高考化学一轮复习-原电池、化学电源（知识清单）（全国通用）（原卷版）

这是一份高考化学一轮复习-原电池、化学电源（知识清单）（全国通用）（原卷版），共17页。

01 原电池的工作原理及其应用
1.原电池
（1）定义：将 转化为 的装置。
（2）原电池的构成条件
①能自发进行的 。
②一般有两个活动性不同的电极（燃料电池的两个电极可以相同）。
③形成 ，需满足三个条件：a.存在离子导体（电解质）；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入离子导体中。
提醒 离子导体既可以是电解质的水溶液，也可以是能传导离子的固体电解质或熔融电解质，还可以是有机电解质溶液等。
2.原电池的工作原理 （以Zn－Cu原电池为例）

甲（单液电池） 乙（双液电池）
3.原电池原理的应用
（1）比较金属的活动性 ：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属或能导电的非金属。
（2）加快化学反应 ：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。例如在锌与稀硫酸制H2的溶液中，滴加少量硫酸铜溶液，发生置换反应Zn＋Cu2＋ Zn2＋＋Cu，构成Zn－Cu－稀H2SO4原电池，加快反应速率。
（3）用于金属的 ：金属制品作原电池的正极而得到保护。
【跟踪训练】
1.易错辨析。
（1）在原电池中，电极反应为氧化反应的一极一定是负极。（ ）
（2）在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生。（ ）
（3）两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定为负极。（ ）
（4）某原电池反应为Cu＋2AgNO3 Cu（NO3）2＋2Ag，装置中的盐桥内可以是含KCl饱和溶液的琼脂。（ ）
（5）使用盐桥可以提高电池的能量转换效率。（ ）
2.（1）左侧甲装置与乙装置相比，乙装置的优点是 。
（2）请简述左侧乙装置中盐桥的作用： 。
3.某科学探究小组用如下装置设计原电池，其中不能形成原电池的是 （填标号），原因是 。
02 常见化学电源
1．一次电池
放电后不可再充电的电池。
(1)碱性锌锰干电池
总反应：Zn＋2MnO2＋H2O===2MnOOH＋ZnO。
负极反应物： ；
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；
正极反应物： ；
电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。
(2)纽扣式锌银电池
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
电解质： ；
负极反应物： ；
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应物： ；
电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
2．二次电池
放电后可以再充电而反复使用的电池，又称为可充电电池或蓄电池。
【应用举例】
铅蓄电池是常见的二次电池，负极反应物是 ，正极反应物是 。
总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。
(1)放电时：
负极：Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4；
正极：PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O。
(2)充电时：
阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \\al(2－,4)；
阳极：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)。
提醒 充电时电极的连接，负接负作阴极，正接正作阳极。
3．燃料电池
(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，常见的燃料除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。如无特别提示，燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧。
(2)燃料电池的电解质常有四种类型，酸性溶液、碱性溶液、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应式、电极反应式有影响。
(3)以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式。
①酸性溶液(或含质子交换膜)
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(正极： ，,负极： 。))
②碱性溶液
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(正极： ，,负极： 。))
③固体氧化物(其中O2－可以在固体介质中自由移动)
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(正极： ，,负极： 。))
④熔融碳酸盐(COeq \\al(2－,3))
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(正极通入CO2： ，,负极： 。))

