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第40讲 原电池 化学电源-【精梳精讲】2024年高考化学大一轮精品复习课件（新教材）
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这是一份第40讲 原电池 化学电源-【精梳精讲】2024年高考化学大一轮精品复习课件（新教材），共60页。PPT课件主要包含了复习目标，内容索引，专项突破，归纳整合，问题导学，盐桥工作示意图，各类电池，燃料电池，固体燃料电池，改变燃料等内容，欢迎下载使用。
1.理解原电池的工作原理。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.能够书写常见化学电源的电极反应式和总反应方程式。
考点一 原电池工作原理及应用
考点二 常见化学电源
研究化学能与电能相互转换的装置、过程和效率的科学
②借助电流而发生的反应
2. 从化学能与电能的转化关系,可将电化学为哪两类？
借助于氧化还原反应将化学能转化为电能的装置。
双池原电池(盐桥原电池)
外电路：“负极出电子，电子回正极”
(2)两个活性不同的电极
(1)有能自发进行的氧化还原反应
正极材料:较不活泼金属(或能导电的非金属如：石墨等)
(自身失电子，被损耗)
(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)
→可以是电极上负载活性不同的物质。如H2和O2
（即，外电路用导线连接或直接接触）
(或熔融电解质、固态离子导体等)
1、电解质溶液为稀硫酸
2、电解质溶液为浓硝酸
2Al — 6e- = 2Al3+
Cu — 2e- = Cu2+
思考与讨论1：思考下列装置是否构成原电池，能构成则写出其中的电极反应及总反应式。
2、电解质溶液为NaOH(aq)
2Al +8OH- - 6e- = 2AlO2-+4H2O
6H2O + 6e- = 6OH- +3H2↑
2Al +2OH- +6H2O= 2AlO2- + 3H2↑ +4H2O
Mg — 2e- = Mg 2+
思考与讨论2：思考下列装置是否构成原电池，能构成则写出其中的电极反应及总反应式。
注意：正、负极的判断受电解质溶液的影响，“较活泼金属”不一定做负极
你能写出它们的电极反应式吗？
注意二：所谓“活性不同的电极”还可以是电极上负载的物质活性不同。
石墨、Pt、Au等称为惰性电极
思考与讨论3：思考下列装置是否构成原电池，能构成则写出其中的电极反应及总反应式。
注意三：形成闭合回路的方式有多种。
Fe -2e-= Fe 2+
2Fe3++2e-=2Fe2+
2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+
思考与讨论4：思考下列装置是否构成原电池，能构成则写出其中的电极反应及总反应式。
总反应: 2 Fe+ O2 + 2H2O = 2Fe(OH) 2
注意四：在中性或碱性溶液中，若无电解质溶液中的阳离子得e-， 则正极通常考虑溶液中的O2得e-变OH-
正极：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
Fe – 2e- = Fe2+
2H2O + O2 + 4e- = 4OH-
2 4 2
思考与讨论5：思考下列装置是否构成原电池，能构成则写出其中的电极反应及总反应式。
负极：2Fe – 4e- = 2Fe2+正极：2H2O + O2 + 4e- = 4OH-
负极：Fe – 2e- = Fe2+正极：2H+ + 2e- = H2↑
→钢铁中含有碳，可与Fe组成原电池，发生原电池反应而使钢铁遭到腐蚀
①当水膜溶液为强酸性时
随反应进行，溶液酸性减弱，碱性增强，逐渐产生Fe(OH) 2
4Fe(OH) 2 + O2 + 2H2O =4 Fe(OH) 3
Fe2O3˙XH2O 铁锈
（2）当水膜溶液为弱酸性或中性时
Fe2O3˙XH2O铁锈
注意一：正、负极的判断受电解质溶液的影响，“较活波金属”不一定做负极
注意三: 形成闭合回路的方式有多种。
注意四：在中性或碱性溶液中，若无电解质溶液中的阳离子得e-， 则正极通常考虑溶液中的O2得e-变OH—
有的电池产生的电流大，可以对外做功；但有的原电池，电极上发生的反应很慢，产生的电流极其微弱，不能对外做功。
如，钢铁生锈发生的电化学腐蚀
①找出两极放电的物质或离子
②分析得、失电子情况，写出放电后的产物
③如原子不能守恒，一般可两边添加H+、H2O 或 OH-、H2O
注意：电极反应产物是否与电解质溶液发生反应
原 则:遵循质量守恒、电子守恒、电荷守恒定律。
[如:CH4碱性燃料电池的负极反应式]
③总反应是正、负极反应式相加而得，如果产物离子能形成 弱酸、弱碱时，应把离子合写成弱酸、弱碱。
②若电极反应产生的离子可与电解质溶液中的离子反应，则要合并到电极反应式中
再练习: 写出下列装置的电极反应及总反应式。
4Al+12HCO3--12e-=4Al(OH)3+12CO2
3O2 +12e-+12HCO3- = 12CO32-+6H2O
4Al+3O2+24HCO3-
=4Al(OH)3+12CO2+12CO32-+6H2O
如右图连好装置，可观察到什么现象？
电流不稳定,且在较短时间内迅速衰减,放电效率低。
这是什么原因造成的呢？
电流表指针发生偏转，但不稳定。
两个电极上都有红色物质生成
即，不能产生持续稳定的电流。
由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，铜在锌片表面析出，
锌表面也构成了原电池，进一步加速铜在锌表面析出，
致使向外输出的电流强度减弱，
改进措施——双池原电池
二、对双 池 原电池工作原理的理解
原电池能持续稳定的产生电流
含琼脂的KCl(或KNO3)饱和溶液
问题：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？盐桥在此的作用是什么？
导线的作用是传递电子，沟通外电路。
盐桥的作用则是沟通内电路
Cl-移向 极
K+移向 极
使原电池氧化反应和还原反应在隔绝的区域间实现了电子的定向移动，使原电池持续稳定的产生电流。
②平衡电荷,使原电池不断产生电流
将热的琼胶溶液倒入U形管中，将冷却后的U形管浸泡在KCl的饱和溶液中即可。
