2O4e=LiMn2O4 Li【答案】D【解析】根据图示可知，电极a为金属Li作负极，电极b为正极，所以电池放电时，溶液中的SO向电极a移动，故A错误；该电池负极的电极反应式为Lie=Li，故B错误；在给电池充电时，遵循正接正、负接负的原则，所以外加直流电源的正极
24、与该电池的电极b相连，故C错误；根据放电、充电时电子转移的规律可知，充电时的阳极反应式为放电时正极反应的逆反应，即Li2Mn2O4e=LiMn2O4 Li，故D正确。4中国是一个严重缺水的国家，污水治理越来越引起人们重视，可以通过膜电池除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚，其原理如图所示，下列说法不正确的是()A电流方向从A极沿导线经小灯泡流向B极BB极为电池的阳极，电极反应式为CH3COO8e4H2O=2HCO9HC当外电路中有0.2 mol e转移时，通过质子交换膜的H的个数为0.2NADA极的电极反应式为H2e=Cl【答案】B【解析】原电池工作时，电流从正极经导线流向负极，即电流方向从A极沿导线
25、经小灯泡流向B极，故A正确；B极为电池的负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为CH3COO8e4H2O=2HCO9H，B极不是阳极，故B错误；根据电子守恒可知，当外电路中有0.2 mol e转移时，通过质子交换膜的H的个数为0.2NA，故C正确；A为正极，得到电子，发生还原反应，正极有氢离子参与反应，电极反应式为2eH=Cl，故D正确。5我国科技工作者首次提出一种新型的Li电池，该电池正极为含有I、Li的水溶液，负极为固态有机聚合物，电解质溶液为LiNO3溶液，聚合物离子交换膜作为隔膜将液态正极和固态负极隔开，其工作原理如图所示。下列有关判断正确的是()A甲是原电池工作原理图，乙是电池充电原理图B放电时，液态电解质溶液的颜色加深C充电时，Li穿过隔膜从右侧移向左侧D放电时，负极反应式为【答案】D【解析】“负极为固态有机聚合物”，即固态有机聚合物在负极失电子，电极反应式为，故乙是原电池工作原理图，A错误、D正确；放电时，正极电极反应式为I2e=3I，I被还原为I，液态电解质溶液颜色变浅，B错误；充电过程为电解过程，阳离子从阳极移向阴极，即甲中Li从左侧移向右侧，C错误。6(1)SO2、CO、CO2、NOx是对环境影响较大的几种气体，对它们的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径。利用电化学原理将CO、SO2转化为重要化工原料， 装置如图所示。 若A为CO，B为H2，C为
