备战2027高考化学一轮复习【高频考点】第18讲　原电池及其应用 课件

这是一份备战2027高考化学一轮复习【高频考点】第18讲　原电池及其应用 课件，共104页。PPT课件主要包含了H2O，考点研析，化学能，CuSO4，铜锌原电池，考点2燃料电池，Ag2O，PbO2，图2充电，质量测评等内容，欢迎下载使用。
H2－2e－＋2OH－===
考点1　原电池工作原理
原电池是将_________转变为______的装置，其反应实质是自发进行的氧化还原反应。
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋
[及时巩固](1) 下列装置能将化学能转化为电能的是___(填序号)。
(2) 写出装置⑤对应的电极反应式和三个流向。负极：_______________________，正极：_______________________，
Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑
总反应：Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋。电子流向：__________________________________。电流流向：__________________________________________________________ _______________________。H＋迁移方向：_______________________________。(3) (2024·江苏卷)在AgCl沉淀中埋入铁圈并压实，加入足量0.5 ml/L盐酸后静置，充分反应得到Ag。不与铁圈直接接触的AgCl也能转化为Ag的原因是_________　______________________________________________________________________________________________________________________。
由Fe电极经外电路流向C电极
由C电极出发经导线流向Fe电极，再由Fe电极出发经溶液流向正极，形成闭合回路
H＋向C电极(正极)迁移
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　形成了以Fe为负极，AgCl为正极，盐酸为电解质溶液的原电池，正极AgCl得到电子，电极反应式为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，生成Ag
原电池正、负极的判断1. 依据电子流向：电子由负极出发经导线流向正极(溶液中无电子流动)。2. 依据电流流向：电流由正极出发经导线流向负极，正极的电势高，负极的电势低。3. 依据离子迁移方向(正正负负)：阳离子向正极迁移；阴离子向负极迁移。4. 依据两极材料：一般活泼金属作负极，活动性较弱的金属或惰性电极作正极。
特例：Al-NaOH溶液-Mg原电池中，虽然Mg比Al活泼，但是Mg不与NaOH溶液反应，故Al作负极，Mg作正极。Fe(Al)-浓硝酸-Cu原电池中，虽然Fe、Al比Cu活泼，但是Fe、Al会在浓硝酸中钝化，故钝化后，Cu作负极，Fe或Al作正极。5. 依据电极现象：一般，电极逐渐溶解的为负极，电极增重或有气体放出的为正极。6. 依据电极反应：失去电子发生氧化反应的一极是负极，得到电子发生还原反应的一极是正极。7. 依据电解质溶液：能与电解质溶液反应的一极作负极，不能与电解质溶液反应的一极作正极。
例1　(2025·南通)银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O、Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。下列说法错误的是(　　)A. 原电池放电时，负极上发生反应的物质是ZnB. 溶液中OH－向正极移动，K＋、H＋向负极移动C. 工作时，电子由Zn电极沿导线流向Ag2O电极D. 正极上发生的反应是Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
【解析】 Zn是活泼金属，失去电子发生氧化反应，Zn为负极，A正确；原电池放电时，溶液内部阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，B错误；电子由负极Zn经外电路到正极，C正确；负极上Zn失去电子，在碱性溶液中生成Zn(OH)2，正极Ag2O得电子发生还原反应生成Ag单质，正极电极反应式Ag2O＋2e－＋H2O===　2Ag＋2OH－，D正确。
例2　(2025·苏州期中)为探究AgNO3与KI溶液能否发生氧化还原反应，设计了如图所示的原电池装置，闭合K一段时间后，观察到Y电极表面有银白色物质析出，左侧烧杯中溶液变蓝。下列说法正确的是(　　)A. X电极为正极C. 闭合K一段时间后，右侧烧杯中溶液pH降低D. 该原电池总反应为2AgNO3＋2KI===2Ag＋I2＋2KNO3
原电池的应用与设计1. 原电池原理的应用(1) 比较金属活动性强弱原电池的两极为两种金属时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼(注意电解质溶液的种类)。(2) 加快化学反应速率有原电池的反应比没有原电池的反应速率快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加几滴________溶液，形成_______________，产生氢气的速率______　(填“加快”或“减慢”)。
