第18講原電池化學電源

目錄

第一部分：網絡構建（總覽全局）

第二部分：知識點精準記憶

第三部分：典型例題剖析

高頻考點1考查原電池的工作原理

高頻考點2考查原電池正、負極的判斷

高頻考點3考查原電池原理的應用

高頻考點4考查可充電電池（二次電池）

高頻考點5考查新型電源（新型燃料電池）

正文

第一部分：網絡構建（總覽全局）

單液原電池

鹽橋中裝有飽和的KCI、

KNO3等溶液和瓊膠制成

的膠凍

連

內電

正極：還原反應

路

形成

閉

回路工作原理負極：氧化反應

荷，布\鹽橋的作用

加快反應解

電池不斷/

鹽橋一雙液原電池

產生電流J一次電池

鹽橋中離子移向：鹽制造化學電源二次電池

橋含飽和應用燃料電池

KCI（KN03）溶

液，K+移向正極，比較金屬的活動性強弱

Cl-（NO3-）移向

用于金屬防護

奐極

明確兩極的反應物

自發進行的氧化還原反應

活一性不同的兩電極

電極反應式的書寫

電解質溶液

的電極直接或間接接觸、閉合回路

兩電極插入電解質溶液中,

第二部分：知識點精準記憶

知識點一原電池的工作原理及應用

1.概念和反應本質

原電池是把化學能轉化為電能的裝置，其反應本質是自發進行的氧化還原反應。

2.構成條件

（1）一看反應：看是否有能自發進行的氧化還原反應發生（一般是活潑性強的金屬與電解質溶液反應）。

（2）二看兩電極：一般是活潑性不同的兩電極。

（3）三看是否形成閉合回路，形成閉合回路需三個條件：

①電解質溶液；

②兩電極直接或間接接觸;