特别提醒：在含Ag+的原电池中，应改用KNO3或NH4NO3等饱和溶液
电极反应：负极： ；正极： ；总反应： 。
Cu2++2e- =Cu
Zn－2e- =Zn2+
Zn + Cu2+= Zn2+ + Cu
随开随用，并能长时间产生持续、稳定的电流。
1.能用金属代替盐桥吗？
此时，装置中不能产生电流！
→在电路接通的情况下，因盐桥中含有的离子可以与溶液中的离子交换，保持电解液的电中性，从而达到传导电流的目的。若改为金属，则破坏了整个电路！
答案：可以不同。但溶质阳离子与电极材料必须不反应。
2.在有盐桥的铜锌原电池中，电解质溶液的选择为什么要与电极材料的阳离子相同？如Zn极对应的是硫酸锌，能不能是氯化铜或者氯化钠？
Zn就会置换出Cu, 在表面形成原电池, 减少供电量。
负极区发生的反应只是Zn的溶解.
利用：Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag的反应原理， 设计一个带盐桥的原电池装置.
①根据氧化还原反应分成两个半反应(氧化反应和还原反应)
②根据电极反应式确定合适的电极材料和电解质溶液
Cu+ 2 AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag
电极材料：负极是 ，正极可以是 等。
[思考分析] 利用该反应设计原电池
正极(还原反应)：2Ag+ + 2e- = 2 Ag
负极(氧化反应)：Cu – 2e- = Cu2+
AgNO3 、CuSO4或者：AgNO3、 Cu(NO3)2
(盐桥: 含 的琼脂)
利用反应:5Fe2++MnO4- + 8H+=5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O 设计一个带盐桥的原电池装置.
Fe2+ - e- =Fe3+
MnO4- + 5 e- + 8H+=Mn2++4H2O
电极材料： .
(2)比较金属活动性强弱
下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是
C.将甲乙与稀硫酸组成原电池时甲是负极；
A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中， 乙溶解，甲 上有H2气放出；
B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；
D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；
例2、 a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。a、b相连时，电流由a经导线流向b；c、d相连时，电子由d到c；a、c相连时，a极上产生大量气泡；b、d相连时，H+移向d极。则四种金属的活动性由强到弱的顺序为( )
A.a>b>c >d B.a>c>d>b C.c>a>b>d D.b>d>c>a
(3)加快化学反应速率
下列制氢气的反应速率最快的是
粗锌和 1ml/L 盐酸；
纯锌和1ml/L 硫酸；
纯锌和18 ml/L 硫酸；
粗锌和1ml/L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。
:氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。
下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是
:将需要保护的金属制品作原电池的 而受到保护。
1.实验a：将铜片、锌片和稀硫酸组成单液原电池，铜片、锌片表面均产生气泡。实验b：将锌片在稀HgCl2溶液中浸泡几分钟，锌片表面形成锌汞合金，再与铜片、稀硫酸组成单液原电池，只有铜片表面产生气泡。下列有关说法不正确的是A.实验a中锌片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能B.实验b中铜片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能C.实验a、b中原电池总反应的离子方程式均为Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑D.锌片经HgCl2溶液处理后，有利于更多的化学能转化为电能
一、原电池的设计及工作原理
2.某学习小组设计如图所示原电池装置。该电池总反应为Cl-＋Ag+=AgCl↓ 下列说法正确的是A.放电时，X电极发生还原反应B.放电时，Y电极反应式为Ag+＋e- =AgC.放电时，盐桥中K＋向盛有NaCl溶液的烧杯中移动D.外电路中每通过0.1 mle－，X电极质量增加14.35 g
X(负极)：Ag - e－+ Cl- =AgCl
Y(正极)：Ag＋＋e－=Ag
下列叙述正确的是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I2＋2e-=2I-
3.如图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO43-＋2I－＋2H＋ AsO33-＋I2＋H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40% NaOH溶液。
Ⅰ有电子转移, 但电子不会沿导线通过
AsO33-＋I2＋2OH- AsO43-＋2I-＋H2O
→控制适合的条件, 将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是( )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
I2被还原为I－,乙中石墨为正极
1.当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。
2.电子流向的分析方法
→ 根据流向，判断电极。
→ 根据区域，判断流向；
→ 电子转移，判断区域；
→ 平衡移动，电子转移；
4.有下图所示的四个装置， 回答相关问题：
(1)图①中，Mg作____极。(2)图②中，Mg作____极，写出负极反应式： ，正极反应式： ，总反应的离子方程式： 。
6H2O＋6e－=6OH－＋3H2↑
二、电极的判断及电极方程式的书写
