2024版新教材高考化学全程一轮总复习第六章化学反应与能量第19讲原电池化学电源（课件+课时作业+学生用书）（3份）

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复 习 目 标1．理解原电池的构成、工作原理及应用，正确判断原电池的两极，能书写电极反应式和总反应方程式；2.了解常见化学电源的种类及其工作原理；了解燃料电池的应用。体会研制新型电池的重要性；3.能够认识和书写新型化学电源的电极反应式。
考点一　原电池的工作原理及应用必备知识整理1.原电池的概念及构成条件(1)定义：把________转化为________的装置。(2)原电池的形成条件①能自发进行的____________。②两个金属活动性不同的电极(燃料电池的两个电极可以相同)。③形成________，需满足三个条件：a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入电解质溶液或熔融电解质中。
2．工作原理(以锌铜原电池为例)
3．原电池在生活、研究中的应用(1)比较金属的活动性强弱原电池中，活动性较强的金属一般作________，活动性较弱的金属(或导电的非金属)一般作________。(2)加快化学反应速率氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。(3)用于金属的防护将需要保护的金属制品作原电池的_________而受到保护。如要保护一个铁质的输水管道不被腐蚀，可用导线将其与一块______________________相连，________作原电池的负极。
比铁活泼的常见金属如锌块
(4)设计原电池①正、负极材料的选择：根据氧化还原反应找出正、负极材料，一般选择活动性较强的金属作为________；活动性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为________。②电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与________发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子的溶液。
③画装置图：注明电极材料与电解质溶液。但应注意盐桥不能用________代替，要形成闭合回路。如根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计原电池：
[正误判断]　(1)任何氧化还原反应均可设计成原电池(　　)(2)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(　　)(3)任何原电池一定是活泼性不同的两金属电极(　　)(4)原电池工作时，电子从负极流出经导线流入正极，然后通过溶液流回负极(　　)
×　能够自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池
×　该反应不是氧化还原反应，没有电子转移
×　燃料电池的两个电极均可用碳棒
×　电子不进入溶液，溶液中阴阳离子定向移动形成电流
(5)实验室制H2，用粗锌与稀H2SO4反应较快(　　)(6)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高(　　)(7)Mg—Al形成的原电池，Mg一定作负极(　　)(8)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(　　)
×　若是酸性介质Mg作负极，若是碱性介质Al作负极
×　在外电路中电流由正极流向负极，而在电解质溶液中，阳离子都由负极移向正极
对点题组训练题组一　原电池的工作原理1．将相同的锌片和铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中，以下叙述正确的是(　　)A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生B．两烧杯中溶液的H＋浓度都减小C．产生气泡的速率甲比乙慢D．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
解析：甲装置形成原电池，铜是正极，氢离子放电产生氢气，铜片表面有气泡产生；乙装置不能构成原电池，锌与稀硫酸反应产生氢气，铜不反应，A错误；两烧杯中溶液中的H＋均得到电子被还原为氢气，因此氢离子浓度都减小，B正确；形成原电池时反应速率加快，则产生气泡的速率甲比乙快，C错误；金属性锌强于铜，则甲中铜片是正极，锌片是负极，乙中没有形成闭合回路，不能形成原电池，D错误。
2．如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是(　　)A.氧化剂和还原剂必须直接接触才能发生反应B．电极Ⅱ上发生还原反应，作原电池的正极C．该原电池的总反应式为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，K＋移向负极区
[思维建模]　原电池工作原理模型图
特别提醒(1)若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。(2)若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。
题组二　原电池正负极的判断3．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　)A.①②中Mg作负极，③④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↑
微点拨　判断原电池正、负极的五种方法
题组三　原电池的应用5．某化学实验小组对KSCN的性质进行探究，设计了如下实验：(1)实验步骤ⅱ中溶液变红的原因：____________________________________、____________________ (用离子方程式说明)。
Fe3＋＋3SCN－⇌Fe(SCN)3
电池工作一段时间后，取少量左侧烧杯中的溶液，先加盐酸酸化，再加氯化钡溶液，出现白色沉淀
6．设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。(1)负极反应式：________________。(2)正极反应式：__________________。(3)电池总反应方程式：_____________________。(4)在下面画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：①不含盐桥　　　　　②含盐桥
Cu－2e－===Cu2＋