③兩電極插入電解質溶液中。

3.工作原理

以鋅銅原電池為例

將3沿導線傳遞，有電流產生

（1）反應原理

①電子移動方向：鋅失電子逐漸溶解變成Zi?+進入溶液，電子從負極經導線流入正極。

②離子移動方向：陰離子向負極移動（如SOK）,陽離子向正極移動（如Zr?+和H+,溶液中H+在正極上得電

子形成氫氣在銅片上冒出）。

③兩極電極反應式

負極（鋅極）：Zn—2屋=Zn2+（氧化反應）。

正極（銅極）：2H++2鼠=H2（還原反應）。

+2+

總反應：Zn+2H=Zn+H2to

（2）單液原電池和雙液原電池對比

比較項目單液原電池雙液原電池

相同點正負極，電極反應，總反應式，電極現象

不同能量變化化學能轉化為電能和熱能化學能只轉化為電能

點反應區域兩極反應在相同區域兩極反應在不同區域

（3）雙液原電池中鹽橋的組成和作用

①鹽橋中裝有飽和的KC1、KN03等溶液和瓊膠制成的膠凍。

-

②鹽橋中離子移向：鹽橋含飽和KCI(KNO3)溶液，K+移向正極，cr(NO3)移向負極

③鹽橋的作用：a.連接內電路，形成閉合回路；b.平衡電荷，使原電池不斷產生電流。

4.原電池原理的應用

(1)比較金屬的活動性強弱：原電池中，負極一般是活動性較強的金屬，正極一般是活動性較弱的金屬(或非

金屬)。

(2)加快化學反應速率：一個自發進行的氧化還原反應，形成原電池時會使反應速率增大。如在Zn與稀硫酸

反應時加入少量CuSC>4溶液構成原電池，反應速率增大。

(3)用于金屬的防護：使被保護的金屬制品作原電池正極而得到保護。如要保護一個鐵質的輸水管道或鋼鐵

橋梁等，可用導線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負極。

(4)設計制作化學電源

①拆分反應：將氧化還原反應分成兩個半反應。

②選擇電極材料：將還原劑(一般為比較活潑的金屬)作負極，活潑性比負極弱的金屬或非金屬導體作正

極。如果還原劑不是金屬而是其它還原性物質，可選擇惰性電極一石墨棒、鉗片作負極。

③構成閉合回路：電解質溶液一般要能夠與負極發生反應，或者電解質溶液中溶解的其他物質能與負極發

生反應(如溶解于溶液中的空氣)。如果兩個半反應分別在兩個容器進行(中間連接鹽橋)，則兩個容器中的

電解質溶液應含有與電極材料相同的金屬的陽離子。

④畫裝置圖：結合要求及反應特點，畫出原電池裝置圖，標出電極材料名稱、正負極、電解質溶液等。

知識點二常見化學電源及工作原理

1.化學電源的優點和優劣判斷標準

⑴相對其他能源，電池的優點是能量轉換效率較高，供能穩定可靠，形狀、大小可根據需要設計，使用方

便等。

(2)判斷電池優劣的標準是電池單位質量或單位體積所能輸出的比能量或比功率及可儲存時間的長短。

2.日常生活中的幾種電池

(1)堿性鋅銃干電池——一次電池

正極反應：2MnO2+2H2。+2屋=2MnOOH+2OH；

負極反應：Zn+20lT—2屋=Zn(OH)2；

總反應：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2。

(2)銀鋅電池——一次電池

浸有KOH(aq)期限理金屬外殼

、鋅負極

Ag2。正極

-

負極反應：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2；

正極反應：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH^;

總反應：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag0

(3)鋰電池——一次電池

Li—SOCb電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCL-SOCb。電池的總

反應可表示為8Li+3SOCl2===6LiCl+Li2SO3+2S?

①負極材料為鋰，電極反應為8Li—8e-===8口+。

②正極的電極反應為3soeL+8屋===2S+SOr+6C1，

(4)二次電池(可充電電池)：放電后能充電復原繼續使用

鉛蓄電池是最常見的二次電池，負極材料是Pb,正極材料是PbCh。

①放電時的反應

-

a.負極反應：Pb+SOF-2e=PbSO4;

+

b.正極反應：PbO2+4H+SOF+2e-=PbSO4+2H2O；

c.總反應：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O?

②充電時的反應

a.陰極反應：PbSCU+2e-—Pb+SOF；

+

b.陽極反應：PbSO4+2H2O-2e^=PbO2+4H+SOr；

c.總反應：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2so4。

注：可逆電池的充、放電不能理解為可逆反應。

3.圖解二次電池的充放電

外接電源負極同一電極

/1I

還原反應：陰極--|充電可充電放電廠負極:氧化反應

氧化反應：陽極^~?宿癥匚正極:還原反應

\---------------------------1

外接電源正極同一電極

4.二次電池的充放電規律

(1)充電時電極的連接：充電的目的是使電池恢復其供電能力，因此負極應與電源的負極相連以獲得電子,

可簡記為負接負后作陰極，正接正后作陽極。

（2）工作時的電極反應式：同一電極上的電極反應式，在充電與放電時，形式上恰好是相反的；同一電極周

圍的溶液，充電與放電時pH的變化趨勢也恰好相反。

5.“高效、環境友好”的燃料電池

（1）氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分為酸性和堿性兩種。

種類酸性堿性

+

負極反應式2H2—4e^^=4H2H2+40H-4e-=4H2O

+

正極反應式O2+4e+4H=2H2O02+2H2。+=40JT

電池總反應式2H2+O2=2H2O

備注燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用

（2）甲烷燃料電池

①酸性介質（如H2so4）或傳導質子（H+）固體介質

總反應式：CH4+2O2=CO2+2H,0O

+

負極反應式：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H□

正極反應式：2。2+8屋+8H+=4印0。

②堿性介質（如KOH）

總反應式：CH4+2O2+20H=COf+3H2Oo

負極反應式：CH4-8e-+lOOH-=COF+7H2Oo

正極反應式：2。2+8屋+4H2O=8OH，

③熔融鹽介質（如K2c。3）

總反應式：CH4+2O2=CO2+2H2O=

2

負極反應式：CH4-8e+4CO3=5CO2+2H2Oo

正極反應式：2。2+8屋+4co2=4CC）32。

④用能傳導氧離子（。2）的固體作介質

總反應式：CH4+2O2=CO2+2H2O=

2

負極反應式：CH4-8e+4O=CO2+2H2O?