【跟踪训练】
1.易错辨析。
（1）碱性锌锰电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使碱性锌锰电池的比能量高、可储存时间长。（ ）
（2）铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加( )
（3）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( )
（4）铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应( )
（5）燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能( )
（6）在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应( )
2.（1）铅酸蓄电池在放电过程中溶液的pH逐渐 （填“增大”或“减小”），充电时阳极反应为 ，阴极反应为 ，总反应为 。
（2）你能发现二次电池放电时的电极反应与充电时的电极反应之间的关系吗？
。
3.北京冬奥会期间使用氢燃料清洁能源汽车，其氢氧燃料电池工作示意图如图所示。
（1）电极a为电池的 （填“正”或“负”）极。
（2）电极b表面的反应为 。
（3）电池工作过程中OH－向电极 （填“a”或“b”）移动。
4.甲烷作燃料电池的负极反应物时，其电极反应式在不同的介质中有不同的写法。
（1）强酸作介质 。
（2）导O2－固体作介质 。
（3）熔融碳酸盐作介质 。
03 新型电源
1.Li、Na电池
2.锂离子电池
3.燃料电池
提醒 燃料电池负极反应式书写的难点是有机物化合价的分析，可以用“化合物中元素化合价代数和为零”法，来分析碳元素的化合价，且只需要分析发生化合价变化的碳原子。如CH3CH3中碳元素的化合价为－3，CH3OCH3中碳元素的化合价为－2。
【跟踪训练】
1.手机、电脑的锂电池是一次电池还是二次电池？

2.相同质量的物质失去电子数越多，其能量密度越大，则Li、Na、Mg、Al的能量密度由大到小的顺序为 。
3.已知锂电池的正极反应物和产物，写出其正极反应。
（1）正极反应物为Bi，产物为Li3Bi，则正极反应为 。
（2）正极反应物为FeS，产物为Fe、Li2S，则正极反应为 。
4.O2作为原电池的正极反应物时，其电极反应在不同的介质中有不同的写法。
（1）强酸作介质： 。
（2）强碱作介质： 。
（3）导O2－固体作介质： 。
（4）熔融碳酸盐作介质，同时通入O2与CO2： 。
（5）熔融硝酸盐作介质，同时通入O2与N2O5： 。
（6）除此之外还可能生成O22－（过氧根离子）、O2－（超氧根离子），其电极反应分别为 。
5.银器皿长期放置表面变黑（Ag2S），可将其放置于盛有饱和食盐水的铝制盆中，一段时间后银器变银白色，其负极反应式为 ，正极反应式为 。
01 判断原电池正、负极的方法
提醒 电池在工作过程中，负极质量不一定减少，如常见的铅酸蓄电池（总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O），电池工作一段时间后，正极与负极质量均增大。
【跟踪训练】
1．有关电化学知识的描述正确的是( )
A．CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能
B．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成
C．从理论上讲，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池
D．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生

2．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是 。

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↑

02 电极反应式的书写
1．电极反应式书写的一般步骤(类似氧化还原反应方程式的书写)
2．已知总方程式，书写电极反应式
(1)书写步骤
①步骤一：写出电池总反应式，标出电子转移的方向和数目(ne－)。
②步骤二：找出正、负极，失电子的电极为负极；确定溶液的酸碱性。
③步骤三：写电极反应式。
负极反应：还原剂－ne－===氧化产物
正极反应：氧化剂＋ne－===还原产物
(2)书写技巧
若某电极反应式较难写时，可先写出较易的电极反应式，用总反应式减去较易的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。如：CH3OCH3(二甲醚)酸性燃料电池中：
总反应式：CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O
正极：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O
负极：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
特别提醒 简单电极反应中转移的电子数，必须与总方程式中转移的电子数相同。
【跟踪训练】
1.全钒电池以惰性材料作电极，电解质溶液显酸性，电池总反应为VO2＋（黄色）＋V2＋（紫色）＋2H＋ VO2＋（蓝色）＋H2O＋V3＋（绿色）。下列说法错误的是（ ）
A.正极反应为VO2＋＋2H＋＋e－ VO2＋＋H2O
B.负极附近的溶液由紫色逐渐变为绿色
C.每生成1 ml H2O转移电子的物质的量为 0.5 ml
D.放电过程中溶液的pH逐渐增大

2.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＋O2
B.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