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋
[思维建模]　根据电池反应设计原电池的模板
考点二　常见化学电源的工作原理必备知识整理1.一次电池——干电池(1)碱性锌锰电池碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH，其电极反应如下：负极：____________________________________；正极：____________________________________；总反应：__________________________________。
Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－
Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
(2)银锌电池银锌电池的负极是_______，正极是________，电解质是_______，其电极反应如下：负极：______________________________；正极：______________________________；总反应：____________________________。
Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
2．二次电池——充电电池或蓄电池(1)铅酸蓄电池铅酸蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是______，正极材料是________。
总反应为______________________________________________。
(2)锂离子电池一种锂离子电池，其负极材料为嵌锂石墨(LixCy)，正极材料为LiCO2(钴酸锂)，电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水)，其总反应为LixCy＋Li1－xCO2 LiCO2＋Cy，其放电时电极反应式为负极：___________________________；正极：___________________________。
LixCy－xe－===xLi＋＋Cy
Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2
3．燃料电池(1)特点：连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能。常见燃料有H2、烃、肼、烃的衍生物、NH3、煤气等。电能转化率超过80%。(2)氢氧燃料电池
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
4.化学电源中电极反应式书写的一般方法(1)明确两极的反应物。(2)明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物。(3)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与反应的介质粒子，确定最终产物。(4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。
微点拨　(1)若已知总反应式时，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，用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；(2)若燃料电池氧化剂为O2，得电子生成O2－，1 ml O2得4 ml电子，O2－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－。
[正误判断]　(1)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长(　　)(2)铅酸蓄电池中的反应是可逆反应(　　)(3)燃料电池中的燃料在负极上发生还原反应(　　)
×　MnO2是正极反应物，不是催化剂
×　铅酸电池中的反应分别是在充电、放电不同条件下发生的，不是可逆反应
×　燃料电池中的燃料在负极上发生氧化反应
(4)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应式为2H2－4e－===4H＋(　　)(5)二次电池充电时，二次电池的阴极连接电源的负极，发生还原反应(　　)(6)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(　　)
×　碱性环境下负极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O
解析：由电池反应方程式知，铝为电池负极，铝失去电子转化为Al(OH)3，A、B正确；阴离子移向负极，C错误；由反应中锰元素价态变化知D正确。
下列说法错误的是(　　)A．PANa是一种有机高分子聚合物，在水溶液中不会发生电离B．PANa具有超强吸水性可避免电池充放电过程中因失水使离子导电率下降C．放电时，负极附近pH减小D．充电时，阳极反应为3C(OH)2＋2Ni(OH)2－5e－＋5OH－===3COOH＋2NiOOH＋5H2O
解析：PANa在水溶液中电离出聚丙烯酸根离子和Na＋，应为离子化合物，A项错误；PANa是一种超强吸水聚合物，具有超强吸水性，可避免电池充放电过程中因失水使离子导电率下降，B项正确；分析题给电池反应，放电时，Zn的化合价升高，失去电子，作负极，电极反应为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，负极附近OH－浓度降低，pH减小，C项正确；充电时，C(OH)2和Ni(OH)2在阳极失去电子得到COOH和NiOOH，电极反应为3C(OH)2＋2Ni(OH)2＋5OH－－5e－===3COOH＋2NiOOH＋5H2O，D项正确。
微点拨　二次电池充电时的电极连接即正极接正极，负极接负极。
题组二　常见燃料电池3.如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀H2SO4为电解质溶液。下列有关说法不正确的是(　　)A．a极为负极，电子由a极经外电路流向b极B．a极的电极反应式：H2－2e－===2H＋C．电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)增大D．若将H2改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，O2的用量增多