正極反應式：2。2+8屋==4C）2。

（3）解答燃料電池題目的思維模型

(4)解答燃料電池題目的幾個關鍵點

①要注意介質是什么？是電解質溶液還是熔融鹽或氧化物。

②通入負極的物質為燃料，通入正極的物質為氧氣。

③通過介質中離子的移動方向，可判斷電池的正負極，同時考慮該離子參與靠近一極的電極反應。

6.化學電源中電極反應式書寫的一般方法

(1)明確兩極的反應物；

(2)明確直接產物：根據負極氧化、正極還原，明確兩極的直接產物；

(3)確定最終產物：根據介質環境和共存原則，找出參與的介質粒子，確定最終產物；

(4)配平：根據電荷守恒、原子守恒配平電極反應式。

注意：①H+在堿性環境中不存在；②。2-在水溶液中不存在，在酸性環境中結合H+,生成H2O,在中性或

堿性環境結合H2O,生成OIF；③若己知總反應式時，可先寫出較易書寫的一極的電極反應式，然后在電

子守恒的基礎上，總反應式減去較易寫出的一極的電極反應式，即得到較難寫出的另一極的電極反應式。

第三部分：典型例題剖析

高頻考點1考查原電池的工作原理

例1.(2022?河南洛陽?模擬預測)某種新型熱激活電池的結構與工作原理如圖所示。下列說法正確的是

PANI-2e-加熱］而百氧福聲

Fe?+冷卻

電池再生

A.電池冷卻時，電子由電極b經過導線流向電極a

B.電池加熱時，電極a的電勢比電極b的低，且發生氧化反應

C.為了保證電池持久工作，理論上應不斷地向電解質中補充Fe2+

D.應加入適量稀H2SO4使電解質溶液呈較強的酸性

【解析】由圖可知，加熱時，PANI失去了電子，發生氧化反應，應作負極；電池冷卻時，電池再生，PANI

得到了電子，發生還原反應，應作正極。電子的流動方向是由負極流向正極，電勢正極高于負極，在裝置

中Fe3+可以和Fe2+相互轉化，Fe3+在水溶液中易發生水解，需加酸抑制其水解。A.電池冷卻時，電極b上

的PANIO得到電子重新生成PANI,A錯誤；B.電池加熱時，根據b極的電極反應式判斷電極a是正極，

電極a的電勢比電極b的高，B錯誤；C.電池工作時，鐵離子在電極a上轉變成亞鐵離子，冷卻時亞鐵離

子轉變成鐵離子，理論上不需要補充亞鐵離子，C錯誤；D.Fe3+易發生水解，適量硫酸的加入可以增強溶

液酸性，抑制Fe3+的水解，D正確；故選D。

【答案】D

【名師歸納】原電池的工作原理簡圖

_I

髓曲前髓

陽離子一

一陰離子

----1電解質溶潤---

注意：①若有鹽橋，鹽橋中的陰離子移向負極區，陽離子移向正極區。

②若有交換膜，離子可選擇性通過交換膜，如陽離子交換膜，陽離子可通過交換膜移向正極。

【變式訓練】（2022?廣東?模擬預測）新型NaBHVJhCh燃料電池總反應方程式為

NaBH4+4H2O2=NaBO2+6H2O?下列有關說法中正確的是

A.電池正極區發生氧化反應

B.電池工作時，將電能轉化為化學能

C.電池工作時，H2O2得電子

D.電池在工作過程中，Na+從正極區向負極區遷移

【解析】新型NaBHVIhCh燃料電池總反應方程式為NaBH4+4H2Ch=NaBO2+6H2O,由總反應式，可確定負

極反應物為NaBH4,正極反應物為H2O2。A.電池正極區H2O2得電子，發生還原反應，A不正確；B.電

池工作時，通過發生氧化還原反應，將化學能轉化為電能，B不正確；C.從總反應式可知，電池工作時，

H2O2中的O元素從1價降低到2價，則H2O2得電子，C正確；D.電池工作過程中，陽離子向正極移動，

則Na+從負極區向正極區遷移，D不正確；故選C。

【答案】C

高頻考點2考查原電池正、負極的判斷

例2.（2022?安徽.模擬預測）中科院開發的一種新型電池的反應原理如圖所示，其中電解質LiCK）4溶于混合

有機溶劑中，Li+通過電解質可自由移動，b極參與反應的物質是二氯亞碉（SOCb）,且有刺激性氣味氣體產

