第02講原電池、化學(xué)電源

目錄

01考情透視目標(biāo)導(dǎo)航.........................................................

02知識(shí)導(dǎo)圖思維引航.........................................................

03考點(diǎn)突破?考法探究.........................................................

考點(diǎn)一原電池的工作原理...............................................................

知識(shí)點(diǎn)1原電池的概念及構(gòu)成條件......................................................

知識(shí)點(diǎn)2原電池的應(yīng)用.................................................................

考向1原電池的工作原理..............................................................

考向2原電池電極判斷及電極反應(yīng)的書寫...............................................

考向3“鹽橋”的作用與化學(xué)平衡的移動(dòng)...................................................

考點(diǎn)二化學(xué)電源........................................................................

知識(shí)點(diǎn)1一次電池、二次電池電極反應(yīng)式的書寫.........................................

知識(shí)點(diǎn)2燃料電池....................................................................

考向1一次電池......................................................................

考向2二次電池......................................................................

考向3燃料電池......................................................................

04真題練習(xí)命題洞見.........................................................

04真題練習(xí)命題洞見.........................................................

考情透視?目標(biāo)導(dǎo)航

考點(diǎn)要求考題統(tǒng)計(jì)考情分析

2024?江蘇卷8題，3分;2024?北京卷3題，3

電化學(xué)知識(shí)是中學(xué)化學(xué)中的重要基本概念，

分；2023廣東卷6題，2分；2023山東卷

原電池原理綜也是近年來高考化學(xué)的持續(xù)熱點(diǎn)，在復(fù)雜、陌生、

11題，4分；2022全國甲卷12題，6分；

合應(yīng)用新穎的研究對(duì)象和真實(shí)問題情境下，體現(xiàn)了對(duì)電

2022山東卷13題，4分；2021廣東卷9

化學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)性、綜合性、創(chuàng)新性和應(yīng)用性的考

題，2分；2021山東卷10題，2分；

查。近年高考中對(duì)電化學(xué)的考查出現(xiàn)了新的變

2024?安徽卷11題，3分；2024?全國甲卷6

化，以裝置圖為載體來考查電化學(xué)的相關(guān)知識(shí)，

題，3分；2024?河北卷13題，3分；2023

成為近年高考的新亮點(diǎn)，考查的關(guān)鍵能力側(cè)重于

遼寧卷11題，3分；2023全國甲卷10題，

兩個(gè)方面：一是理解與辨析能力，要求學(xué)生能夠

6分；2022遼寧卷14題，3分；2022福建

新型二次電池從圖示電化學(xué)裝置中提取有效信息，判斷裝置種

卷9題，4分；2021河北卷9題，3分；2021

類、辨別電極名稱等；二是分析與推理能力，要

遼寧卷10題，3分；2021浙江1月選考22

求學(xué)生能夠根據(jù)圖示信息和電解池的工作原理，

題，2分；2021浙江6月選考22題，2分；

分析電極反應(yīng)的類型、電解質(zhì)的作用、離子的移

2021湖南卷10題，3分；

動(dòng)方向以及定量分析轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量等。

燃料電池2024?全國新課標(biāo)卷6題，3分

復(fù)習(xí)目標(biāo)：

1.理解原電池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用，正確判斷原電池的兩極，能書寫電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式。

2.了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理；了解燃料電池的應(yīng)用。體會(huì)研制新型電池的重要性。

3.能夠認(rèn)識(shí)和書寫新型化學(xué)電源的電極反應(yīng)式。

寓2

〃.知識(shí)導(dǎo)圖?思維引航\\

兩不同電極工正極：還原

形

電解質(zhì)溶液I作反應(yīng)

成

閉合回路I原［負(fù)極：氧化

條

理.反應(yīng)

自發(fā)氧化’件

還原反應(yīng).

制作化

學(xué)電源

加快反

L列物質(zhì),應(yīng)速率

標(biāo)得失主

電極

要比較金

應(yīng)

2.看環(huán)境，反

應(yīng)屬活潑性

書

配守恒式

用

3.兩式加，寫用于金

驗(yàn)總式，屬的防護(hù)

匐3

考點(diǎn)突破?考法探究

考點(diǎn)一原電池的工作原理

知識(shí)固本

知識(shí)點(diǎn)1原電池的概念及構(gòu)成條件

i.定義：把轉(zhuǎn)化為的裝置。

2.原電池的形成條件

(1)能自發(fā)進(jìn)行的O

(2)兩個(gè)金屬活動(dòng)性不同的電極(燃料電池的兩個(gè)電極可以相同)。

(3)形成,需滿足三個(gè)條件：a.存在電解質(zhì)；b.兩電極直接或間接接觸；c.兩電極插入電解

質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中。

3.工作原理(以鋅銅原電池為例)

「沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生

氧化反應(yīng)

負(fù)極W正極

陰

2+陽

Zn-2e=Zn移

離

離

移向

子

向子

電解質(zhì)溶液

【名師提醒】

1.根據(jù)內(nèi)電路中的離子流向判斷正、負(fù)極，在內(nèi)電路中，陽離子由負(fù)極區(qū)流向正極區(qū)，陰離子由正極

區(qū)流向負(fù)極區(qū)。

2.鹽橋主要作用就是構(gòu)建閉合的內(nèi)電路，但不影響反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。鹽橋內(nèi)常為飽和氯化鉀、硝酸鉀等溶

液。

知識(shí)點(diǎn)2原電池的應(yīng)用

1.設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源

I拆分反應(yīng)l~~j離季花運(yùn)巔應(yīng)芬麗不平贏'

選擇電極:箴蔚IJ7二版痂筱話瀛南T松賽嬴:潔1

材料1潑性比負(fù)極弱的金屬或非金屬導(dǎo)體作正極：

：如果兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行（中間：

構(gòu)成閉合

」連接鹽橋），則兩個(gè)容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)含

回路1

：有與電極材料相同的金屬陽離子!

畫出裝置;結(jié)合要求及反應(yīng)特點(diǎn)，畫出原電池裝置圖，

圖：標(biāo)出電極材料名稱、正負(fù)極、電解質(zhì)溶液等

2.比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱：原電池中，負(fù)極一般是活動(dòng)性的金屬，正極一般是活動(dòng)性較弱

的金屬（或非金屬）。

3.加快化學(xué)反應(yīng)速率：氧化還原反應(yīng)形成原電池時(shí)，反應(yīng)速率o

4.用于金屬的防護(hù)：將需要保護(hù)的金屬制品作原電池的而受到保護(hù)。

考向1原電池的工作原理

【例1】某小組利用下列裝置進(jìn)行電化學(xué)實(shí)驗(yàn)，下列實(shí)驗(yàn)操作及預(yù)期現(xiàn)象正確的是（）

XY

ZnSO4溶液CuSC）4溶液

A.X和Y與電流表連接，電子由Cu極流向Zn極

B.X和Y與電流表連接，將Zn換成Fe測得電流更大

C.X和Y分別與電源“一”、“+”極相連，Cu極質(zhì)量減輕

D.X和Y分別與電源“一”、“十”極相連，Zn極質(zhì)量減輕

【名師點(diǎn)睛】

1.判斷電極名稱的基本方法是看電極反應(yīng)物的反應(yīng)類型，若電極反應(yīng)物失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)則為

負(fù)極，反之為正極。

2.雙液銅、鋅原電池（帶鹽橋）與單液原電池相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是Zn與氧化劑（Cu2+）不直接接觸，僅有

化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，避免了能量損耗，故電流穩(wěn)定，放電時(shí)間長。

3.無論是原電池還是電解池，電子均不能通過電解質(zhì)溶液，即電子不下水，離子不上線。

【變式訓(xùn)練】（2024.四川省大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)教學(xué)聯(lián)盟高三第二次統(tǒng)一監(jiān)測）通過測定下圖電池的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢

E'（V）,可計(jì)算電池總反應(yīng)的平衡常數(shù)K"。己知：lgK'==^,該電池z=l；鹽橋中裝有含KC1飽和溶

0.059V

液的瓊脂，離子可在其中自由移動(dòng)。下列說法錯(cuò)誤的是（）

A.正極反應(yīng)為AgCl+e-Ag+Cl-

B.反應(yīng)后，右側(cè)燒杯中c(AgNCh)增大

C.每轉(zhuǎn)移Imole",兩個(gè)電極的質(zhì)量共減少143.5g

D.若E"=-0.59V,Ag+(aq)+CT(aq)AgCl(s)的平衡常數(shù)為l(y。

考向2原電池電極判斷及電極反應(yīng)的書寫

【例2】分析下圖所示的四個(gè)原電池裝置，其中結(jié)論正確的是()

空氣

稀H,SO4

①②③④

A.①②中Mg作負(fù)極，③④中Fe作負(fù)極

B.②中Mg作正極，電極反應(yīng)式為6H2。+61=60ir+3H2T

C.③中Fe作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe—2。^=Fe?+

D.④中Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H++212T

【思維建模】

1.原電池電極判斷

說明：原電池的正極和負(fù)極與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)，不要形成活潑電極一定作

