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模块3 主题1 第2讲 原电池及其应用 课件 2025高考化学一轮复习
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这是一份模块3 主题1 第2讲 原电池及其应用 课件 2025高考化学一轮复习，共36页。PPT课件主要包含了学习目标，活动方案，链接真题等内容，欢迎下载使用。
1. 理解原电池的工作原理，能写出常见的简单电极反应式和电池总反应方程式。2. 了解常见的化学电源，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。3. 认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原因，能选用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。
下图是根据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池。请回答下列问题。
活动一 含盐桥的原电池的构造和工作原理
(1) 电极X、Y的材料分别是什么？它们分别作原电池的什么极？电解质溶液Z是什么？上图装置是什么能转化为什么能？
【答案】 铜(Cu)、Ag。Cu作负极，Ag作正极。AgNO3溶液。化学能转化为电能。
(2) 分别写出X、Y电极上发生的电极反应式。
【答案】 Cu－2e－===Cu2＋ Ag＋＋e－===Ag
(3) 外电路电子的流动方向如何？电流方向又如何？
【答案】 外电路中的电子是从负(Cu)电极流向正(Ag)电极。电流方向与之相反。
(4) 盐桥中通常是装有饱和KCl琼脂溶胶的U形管，离子可以在其中自由移动。请你分析盐桥中K＋、Cl－的移动方向如何。
【答案】 Cl－移向负极，K＋移向正极。
(5) 若原电池工作一段时间后，电极X的质量减少3.2 g，电极Y的质量增加多少？
【答案】 10.8 g
1. 化学电池主要包括一次电池、二次电池和连续电池(也称燃料电池)三大类。下面列出了几种化学电源的反应原理，请你按上述标准将这些化学电源进行分类，并写出它们的电极反应式。(1) 普通锌锰干电池：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===ZnCl2＋2NH3＋Mn2O3＋H2O
活动二 原电池及其应用
(2) 氢氧电池：2H2＋O2===2H2O(电解质既可能是酸性溶液，也可能是碱性溶液)
(4) 碱性锌锰干电池：Zn＋2H2O＋2MnO2===2MnOOH(氢氧化氧锰)＋Zn(OH)2【答案】 一次电池 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－
(5) 锌银纽扣电池：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag
【答案】 一次电池 负极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O 正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
2. 按要求书写下列原电池反应的电极反应式和总反应式。(1) 下图为甲烷－氧气燃料电池工作原理图。其中两极均为多孔Pt电极。①若电解质为稀硫酸。
【答案】 负极：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋ 正极：O2＋ 4H＋＋4e－===2H2O 总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O
②若电解质为KOH溶液。
③若电解质为某熔融氧化物(O2－可在其中迁移)。
【答案】 负极：CH4＋4O2－―8e－===CO2＋2H2O 正极：O2＋4e－===2O2－ 总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O
(2) 熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷负极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属正极、金属极板构成的燃料电池，其电解质是熔融态碳酸盐。电池的优点在于工作温度较高，反应速率增大；对燃料的纯度要求相对较低，可以对燃料进行电池内重整；无需贵金属催化剂，成本较低；一种熔融碳酸盐燃料电池的构造示意图如图所示。写出电池放电时的电极反应式及总反应式。
3. 带装置的化学电源。
写出放电时A、B极的电极反应式。
【答案】 A：LIXC6－XE－===C6＋XLI＋B：LI1－XCOO2＋XLI＋＋XE－ ===LICOO2
(2) 一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示，图中含酚废水中有机物可用C6H5OH表示，左、中、右室间分别以离子交换膜分隔，已知C6H5OH具有弱酸性和还原性。写出左、右室中的电极反应。
(3) 浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。X极生成0.1 ml H2时，______ml Li＋移向______(填“X”或“Y”)极。
1. 金属的腐蚀。(1) 金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。判断下列腐蚀哪些是化学腐蚀？哪些是电化学腐蚀？①铜板在氯化铁溶液中被腐蚀。②钢铁在空气中生锈而被腐蚀。③化工厂里的铁与氯气反应被腐蚀。④铜铝电线接头处铝被腐蚀。⑤高温下铁丝被氧气腐蚀。⑥铜在空气中生成铜绿而被腐蚀。【答案】 ①化学腐蚀 ②电化学腐蚀 ③化学腐蚀 ④电化学腐蚀 ⑤化学腐蚀 ⑥电化学腐蚀
活动三 金属腐蚀与防护
