版高考化学总复习专题六原电池 化学电源教学案.docx
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版高考化学总复习专题六原电池化学电源教学案
课时2 原电池 化学电源
[2018备考·最新考纲]
1．理解原电池的构成、工作原理及应用。
2.能写出电极反应式和电池反应方程式。
3.了解常见化学电源的种类及其工作原理。
考点一 原电池的工作原理及其应用
（考点层次A→自学、识记、辨析）
1．原电池的概念：
将化学能转化为电能的装置。
2．原电池的构成条件
（1）能自发地发生氧化还原反应。
（2）两个活泼性不同的电极（材料可以是金属或导电的非金属）。
①负极：
活泼性较强的金属。
②正极：
活泼性较弱的金属或能导电的非金属。
（3）电极均插入电解质溶液中。
（4）构成闭合回路（两电极接触或用导线连接）。
3．工作原理
装置图
电极名称
负极
正极
电极材料
锌片
铜片
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型
氧化反应
还原反应
电子流向
由锌片沿导线流向铜片
离子迁移方向
阴离子向负极迁移；
阳离子向正极迁移
电池反应方程式
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
两类装置的不同点
还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗
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，持续时间长
提醒：
①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。
如Mg－Al－NaOH溶液组成的原电池，Al作负极。
②自发发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应，也可能是电极与溶解的氧气等发生反应，如将铁与石墨相连插入食盐水中。
4．原电池原理的三大应用
（1）加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。
例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。
（2）比较金属活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
（3）设计制作化学电源
①首先将氧化还原反应分成两个半反应。
②根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。
如：
根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2
设计的原电池为：
教材
高考
1．（SJ选修4·P461改编）当铜锌原电池产生电流时，下列说法正确的是（ ）
A．阳离子移向Zn极，阴离子移向Cu极
B．电子由Cu电极流向Zn电极
C．电流由Zn电极流向Cu电极
D．阴离子移向Zn电极，阳离子移向Cu电极
答案 D
2.（RJ必修2·P42“实践活动”改编）如图所示是一位同学在测试水果电池，下列有关说法错误的是（ ）
A．若金属片A是正极，则该金属片上会产生H2
B．水果电池的化学能转化为电能
C．此水果发电的原理是电磁感应
D．金属片A、B可以一个是铜片，另一个是铁片
答案 C
3．（溯源题）（2016·上海化学，8）图1是铜锌原电池示意图。
图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示③。
①铜棒的质量 ②c（Zn2＋） ③c（H＋） ④c（SO
）
探源：
本考题源于教材SJ选修4P13“图1-9 铜锌原电池构造和原理示意图”，对原电池的工作原理进行了考查。
[诊断性题组]
1．基础知识判断，正确的打“√”，错误的打“×”
（1）在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极（√）
（2）在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强（×）
（3）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（×）
（4）其他条件均相同，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长（√）
（5）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（×）
（6）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（×）
（7）在内电路中，电子由正极流向负极（×）
（8）某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu（NO3）2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液（×）
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．
（1）
（2）中Mg作负极，（3）（4）
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↑
解析
（1）中Mg作负极；