(3) 用于金属的防护将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。如在轮船船体四周镶嵌锌块，保护船体不受腐蚀。2. 设计化学电源(1) 首先将氧化还原反应分成两个半反应。(2) 根据原电池反应的特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。(3) 如氧化还原反应：2FeCl3＋Fe===3FeCl2可以设计成原电池。
H2－2e－===2H＋
H2＋2OH－－2e－===2H2O
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
酸性电池中，用H＋平衡电荷，不允许出现OH－。碱性电池中，用OH－平衡电荷，不允许出现H＋。
1. 几种燃料电池分别在酸性、碱性溶液中电极反应式的比较。
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CH4＋2O2＋2KOH=== K2CO3＋3H2O
C2H5OH－12e－＋3H2O===2CO2↑＋12H＋
C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O
C2H5OH＋3O2＋4KOH=== 2K2CO3＋5H2O
C6H6－30e－＋12H2O=== 6CO2↑＋30H＋
2C6H6＋15O2===12CO2＋6H2O
2C6H6＋15O2＋24KOH=== 12K2CO3＋18H2O
(1) 如何判断有机物中C元素化合价：有机物中H元素一般定义为＋1价，O元素一般定义为－2价，C元素算平均价态。如：CH3OH、CH3CH2OH中的C元素一般认定为－2价，C6H6中的C元素一般认定为－1价，HCOOH中的C元素一般认定为＋2价。
2. 电解质为熔融碳酸盐或熔融氧化物的电极反应式的书写。(1) CH4熔融碳酸盐燃料电池负极：_________________________________。(2) CH4熔融氧化物燃料电池负极：_________________________________。
例3　一种肼燃料电池的工作原理如图所示，电池工作过程中会有少量N2H4在电极表面发生自分解反应生成NH3、N2、H2逸出。下列说法正确的是(　　)A. 电池工作时，化学能完全转化为电能B. 放电过程中，负极区溶液pH增大C. 负极的电极反应式为N2H4－4e－===N2＋4H＋D. 电池工作时，负极区消耗的NaOH与正极区生成的NaOH物质的量相等
【解析】 任何实用电池都不可能将化学能完全转化为电能，A错误；通入N2H4的一极是负极，由图可知，放电时负极反应消耗OH－，pH减小，B错误；负极反应式为N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O，C错误；总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，反应前后NaOH的物质的量不变，即负极消耗的NaOH与正极生成的NaOH的物质的量相等，D正确。
例4　(2025·射阳中学)一种熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是(　　)
例5　(2025·苏锡常镇一模)微生物电池除去废水中CH3COO－的装置如图所示。下列说法正确的是(　　)A. 高温可以提高CH3COO－的去除速率B. 不锈钢表面发生了氧化反应C. 石墨电极表面发生的电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋D. 电池工作时，每消耗0.1 ml CH3COO－，有0.7 ml H＋从质子交换膜左侧向右侧迁移
【解析】 高温下，微生物可能失去活性，不利于提高CH3COO－去除速率，A错误；在不锈钢的表面，Fe元素的化合价降低，发生还原反应，B错误；在石墨电极表面CH3COO－失去电子，生成CO2和H＋，电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋，C正确；由石墨电极的电极反应式可知，每消耗0.1 ml CH3COO－，有0.8 ml电子发生转移，故有0.8 ml H＋从质子交换膜左侧向右侧迁移，D错误。
离子交换膜类型、作用及应用1. 常见的离子交换膜
2. 离子交换膜的作用(1) 平衡两边电极区的电荷。(2) 避免交换膜两边物质发生反应(反应物发生反应或产物发生反应)。(3) 形成交换膜两边电解质溶液浓度不同的浓差电池。
3. 离子交换膜的应用——浓差电池
4. 离子交换膜的判断微生物脱盐池是在微生物燃料电池的基础上发展而来的新兴生物电化学系统，示意图如下，判断隔膜1、2的离子交换膜的类型。
考点3　常见的化学电源
Zn－2e－＋2NH3===[Zn(NH3)2]2＋
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－
Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
例6　下列装置不属于原电池装置的是(　　)
A 　　　　　 B 　　　　 C　 　　　　 D
【解析】 D项装置中含有外接电源，属于电解池，D符合题意。
例7　(2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===2MnO(OH)＋ZnO，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是(　　)A. 电池工作时，MnO2发生氧化反应B. 电池工作时，OH－通过隔膜向正极移动C. 环境温度过低，不利于电池放电D. 反应中每生成1 ml MnO(OH)，转移电子数约为2×6.02×1023
