第02讲++原电池、化学电源(讲义)- 2025年高考化学一轮复习讲义+课件+专练（新教材新高考）

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高考化学一轮复习策略建议1.研究考试大纲，循纲务本。考纲和考试说明是备考的指南针，认真研究考纲和考试说明，可增强日常复习的针对性和方向性，避免盲目备考。2.精练高考真题，明确方向。经过对近几年高考题的横、纵向分析，可以得出以下三点：一是主干知识考查集中化，二是基础知识新视角，推陈出新，三是能力考查“综合化”。3.摸清问题所在，对症下药。要提高后期的备考质量，还要真正了解学生存在的问题，只有如此，复习备考才能更加科学有效。4.切实回归基础，提高能力。复习训练的步骤包括强化基础，突破难点，规范作答，总结方法，通过这样的总结，学生印象深刻，应用更加灵活。第02讲 原电池、化学电源目录01 TOC \o "1-3" \h \u  HYPERLINK \l "_Toc26714" 考情透视·目标导航 02  HYPERLINK \l "_Toc2999" 知识导图·思维引航 03 HYPERLINK \l "_Toc21713" 考点突破·考法探究  HYPERLINK \l "_Toc15308" 考点一 原电池的工作原理  HYPERLINK \l "_Toc20279" 知识点1 原电池的概念及构成条件  HYPERLINK \l "_Toc21835" 知识点2 原电池的应用  HYPERLINK \l "_Toc9533" 考向1 原电池的工作原理  HYPERLINK \l "_Toc8799" 考向2 原电池电极判断及电极反应的书写  HYPERLINK \l "_Toc3490" 考向3 “盐桥”的作用与化学平衡的移动  HYPERLINK \l "_Toc15308" 考点二 化学电源  HYPERLINK \l "_Toc20279" 知识点1 一次电池、二次电池电极反应式的书写  HYPERLINK \l "_Toc21835" 知识点2 燃料电池  HYPERLINK \l "_Toc9533" 考向1 一次电池  HYPERLINK \l "_Toc8799" 考向2 二次电池  HYPERLINK \l "_Toc3490" 考向3 燃料电池 04 HYPERLINK \l "_Toc24080" 真题练习·命题洞见 04 HYPERLINK \l "_Toc24080" 真题练习·命题洞见 考点一 原电池的工作原理知识点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。3．工作原理(以锌铜原电池为例)【名师提醒】1．根据内电路中的离子流向判断正、负极，在内电路中，阳离子由负极区流向正极区，阴离子由正极区流向负极区。2．盐桥主要作用就是构建闭合的内电路，但不影响反应的实质。盐桥内常为饱和氯化钾、硝酸钾等溶液。知识点2　原电池的应用1．设计制作化学电源2．比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性__________的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。3．加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率__________。4．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。考向1 原电池的工作原理【例1】某小组利用下列装置进行电化学实验，下列实验操作及预期现象正确的是 (　　)A．X和Y与电流表连接，电子由Cu极流向Zn极B．X和Y与电流表连接，将Zn换成Fe测得电流更大C．X和Y分别与电源“－”、“＋”极相连，Cu极质量减轻D．X和Y分别与电源“－”、“＋”极相连，Zn极质量减轻【名师点睛】1．判断电极名称的基本方法是看电极反应物的反应类型，若电极反应物失去电子，发生氧化反应则为负极，反之为正极。2．双液铜、锌原电池(带盐桥)与单液原电池相比，最大的优点是Zn与氧化剂(Cu2＋)不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，放电时间长。3．无论是原电池还是电解池，电子均不能通过电解质溶液，即电子不下水，离子不上线。【变式训练】（2024·四川省大数据精准教学联盟高三第二次统一监测）通过测定下图电池的标准电动势(V)，可计算电池总反应的平衡常数。已知：，该电池z=1；盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子可在其中自由移动。下列说法错误的是( )A．正极反应为AgCl+e-=Ag+Cl-B．反应后，右侧烧杯中c(AgNO3)增大C．每转移1mole-，两个电极的质量共减少143.5gD．若，Ag+(aq)+ Cl-(aq)AgCl(s)的平衡常数为考向2 原电池电极判断及电极反应的书写【例2】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↑【思维建模】1．原电池电极判断说明：原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的固定思维。2．电极反应的书写（1）一般电极反应的书写（2）复杂电极反应的书写。复杂电极反应等于总反应减去较简单一极的电极反应。考向3 “盐桥”的作用与化学平衡的移动【例3】(2024·浙江省宁波市高三下学期二模)利用下图电池装置可验证不同化合价铁元素的相关性质。已知：电池装置中，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(如下表)应尽可能地相近；两烧杯中溶液体积相等。下列说法正确的是( )A．根据上表数据，盐桥中应选择KNO3作为电解质B．石墨电极上对应的电极反应式为：Fe2+-e-=Fe3+C．反应一段时间后，当右池中c(Fe2+)：c(Fe3+)=3：2时，左池中c(Fe2+)=0.15mol·L－1D．盐桥中的阴离子进入石墨电极一侧溶液中【思维建模】1．把氧化剂、还原剂均为溶液状态的氧化还原反应设计成原电池时，必须使用盐桥才能实现氧化剂与还原剂的分离，否则不会有明显的电流出现。2．电子流向的分析方法：①改变条件，平衡移动；②平衡移动，电子转移；③电子转移，判断区域；④根据区域，判断流向；⑤根据流向，判断电极。【变式训练】控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。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．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极考点二 化学电源知识点1 一次电池、二次电池电极反应式的书写1．新型一次电池2．新型充电(可逆)电池【方法技巧】 化学电源电极反应的书写、、书写电极反应时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质溶液的环境确定电极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。(1)拆分法。①写出原电池的总反应；②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，注明正、负极，并依据质量守恒、电荷守恒及得失电子守恒配平两个半反应。(2)加减法。①写出总反应；②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)；③利用总反应与写出的一极反应相减，即得另一个电极的反应。