2Al +8OH--6e-=2AlO2-+4H2O
2Al +2OH- +2H2O=2AlO2- + 3H2↑
(3)图③中，Fe作____极，写出负极反应式 ,正极反应式：____________________________________，总反应的化学方程式: 。
Cu－2e－=Cu2＋
Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
(4)图④装置能否构成原电池？___(填“能”或“否”)，若能构成原电池，正极为___，电极反应式为____________________ (若不能构成原电池，后两问不用回答)。
O2＋4e－＋2H2O=4OH－
考 点 二 常 见 化 学 电 源
——将化学能转换成电能的装置
——将太阳能转换成电能的装置
——将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转变为电能的装置
:又称充电电池或蓄电池放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用。
:是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源,又称连续电池
:电池中的反应物质消耗到一定程度，就不能再次利用。
用于“神六”的太阳能电池
能量转换效率高，供能稳定可靠;可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组;使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作.
②化学电池与其他能源相比有哪些优点？
判断电池优劣的主要标准
【讨论】如果你拥有一台笔记本电脑，你希望电脑中的电池有哪些优点？
电容量大，工作寿命长，充电时间短，体积小，质量轻，性价比高等
③判断电池的优劣标准主要是什么？
(3)电池的储存时间的长短
［符号(W·h/kg)，(W·h/L)］
指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少
[符号是W/kg，W/L)]
指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小
一次电池，也叫做干电池，放电后不可再充电。常见的一次电池有普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、纽扣式银锌电池等。
一、一次电池(干电池)
:填充NH4Cl、MnO2的黑色粉末
缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液
Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2
2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH + 2OH-
Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
［思考］该电池的正负极材料和电解质．
只能一次使用，不能充电；价格较贵.
比能量和储存时间有所提高，不会气涨或漏液。
适用于大电流和连续放电。
3、锌银电池—纽扣电池
电池总反应： Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag
Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2
Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－
优 点：比能量大，电压高、稳定，低污染。
手表、相机、心率调节器等，适宜小电流连续放电。
即，可以反复___电和___电，
是电池发展的一个重要方向。
发生氧化还原反应的物质(电极、电解质溶液)大部分消耗后，又可以通过充电而恢复其供电能力。
常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅蓄电池。
Pb - 2e- =
PbO2 + 2e- =
注 意：若电极反应产生的离子可以与电解质溶液中的离子反应，则要叠加写进电极反应式中。
以Pb 、PbO2作为电极板交替排列，浓硫酸做电解质溶液
(—) (+)
①放电过程负极： Pb+SO42--2e-=PbSO4正极： PbO2+4H++SO42-+2e-=2PbSO4+2H2O
充电过程总反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4
比能量低、笨重、废弃电池污染环境
可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉
PbSO4 + 2e- = Pb + SO42-
2PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-
口诀：“正接正，负接负”
练1. 汽车的启动电源常用铅蓄电池，放电时的电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4＝2PbSO4↓＋2H2O，根据此反应判断下列叙述中正确的是 （ ） A．需要定期补充H2SO4 B．放电时，正极附近溶液PH增大 C．放电时，PbO2得电子，被氧化 D．电池充电时，溶液密度增大。 E. 电池放电时，每转移2ml电子，负极减少207克
Li1-xCO2 + LixC6 = LiCO2 + 6C
LiC6﹣xe- = 6C + xLi+
Li1-xCO2 + xLi+ + xe- = LiCO2
以钴酸锂—石墨锂电池为例：
LiCO2 + 6C = Li1-xCO2 + LixC6
6C + xLi+ + xe- = LiC6
LiCO2 - xe- = Li1-xCO2 + xLi+
→燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池
→如无特别提示，燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧。
→氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池.
