第02讲 原电池、化学电源(讲义)(学生版) 2025年高考化学一轮复习讲练测(新教材新高考)

第02讲原电池、化学电源
目录
01考情透视·目标导航.................................................................................................................. 02知识导图·思维引航.................................................................................................................. 03考点突破·考法探究...................................................................................................................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............................................................................................
知识点2原电池的应用.............................................................................................................
考向1原电池的工作原理........................................................................................................
考向2原电池电极判断及电极反应的书写................................................................................
考向3“盐桥”的作用与化学平衡的移动......................................................................................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.....................................................................
知识点2燃料电池..................................................................................................................
考向1一次电池......................................................................................................................
考向2二次电池......................................................................................................................
考向3燃料电池...................................................................................................................... 04真题练习·命题洞见................................................................................................................... 04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(Cu 2＋
)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
θ
E (V)，可计算电池总反应的平衡常数K θ。

已知：lg 0.059V
zE K θ
θ
=
，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143.5g
D．若0.59V
Eθ=-，Ag+(aq)+Cl-(aq)AgCl(s)的平衡常数为10
10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()u∞(如下表)应尽可能地相近；两烧杯中溶液体积相等。

离子Li+Na+Ca2+K+HCO3-NO3-Cl-SO42-
()
82
u∞⎡⎤
10/m/s V
⨯⋅
⎣⎦ 4.07 5.19 6.597.62 4.617.407.918.27
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－1
D．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2Fe 3＋
＋2I
－
2Fe 2＋
＋I 2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Fe 3＋
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FeCl 2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
Mg －H 2O 2电池
总反应：H 2O 2＋2H ＋＋Mg===Mg 2＋＋2H 2O
正极______________________________负极
Mg －2e －
===Mg 2
＋
Mg －AgCl 电池
总反应：Mg ＋2AgCl===2Ag ＋MgCl 2
正极______________________________负极
Mg －2e －
===Mg 2
＋
钠硫电池
总反应：2Na ＋x S===Na 2S x
正极______________________________负极
2Na －2e －
===2Na
＋
锂－铜电池
总反应：2Li ＋Cu 2O ＋H 2O===2Cu ＋2Li ＋
＋2OH
－
正极______________________________
负极2Li－2e－===2Li＋
锂钒氧化物电池总反应：x Li＋LiV3O8===Li1＋x V3O8
正极______________________________负极x Li－x e－===x Li＋
2．新型充电(可逆)电池
锌银电池总反应：Ag2O＋Zn＋H2O
放电
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＋2H2O放电
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＋2H2O
放电
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＋8H2O
放电
充电
3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH 正极：2FeO2－4＋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
－x
CoO2＋Li x C6放电
充电
LiCoO2＋C6(x<1)
正极：Li1
－x
CoO2＋x e－＋x Li＋===LiCoO2
负极：______________________________
阳极：______________________________
阴极：x Li＋＋x e－＋C6===Li x C6
钠电池钠硫
蓄电
池
总反应：2Na2S2＋NaBr3
放电
充电
Na2S4＋3NaBr
正极：NaBr3＋2e－＋2Na＋===3NaBr
负极：______________________________
阳极：______________________________
阴极：Na2S4＋2Na＋＋2e－===2Na2S2
钠离
子电
池
总反应：Na1
－m
CoO2＋Na m C n放电
充电
NaCoO2＋C n
正极：Na1
－m
CoO2＋m e－＋m Na＋===NaCoO2
负极：______________________________
阳极：______________________________
阴极：m Na＋＋C n＋m e－===Na m C n
全钒液流电池总反应：VO＋2＋2H＋＋V2＋
放电
充电
V3＋＋VO2＋＋H2O 正极：VO＋2＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
负极：______________________________
阳极：______________________________
阴极：V3＋＋e－===V2＋
【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)
质子交换膜(酸性)H＋
总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O 正极____________________
负极CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋
碱性燃料电池OH－总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO2－3＋6H2O
正极____________________
负极CH3OH－
6e－＋8OH－===CO2－3＋6H2O
固态氧化物燃料电池O2－
总反应：2CH3OH＋3O2
===2CO2＋4H2O 正极____________________
负极CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O
【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↑+4H2O
C．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-+Zn Zn2++3I-
C．充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPP
D.放电时，消耗0.65g Zn，理论上转移0.02mol电子
【思维建模】
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：Li x C6+Li1-x FePO4=6C+LiFePO
晶胞充放电时Li+脱出和嵌入的示意图。

其中O围绕Fe
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：Li x C6-xe-=xLi++6C
B．(a)过程中1mol晶胞转移的电子数为3 16 N A
C．(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-x FePO4+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=2C6H12O7
B．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C x H y O z，产物中C元素为+4价的C O32-或HC O3-，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A
C ．b 电极反应式：612622C H O 6H O 24e 6CO 24H
-++-=↑+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，NH 4+向负极方向移动
C ．MnO 2发生氧化反应
D ．锌筒发生的电极反应为Zn-2e -=Zn 2＋
2．(2024·全国甲卷，6，3分)科学家使用δ-MnO 2研制了一种MnO 2-Zn 可充电电池(如图所示)。

电池工作一段时间后，MnO 2电极上检测到MnOOH 和少量ZnMn 2O 4。

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=ZnMn2O4
C．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0.020molMnOOH
3．(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(PDA)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=MgC2O4
B．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 CO2
4．(2023•广东卷，6)负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除-C1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Pt
C．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H+通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：Pb+SO42-+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+
)
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++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)42-+Mn2++2H2O
8．(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-=Zn
D．放电时，外电路通过0.02mol电子，正极材料损耗0.78g
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23g
10．(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2
Ni2e Ni
-+
-=
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++Bi
11．(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+2H2O Ca(OH)2+2Ni(OH)2
12．(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。