負(fù)極的固定思維。

2.電極反應(yīng)的書寫

(1)一般電極反應(yīng)的書寫

列物質(zhì)T算際甫標(biāo)黃應(yīng)不嬴丁正籌至應(yīng)巨而密董］

標(biāo)得失E

電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液中應(yīng)能穩(wěn)定存在，如

看環(huán)境

堿性溶液中生成的H+應(yīng)結(jié)合OH-生成水。電

配守恒

極反應(yīng)要遵循電荷守恒、質(zhì)量守恒、得失電

子守恒等并加以配平

兩式加1------------------------------------

驗(yàn)總式一1兩電極反應(yīng)相加，并與總反應(yīng)對(duì)照驗(yàn)證

(2)復(fù)雜電極反應(yīng)的書寫。復(fù)雜電極反應(yīng)等于總反應(yīng)減去較簡單一極的電極反應(yīng)。

考向3“鹽橋”的作用與化學(xué)平衡的移動(dòng)

【例3】(2024?浙江省寧波市高三下學(xué)期二模)利用下圖電池裝置可驗(yàn)證不同化合價(jià)鐵元素的相關(guān)性質(zhì)。

Fe2(SO4)3

FeSO4

已知：電池裝置中，鹽橋中陰、陽離子不與溶液中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且電遷移率(丁)(如下表)

應(yīng)盡可能地相近；兩燒杯中溶液體積相等。

離子++2++2

LiNaCaKHCO3-NO3-ci-SO4-

a=82

wxlO/[m/(s.V)]4.075.196.597.624.617.407.918.27

下列說法正確的是()

A.根據(jù)上表數(shù)據(jù)，鹽橋中應(yīng)選擇KNO3作為電解質(zhì)

B.石墨電極上對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)式為：Fe2+-e-=Fe3+

C.反應(yīng)一段時(shí)間后，當(dāng)右池中c(Fe2+)：c(Fe3+)=3：2時(shí)，左池中c(Fe2+)=0.15moLLr

D.鹽橋中的陰離子進(jìn)入石墨電極一側(cè)溶液中

【思維建模】

1.把氧化劑、還原劑均為溶液狀態(tài)的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池時(shí)，必須使用鹽橋才能實(shí)現(xiàn)氧化劑與

還原劑的分離，否則不會(huì)有明顯的電流出現(xiàn)。

2.電子流向的分析方法：①改變條件，平衡移動(dòng)；②平衡移動(dòng)，電子轉(zhuǎn)移；③電子轉(zhuǎn)移，判斷區(qū)域;

④根據(jù)區(qū)域，判斷流向；⑤根據(jù)流向，判斷電極。

【變式訓(xùn)練】控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3++2I-^^2Fe2++b設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。下列

判斷不正確的是（)

A.反應(yīng)開始時(shí),乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)

B.反應(yīng)開始時(shí),甲中石墨電極上Fe3+被還原

C.電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)

D.電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCb固體，乙中的石墨電極為負(fù)極

考點(diǎn)二化學(xué)電源

-------------M-H-t

知識(shí)

知識(shí)點(diǎn)1一次電池、二次電池電極反應(yīng)式的書寫

1.新型一次電池

+2+

總反應(yīng)：H2O2+2H+Mg=Mg+2H2O

Mg-H2O2電池正極

負(fù)極Mg—2e-=Mg2+

總反應(yīng)：Mg+2AgCl=2Ag+MgCh

Mg-AgCl電池正極

負(fù)極Mg—2e-=Mg2+

總反應(yīng)：2Na+xS=Na2sx

鈉硫電池正極

負(fù)極2Na—2e-=2Na+

總反應(yīng)：2Li+Cu2O+H2O=2Cu+2Li++2OH-

鋰一銅電池

正極

負(fù)極2Li-2e~=2Li+

總反應(yīng)：xLi+LiV3C)8^=Lii+xV3C)8

鋰帆氧化物電池正極

負(fù)極xLi-xe=xLi+

2.新型充電(可逆)電池

放申

總反應(yīng)：Ag2O+Zn+H2O,2Ag+Zn(OH)2

正極：AgO+HO+2e-=2Ag+2OH"