【解析】 碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)，负极为锌，正极为MnO2。电池工作时，正极MnO2发生还原反应，A错误；原电池工作时，阴离子向负极移动，则OH－通过隔膜向负极移动，B错误；环境温度过低，化学反应速率较慢，不利于电池放电，C正确；反应中锰元素的化合价由＋4降低到＋3，则每生成1 ml MnO(OH)，转移电子数约为6.02×1023，D错误。
例8　(2025·无锡期中)铅酸蓄电池放电时的工作原理可表示为PbO2＋Pb＋2H2SO4=== 2PbSO4＋2H2O，其构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是(　　)A. 电池工作时，H＋移向PbO2极B. 电池工作时，负极质量减小C. 电池工作时，PbO2发生氧化反应D. 每生成1 ml PbSO4，转移电子数约为2×6.02×1023
例9　硼化钒(VB2)－空气电池是目前储电能力最高的电池，工作原理如图所示，该电池工作时反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5。下列说法不正确的是(　　)A. 电极a发生还原反应B. 电流由电极a经负载流向VB2极C. VB2极发生的电极反应为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2OD. 图中选择性透过膜允许阳离子选择性透过
【解析】 通入空气的电极a为正极，发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A正确；原电池中电流由正极到负极，即由电极a经过负载流向VB2极，B正确；VB2极发生氧化反应，电极反应式为2VB2＋22OH－－22e－===　V2O5＋2B2O3＋11H2O，C正确；图中OH－从电极a通过选择性透过膜进入VB2极，故该膜为阴离子选择性透过膜，D错误。
考点4　金属的腐蚀与防护
注意：钢铁的腐蚀主要是吸氧腐蚀。
1. 析氢腐蚀图1　钢铁的析氢腐蚀示意图条件：溶液呈酸性负极反应：_________________________________正极反应：_________________________________
2. 吸氧腐蚀　图2　钢铁的吸氧腐蚀示意图条件：中性或弱酸性负极反应：__________________________正极反应：___________________________________电池反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2Fe(OH)2进一步被O2氧化：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
例10　下列有关说法正确的是(　　)
B. 钢铁制品在潮湿空气中发生电化学腐蚀的负极反应为Fe－3e－===Fe3＋C. 以Zn、Fe为电极，以酸化的3% NaCl溶液作电解质溶液，连接成原电池装置，过一段时间，从Fe电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6]溶液，观察现象，探究金属的电化学保护法D. 将中间裹有锌皮的铁钉放在滴有酚酞的饱和NaCl溶液中，一段时间后观察铁钉周围溶液颜色变化，探究铁钉能发生吸氧腐蚀
【解析】 中性环境中，Fe发生吸氧腐蚀，A错误；钢铁制品在潮湿空气中发生电化学腐蚀，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，B错误；该原电池装置中，Fe作正极被保护，从Fe电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6]溶液，没有特征蓝色沉淀生成，该方案能用于探究金属的电化学保护法，C正确；Zn比Fe活泼，Zn作负极，铁钉被保护，未发生吸氧腐蚀，该方案不能用于探究铁钉的吸氧腐蚀，D错误。
1. (2025·南通一模)某乙烯燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是( )A. 放电时，电子由电极b经外电路流向电极aB. 电极a的电极反应式为CH2===CH2－2e－＋H2O===CH3CHO＋2H＋C. 当有0.2 ml H＋通过质子交换膜时，电极b表面理论上消耗O2的体积为1.12 LD. 验证生成CH3CHO的操作：取反应后的左室溶液，加入新制Cu(OH)2，加热，观察现象
【解析】 放电时，电极a为负极，电极b为正极，电子由电极a经外电路流向电极b，A错误；负极乙烯失去电子发生氧化反应：CH2===CH2－2e－＋H2O=== CH3CHO＋2H＋，B正确；当有0.2 ml H＋通过质子交换膜时，电路中转移0.2 ml电子，电极b表面理论上消耗O2的体积在标准状况下约为1.12 L，题中未指明是标准状况，故无法计算，C错误；左室溶液中含有硫酸，故验证生成CH3CHO时，应取反应后的左室溶液，先加入NaOH中和硫酸，后加入新制Cu(OH)2，加热，观察现象，D错误。
2. 铜板上的铁铆钉暴露在空气中，表面被潮湿空气或雨水浸润容易生锈，腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是(　　)A. 铜板上的电极反应式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－B. 腐蚀过程中电子从铁移向铜C. 当有1 ml Fe2＋生成时，水膜中释放22.4 L H2D. 铁铆钉腐蚀过程中化学能全部转化为电能