①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；②反应产物不断排出；③能量转化率高,可超过80% (火力发电约30%多)，有利于节约能源。缺点：体积较大、附属设备较多优点：能量转换率高、清洁、对环境好常见的燃料：除H2外，还有CO、水煤气、烃类、醇类、醚类、氨、肼等
燃料电池与前几种电池的差别：
①燃料做负极，助燃剂氧气为正极②电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。
负极：2H2 – 4e- = 4H+
正极：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
负极：2H2 + 4OH- – 4e- = 4H2O
正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
— 有效地防止电解质溶液对外壳的腐蚀
总反应：2H2 + O2 = 2H2O
问:一段时间后，溶液酸性 PH:
问:一段时间后，溶液碱性 PH:
① 酸性电解质（H2SO4)
②碱性电解质（KOH)
注意：没有“点燃”条件
2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O
O2 + 4e-= 2O2－
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
正极：2O2 + 4H2O + 8e- = 8OH-
负极：CH4 + 10OH- – 8e- = CO32- + 7H2O
CH4 +2O2 = CO2 + 2H2O
CH4 +2O2 + 2OH- = CO32- + 2H2O
1、CH4—空气燃料电池
负极区：通入H2、CO、CH4、CH3OH等
正极区：通入O2、空气等氧化性气体
正极：2O2 + 8H+ + 8e- = 4H2O
负极：CH4– 8e- + 2H2O = CO2 + 8H+
问：反应后溶液的pH如何变化？
CO—空气—H2SO4燃料电池
CO—空气—KOH燃料电池
CH3OH—空气—H2SO4燃料电池
CH3OH—空气—KOH燃料电池
酸性条件下，正极：O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O
碱性条件下，正极：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
负极：燃料（H2、CO、烃类、肼、甲醇、氨、煤气……）
电解质：①酸性溶液 ②碱性溶液 ③固体电解质(可传导O2－) ④熔融碳酸盐
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
O2 + 4e- = 2O2-
O2 + 4e- +2CO2 = 2CO32-
→不同电解质会对总反应式、电极反应式有影响。
练2.一种新型熔融盐燃料电池具有高发电效率而倍受重视。现有Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，一极通CO气体，另一极能O2和CO2的混合气体，制作650℃时工作的燃料电池，其电池总反应是2CO+O2 =2CO2。则下列说法中正确的是（ ） A．通CO的一极是电池的正极 B．负极电极反应是：O2+2CO2+4e- =2CO32- C．熔融盐中CO32-的物质的量在工作时保持不变 D．正极发生氧化反应
练3.实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气,已知铅蓄电池放电时发生如下反应：负极：Pb + SO42--2e-＝PbSO4；正极: PbO2+4H++SO42-+2e-＝PbSO4+2H2O今若制得Cl2 0.05ml,这时电池内消耗n(H2SO4)至少是( )
所以，若要制得0.05ml Cl2，需消耗H2SO4为0.10 ml
电解NaCl饱和溶液,若要制得0.05ml Cl2，需要电路上有0.1 ml电子通过
铅蓄电池的总反应式为：Pb + PbO2 + 2H2SO4=2PbSO4+2H2O。
电路上有2 ml电子通过时消耗2 ml的H2SO4，
下列说法错误的是A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH-(aq)－e-=NiOOH(s)＋H2O(l)C.放电时负极反应为Zn(s)＋2OH-(aq)－2e-=ZnO(s)＋H2O(l)D.放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区
1.为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D-Zn－NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l) ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。
电池放电过程中，阴离子移向负极区
2.直接煤-空气燃料电池原理如图所示，下列说法错误的是A.随着反应的进行，氧化物电解质的量不断减少B.负极上发生的反应有C＋2CO32-－4e－=3CO2、CO2＋O2－=CO32-C.电极X为负极，O2-向X极迁移D.直接煤-空气燃料电池的能量效率比煤燃烧发电的能量效率高
Y为正极，反应为O2＋4e－=2O2－
电极X是负极，反应为C＋ 2CO32- －4e－=3CO2，CO2＋O2－= CO32- 。
总反应式：C＋O2=CO2
3.(1)科学家用氮化镓材料与铜组装如图1所示的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4。该电池负极是______，负极产物是____，正极是___，正极产物是_____。
(2)钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池工作时的反应为2RuⅡ*＋ I3- =2RuⅢ＋3I－，装置如图2。该电池负极材料为 ，负极产物为____；正极材料为 ，正极产物为___，正极反应式：___________。
I3- ＋2e－=3I－
(3)“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如图3。该电池负极是___，负极产物是__________，正极产物是______。