(2) 分别写出钢铁在空气中发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式，并说明析氢腐蚀、吸氧腐蚀发生的条件。
【答案】 析氢腐蚀电极反应式：负极：Fe－2e－===Fe2＋ 正极：2H＋＋2e－===H2↑ 析氢腐蚀发生的条件：电解质溶液呈强酸性。 吸氧腐蚀电极反应式：负极：Fe－2e－===Fe2＋正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 吸氧腐蚀发生的条件：电解质溶液呈弱酸性、中性或碱性。
(3) 下列各图中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为___________(填序号)。
2. 金属的防护。金属的腐蚀所带来的损失非常严重，因此了解金属腐蚀的原因对于寻求防止金属腐蚀的方法和措施具有十分重要的意义。(1) 下面是金属腐蚀的两种电化学防护法。
①请你分别写出Ⅰ、Ⅱ两种保护法的名称。【答案】 Ⅰ：外加电流的阴极保护法；Ⅱ：牺牲阳极的阴极保护法。②请你在保护法Ⅰ中注明电源的正、负极，并说出辅助电极可以选用什么材料。【答案】 A为电源的负极，B为电源的正极。辅助电极可以选用石墨等惰性材料。③请你写出保护法Ⅱ中的正、负极反应式。【答案】 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－负极：Zn－2e－===Zn2＋
(2) 再列举一些其他的防止金属腐蚀的方法。【答案】 制成合金、喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀、表面钝化等。
1 (江苏卷)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是 ( )A. 阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋B. 金属M的活动性比Fe的活动性弱C. 钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D. 钢铁设施在河水中的腐蚀速度比在海水中的快
2 一种将CO2催化转化为C2H4的电化学装置如图所示。下列有关说法正确的是 ( )A. 该装置工作过程中化学能转化为电能B. 铂电极发生的反应为2CO2＋12H＋－12e－===C2H4＋4H2OC. 工作过程中玻碳电极区溶液的pH增大D. 每产生标准状况下11.2 L O2时，理论上有2 ml H＋通过质子交换膜
【解析】 CO2不是燃料，C的化合价处于最高价，故不可能是燃料电池，即该装置是电解池，即将电能转化为化学能，A错误；由CO2→C2H4，发生还原反应，即铂电极是阴极，玻碳电极是阳极，阴极发生还原反应，得电子，B错误；玻碳电极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阳极区溶液的pH减小，C错误；由C项可知，产生标况下11.2 L O2，即0.5 ml，则生成2 ml H＋，即有2 ml H＋通过质子交换膜，D正确。
3 (2023广东卷)负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除Cl－实现废酸的纯化，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )A. Ag作原电池正极B. 电子由Ag经活性炭流向PtC. Pt表面发生的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－D. 每消耗标准状况下11.2 L的O2，最多去除1 ml Cl－
【解析】 Cl－在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C错误；每消耗标准状况下11.2 L O2，转移电子2 ml，而2 ml Cl－失去2 ml电子，故最多去除2 ml Cl－，D错误。
【解析】 三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)为多孔结构，具有较大的表面积，有利于沉积ZnO，A正确；放电时，由负极反应Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，可知每沉积0.1 ml ZnO，有0.2 ml OH－通过隔膜，B错误；充电时，3D-Zn电极作阴极，应与外接直流电源的负极相连，C正确；由分析知，充电时，阳极反应为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，D正确。
5 (全国卷)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
回答下列问题。(1) 电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择________作为电解质。
(2) 电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入________电极溶液中。(3) 电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2＋)增加了0.02 ml·L－1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2＋)＝________________。
0.09 ml·L－1
(4) 根据(2)、(3)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为__________________，铁电极的电极反应式为__________________。因此，验证了Fe2＋氧化性小于________，还原性小于________。(5) 在允许O2－自由迁移的固体电解质燃料电池中，CnH2n＋2放电的电极反应式为_________________________________________________。