鋅銀22

負(fù)極：_______________________________

電池

陽極：_______________________________

-

陰極：Zn(OH)2+2e-=Zn+20H

放申

總反應(yīng)：NiO2+Fe+2H2O.Fe(OH)2+Ni(OH)2

正極：NiO+2e-+2HO=Ni(OH)+20H-

銀鐵222

銀負(fù)極：_______________________________

電池

電陽極：_______________________________

池陰極：Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-

放申

銀鎘

總反應(yīng)：Cd+2NiOOH+2H2O.Cd(OH)2+2Ni(OH)2

電池說明：參考銀鐵電池自行書寫。

放申

總反應(yīng)：3Zn+2K2FeO4+8H2。嚏曹3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4K0H

正極：2FeOr+6—+8HO=2Fe(OH)+10OH

高鐵23

負(fù)極：_______________________________

電池

陽極：_______________________________

陰極：3Zn(OH)2+6e~=3Zn+6OH-

一放申

總反應(yīng)：LiiCoCh+LiC'疝電'LiCoO2+C6(x<l)

正極：Lii-%CoC)2+xe+xLi+^=LiCoO2

鋰離子

負(fù)極：_______________________________

電池

陽極：_______________________________

陰極：xLi++xe-+C6=Li%C6

放申

總反應(yīng)：2Na2s2+NaBn、凳電'Na2S4+3NaBr

鈉硫+

正極：NaBr3+2e-+2Na=3NaBr

蓄電負(fù)極：_______________________________

池陽極：_______________________________

鈉

+-

陰極：Na2S4+2Na+2e=2Na2S2

電

放電

總反應(yīng)：Na-MCoCh+Na/nC?充電NaCoCh+Cz

池

鈉離-+

正極：Nai-mCoO2+me+mNa=NaCoO2

子電負(fù)極：_______________________________

池陽極：_______________________________

+-

陰極：mNa++rne=NamCn

3+2+

總反應(yīng)：vol+2H++V2+理尋V+VO+H2O

正極：VC^+2H++e—=VO2++H2O

全鋼液

負(fù)極：_______________________________

流電池

陽極：_______________________________

陰極：V3++1=V2+

【方法技巧】

化學(xué)電源電極反應(yīng)的書寫、、書寫電極反應(yīng)時(shí)，首先要根據(jù)原電池的工作原理準(zhǔn)確判斷正、負(fù)極，然后

結(jié)合電解質(zhì)溶液的環(huán)境確定電極產(chǎn)物，最后再根據(jù)質(zhì)量守恒和電荷守恒寫出反應(yīng)式。

（1）拆分法。①寫出原電池的總反應(yīng)；②把總反應(yīng)按氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)拆分為兩個(gè)半反應(yīng)，注明正、

負(fù)極，并依據(jù)質(zhì)量守恒、電荷守恒及得失電子守恒配平兩個(gè)半反應(yīng)。

（2）加減法。①寫出總反應(yīng)；②寫出其中容易寫出的一個(gè)半反應(yīng)（正極或負(fù)極）；③利用總反應(yīng)與寫出的一

極反應(yīng)相減，即得另一個(gè)電極的反應(yīng)。

知識(shí)點(diǎn)2燃料電池

燃料電池（以CH30H燃料電池為例，體會(huì)不同介質(zhì)對(duì)電極反應(yīng)的影響）

總反應(yīng)：2cH3OH+3O2=2CO2+4H2O

質(zhì)子交換膜

H+正極—

（酸性）

+

負(fù)極CH3OH—6屋+H2O=CO2t+6H

堿性燃料電池OH-總反應(yīng)：2cH3OH+3O2+4OH-=2COr+6H2O

正極—

負(fù)極CH3OH—6屋+8OH=COf+6H2。

總反應(yīng)：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O

固態(tài)氧化物燃

O2-正極—

料電池

2

負(fù)極CH30H—6屋+3O=CO2?+2H2O

【名師點(diǎn)晴】

1.燃料電池的電極不參與反應(yīng)，有很強(qiáng)的催化活性，起導(dǎo)電作用。

2.書寫燃料電池的電極反應(yīng)時(shí)，要注意溶液的酸堿性，溶液的酸堿性對(duì)電極反應(yīng)和總反應(yīng)都會(huì)產(chǎn)生影

響。

考向洞察」

考向1一次電池

【例1】（2024?江蘇卷，8）堿性鋅錦電池的總反應(yīng)為Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnOOH,電池構(gòu)造示意圖

如圖所示。下列有關(guān)說法正確的是（）

A.電池工作時(shí)，MnCh發(fā)生氧化反應(yīng)

B.電池工作時(shí)，OH-通過隔膜向正極移動(dòng)

C.環(huán)境溫度過低，不利于電池放電

D.反應(yīng)中每生成ImolMnOOH,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2x6.02x10-23