01 原电池工作原理易错知识“10”点
（1）原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。
（2）电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。
（3）无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。
（4）注意盐桥不能用一根导线连接，因为导线是不能传递阴阳离子的。用导线连接后相当于一个是原电池，一个是电解池。
（5）只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。
（6）在原电池中活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。
（7）电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥。
（8）负极失去的电子总数一定等于正极得到的电子总数。
（9）同一氧化还原反应，设计成原电池反应的速率一定比直接发生氧化还原反应的速率快。
（10）电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应结合OH－生成水。电极反应式要遵守电荷守恒、质量守恒及电子得失守恒。
【跟踪训练】
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)原电池装置中，溶液中的阴离子移向正极，阳离子移向负极。( )
(2)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强。( )
(3)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动。( )
(4)在铜锌原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生。( )
(5)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应。( )
(6)Mg－Al－稀H2SO4组成的原电池中，Mg作负极，Mg－Al－NaOH溶液组成的原电池中，Mg作正极。( )
(7)氧化还原反应2H2Oeq \(=====,\s\up7(通电))2H2↑＋O2↑可以设计成原电池。( )
(8)同种条件下，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。( )
(9)反应CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热，故利用该反应可以设计成原电池，把其中的化学能转化为电能。( )
(10)在原电池中，发生氧化反应的电极一定是负极。( )
(11)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼性强的金属一定作负极。( )
(12)由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池中，正极反应为Cu－2e－===Cu2＋。( )
2．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是( )
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↑

3．深度思考：
(1)在双液原电池中，盐桥的作用是什么？
(2)能用金属代替盐桥吗？为什么？
(3)在如图所示的8个装置中，属于原电池的是__ __。
(4)依据氧化还原反应2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3琼脂的U形管)。
请回答下列问题：
①电极X的材料是__ __；电解质溶液Y中的溶质是__ __(填化学式)。
②银电极为电池的__ __极，其电极反应式为__ __。
③盐桥中的NOeq \\al(－,3)移向__ __溶液。

02 可充电电池常考知识“10”点和易错知识“3”点
常考查内容
(1)充、放电时电极的判断。
电池放电时发生原电池反应,充电时发生电解池反应,在充电时电池的负极接电源的负极,即负极接负极后为阴极,正极接正极后为阳极。
(2)充、放电时电极反应及反应类型的判断。
充电时的阴极反应与放电时的负极反应、充电时的阳极反应与放电时的正极反应分别互为逆反应。
阳极和负极都发生氧化反应,阴极和正极都发生还原反应。
(3)充、放电时离子(外电路中电子的移动方向的判断)。
充电电池放电时,电解质溶液中的阳离子移向正极,阴离子移向负极,电子从负极经导线流向正极;电池充电时,电解质溶液中的阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。
(4)充、放电时电解质溶液离子浓度的变化，特别是酸、碱性的变化。
电极附近溶液的pH的变化,根据电极反应进行分析。
(5)新型电池充、放电时,电解质溶液中离子的移动方向
解题时,首先应分清电池是放电还是充电,放电时为原电池,充电时为电解池,然后再判断出正、负极或阴、阳极。原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极;电解池中,阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。
易错点
(1)可充电电池的充、放电不能理解为可逆反应。
(2)可充电电池在充电时，其负极连接外接电源的负极，正极连接外接电源的正极。
(3)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。
【跟踪训练】
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应。( )
(2)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应。( )
(3)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.2 ml电子时，消耗的H2SO4为0.1 ml。( )
(4)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.1 ml电子时，负极增加4.8 g。( )
(5)二次电池充电时，充电器的正极接二次电源的正极。( )
(6)多孔碳可用作氢氧燃料电池的电极材料。( )
(7)根据反应4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S设计的可充电电池是一种应用广泛的锂电池，可用水溶液作电解质溶液。( )
01 可充电电池题目的解答思路
【跟踪训练】
1.水系锌离子电池由于具有对环境友好、成本低等优点，被认为是电池工业的未来，其放电时的工作原理如图所示。电池进行放电时，MnO2/Ti电极上生成的是ZnMn2O4。下列有关说法错误的是（ ）
A.放电时，H＋向MnO2/Ti电极移动
B.放电时，电池总反应方程式为Zn＋2MnO2 ZnMn2O4
C.充电时，当外电路转移1 ml e－时，理论上Zn电极减重32.5 g
D.充电时，MnO2/Ti电极上发生反应：ZnMn2O4－2e－ Zn2＋＋2MnO2