1.(2021·广东，9)火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时A.负极上发生还原反应B.CO2在正极上得电子C.阳离子由正极移向负极D.将电能转化为化学能
放电时总反应为4Na＋3CO2=2Na2CO3＋C
原电池，将化学能转化为电能
A.甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加B.乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O=2Ag＋2OH－C.丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D.丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
2.(2019·浙江4月选考，12)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。
3.(2022·湖南，8)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是A.海水起电解质溶液作用B.N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D.该锂-海水电池属于一次电池
O2＋2H2O＋4e－=4OH－
1.理解原电池的工作原理。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.能够书写常见化学电源的电极反应式和总反应方程式。
考点一 原电池工作原理及应用
考点二 常见化学电源
研究化学能与电能相互转换的装置、过程和效率的科学
②借助电流而发生的反应
2. 从化学能与电能的转化关系,可将电化学为哪两类？
借助于氧化还原反应将化学能转化为电能的装置。
双池原电池(盐桥原电池)
外电路：“负极出电子，电子回正极”
(2)两个活性不同的电极
(1)有能自发进行的氧化还原反应
正极材料:较不活泼金属(或能导电的非金属如：石墨等)
(自身失电子，被损耗)
(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)
→可以是电极上负载活性不同的物质。如H2和O2
（即，外电路用导线连接或直接接触）
(或熔融电解质、固态离子导体等)
1、电解质溶液为稀硫酸
2、电解质溶液为浓硝酸
2Al — 6e- = 2Al3+
Cu — 2e- = Cu2+
思考与讨论1：思考下列装置是否构成原电池，能构成则写出其中的电极反应及总反应式。
2、电解质溶液为NaOH(aq)
2Al +8OH- - 6e- = 2AlO2-+4H2O
6H2O + 6e- = 6OH- +3H2↑
2Al +2OH- +6H2O= 2AlO2- + 3H2↑ +4H2O
Mg — 2e- = Mg 2+
思考与讨论2：思考下列装置是否构成原电池，能构成则写出其中的电极反应及总反应式。
注意：正、负极的判断受电解质溶液的影响，“较活泼金属”不一定做负极
你能写出它们的电极反应式吗？
注意二：所谓“活性不同的电极”还可以是电极上负载的物质活性不同。
石墨、Pt、Au等称为惰性电极
思考与讨论3：思考下列装置是否构成原电池，能构成则写出其中的电极反应及总反应式。
注意三：形成闭合回路的方式有多种。
Fe -2e-= Fe 2+
2Fe3++2e-=2Fe2+
2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+
思考与讨论4：思考下列装置是否构成原电池，能构成则写出其中的电极反应及总反应式。
总反应: 2 Fe+ O2 + 2H2O = 2Fe(OH) 2
注意四：在中性或碱性溶液中，若无电解质溶液中的阳离子得e-， 则正极通常考虑溶液中的O2得e-变OH-
正极：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
Fe – 2e- = Fe2+
2H2O + O2 + 4e- = 4OH-
2 4 2
思考与讨论5：思考下列装置是否构成原电池，能构成则写出其中的电极反应及总反应式。
负极：2Fe – 4e- = 2Fe2+正极：2H2O + O2 + 4e- = 4OH-
负极：Fe – 2e- = Fe2+正极：2H+ + 2e- = H2↑
→钢铁中含有碳，可与Fe组成原电池，发生原电池反应而使钢铁遭到腐蚀
①当水膜溶液为强酸性时
随反应进行，溶液酸性减弱，碱性增强，逐渐产生Fe(OH) 2
4Fe(OH) 2 + O2 + 2H2O =4 Fe(OH) 3
Fe2O3˙XH2O 铁锈
（2）当水膜溶液为弱酸性或中性时
Fe2O3˙XH2O铁锈
注意一：正、负极的判断受电解质溶液的影响，“较活波金属”不一定做负极
注意三: 形成闭合回路的方式有多种。
注意四：在中性或碱性溶液中，若无电解质溶液中的阳离子得e-， 则正极通常考虑溶液中的O2得e-变OH—
有的电池产生的电流大，可以对外做功；但有的原电池，电极上发生的反应很慢，产生的电流极其微弱，不能对外做功。
如，钢铁生锈发生的电化学腐蚀
①找出两极放电的物质或离子
②分析得、失电子情况，写出放电后的产物
③如原子不能守恒，一般可两边添加H+、H2O 或 OH-、H2O
注意：电极反应产物是否与电解质溶液发生反应
原 则:遵循质量守恒、电子守恒、电荷守恒定律。
[如:CH4碱性燃料电池的负极反应式]
③总反应是正、负极反应式相加而得，如果产物离子能形成 弱酸、弱碱时，应把离子合写成弱酸、弱碱。
②若电极反应产生的离子可与电解质溶液中的离子反应，则要合并到电极反应式中
再练习: 写出下列装置的电极反应及总反应式。
4Al+12HCO3--12e-=4Al(OH)3+12CO2
3O2 +12e-+12HCO3- = 12CO32-+6H2O
4Al+3O2+24HCO3-
=4Al(OH)3+12CO2+12CO32-+6H2O
如右图连好装置，可观察到什么现象？
电流不稳定,且在较短时间内迅速衰减,放电效率低。
这是什么原因造成的呢？
电流表指针发生偏转，但不稳定。
两个电极上都有红色物质生成
即，不能产生持续稳定的电流。
由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，铜在锌片表面析出，
锌表面也构成了原电池，进一步加速铜在锌表面析出，
致使向外输出的电流强度减弱，
改进措施——双池原电池
二、对双 池 原电池工作原理的理解
原电池能持续稳定的产生电流
含琼脂的KCl(或KNO3)饱和溶液