Fe3＋＋e－===Fe2＋
Fe－2e－===Fe2＋
CnH2n＋2－(6n＋2)e－＋(3n＋1)O2－===nCO2＋(n＋1)H2O
1. 理解原电池的工作原理，能写出常见的简单电极反应式和电池总反应方程式。2. 了解常见的化学电源，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。3. 认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原因，能选用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。
下图是根据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池。请回答下列问题。
活动一 含盐桥的原电池的构造和工作原理
(1) 电极X、Y的材料分别是什么？它们分别作原电池的什么极？电解质溶液Z是什么？上图装置是什么能转化为什么能？
【答案】 铜(Cu)、Ag。Cu作负极，Ag作正极。AgNO3溶液。化学能转化为电能。
(2) 分别写出X、Y电极上发生的电极反应式。
【答案】 Cu－2e－===Cu2＋ Ag＋＋e－===Ag
(3) 外电路电子的流动方向如何？电流方向又如何？
【答案】 外电路中的电子是从负(Cu)电极流向正(Ag)电极。电流方向与之相反。
(4) 盐桥中通常是装有饱和KCl琼脂溶胶的U形管，离子可以在其中自由移动。请你分析盐桥中K＋、Cl－的移动方向如何。
【答案】 Cl－移向负极，K＋移向正极。
(5) 若原电池工作一段时间后，电极X的质量减少3.2 g，电极Y的质量增加多少？
【答案】 10.8 g
1. 化学电池主要包括一次电池、二次电池和连续电池(也称燃料电池)三大类。下面列出了几种化学电源的反应原理，请你按上述标准将这些化学电源进行分类，并写出它们的电极反应式。(1) 普通锌锰干电池：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===ZnCl2＋2NH3＋Mn2O3＋H2O
活动二 原电池及其应用
(2) 氢氧电池：2H2＋O2===2H2O(电解质既可能是酸性溶液，也可能是碱性溶液)
(4) 碱性锌锰干电池：Zn＋2H2O＋2MnO2===2MnOOH(氢氧化氧锰)＋Zn(OH)2【答案】 一次电池 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－
(5) 锌银纽扣电池：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag
【答案】 一次电池 负极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O 正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
2. 按要求书写下列原电池反应的电极反应式和总反应式。(1) 下图为甲烷－氧气燃料电池工作原理图。其中两极均为多孔Pt电极。①若电解质为稀硫酸。
【答案】 负极：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋ 正极：O2＋ 4H＋＋4e－===2H2O 总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O
②若电解质为KOH溶液。
③若电解质为某熔融氧化物(O2－可在其中迁移)。
【答案】 负极：CH4＋4O2－―8e－===CO2＋2H2O 正极：O2＋4e－===2O2－ 总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O
(2) 熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷负极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属正极、金属极板构成的燃料电池，其电解质是熔融态碳酸盐。电池的优点在于工作温度较高，反应速率增大；对燃料的纯度要求相对较低，可以对燃料进行电池内重整；无需贵金属催化剂，成本较低；一种熔融碳酸盐燃料电池的构造示意图如图所示。写出电池放电时的电极反应式及总反应式。
3. 带装置的化学电源。
写出放电时A、B极的电极反应式。
【答案】 A：LIXC6－XE－===C6＋XLI＋B：LI1－XCOO2＋XLI＋＋XE－ ===LICOO2
(2) 一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示，图中含酚废水中有机物可用C6H5OH表示，左、中、右室间分别以离子交换膜分隔，已知C6H5OH具有弱酸性和还原性。写出左、右室中的电极反应。
(3) 浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。X极生成0.1 ml H2时，______ml Li＋移向______(填“X”或“Y”)极。
1. 金属的腐蚀。(1) 金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。判断下列腐蚀哪些是化学腐蚀？哪些是电化学腐蚀？①铜板在氯化铁溶液中被腐蚀。②钢铁在空气中生锈而被腐蚀。③化工厂里的铁与氯气反应被腐蚀。④铜铝电线接头处铝被腐蚀。⑤高温下铁丝被氧气腐蚀。⑥铜在空气中生成铜绿而被腐蚀。【答案】 ①化学腐蚀 ②电化学腐蚀 ③化学腐蚀 ④电化学腐蚀 ⑤化学腐蚀 ⑥电化学腐蚀
活动三 金属腐蚀与防护
(2) 分别写出钢铁在空气中发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式，并说明析氢腐蚀、吸氧腐蚀发生的条件。