2.氟离子电池是目前新型电池的一个重要研究方向。某全固态电解质的氟离子电池工作时的示意图如图所示，下列有关说法正确的是（ ）
A.放电时，a极发生氧化反应，b极发生还原反应
B.充电时，a极接电源负极，b极接电源正极
C.放电时，a电极电势比b电极低
D.充电时，外电路每通过1 ml e－，固体电解质中有1 ml F－移动向a极

02 浓差电池分析
1．在浓差电池中，为了限定某些离子的移动，常涉及到“离子交换膜”。
(1)常见的离子交换膜
(2)离子交换膜的作用
①能将两极区隔离，阻止两极物质发生化学反应。
②能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
(3)离子交换膜的选择依据
离子的定向移动。
2．“浓差电池”的分析方法
浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，依据阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域判断电池的正、负极，这是解题的关键。
【跟踪训练】
1．同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。它是通过一种物质从高浓度状态向低浓度状态的转移而获得电动势。如图所示装置是利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法正确的是
A．a电极的电极反应为2H2O-4e-=4H++O2↑
B．放电时，Cu(1)电极上的电极反应为Cu-2e-=Cu2+
C．c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜
D．电池开始工作后，阴离子交换膜右侧CuSO4溶液的浓度会减小

2．一种浓差电池的放电原理是利用电解质溶液的浓度不同而产生电流。某浓差电池装置示意图如图所示，该电池使用前将开关K先与a连接一段时间后再与b连接。下列说法正确的是
A．交换膜应当选择阳离子交换膜
B．K与b连接时，电极A的质量相比于K与a相连时，质量会减轻
C．K与b连接时，电极B上发生的反应为
D．电极K与b连接时，电极A发生还原反应

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的同时又获得了电能。下列有关该电池的说法错误的是
A．电池工作时，通过离子导体移向X极区
B．电流由Y极通过外电路流向X极
C．X极发生的反应为
D．Y极每生成，X极区得到
电极名称
负极
正极
电极材料
Zn
Cu
电极反应


反应类型


电子、电流方向
电子流动方向：负极→导线→正极；
（电子不下水，离子不上岸）
电流方向：正极→导线→负极
问题
乙装置的盐桥中的电解质若为KNO3，则K＋移向 池（填“左”或“右”，下同），NO3－移向 池。
乙装置的盐桥中的电解质能为Na2S和BaCl2吗？为什么？
名称
装置图
工作原理
锂电池
负极反应：
①正极反应物为S8，产物为Li2S4、Li2S2，正极反应： ；
②正极反应物为CO2，产物为C＋Li2CO3，正极反应： ；
③正极反应物为O2，产物为Li2O、Li2O2，正极反应：
钠电池
负极反应：
正极反应物为Sx，产物为Na2Sx，正极反应：
名称
装置图
工作原理
锂离子电池
负极反应：
正极反应： 、 、 、
名称
装置图
工作原理
燃料
电池
负极反应： 、 、 、 、 、
正极反应：
微生物电池
负极反应： 、
正极反应：
判断方法
负极
正极
电极材料
活泼金属
较不活泼金属或非金属
通入物质
通入还原剂的电极
通入氧化剂的电极
电极反应类型
发生氧化反应的电极
发生还原反应的电极
电子流向
（或电流方向）
电子流出的电极
（或电流流入的电极）
电子流入的电极
（或电流流出的电极）
离子移向
阴离子移向的电极
阳离子移向的电极
电极现象
电极不断溶解，质量减少
电极增重或质量不变
阳离子交换膜
只允许阳离子(包括H＋)通过
阴离子交换膜
只允许阴离子通过
质子交换膜
只允许H＋通过