问题：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？盐桥在此的作用是什么？
导线的作用是传递电子，沟通外电路。
盐桥的作用则是沟通内电路
Cl-移向 极
K+移向 极
使原电池氧化反应和还原反应在隔绝的区域间实现了电子的定向移动，使原电池持续稳定的产生电流。
②平衡电荷,使原电池不断产生电流
将热的琼胶溶液倒入U形管中，将冷却后的U形管浸泡在KCl的饱和溶液中即可。
特别提醒：在含Ag+的原电池中，应改用KNO3或NH4NO3等饱和溶液
电极反应：负极： ；正极： ；总反应： 。
Cu2++2e- =Cu
Zn－2e- =Zn2+
Zn + Cu2+= Zn2+ + Cu
随开随用，并能长时间产生持续、稳定的电流。
1.能用金属代替盐桥吗？
此时，装置中不能产生电流！
→在电路接通的情况下，因盐桥中含有的离子可以与溶液中的离子交换，保持电解液的电中性，从而达到传导电流的目的。若改为金属，则破坏了整个电路！
答案：可以不同。但溶质阳离子与电极材料必须不反应。
2.在有盐桥的铜锌原电池中，电解质溶液的选择为什么要与电极材料的阳离子相同？如Zn极对应的是硫酸锌，能不能是氯化铜或者氯化钠？
Zn就会置换出Cu, 在表面形成原电池, 减少供电量。
负极区发生的反应只是Zn的溶解.
利用：Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag的反应原理， 设计一个带盐桥的原电池装置.
①根据氧化还原反应分成两个半反应(氧化反应和还原反应)
②根据电极反应式确定合适的电极材料和电解质溶液
Cu+ 2 AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag
电极材料：负极是 ，正极可以是 等。
[思考分析] 利用该反应设计原电池
正极(还原反应)：2Ag+ + 2e- = 2 Ag
负极(氧化反应)：Cu – 2e- = Cu2+
AgNO3 、CuSO4或者：AgNO3、 Cu(NO3)2
(盐桥: 含 的琼脂)
利用反应:5Fe2++MnO4- + 8H+=5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O 设计一个带盐桥的原电池装置.
Fe2+ - e- =Fe3+
MnO4- + 5 e- + 8H+=Mn2++4H2O
电极材料： .
(2)比较金属活动性强弱
下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是
C.将甲乙与稀硫酸组成原电池时甲是负极；
A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中， 乙溶解，甲 上有H2气放出；
B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；
D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；
例2、 a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。a、b相连时，电流由a经导线流向b；c、d相连时，电子由d到c；a、c相连时，a极上产生大量气泡；b、d相连时，H+移向d极。则四种金属的活动性由强到弱的顺序为( )
A.a>b>c >d B.a>c>d>b C.c>a>b>d D.b>d>c>a
(3)加快化学反应速率
下列制氢气的反应速率最快的是
粗锌和 1ml/L 盐酸；
纯锌和1ml/L 硫酸；
纯锌和18 ml/L 硫酸；
粗锌和1ml/L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。
:氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。
下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是
:将需要保护的金属制品作原电池的 而受到保护。
1.实验a：将铜片、锌片和稀硫酸组成单液原电池，铜片、锌片表面均产生气泡。实验b：将锌片在稀HgCl2溶液中浸泡几分钟，锌片表面形成锌汞合金，再与铜片、稀硫酸组成单液原电池，只有铜片表面产生气泡。下列有关说法不正确的是A.实验a中锌片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能B.实验b中铜片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能C.实验a、b中原电池总反应的离子方程式均为Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑D.锌片经HgCl2溶液处理后，有利于更多的化学能转化为电能
一、原电池的设计及工作原理
2.某学习小组设计如图所示原电池装置。该电池总反应为Cl-＋Ag+=AgCl↓ 下列说法正确的是A.放电时，X电极发生还原反应B.放电时，Y电极反应式为Ag+＋e- =AgC.放电时，盐桥中K＋向盛有NaCl溶液的烧杯中移动D.外电路中每通过0.1 mle－，X电极质量增加14.35 g
X(负极)：Ag - e－+ Cl- =AgCl
Y(正极)：Ag＋＋e－=Ag
下列叙述正确的是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I2＋2e-=2I-
3.如图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO43-＋2I－＋2H＋ AsO33-＋I2＋H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40% NaOH溶液。
Ⅰ有电子转移, 但电子不会沿导线通过
AsO33-＋I2＋2OH- AsO43-＋2I-＋H2O
→控制适合的条件, 将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是( )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
I2被还原为I－,乙中石墨为正极
1.当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。
2.电子流向的分析方法
→ 根据流向，判断电极。
→ 根据区域，判断流向；
→ 电子转移，判断区域；
→ 平衡移动，电子转移；
4.有下图所示的四个装置， 回答相关问题：
