第02講原電池、化學電源

目錄

01考情透視目標導航.........................................................

02知識導圖思維引航.........................................................

03考點突破?考法探究.........................................................

考點一原電池的工作原理...............................................................

知識點1原電池的概念及構成條件......................................................

知識點2原電池的應用.................................................................

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的書寫...............................................

考向3“鹽橋”的作用與化學平衡的移動...................................................

考點二化學電源........................................................................

知識點1一次電池、二次電池電極反應式的書寫.........................................

知識點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真題練習命題洞見.........................................................

04真題練習命題洞見.........................................................

考情透視?目標導航

考點要求考題統計考情分析

2024?江蘇卷8題，3分;2024?北京卷3題，3

電化學知識是中學化學中的重要基本概念，

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的持續熱點，在復雜、陌生、

11題，4分；2022全國甲卷12題，6分；

合應用新穎的研究對象和真實問題情境下，體現了對電

2022山東卷13題，4分；2021廣東卷9

化學知識基礎性、綜合性、創新性和應用性的考

題，2分；2021山東卷10題，2分；

查。近年高考中對電化學的考查出現了新的變

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的相關知識，

題，3分；2024?河北卷13題，3分；2023

成為近年高考的新亮點，考查的關鍵能力側重于

遼寧卷11題，3分；2023全國甲卷10題，

兩個方面：一是理解與辨析能力，要求學生能夠

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

求學生能夠根據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；

分析電極反應的類型、電解質的作用、離子的移

2021湖南卷10題，3分；

動方向以及定量分析轉移電子的物質的量等。

燃料電池2024?全國新課標卷6題，3分

復習目標：

1.理解原電池的構成、工作原理及應用，正確判斷原電池的兩極，能書寫電極反應式和總反應方程式。

2.了解常見化學電源的種類及其工作原理；了解燃料電池的應用。體會研制新型電池的重要性。

3.能夠認識和書寫新型化學電源的電極反應式。

寓2

〃.知識導圖?思維引航\\

兩不同電極工正極：還原

形

電解質溶液I作反應

成

閉合回路I原［負極：氧化

條

理.反應

自發氧化’件

還原反應.

制作化

學電源

加快反

L列物質,應速率

標得失主

電極

要比較金

應

2.看環境，反

應屬活潑性

書

配守恒式

用

3.兩式加，寫用于金

驗總式，屬的防護

匐3

考點突破?考法探究

考點一原電池的工作原理

知識固本

知識點1原電池的概念及構成條件

i.定義：把轉化為的裝置。

2.原電池的形成條件

(1)能自發進行的O

(2)兩個金屬活動性不同的電極(燃料電池的兩個電極可以相同)。

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

質溶液或熔融電解質中。

3.工作原理(以鋅銅原電池為例)

「沿導線傳遞，有電流產生

氧化反應

負極W正極

陰

2+陽

Zn-2e=Zn移

離

離

移向

子

向子

電解質溶液

【名師提醒】

1.根據內電路中的離子流向判斷正、負極，在內電路中，陽離子由負極區流向正極區，陰離子由正極

區流向負極區。

2.鹽橋主要作用就是構建閉合的內電路，但不影響反應的實質。鹽橋內常為飽和氯化鉀、硝酸鉀等溶

液。

知識點2原電池的應用

1.設計制作化學電源

I拆分反應l~~j離季花運巔應芬麗不平贏'

選擇電極:箴蔚IJ7二版痂筱話瀛南T松賽嬴:潔1

材料1潑性比負極弱的金屬或非金屬導體作正極：

：如果兩個半反應分別在兩個容器中進行（中間：

構成閉合

」連接鹽橋），則兩個容器中的電解質溶液應含

回路1

：有與電極材料相同的金屬陽離子!

畫出裝置;結合要求及反應特點，畫出原電池裝置圖，

圖：標出電極材料名稱、正負極、電解質溶液等

2.比較金屬的活動性強弱：原電池中，負極一般是活動性的金屬，正極一般是活動性較弱

的金屬（或非金屬）。

3.加快化學反應速率：氧化還原反應形成原電池時，反應速率o

4.用于金屬的防護：將需要保護的金屬制品作原電池的而受到保護。

考向1原電池的工作原理

【例1】某小組利用下列裝置進行電化學實驗，下列實驗操作及預期現象正確的是（）

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極質量減輕

D.X和Y分別與電源“一”、“十”極相連，Zn極質量減輕

【名師點睛】

1.判斷電極名稱的基本方法是看電極反應物的反應類型，若電極反應物失去電子，發生氧化反應則為

負極，反之為正極。

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

化學能轉化為電能，避免了能量損耗，故電流穩定，放電時間長。

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

【變式訓練】（2024.四川省大數據精準教學聯盟高三第二次統一監測）通過測定下圖電池的標準電動勢

E'（V）,可計算電池總反應的平衡常數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。下列說法錯誤的是（）

