2020年高考化学一轮复习专题6.2原电池化学电源(讲)(含解析)

第2讲原电池化学电源1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。

2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

知识点一原电池的工作原理及应用1.概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。

2.构成条件(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。

(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。

(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。

3.工作原理以锌铜原电池为例(1)反应原理(2)盐桥的组成和作用①盐桥中装有饱和的KCl 、KNO 3等溶液和琼胶制成的胶冻。

②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。

（3）单液原电池(无盐桥)和双液原电池(有盐桥)对比4.原电池原理的应用(1)比较金属的活动性强弱：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(或非金属)。

(2)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。

(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。

(4)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根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。

【典例1】（黑龙江大庆实验中学2019届模拟）锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是( )A.铜电极上发生氧化反应B.电池工作一段时间后，甲池的c (SO 2－4)减小C.电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡【答案】C【解析】A项，由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Cu2＋得电子发生还原反应生成Cu，错误；B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c(SO2－4)不变，错误；C项，在乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M(Zn2＋)>M(Cu2＋)，故乙池溶液的总质量增加，正确；D项，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn2＋通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，错误。

【变式1】（山西省运城一中2019届模拟）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↑【答案】B【解析】②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO－2＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。

知识点二常见化学电源及工作原理一、一次电池：只能使用一次，不能充电复原继续使用1.碱性锌锰干电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。

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－。

2.纽扣式锌银电池总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。

电解质是KOH。

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－。

3.锂电池Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。

该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。

电池的总反应可表示为8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。

(1)负极材料为锂，电极反应为8Li－8e－===8Li＋。

(2)正极的电极反应为3SOCl2＋8e－===2S＋SO2－3＋6Cl－。

二、二次电池：放电后能充电复原继续使用1.铅酸蓄电池总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)(1)放电时——原电池负极反应：Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)；正极反应：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)。

(2)充电时——电解池阴极反应：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)；阳极反应：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)。

2.图解二次电池的充放电3.二次电池的充放电规律(1)充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后作阴极，正接正后作阳极。

(2)工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。

三、燃料电池1.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。

2.解答燃料电池题目的思维模型3.解答燃料电池题目的几个关键点(1)要注意介质是什么？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。

(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。

【典例2】[2019浙江选考]化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。

下列说法不正确．．．的是A. Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H+浓度增加B. 正极的电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O2Ag＋2OH−C. 锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D. 使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降【答案】A【解析】Zn较Cu活泼，做负极，Zn失电子变Zn2+，电子经导线转移到铜电极，铜电极负电荷变多，吸引了溶液中的阳离子，因而Zn2+和H+迁移至铜电极，H+氧化性较强，得电子变H2，因而c(H+)减小，A项错误；Ag2O作正极，得到来自Zn失去的电子，被还原成Ag,结合KOH作电解液，故电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O2Ag＋2OH−，B项正确；Zn为较活泼电极，做负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn−2e−=Zn2+，锌溶解，因而锌筒会变薄，C项正确；铅蓄电池总反应式为PbO2+ Pb + 2H2SO4 2PbSO4+ 2H2O，可知放电一段时间后，H2SO4不断被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，D项正确。

【变式2】（吉林长春市实验中学2019届模拟）普通锌锰干电池的简图如图所示，它是用锌皮制成的锌筒作电极，中央插一根碳棒，碳棒顶端加一铜帽。

在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。

该电池工作时的总反应为Zn ＋2NH ＋4＋2MnO 2===[Zn(NH 3)2]2＋＋Mn 2O 3＋H 2O 。

下列关于锌锰干电池的说法中正确的是( )A.当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原B.电池负极反应式为2MnO 2＋2NH ＋4＋2e －===Mn 2O 3＋2NH 3＋H 2O C.原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极D.外电路中每通过0.1 mol 电子，锌的质量理论上减小6.5 g 【答案】C【解析】普通锌锰干电池是一次电池，不能充电复原，A 项错误；根据原电池工作原理，负极失电子，B 项错误；由负极的电极反应式可知，每通过0.1 mol 电子，消耗锌的质量是65 g·mol－1×0.1 mol2＝3.25 g ，D 项错误。

考点一 原电池原理的应用【典例3】（山西忻州一中2019届模拟）等质量的两份锌粉a 、b ，分别加入过量的稀H 2SO 4中，同时向a 中滴入少量的CuSO 4溶液，如图表示产生H 2的体积(V )与时间(t )的关系，其中正确的是( )【答案】D【解析】a 中Zn 与CuSO 4溶液反应置换出Cu ，Zn 的量减少，产生H 2的量减少，但Zn 、Cu 和稀H 2SO 4形成原电池，加快反应速率，D 项图示符合要求。

【变式3】（湖南岳阳一中2019届模拟）有a 、b 、c 、d 四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：由此可判断这四种金属的活动性顺序是( ) A ．a>b>c>dB ．b>c>d>aC ．d>a>b>cD ．a>b>d>c 【答案】C【解析】把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由实验①可知，a 作原电池负极，b 作原电池正极，金属活动性：a>b ；由实验②可知，b 极有气体产生，c 极无变化，则活动性：b>c ；由实验③可知，d 极溶解，则d 作原电池负极，c 作正极，活动性：d>c ；由实验④可知，电流从a 极流向d 极，则d 极为原电池负极，a 极为原电池正极，活动性：d>a 。

综合所述可知活动性：d>a>b>c 。

考点二 盐桥原电池的考查【典例4】（浙江杭州外国语学校2019届模拟）根据下图，下列判断中正确的是( )A.烧杯a 中的溶液pH 降低B.烧杯b 中发生氧化反应C.烧杯a 中发生的反应为2H ＋＋2e －===H 2↑ D.烧杯b 中发生的反应为2Cl －－2e －===Cl 2↑ 【答案】B【解析】由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn 电极流向Fe 电极，则O 2在Fe电极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，烧杯a中c(OH－)增大，溶液的pH升高；烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋。

【变式4】（安徽马鞍山二中2019届模拟）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.电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态D.电流表读数为零后，在甲中加入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极【答案】D【解析】由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流表读数为零时，Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态，C正确；在甲中加入FeCl 2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。