生。下列說法正確的是

A.a極為正極，電極反應式為LiC104+e=Li+C10：

B.可用水代替有機溶劑

C.正極產生的有刺激性氣味氣體為C12

D.用該電池電解飽和食鹽水（用惰性電極），若消耗Imol鋰，則理論上陰陽兩極共產生氣體22.4L（標準狀

況）

【解析】A.負極為Li失電子，生成鋰離子，a應為負極，A項錯誤；B.Li容易與水反應，故不能用水代

替有機溶劑，B項錯誤；C.正極電極反應式為2soeb+4e=S+SO2T+4C1,刺激性氣味是二氧化硫，C項錯

誤；D.消耗Imol鋰，說明轉移Imol電子，陰極產生氫氣0.5mol,陽極產生氯氣0.5mol,故產生氣體共

22.4L（標準狀況），D項正確；故答案選D。

【答案】D

【題后歸納】判斷原電池正、負極的5種方法

說明：原電池的正極和負極與電極材料的性質有關，也與電解質溶液有關，不要形成活潑電極一定作負極

的思維定勢。

【變式訓練】（2022?陜西?西北工業大學附屬中學模擬預測）利用小粒徑零價鐵（ZVI）的電化學腐蝕處理三氯

乙烯進行水體修復的過程如圖所示。H+、Ch、NO,等粒子的存在會影響水體修復效果，設單位時間內ZVI

釋放電子的物質的量為人,其中用于有效腐蝕的電子的物質的量為下列說法正確的是

A.增大單位體積水體中ZVI的投入量，可使?增大

B.反應①在負極反生，反應②③④在正極發生

C.單位時間內，三氯乙烯脫去amol氯原子時"e=amol

D.反應④為NO；+10H+8e=NH：+3H2O

【解析】A.增大單位體積水體中小微粒ZVI的投入量，可以增大小微粒ZVI和正極的接觸面積，加快ZVI

釋放電子的速率，可使“增大，A正確；B.由修復過程示意圖中反應前后元素化合價變化可知，反應①②

③④均為化合價降低得電子的反應，所以應在正極發生，B錯誤；C.三氯乙烯C2HCI3中C原子化合價為

+1價，乙烯中C原子化合價為2價，1molCzHCb轉化為1molC2H4時，得到6moi電子，脫去31noi氯原

子，所以脫去amolC1時”=2amol,C錯誤；D.由示意圖可知發了如下轉化：NO]TNH：,由于生成物

中有NH；,所以只能用H+和H2O來配平該反應，NO]得到電子，發生還原反應，所以④的電極反應式為：

+

NO；+10H+8e=NHt+3H2O,D錯誤；故合理選項是A。

【答案】A

高頻考點3考查原電池原理的應用

例3.（2021.全國?高三專題練習）A、B、C、D都是金屬，把C浸入A的硫酸鹽溶液中，C的表面有A析

出；A與D組成原電池時，A質量減少；B與D構成原電池時，電子是從D經導線流向B。A、B、C、D

四種金屬的活動性順序為

A.A>B>C>DB.A>C>D>BC.C>A>D>BD.C>D>B>A

【解析】C能置換出A,故活潑性C>A；A質量減少，A為負極，活潑性A>D；電子D經導線流向B,電

子是從負極流向正極，活潑性D>B,金屬活潑型綜合為C>A>D>B。故選C。

【答案】C

【題后歸納】利用原電池原理比較A、B兩種金屬活潑性的方法：將A、B兩種金屬用導線連接后，插入到

稀硫酸中，一段時間后，若觀察到A溶解，而B上有氣體放出，則說明A作負極，B作正極，即可以斷定

金屬活潑性A>Bo

【變式訓練1】（2021?全國?高三專題練習）現有A、B、C、D四種金屬片：①把A、B用導線連接后同時

浸入稀硫酸中，B表面逐漸溶解；②把C、D用導線連接后同時浸入稀硫酸中，C發生氧化反應；③把A、

C用導線連接后同時浸入稀硫酸中，電子流動方向為A-導線-C

根據上述情況，下列說法中正確的是

A.在①中，金屬片B發生還原反應

B.在②中，金屬片C作正極

C.上述四種金屬的活動性由強到弱的順序是：A>B>C>D

D.如果把B、D用導線連接后同時漫入稀硫酸中，則金屬片D上有氣泡產生