解析：a极通入的H2发生氧化反应，为负极，电子由a极经外电路流向b极，以稀H2SO4为电解质溶液时，负极的H2被氧化为H＋，A、B项正确；总反应为2H2＋O2===2H2O，电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)减小，则C项错误；根据电池总反应：2H2＋O2===2H2O，CH4＋2O2===CO2＋2H2O，可知消耗等物质的量的H2和CH4，CH4消耗O2较多，则D项正确。
4．研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如下图所示。下列说法错误的是(　　)A．加入HNO3降低了正极反应的活化能B．电池工作时正极区溶液的pH降低C．1 ml CH3CH2OH被完全氧化时有3 ml O2被还原D．负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
解析：由分析知，HNO3在正极起催化作用，作催化剂，则加入HNO3降低了正极反应的活化能，故A正确；电池工作时正极区的总反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，则溶液中氢离子浓度减小，pH增大，故B错误；根据得失电子守恒可知，1 ml CH3CH2OH被完全氧化时，转移12 ml电子，则有3 ml O2被还原，故C正确；由分析知，负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋，故D正确。
新 情 境 新 高 考探究伏打电池意大利科学家伏特设计了一种能检验电量的验电器，用多种金属反复进行实验，他发现起电序列为锌、铅、锡、铁、铜、银和金。此序列中任意两种金属相接触，位于序列前面的带负电，后面的带正电。1799年，伏特发明了世界上第一个电池——伏打电池(即原电池)。其装置如图所示：图中各数字分别表示：1—铜片，2—锌片，3—浸有稀H2SO4的湿布片，4—金属导线
[问题探究](1)从装置示意图中分析伏打电池的构成条件有哪些？(2)伏打电池中的正、负极材料是什么？电子流向是怎样的？写出正极反应式。
提示：伏打电池的构成条件：①两个金属活动性不同的电极(Cu和Zn)；②电解质溶液(稀H2SO4)；③形成闭合回路。
提示：伏打电池的正极是Cu，负极是Zn；电子由负极(Zn)流向正极(Cu)；正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
(3)若将伏打电池装置图中的“1”更换为Al片，“2”更换为Mg片，“3”更换为浸有NaOH溶液的湿布片，该装置能否形成原电池？若能，指出电池的正、负极材料，并写出电极反应式。
2．[2022·全国乙卷]Li－O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好应用前景。近年来，科学家研究了一种光照充电Li－O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)对电池进行充电。
下列叙述错误的是 (　　)A．充电时，电池的总反应Li2O2===2Li＋O2B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C．放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移D．放电时，正极发生反应O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
解析：根据题给电池装置图并结合阴、阳极电极反应可知，充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2，A项正确；由题干中光照时阴、阳极反应可知，充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B项正确；放电时题给装置为原电池，阳离子(Li＋)向正极迁移，C项错误；根据题给装置图可知，放电时正极上O2得电子并与Li＋结合生成Li2O2，即O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D项正确。
3．[2022·广东卷]科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为： NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是(　　)A．充电时电极b是阴极B．放电时NaCl溶液的pH减小C．放电时NaCl溶液的浓度增大D．每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加23 g
解析：由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误；放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，反应后Na＋和Cl－浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确；充电时阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加23 g·ml－1×2 ml＝46 g，故D错误。
4．[2021·全国甲卷]乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。
下列说法正确的是(　　)A．KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用B．阳极上的反应式为：C．制得2 ml乙醛酸，理论上外电路中迁移了1 ml电子D．双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移
解析：根据图示，石墨电极一侧发生反应2Br－－2e－===Br2、OHC—CHO＋Br2＋H2O―→HOOC—CHO＋2HBr，总反应为OHC—CHO－2e－＋H2O===HOOC—CHO＋2H＋，因此石墨电极为阳极，KBr不只是起到电解质的作用，A项错误，B项错误；根据阳极总反应OHC—CHO－2e－＋H2O===HOOC—CHO＋2H＋、阴极反应HOOC—COOH＋2e－＋2H＋===HOOC—CHO＋H2O，可得总反应式为OHC—CHO＋HOOC—COOH===2HOOC—CHO，故制得2 ml乙醛酸，理论上外电路中迁移了2 ml电子，C项错误；根据阴极(铅电极)反应，双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向阴极(铅电极)迁移，D项正确。
5．[2021·湖南卷]锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：