（2）中Al作负极；（3）中铜作负极；（4）是铁的吸氧腐蚀，Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
答案 B
3．（2017·广东粤西四校联考）铜锌原电池（如图）工作时，下列叙述正确的是（ ）
A．一段时间后，铜棒上有红色物质析出
B．正极反应为：
Zn－2e－===Zn2＋
C．在外电路中，电流从负极流向正极
D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液
解析 Cu为正极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，铜棒上有红色物质析出，A项正确，B项错误；在外电路中，电流从正极流向负极，C项错误；CuSO4溶液中c（Cu2＋）降低，故盐桥中的K＋移向CuSO4溶液，D项错误。
答案 A
4．某学校研究性
学习小组欲以镁条、铝片为电极，以稀NaOH溶液为电解质溶液设计原电池。
（1）给你一只电流表，请你画出该原电池的示意图，并标出正负极。
（2）一段时间后，铝片发生的电极反应式是________________________________________________________________；
镁条表面只有极少量的气泡产生，则镁电极产生的主要反应的电极反应式为_________________________________________________________________。
解析 铝能够与NaOH溶液反应，所以作原电池的负极，而镁与NaOH溶液不反应，故作原电池的正极。
答案
（1）如图所示
（2）Al＋4OH－－3e－===AlO
＋2H2O
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
【易错警示】
规避原电池基础中的6个失分点
1．原电池的闭合回路有多种形式，如两电极相接触也是一种闭合。
2．盐桥使两池电解液相连接，构成闭合，但不能用导线替换。
3．只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池，把多余的能量转化成电能。
4．在原电池中，电子不能通过电解质溶液。
5．电解液中的阴阳离子与导线中的电子各自的定向移动，构成一个完整的闭合回路，电子由负极移向正极，电解液中阳离子移向正极，阴离子移向负极。
6．两个电极即使都是石墨，也可构成原电池，如一些燃料电池。
考点二 形形色色的化学电源
（考点层次B→共研、理解、整合）
对应学生用书P136
1．一次电池
碱性锌锰
干电池
负极材料：
Zn
电极反应：
Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2
正极材料：
碳棒
电极反应：
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
总反应：
Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2
锌银电池
负极材料：
Zn
电极反应：
Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2
正极材料：
Ag2O
电极反应：
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
总反应：
Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag
2.二次电池
铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为
Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）
2PbSO4（s）＋2H2O（l）
3．燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种：
种类
酸性
碱性
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池反应式
2H2＋O2===2H2O
提醒：
①原电池反应中，两极材料本身不一定发生反应。
②书写燃料电池的电极反应式时，一定要注意溶液的酸碱性。
教材
高考
1．（SJ选修4·P15“问题解决”改编）碱性锌锰电池总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2，则其正极反应为MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－。
2．（RJ选修4·P783改编）镉镍可充电电池的充、放电反应按下式进行：
Cd＋2NiO（OH）＋2H2O
Cd（OH）2＋2Ni（OH）2，由此判断错误的是（ ）
A．放电时，Cd作负极
B．放电时，NiO（OH）作负极
C．电解质溶液为碱性溶液
D．放电时，负极反应为Cd＋2OH－－2e－===Cd（OH）2
答案 B
3．（溯源题）（2016·课标全国Ⅱ，11）Mg－AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。
判断下列说法是否正确
（1）负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋（√）
（2）正极反应式为Ag＋＋e－===Ag（×）
（3）电池放电时Cl－由正极向负极迁移（√）