【解析】 图示为铁的析氢腐蚀，铜板上的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A错误；原电池中，电子从负极流向正极，因此是从铁移向铜，B正确；未说明气体所处状态，无法计算H2体积，C错误；铁铆钉腐蚀过程中化学能一部分转化为电能，一部分转化为热能等形式，D错误。
3. (2025·苏州中学、海门中学、淮阴中学、姜堰中学)某实验室设计了如图所示装置制备N2H4。双极膜是阴、阳复合膜，层间的H2O解离成OH－和H＋并可分别通过阴、阳膜定向移动。(1) 双极膜中产生的________ (填“H＋”或“OH－”)移向多孔铂电极。(2) 石墨电极发生的电极反应式为_____________________________________。
ClO－＋2e－＋H2O===Cl－＋2OH－
【解析】 (1) 由图可知，氨气转化为N2H4，氮元素化合价由－3变为－2，化合价升高，发生氧化反应，则多孔铂电极为负极，石墨为正极，在原电池中，OH－向多孔铂电极移动。(2) 石墨为正极，次氯酸钠中的氯元素化合价降低，转化为Cl－。
练习1　原电池原理　化学电源
1. (2025·江苏各地模拟)下列说法正确的是(　　)A. 碱性氢氧燃料电池的正极反应：O2＋4e－＋4H＋===2H2OB. 碱性N2H4燃料电池的正极反应：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2OC. 氢燃料汽车使用的燃料电池是将化学能转化为电能D. 一种硒电池放电时总反应为Se＋2CuSO4＋2Zn===Cu2Se＋2ZnSO4，则其正极反应：Se＋2Cu2＋－4e－===Cu2Se
【解析】 碱性氢氧燃料电池的正极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，A错误；燃料电池正极应为O2得电子的还原反应，正极的反应为O2＋2H2O＋4e－===　4OH－，B错误；放电时总反应为Se＋2CuSO4＋2Zn===Cu2Se＋2ZnSO4，Se元素化合价下降，作正极，故硒电池放电时正极反应：Se＋2Cu2＋＋4e－===Cu2Se，D错误。
2. (2025·江苏各地模拟)下列说法正确的是(　　)A. 氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能B. 太阳能电池是一种将化学能转化为电能的装置
【解析】 燃料电池工作时，化学能不可能全部转化为电能，部分会转化为热能，A错误；太阳能电池是一种将光能转化为电能的装置，B错误；甲烷－空气碱性燃料电池中甲烷为燃料，发生氧化反应，故该反应为负极的电极反应式，C错误。
3. (2025·南通)某新型电池可以处理含CN－的碱性废水，同时还可以淡化海水，电池构造示意图如图所示。下列关于电池工作时的说法正确的是(　　)A. a极发生还原反应B. b极上电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋C. Na＋通过交换膜向左室迁移D. 反应中每消耗1 ml CN－，转移电子数约为5×6.02×1023
4. (2025·镇江)某校课外活动小组利用电化学原理降解酸性废水中的NO，装置如图所示。下列说法错误的是(　　)A. Pt电极作正极B. Ag电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgClC. 溶液中电子通过质子交换膜由Ag电极向Pt电极移动D. 若外电路转移1 ml电子，则右侧溶液质量减少1.8 g
5. 液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种甲醇(CH3OH)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是(　　)
A. a电极发生氧化反应B. b电极为该电池的负极C. 放电时，电子从b电极流向负载，再由负载流向a电极D. b电极的电极反应式：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
6. (2025·盐城)利用电化学原理，可将H2、CO2转化为C2H5OH，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)A. 电极2是电源的负极B. H＋由右侧通过质子膜移向左侧C. 该装置工作时电能转化为化学能D. 电极1上电极反应式为2CO2＋12e－＋12H＋===C2H5OH＋3H2O
【解析】 由图可知，该原电池中右侧氢气失电子，则电极2为负极，左侧二氧化碳得电子转化为乙醇，则电极1为正极，A正确；该原电池工作时，H＋由右侧通过质子膜移向左侧，B正确；原电池工作时是将化学能转化为电能，C错误；CO2在电极1上得到电子转化为乙醇，电极反应式为2CO2＋12e－＋12H＋===C2H5OH＋3H2O，D正确。
7. 普通水泥在固化过程中其自由水分子减少并形成碱性溶液。根据这一特点，科学家们发明了电动势法测水泥的初凝时间。此法的原理如图所示，反应的化学方程式为2Cu＋Ag2O===Cu2O＋2Ag。下列有关说法正确的是(　　)A. 该装置中的能量转化关系为电能转化为化学能B. Ag2O/Ag电极为正极C. 原理示意图中，电流从Cu流向Ag2OD. 电池工作时，OH－向Ag2O/Ag极移动
【解析】 该装置为原电池，将化学能转化为电能，A错误；Ag2O 得电子生成银单质，Ag2O/Ag电极为正极，B正确；铜是负极、Ag2O是正极，电流从Ag2O流向Cu，C错误；原电池中，阴离子移向负极，电池工作时，OH－向负极移动，D错误。
8. 物质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池称为浓差电池。如图是由Ag电极和硝酸银溶液组成的电池(c1