A.正極反應為AgCl+e-Ag+Cl-

B.反應后，右側燒杯中c(AgNCh)增大

C.每轉移Imole",兩個電極的質量共減少143.5g

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

考向2原電池電極判斷及電極反應的書寫

【例2】分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結論正確的是()

空氣

稀H,SO4

①②③④

A.①②中Mg作負極，③④中Fe作負極

B.②中Mg作正極，電極反應式為6H2。+61=60ir+3H2T

C.③中Fe作負極，電極反應式為Fe—2。^=Fe?+

D.④中Cu作正極，電極反應式為2H++212T

【思維建模】

1.原電池電極判斷

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

負極的固定思維。

2.電極反應的書寫

(1)一般電極反應的書寫

列物質T算際甫標黃應不嬴丁正籌至應巨而密董］

標得失E

電極產物在電解質溶液中應能穩定存在，如

看環境

堿性溶液中生成的H+應結合OH-生成水。電

配守恒

極反應要遵循電荷守恒、質量守恒、得失電

子守恒等并加以配平

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

驗總式一1兩電極反應相加，并與總反應對照驗證

(2)復雜電極反應的書寫。復雜電極反應等于總反應減去較簡單一極的電極反應。

考向3“鹽橋”的作用與化學平衡的移動

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

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發生化學反應，并且電遷移率(丁)(如下表)

應盡可能地相近；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.根據上表數據，鹽橋中應選擇KNO3作為電解質

B.石墨電極上對應的電極反應式為：Fe2+-e-=Fe3+

C.反應一段時間后，當右池中c(Fe2+)：c(Fe3+)=3：2時，左池中c(Fe2+)=0.15moLLr

D.鹽橋中的陰離子進入石墨電極一側溶液中

【思維建模】

1.把氧化劑、還原劑均為溶液狀態的氧化還原反應設計成原電池時，必須使用鹽橋才能實現氧化劑與

還原劑的分離，否則不會有明顯的電流出現。

2.電子流向的分析方法：①改變條件，平衡移動；②平衡移動，電子轉移；③電子轉移，判斷區域;

④根據區域，判斷流向；⑤根據流向，判斷電極。

【變式訓練】控制適合的條件，將反應2Fe3++2I-^^2Fe2++b設計成如下圖所示的原電池。下列

判斷不正確的是（)

A.反應開始時,乙中石墨電極上發生氧化反應

B.反應開始時,甲中石墨電極上Fe3+被還原

C.電流計讀數為零時，反應達到化學平衡狀態

D.電流計讀數為零后，在甲中溶入FeCb固體，乙中的石墨電極為負極

考點二化學電源

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

知識

知識點1一次電池、二次電池電極反應式的書寫

1.新型一次電池

+2+

總反應：H2O2+2H+Mg=Mg+2H2O

Mg-H2O2電池正極

負極Mg—2e-=Mg2+

總反應：Mg+2AgCl=2Ag+MgCh

Mg-AgCl電池正極

負極Mg—2e-=Mg2+

總反應：2Na+xS=Na2sx

鈉硫電池正極

負極2Na—2e-=2Na+

總反應：2Li+Cu2O+H2O=2Cu+2Li++2OH-

鋰一銅電池

正極

負極2Li-2e~=2Li+

總反應：xLi+LiV3C)8^=Lii+xV3C)8

鋰帆氧化物電池正極

負極xLi-xe=xLi+

2.新型充電(可逆)電池

放申

總反應：Ag2O+Zn+H2O,2Ag+Zn(OH)2

正極：AgO+HO+2e-=2Ag+2OH"

鋅銀22

負極：_______________________________

電池

陽極：_______________________________

-

陰極：Zn(OH)2+2e-=Zn+20H

放申

總反應：NiO2+Fe+2H2O.Fe(OH)2+Ni(OH)2

正極：NiO+2e-+2HO=Ni(OH)+20H-

銀鐵222

銀負極：_______________________________

電池

電陽極：_______________________________

池陰極：Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-

放申

銀鎘

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

正極：2FeOr+6—+8HO=2Fe(OH)+10OH

高鐵23

負極：_______________________________

電池

陽極：_______________________________

陰極：3Zn(OH)2+6e~=3Zn+6OH-

一放申

總反應：LiiCoCh+LiC'疝電'LiCoO2+C6(x<l)