知识点2　燃料电池燃料电池(以CH3OH燃料电池为例，体会不同介质对电极反应的影响)【名师点晴】1．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。2．书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸碱性，溶液的酸碱性对电极反应和总反应都会产生影响。考向1 一次电池【例1】(2024·江苏卷，8)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O= ZnO+2MnOOH，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1mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×10-23【变式训练】(2024·北京市西城区高三一模)我国科学家设计可同时实现H2制备和海水淡化的新型电池，装置示意图如图。下列说法不正确的是( )A．电极a是正极B．电极b的反应式：N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2OC．每生成1molN2，有2molNaCl发生迁移D．离子交换膜c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜考向2 二次电池【例2】(2024·安徽卷，11)我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP (局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是( )A．标注框内所示结构中存在共价键和配位键B．电池总反应为：I3-+ZnZn2++3I-C．充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPPD 放电时，消耗0.65 g Zn，理论上转移0.02 mol电子【思维建模】【变式训练】(2024·安徽省马鞍山市高三第二次教学质量检测)磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的使用寿命，放电时的反应为：LixC6+Li1-xFePO4= 6C+LiFePO4。图1为某磷酸铁锂电池的切面，图2为LiFePO4晶胞充放电时Li+脱出和嵌入的示意图。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。下列说法不正确的是( )A．放电时，负极反应： LixC6- xe- = xLi++6C B．(a)过程中1mol晶胞转移的电子数为NAC．(b)代表放电过程， Li+脱离石墨，经电解质嵌入正极D．充电时的阳极反应： LiFePO4- xe-= Li1-xFePO4+xLi+考向3 燃料电池【例3】(2024·全国新课标卷，6)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)电池工作时，下列叙述错误的是A．电池总反应为2C6H12O6+O2=2C6H12O7B．b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用C．消耗18mg葡萄糖，理论上a电极有0.4mmol电子流入D．两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a【方法技巧】(1)注意介质是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气(或其他氧化剂)。(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。(4)零价法秒杀负极反应的书写。若负极有机物燃料为CxHyOz，产物中C元素为+4 价的CO32-或HCO3-，则转移电子数为C数×4+H数×1+O数×(-2)，若有机阴离子在负极反应(如CH3COO-)，转移电子数则为C数×4+H数×1+O数×(-2)+电荷数。【变式训练】(2024·浙江省Z20名校联盟高三联考)一种三室微生物燃料电池的工作原理如图所示，该电池能同时去除有机物、脱氮形成无害气体和水。下列说法不正确的是( )A．X、Y交换膜均为质子交换膜B．电极室C中溶液经灭菌后通入电极室AC．b电极反应式：D．电极室C中仅发生还原反应1．(2024·北京卷，3，3分)酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是( )A．石墨作电池的负极材料 B．电池工作时，NH4+向负极方向移动C．MnO2发生氧化反应 D．锌筒发生的电极反应为Zn-2e-=Zn2＋2．(2024·全国甲卷，6，3分)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是( )A．充电时，Zn2+向阳极方向迁移B．充电时，会发生反应Zn+2MnO2=ZnMn2O4C．放电时，正极反应有MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-D．放电时，Zn电极质量减少0.65g，MnO2电极生成了0.020molMnOOH3．(2024·河北卷，13，3分)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池，以Mg(TFSI)2为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺()以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2+的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。下列说法错误的是( )A．放电时，电池总反应为Mg+2CO2= MgC2O4B．充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接C．充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2+向阴极迁移D．放电时，每转移1mol电子，理论上可转化1mol CO24．(2023•广东卷，6)负载有和的活性炭，可选择性去除实现废酸的纯化，其工作原理如图。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11.2L的O2，最多去除1mol Cl-5．(2023•辽宁省选择性考试，11)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是( )A．放电时负极质量减小B．储能过程中电能转变为化学能C．放电时右侧通过质子交换膜移向左侧D．充电总反应：Pb+SO42-+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+6．(2023•全国乙卷，12)室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：S8+e-→S，S+e-→S，2Na++S+2(1-)e-→Na2Sx下列叙述错误的是( )A．充电时Na+从钠电极向硫电极迁移B．放电时外电路电子流动的方向是a→bC．放电时正极反应为：2Na++S8+2e-→Na2SxD．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能7．(2022•全国甲卷，10)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH) 42-存在)。