【變式訓(xùn)練】（2024?北京市西城區(qū)高三一模）我國科學(xué)家設(shè)計(jì)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)出制備和海水淡化的新型電池,

裝置示意圖如圖。

負(fù)載

H

電

電2

極

極1C1

Na液

溶

aH+b

\/1

H2s。4cdKOH

溶液離子交換膜溶液

下列說法不E項(xiàng)的是（）

A.電極a是正極

B.電極b的反應(yīng)式：N2H4-4e-+4OH=N2f+4H2。

C.每生成lmolN2,有2molNaCl發(fā)生遷移

D.離子交換膜c、d分別是陽離子交換膜和陰離子交換膜

考向2二次電池

【例2】（2024?安徽卷，11）我國學(xué)者研發(fā)出一種新型水系鋅電池，其示意圖如下。該電池分別以Zn-TCPP

（局部結(jié)構(gòu)如標(biāo)注框內(nèi)所示）形成的穩(wěn)定超分子材料和Zn為電極，以ZnSO4和KI混合液為電解質(zhì)溶液。下列

說法錯(cuò)誤的是（）

A.標(biāo)注框內(nèi)所示結(jié)構(gòu)中存在共價(jià)鍵和配位鍵

該電

B.電池總反應(yīng)為：I+ZnF==^Zn2++3r

3充電

C.充電時(shí)，陰極被還原的ZiP+主要來自Zn-TCPP

D放電時(shí)，消耗0.65gZn,理論上轉(zhuǎn)移0.02mol電子

【思維建模】

外接電源負(fù)極同一電極

/|------------------------------

還原反應(yīng):陰極一?負(fù)極:氧化反應(yīng)

思維模型充電可充電放電

氧化反應(yīng):陽極」電池

A正極:還原反應(yīng)

外接電源正極同一電極

例：xMg+Mo3s4,印哼4MgxMo3s4

充電

____________駿___________

陰極：還原反應(yīng),負(fù)極：氧化反應(yīng)

一

陰汽Mg^+&e=rMg

陽’總陰II陽入M丈2te-=￡Mg：：

解題模型電有

離離反

子子應(yīng)

正極:還原反應(yīng)

陽極:氧化反應(yīng)式

J-l

2xe=MOS一

34'Mo3S4+2xe=Mo3S4

?互逆

技巧：陰極反應(yīng)式=充電總正極反應(yīng)式=放電總

反應(yīng)式-陽極反應(yīng)式反應(yīng)式-負(fù)極反應(yīng)式

【變式訓(xùn)練】（2024.安徽省馬鞍山市高三第二次教學(xué)質(zhì)量檢測）磷酸鐵鋰電池在充放電過程中表現(xiàn)出了

良好的循環(huán)穩(wěn)定性，具有較長的使用壽命，放電時(shí)的反應(yīng)為：LixC6+Lii-xFePC>4=6C+LiFePCU。圖1為某磷

酸鐵鋰電池的切面，圖2為LiFePO4晶胞充放電時(shí)Li+脫出和嵌入的示意圖。其中。圍繞Fe和P分別形成

正八面體和正四面體，它們通過共頂點(diǎn)、共棱形成空間鏈結(jié)構(gòu)。下列說法不正確的是（）

+

A.放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)：LixC6-xe=xLi+6C

B.（a）過程中Imol晶胞轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為三NA

16

C.（b）代表放電過程，Li+脫離石墨，經(jīng)電解質(zhì)嵌入正極

+

D.充電時(shí)的陽極反應(yīng)：LiFeP04-xe=Lii.xFePO4+xLi

考向3燃料電池

【例3】（2024.全國新課標(biāo)卷，6）一種可植入體內(nèi)的微型電池工作原理如圖所示，通過CuO催化消耗血

糖發(fā)電，從而控制血糖濃度。當(dāng)傳感器檢測到血糖濃度高于標(biāo)準(zhǔn)，電池啟動(dòng)。血糖濃度下降至標(biāo)準(zhǔn)，電池

停止工作。（血糖濃度以葡萄糖濃度計(jì)）

控

制

開

關(guān)

的是

述錯(cuò)誤

下列敘

作時(shí)，

電池工

。7

C6Hl2

O2=2

l2O6+

2c6H

反應(yīng)為

電池總

A.

作用

起催化

互轉(zhuǎn)變

(I)相

和Cu

(II)

過Cu

O通

上Cu

電極

B.b

流入

電子

mol

0.4m

極有

a電

論上

，理

萄糖

mg葡

耗18

C.消

a

為b—

方向