正極：Lii-%CoC)2+xe+xLi+^=LiCoO2

鋰離子

負極：_______________________________

電池

陽極：_______________________________

陰極：xLi++xe-+C6=Li%C6

放申

總反應：2Na2s2+NaBn、凳電'Na2S4+3NaBr

鈉硫+

正極：NaBr3+2e-+2Na=3NaBr

蓄電負極：_______________________________

池陽極：_______________________________

鈉

+-

陰極：Na2S4+2Na+2e=2Na2S2

電

放電

總反應：Na-MCoCh+Na/nC?充電NaCoCh+Cz

池

鈉離-+

正極：Nai-mCoO2+me+mNa=NaCoO2

子電負極：_______________________________

池陽極：_______________________________

+-

陰極：mNa++rne=NamCn

3+2+

總反應：vol+2H++V2+理尋V+VO+H2O

正極：VC^+2H++e—=VO2++H2O

全鋼液

負極：_______________________________

流電池

陽極：_______________________________

陰極：V3++1=V2+

【方法技巧】

化學電源電極反應的書寫、、書寫電極反應時，首先要根據原電池的工作原理準確判斷正、負極，然后

結合電解質溶液的環境確定電極產物，最后再根據質量守恒和電荷守恒寫出反應式。

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

負極，并依據質量守恒、電荷守恒及得失電子守恒配平兩個半反應。

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

極反應相減，即得另一個電極的反應。

知識點2燃料電池

燃料電池（以CH30H燃料電池為例，體會不同介質對電極反應的影響）

總反應：2cH3OH+3O2=2CO2+4H2O

質子交換膜

H+正極—

（酸性）

+

負極CH3OH—6屋+H2O=CO2t+6H

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

正極—

負極CH3OH—6屋+8OH=COf+6H2。

總反應：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O

固態氧化物燃

O2-正極—

料電池

2

負極CH30H—6屋+3O=CO2?+2H2O

【名師點晴】

1.燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用。

2.書寫燃料電池的電極反應時，要注意溶液的酸堿性，溶液的酸堿性對電極反應和總反應都會產生影

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為Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnOOH,電池構造示意圖

如圖所示。下列有關說法正確的是（）

A.電池工作時，MnCh發生氧化反應

B.電池工作時，OH-通過隔膜向正極移動

C.環境溫度過低，不利于電池放電

D.反應中每生成ImolMnOOH,轉移電子數為2x6.02x10-23

【變式訓練】（2024?北京市西城區高三一模）我國科學家設計可同時實現出制備和海水淡化的新型電池,

裝置示意圖如圖。

負載

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項的是（）

A.電極a是正極

B.電極b的反應式：N2H4-4e-+4OH=N2f+4H2。

C.每生成lmolN2,有2molNaCl發生遷移

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）我國學者研發出一種新型水系鋅電池，其示意圖如下。該電池分別以Zn-TCPP

（局部結構如標注框內所示）形成的穩定超分子材料和Zn為電極，以ZnSO4和KI混合液為電解質溶液。下列

說法錯誤的是（）

A.標注框內所示結構中存在共價鍵和配位鍵

該電

B.電池總反應為：I+ZnF==^Zn2++3r

3充電

C.充電時，陰極被還原的ZiP+主要來自Zn-TCPP

D放電時，消耗0.65gZn,理論上轉移0.02mol電子

【思維建模】

外接電源負極同一電極

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

還原反應:陰極一?負極:氧化反應

思維模型充電可充電放電

氧化反應:陽極」電池

A正極:還原反應

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,負極：氧化反應

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

正極:還原反應

陽極:氧化反應式

J-l

2xe=MOS一

34'Mo3S4+2xe=Mo3S4

?互逆

技巧：陰極反應式=充電總正極反應式=放電總

反應式-陽極反應式反應式-負極反應式

【變式訓練】（2024.安徽省馬鞍山市高三第二次教學質量檢測）磷酸鐵鋰電池在充放電過程中表現出了

良好的循環穩定性，具有較長的使用壽命，放電時的反應為：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、共棱形成空間鏈結構。下列說法不正確的是（）

+

A.放電時，負極反應：LixC6-xe=xLi+6C

B.（a）過程中Imol晶胞轉移的電子數為三NA

16

C.（b）代表放電過程，Li+脫離石墨，經電解質嵌入正極

+

D.充電時的陽極反應：LiFeP04-xe=Lii.xFePO4+xLi

考向3燃料電池

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

糖發電，從而控制血糖濃度。當傳感器檢測到血糖濃度高于標準，電池啟動。血糖濃度下降至標準，電池

停止工作。（血糖濃度以葡萄糖濃度計）

控

制

開

關

的是

述錯誤

下列敘

作時，

電池工

。7

C6Hl2

O2=2

l2O6+

2c6H

反應為

電池總

A.

作用

起催化

互轉變

(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