电池放电时，下列叙述错误的是( )A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移B．Ⅰ区的SO42-通过隔膜向Ⅱ区迁移C． MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2OD．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH) 42-+Mn2++2H2O8．(2022•福建卷，9)一种化学“自充电”的锌-有机物电池，电解质为KOH和Zn(CH3COO)2水溶液。将电池暴露于空气中，某电极无需外接电源即能实现化学自充电，该电极充放电原理如下图所示。下列说法正确的是( )A．化学自充电时，c(OH―)增大B．化学自充电时，电能转化为化学能C．化学自充电时，锌电极反应式：Zn2++2e-=ZnD．放电时，外电路通过电子，正极材料损耗9．(2022•广东选择性考试，16)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1molCl2，电极a质量理论上增加23g10．(2021•辽宁选择性考试，10)如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是( )A．放电时，M电极反应为B．放电时，Li+由M电极向N电极移动C．充电时，M电极的质量减小D．充电时，N电极反应为Li3Bi+3e-=3Li++Bi11．(2021•浙江1月选考，22)镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L 为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极)。下列说法不正确的是( )A．断开K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能B．断开K1、合上K2，电极A为阴极，发生还原反应C．电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变D．镍镉二次电池的总反应式：Cd+ 2NiOOH+2H2OCa(OH)2+2Ni(OH)212．(2021•湖南选择性考试，10)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：下列说法错误的是(　　)A．放电时，N极为正极 B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小 C．充电时，M极的电极反应式为Zn2++2e-═Zn D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过考点要求考题统计考情分析原电池原理综合应用2024·江苏卷8题，3分；2024·北京卷3题，3分；2023广东卷6题，2分；2023山东卷11题，4分；2022全国甲卷12题，6分；2022山东卷13题，4分；2021广东卷9题，2分；2021山东卷10题，2分；电化学知识是中学化学中的重要基本概念，也是近年来高考化学的持续热点，在复杂、陌生、新颖的研究对象和真实问题情境下，体现了对电化学知识基础性、综合性、创新性和应用性的考查。近年高考中对电化学的考查出现了新的变化，以装置图为载体来考查电化学的相关知识，成为近年高考的新亮点，考查的关键能力侧重于两个方面：一是理解与辨析能力，要求学生能够从图示电化学装置中提取有效信息，判断装置种类、辨别电极名称等；二是分析与推理能力，要求学生能够根据图示信息和电解池的工作原理，分析电极反应的类型、电解质的作用、离子的移动方向以及定量分析转移电子的物质的量等。新型二次电池2024·安徽卷11题，3分；2024·全国甲卷6题，3分；2024·河北卷13题，3分；2023辽宁卷11题，3分；2023全国甲卷10题，6分；2022辽宁卷14题，3分；2022福建卷9题，4分；2021河北卷9题，3分；2021辽宁卷10题，3分；2021浙江1月选考22题，2分；2021浙江6月选考22题，2分；2021湖南卷10题，3分；燃料电池2024·全国新课标卷6题，3分复习目标：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。离子Li+Na+Ca2+K+HCO3-NO3-Cl-SO42-4.075.196.597.624.617.407.918.27Mg－H2O2电池总反应：H2O2＋2H＋＋Mg===Mg2＋＋2H2O正极______________________________负极Mg－2e－===Mg2＋Mg－AgCl电池总反应：Mg＋2AgCl===2Ag＋MgCl2正极______________________________负极Mg－2e－===Mg2＋钠硫电池总反应：2Na＋xS===Na2Sx正极______________________________负极2Na－2e－===2Na＋锂－铜电池总反应：2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－正极______________________________负极2Li－2e－===2Li＋锂钒氧化物电池总反应：xLi＋LiV3O8===Li1＋xV3O8正极______________________________负极xLi－xe－===xLi＋锌银电池总反应：Ag2O＋Zn＋H2Oeq \o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))2Ag＋Zn(OH)2正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－负极：______________________________阳极：______________________________阴极：Zn(OH)2＋2e－===Zn＋2OH－镍电池镍铁电池总反应：NiO2＋Fe＋2H2Oeq \o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Fe(OH)2＋Ni(OH)2正极：NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－负极：______________________________阳极：______________________________阴极：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－镍镉电池总反应：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq \o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2说明：参考镍铁电池自行书写。高铁电池总反应：3Zn＋2K2FeO4＋8H2Oeq \o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH正极：2FeOeq \o\al(2－,4)＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－负极：______________________________阳极：______________________________阴极：3Zn(OH)2＋6e－===3Zn＋6OH－锂离子电池总反应：Li1－xCoO2＋LixC6eq \o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))LiCoO2＋C6(x