（4）负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg（OH）2＋H2↑（√）
探源：
本考题源于SJ选修4P15“图1-10 化学电源”及拓展，对常见化学电源的工作原理及电极反应进行了考查。
[拓展性题组]
题组一 “常考不衰”的燃料电池
1．科学家设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示，下列说法不正确的是（ ）
A.通入N2的电极的电极反应式为：
N2＋6e－＋8H＋===2NH
B．反应过程中溶液的pH会变大，故需要加入盐酸
C．该电池外电路电流从通入H2的电极流向通入N2的电极
D．通入H2的电极为负极，A为NH4Cl
解析 N2与H2反应生成NH3，由于以稀盐酸为电解质，所以总反应为N2＋3H2＋2HCl===2NH4Cl。
由“负氧正还”可知N2在正极反应，电极反应式为：
N2＋6e－＋8H＋===2NH
，H2在负极反应，电极反应式为3H2－6e－===6H＋，A、B、D正确，C项错误。
答案 C
2．（2017·惠州模拟）金属锂燃料电池是一种新型电池，比锂离
子电池具有更高的能量密度。
它无电时也无需充电，只需更换其中的某些材料即可，其工作示意图如下，下列说法正确的是（ ）
A．放电时，空气极为负极
B．放电时，电池反应为4Li＋O2===2Li2O
C．有机电解液可以是乙醇等无水有机物
D．在更换锂电极的同时，要更换水性电解液
解析 A．放电时，Li极为负极，错误；B.放电时，电池反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，错误；C.因为有锂存在，就不能用乙醇，锂和乙醇反应，错误；D.水性电解液中有沉淀生成，所以在更换锂电极的同时，要更换水性电解液，正确，所以选D。
答案 D
3．如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。
下列说法不正确的是（ ）
A．电流由O2所在的铂电极流出
B．O2所在的铂电极处发生还原反应
C．该电池的负极反应式为：
CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋
D．微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量
解析 燃料电池，燃料在负极反应，氧气在正极反应。
氧气在正极发生还原反应，电流由正极流向负极，A、B正确；由图可知负极反应物为CH3CH2OH（碳元素的化合
价平均显－2价），生成物为CH3COOH（碳元素的化合价平均显0价），由质子交换膜可知溶液呈酸性，负极的电极反应式为：
CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋，C项错误。
答案 C
【思维建模】
燃料电池电极方程式书写步骤
题组二 “起点高、落点低”的压轴选择题：
可逆电池
4．（石家庄模拟）快速充电电池的电解液为LiAlCl4－SOCl2，电池的总反应为4LiCl＋S＋SO2
4Li＋2SOCl2。
下列说法正确的是（ ）
A．该电池的电解质可为LiCl水溶液
B．该电池放电时，负极发生还原反应
C．充电时阳极反应式为4Cl－＋S＋SO2－4e－===2SOCl2
D．放电时电子从负极经外电路流向正极，再从正极经电解质溶液流向负极
解析 A项，该电池的电解质溶液不能是LiCl的水溶液，因为Li能和水发生反应，错误；B项，电池放电时，负极发生氧化反应，错误；D项，放电时，电子从负极经外电路流向正极，电解质溶液中移动的是阴、阳离子而不是电子，错误。
答案 C
5．镁及其化合物一般无毒（或低毒）、无污染，镁电池放
电时电压高且平稳，因此成为人们研制绿色电池所关注的重点。
有一种镁二次电池的反应为xMg＋Mo3S4
MgxMo3S4。
下列说法错误的是（ ）
A．放电时Mg2＋向正极移动
B．放电时正极的电极反应式为Mo3S4＋2xe－===Mo3S
C．放电时Mo3S4发生氧化反应
D．充电时阴极的电极反应为xMg2＋＋2xe－===xMg
答案 C
【审题建模】
以上述第5题为例：
微专题八 “盐桥”原电池
明原理判装置
1．（2017·河北石家庄高三模拟）综合如图判断，下列说法正确的是（ ）
A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋
B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动
D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大
解析 装置Ⅰ中，由于Zn比Fe活泼，所以Zn作原电池的负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
由于正极有OH－生成，因此溶液的pH增大。
装置Ⅱ中，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
正极由于不断消耗H＋，所以溶液的pH逐渐增大。
据此可知A、B错，D正确。
在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，所以C错误。
答案 D
2．某合作学习小组的同学利用下列氧化还原反应设计原电池：
2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2（SO4）3＋K2SO4＋8H2O，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。