(1)图①中，Mg作____极。(2)图②中，Mg作____极，写出负极反应式： ，正极反应式： ，总反应的离子方程式： 。
6H2O＋6e－=6OH－＋3H2↑
二、电极的判断及电极方程式的书写
2Al +8OH--6e-=2AlO2-+4H2O
2Al +2OH- +2H2O=2AlO2- + 3H2↑
(3)图③中，Fe作____极，写出负极反应式 ,正极反应式：____________________________________，总反应的化学方程式: 。
Cu－2e－=Cu2＋
Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
(4)图④装置能否构成原电池？___(填“能”或“否”)，若能构成原电池，正极为___，电极反应式为____________________ (若不能构成原电池，后两问不用回答)。
O2＋4e－＋2H2O=4OH－
考 点 二 常 见 化 学 电 源
——将化学能转换成电能的装置
——将太阳能转换成电能的装置
——将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转变为电能的装置
:又称充电电池或蓄电池放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用。
:是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源,又称连续电池
:电池中的反应物质消耗到一定程度，就不能再次利用。
用于“神六”的太阳能电池
能量转换效率高，供能稳定可靠;可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组;使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作.
②化学电池与其他能源相比有哪些优点？
判断电池优劣的主要标准
【讨论】如果你拥有一台笔记本电脑，你希望电脑中的电池有哪些优点？
电容量大，工作寿命长，充电时间短，体积小，质量轻，性价比高等
③判断电池的优劣标准主要是什么？
(3)电池的储存时间的长短
［符号(W·h/kg)，(W·h/L)］
指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少
[符号是W/kg，W/L)]
指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小
一次电池，也叫做干电池，放电后不可再充电。常见的一次电池有普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、纽扣式银锌电池等。
一、一次电池(干电池)
:填充NH4Cl、MnO2的黑色粉末
缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液
Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2
2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH + 2OH-
Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
［思考］该电池的正负极材料和电解质．
只能一次使用，不能充电；价格较贵.
比能量和储存时间有所提高，不会气涨或漏液。
适用于大电流和连续放电。
3、锌银电池—纽扣电池
电池总反应： Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag
Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2
Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－
优 点：比能量大，电压高、稳定，低污染。
手表、相机、心率调节器等，适宜小电流连续放电。
即，可以反复___电和___电，
是电池发展的一个重要方向。
发生氧化还原反应的物质(电极、电解质溶液)大部分消耗后，又可以通过充电而恢复其供电能力。
常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅蓄电池。
Pb - 2e- =
PbO2 + 2e- =
注 意：若电极反应产生的离子可以与电解质溶液中的离子反应，则要叠加写进电极反应式中。
以Pb 、PbO2作为电极板交替排列，浓硫酸做电解质溶液
(—) (+)
①放电过程负极： Pb+SO42--2e-=PbSO4正极： PbO2+4H++SO42-+2e-=2PbSO4+2H2O
充电过程总反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4
比能量低、笨重、废弃电池污染环境
可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉
PbSO4 + 2e- = Pb + SO42-
2PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-
口诀：“正接正，负接负”
练1. 汽车的启动电源常用铅蓄电池，放电时的电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4＝2PbSO4↓＋2H2O，根据此反应判断下列叙述中正确的是 （ ） A．需要定期补充H2SO4 B．放电时，正极附近溶液PH增大 C．放电时，PbO2得电子，被氧化 D．电池充电时，溶液密度增大。 E. 电池放电时，每转移2ml电子，负极减少207克
Li1-xCO2 + LixC6 = LiCO2 + 6C
LiC6﹣xe- = 6C + xLi+
Li1-xCO2 + xLi+ + xe- = LiCO2
以钴酸锂—石墨锂电池为例：
LiCO2 + 6C = Li1-xCO2 + LixC6
6C + xLi+ + xe- = LiC6
LiCO2 - xe- = Li1-xCO2 + xLi+
→燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池
→如无特别提示，燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧。
→氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池.