【答案】 析氢腐蚀电极反应式：负极：Fe－2e－===Fe2＋ 正极：2H＋＋2e－===H2↑ 析氢腐蚀发生的条件：电解质溶液呈强酸性。 吸氧腐蚀电极反应式：负极：Fe－2e－===Fe2＋正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 吸氧腐蚀发生的条件：电解质溶液呈弱酸性、中性或碱性。
(3) 下列各图中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为___________(填序号)。
2. 金属的防护。金属的腐蚀所带来的损失非常严重，因此了解金属腐蚀的原因对于寻求防止金属腐蚀的方法和措施具有十分重要的意义。(1) 下面是金属腐蚀的两种电化学防护法。
①请你分别写出Ⅰ、Ⅱ两种保护法的名称。【答案】 Ⅰ：外加电流的阴极保护法；Ⅱ：牺牲阳极的阴极保护法。②请你在保护法Ⅰ中注明电源的正、负极，并说出辅助电极可以选用什么材料。【答案】 A为电源的负极，B为电源的正极。辅助电极可以选用石墨等惰性材料。③请你写出保护法Ⅱ中的正、负极反应式。【答案】 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－负极：Zn－2e－===Zn2＋
(2) 再列举一些其他的防止金属腐蚀的方法。【答案】 制成合金、喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀、表面钝化等。
1 (江苏卷)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是 ( )A. 阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋B. 金属M的活动性比Fe的活动性弱C. 钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D. 钢铁设施在河水中的腐蚀速度比在海水中的快
2 一种将CO2催化转化为C2H4的电化学装置如图所示。下列有关说法正确的是 ( )A. 该装置工作过程中化学能转化为电能B. 铂电极发生的反应为2CO2＋12H＋－12e－===C2H4＋4H2OC. 工作过程中玻碳电极区溶液的pH增大D. 每产生标准状况下11.2 L O2时，理论上有2 ml H＋通过质子交换膜
【解析】 CO2不是燃料，C的化合价处于最高价，故不可能是燃料电池，即该装置是电解池，即将电能转化为化学能，A错误；由CO2→C2H4，发生还原反应，即铂电极是阴极，玻碳电极是阳极，阴极发生还原反应，得电子，B错误；玻碳电极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阳极区溶液的pH减小，C错误；由C项可知，产生标况下11.2 L O2，即0.5 ml，则生成2 ml H＋，即有2 ml H＋通过质子交换膜，D正确。
3 (2023广东卷)负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除Cl－实现废酸的纯化，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )A. Ag作原电池正极B. 电子由Ag经活性炭流向PtC. Pt表面发生的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－D. 每消耗标准状况下11.2 L的O2，最多去除1 ml Cl－
【解析】 Cl－在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C错误；每消耗标准状况下11.2 L O2，转移电子2 ml，而2 ml Cl－失去2 ml电子，故最多去除2 ml Cl－，D错误。
【解析】 三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)为多孔结构，具有较大的表面积，有利于沉积ZnO，A正确；放电时，由负极反应Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，可知每沉积0.1 ml ZnO，有0.2 ml OH－通过隔膜，B错误；充电时，3D-Zn电极作阴极，应与外接直流电源的负极相连，C正确；由分析知，充电时，阳极反应为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，D正确。
5 (全国卷)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
回答下列问题。(1) 电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择________作为电解质。
(2) 电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入________电极溶液中。(3) 电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2＋)增加了0.02 ml·L－1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2＋)＝________________。
0.09 ml·L－1
(4) 根据(2)、(3)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为__________________，铁电极的电极反应式为__________________。因此，验证了Fe2＋氧化性小于________，还原性小于________。(5) 在允许O2－自由迁移的固体电解质燃料电池中，CnH2n＋2放电的电极反应式为_________________________________________________。
Fe3＋＋e－===Fe2＋
Fe－2e－===Fe2＋
CnH2n＋2－(6n＋2)e－＋(3n＋1)O2－===nCO2＋(n＋1)H2O
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