下列叙述中正确的是（ ）
A．乙烧杯中发生还原反应
B．甲烧杯中溶液的pH逐渐减小
C．电池工作时，盐桥中的SO
移向甲烧杯
D．外电路的电流方向是从a到b
解析 由2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2（SO4）3＋K2SO4＋8H2O可知，Mn元素的化合价降低，得到电子，Fe元素的化合价升高，失去电子，则b为负极，a为正极。
A项，b为负极，是乙烧杯中发生氧化反应，故A错误；B项，甲烧杯中发生还原反应，Mn元素的化合价降低，电极反应为MnO
＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O，则pH逐渐增大，故B错误；C项，阴离子向负极移动，则盐桥中的SO
移向乙烧杯中，故C错误；D项，由上述分析可知，a为正极，外电路中电流由正极流向负极，即从a流向b，故D正确。
答案 D
【知识归纳】
盐桥电池的两大特点
1．盐桥的作用：
连接内电路，形成闭合回路，平衡电荷，使原电池不断产生电流，避免断路时发生化学腐蚀（隔离作用）。
2．盐桥中有关电极的判断
：
同原电池电极的判断一致，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。
对于活泼
金属和不活泼金属，则活泼金属作负极，不活泼金属作正极；对于金属与非金属，则是金属作负极，非金属作正极；对于还原性不同的物质，则是还原性强的作负极，还原性弱的作正极。
可逆反应中的“盐桥”
3．（2017·浙江省高三六校联考）将反应IO
＋5I－＋6H＋3I2＋3H2O设计成如下图所示的原电池。
开始时向甲烧杯中加入少量浓硫酸，电流表指针发生偏转，一段时间后，电流表指针回到零，再向甲烧杯中滴入几滴浓NaOH溶液，电
流表指针再次发生偏转。
下列判断不正确的是（ ）
A．开始加入少量浓硫酸时，乙中石墨电极上发生氧化反应
B．开始加入少量浓硫酸时，同时在甲、乙烧杯中都加入淀粉溶液，只有乙烧杯中溶液变蓝
C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．两次电流表指针偏转方向相反
解析 加入少量浓H2SO4时，电极反应式：
负极：
10I－－10e－===5I2
正极：
2IO
＋10e－＋12H＋===I2＋6H2O
加入几滴浓NaOH溶液时，电极反应式：
负极：
5I2＋10e－===10I－
正极：
I2－10e－＋12OH－===2IO
＋6H2O
B项，根据电极反应可以看出，甲、乙烧杯中均有I2生成，所以甲、乙烧杯中溶液均变蓝。
答案 B
4．（原创题）已知反应AsO
＋2I－＋2H＋AsO
＋I2＋H2O是可逆反应。
设计如图装置（C1、C2均为石墨电极），分别进行下述操作：
Ⅰ.向B烧杯中逐滴加入浓盐酸
Ⅱ.向B烧杯中逐滴加入40%NaOH溶液
结果发现电流表指针均发生偏转。
试回答下列问题：
（1）两次操作过程中指针为什么发生偏转？
______________________________________________________________。
（2）两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？
试用化学平衡移动原理解释之。
______________________________________________________________。
（3）操作Ⅱ过程中，盐桥中的K＋移向________烧杯溶液（填“A”或“B”）。
（4）Ⅰ操作过程中，C1棒上发生的反应为__________________________________________________________________。
答案
（1）两次操作中均能形成原电池，化学能转变成电能
（2）（Ⅰ）加酸，c（H＋）增大，平衡向正反应方向移动，AsO
得电子，I－失电子，所以C1极是负极，C2极是正极。
（Ⅱ）加碱，c（OH－）增大，平衡向逆反应方向移动，AsO
失电子，I2得电子，此时，C1极是正极，C2极是负极。
故化学平衡向不同方向移动，发生不同方向的反应，电子转移方向不同，即电流表指针偏转方向不同
（3）A （4）2I－－2e－===I2
【对比归纳】
单池原电池
和盐桥原电池的对比
图1和图2两装置的比较：
相同点
正负极、电极反应、总反应、反应现象
负极：
Zn－2e－===Zn2＋
正极：
Cu2＋＋2e－===Cu
总反应：
Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋
不同点
图1中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2＋，会有一部分Zn与Cu2＋直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。
图2中Zn和CuSO4溶液在两个池子中，Zn与Cu2＋不直接接触，不存在Zn与Cu2＋直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长
关键点
盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区
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