①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；②反应产物不断排出；③能量转化率高,可超过80% (火力发电约30%多)，有利于节约能源。缺点：体积较大、附属设备较多优点：能量转换率高、清洁、对环境好常见的燃料：除H2外，还有CO、水煤气、烃类、醇类、醚类、氨、肼等
燃料电池与前几种电池的差别：
①燃料做负极，助燃剂氧气为正极②电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。
负极：2H2 – 4e- = 4H+
正极：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
负极：2H2 + 4OH- – 4e- = 4H2O
正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
— 有效地防止电解质溶液对外壳的腐蚀
总反应：2H2 + O2 = 2H2O
问:一段时间后，溶液酸性 PH:
问:一段时间后，溶液碱性 PH:
① 酸性电解质（H2SO4)
②碱性电解质（KOH)
注意：没有“点燃”条件
2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O
O2 + 4e-= 2O2－
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
正极：2O2 + 4H2O + 8e- = 8OH-
负极：CH4 + 10OH- – 8e- = CO32- + 7H2O
CH4 +2O2 = CO2 + 2H2O
CH4 +2O2 + 2OH- = CO32- + 2H2O
1、CH4—空气燃料电池
负极区：通入H2、CO、CH4、CH3OH等
正极区：通入O2、空气等氧化性气体
正极：2O2 + 8H+ + 8e- = 4H2O
负极：CH4– 8e- + 2H2O = CO2 + 8H+
问：反应后溶液的pH如何变化？
CO—空气—H2SO4燃料电池
CO—空气—KOH燃料电池
CH3OH—空气—H2SO4燃料电池
CH3OH—空气—KOH燃料电池
酸性条件下，正极：O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O
碱性条件下，正极：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
负极：燃料（H2、CO、烃类、肼、甲醇、氨、煤气……）
电解质：①酸性溶液 ②碱性溶液 ③固体电解质(可传导O2－) ④熔融碳酸盐
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
O2 + 4e- = 2O2-
O2 + 4e- +2CO2 = 2CO32-
→不同电解质会对总反应式、电极反应式有影响。
练2.一种新型熔融盐燃料电池具有高发电效率而倍受重视。现有Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，一极通CO气体，另一极能O2和CO2的混合气体，制作650℃时工作的燃料电池，其电池总反应是2CO+O2 =2CO2。则下列说法中正确的是（ ） A．通CO的一极是电池的正极 B．负极电极反应是：O2+2CO2+4e- =2CO32- C．熔融盐中CO32-的物质的量在工作时保持不变 D．正极发生氧化反应
练3.实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气,已知铅蓄电池放电时发生如下反应：负极：Pb + SO42--2e-＝PbSO4；正极: PbO2+4H++SO42-+2e-＝PbSO4+2H2O今若制得Cl2 0.05ml,这时电池内消耗n(H2SO4)至少是( )
所以，若要制得0.05ml Cl2，需消耗H2SO4为0.10 ml
电解NaCl饱和溶液,若要制得0.05ml Cl2，需要电路上有0.1 ml电子通过
铅蓄电池的总反应式为：Pb + PbO2 + 2H2SO4=2PbSO4+2H2O。
电路上有2 ml电子通过时消耗2 ml的H2SO4，
下列说法错误的是A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH-(aq)－e-=NiOOH(s)＋H2O(l)C.放电时负极反应为Zn(s)＋2OH-(aq)－2e-=ZnO(s)＋H2O(l)D.放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区
1.为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D-Zn－NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l) ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。
电池放电过程中，阴离子移向负极区
2.直接煤-空气燃料电池原理如图所示，下列说法错误的是A.随着反应的进行，氧化物电解质的量不断减少B.负极上发生的反应有C＋2CO32-－4e－=3CO2、CO2＋O2－=CO32-C.电极X为负极，O2-向X极迁移D.直接煤-空气燃料电池的能量效率比煤燃烧发电的能量效率高
Y为正极，反应为O2＋4e－=2O2－
电极X是负极，反应为C＋ 2CO32- －4e－=3CO2，CO2＋O2－= CO32- 。
总反应式：C＋O2=CO2
3.(1)科学家用氮化镓材料与铜组装如图1所示的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4。该电池负极是______，负极产物是____，正极是___，正极产物是_____。
(2)钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池工作时的反应为2RuⅡ*＋ I3- =2RuⅢ＋3I－，装置如图2。该电池负极材料为 ，负极产物为____；正极材料为 ，正极产物为___，正极反应式：___________。
I3- ＋2e－=3I－
(3)“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如图3。该电池负极是___，负极产物是__________，正极产物是______。
1.(2021·广东，9)火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时A.负极上发生还原反应B.CO2在正极上得电子C.阳离子由正极移向负极D.将电能转化为化学能
放电时总反应为4Na＋3CO2=2Na2CO3＋C
原电池，将化学能转化为电能
A.甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加B.乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O=2Ag＋2OH－C.丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D.丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
2.(2019·浙江4月选考，12)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。
3.(2022·湖南，8)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是A.海水起电解质溶液作用B.N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D.该锂-海水电池属于一次电池
O2＋2H2O＋4e－=4OH－
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