【解析】在①中，B表面逐漸溶解，則B作負極，A作正極；在②中，C發生氧化反應，則C作負極，D

作正極；在③中，電子流動方向為A一導線一C,則A作負極，C作正極。

A.①把A、B用導線連接后同時浸入稀硫酸中，B表面變黑并逐漸溶解；則活動性B>A,B發生氧化反應,

A錯誤；B.在②中，由于金屬片C發生氧化反應，所以C作負極，B錯誤；C.②把C、D用導線連接后

同時浸入稀硫酸中，C發生氧化反應；則活動性C>D；③把A、C用導線連接后同時浸入稀硫酸中，電子

流動方向為A-導線-C,則活動性A>C,所以四種金屬活動性由強到弱的順序是：B>A>OD,C錯誤；

D.如果把B、D用導線連接后同時浸入稀硫酸中，由于活動性B>D,則金屬片D作正極，在D上氫離子

得到電子產生氫氣，所以有氣泡產生，D正確；答案選D。

【答案】D

【變式訓練2】(加快氧化還原反應速率)把適合題意的圖像填在橫線上(用A、B、C、D表示)

(1)將等質量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSC>4溶液，產生H2的體積

ML)與時間f(min)的關系是o

(2)將過量的兩份鋅粉a、b分別加入定量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSCU溶液，產生H2的體積V(L)

與時間*min)的關系是o

(3)將(1)中的CuSCU溶液改成CH3coONa溶液，其他條件不變，則圖像是。

【解析】(l)a中加入CuS04，消耗一部分Zn,Cu、Zn形成原電池，反應速率加快，所以a放出H2的量減

少，但速率加快。

(2)a中加入CuSC)4消耗Zn,但不影響產生H2的量，速率也加快。

(3)CH3coONa與H2sC)4反應后生成弱酸CH3coOH,從而減慢反應速率，但產生H2的量沒發生變化。

【答案】(1)A(2)B(3)C

高頻考點4考查可充電電池(二次電池)

例4.(2022?安徽省廣德中學模擬預測)氟離子電池是目前新型電池的一個重要研究方向。某全固態電解質

的氟離子電池工作時的示意圖如圖所示，下列有關說法正確的是

【司體電解質LaSrMnOJ

A.放電時，a極發生氧化反應，b極發生還原反應

B.充電時，a極接電源負極，b極接電源正極

C.放電時,a電極電勢比b電極低

D.充電時,外電路每通過Imole,固體電解質中有ImolF移動向a極

【答案】D

【解析】如圖所示，放電時，a極上得到電子，發生還原反應，則a極為正極；b極上失去電子，發生氧化

反應，則b極為負極。A.放電時，a極上得到電子，發生還原反應，b極上失去電子，發生氧化反應，A

錯誤；B.放電時，a極為正極，b極為負極，則充電時，a極接電源正極，b極接電源負極，B錯誤；C.放

電時，a極為正極，b極為負極，則a電極電勢比b電極高，C錯誤；D.充電時，a極為陽極，電極反應為

Bi+3F3e=BF3,則外電路每通過Imole,固體電解質中有ImolF移動向a極，D正確；故選D。

【題后歸納】可充電電池的思維模型

外接電源負極同一電極

II.I

還原反應：陰極'?充電可充電放電|一?負極：氧化反應

氧化反應：陽極-~~「矗」正極：還原反應

I?---------------1

外接電源正極同一電極

因此，充電時電極的連接可簡記為“負接負后作陰極，正接正后作陽極”。

【變式訓練】(2022?天津?耀華中學一模)高電壓水系鋅一有機混合液流電池的裝置如圖所示。下列說法錯

誤的是

A.充電時，中性電解質NaCl的濃度增大

B.放電時，負極反應式為Zn2e+4OH=Zn(OH)：

C.充電時，ImolFQlh轉化為FQ轉移2moi電子

D.放電時，正極區溶液的pH增大

【答案】A

【解析】高電壓水系鋅有機混合液流電池工作原理為：放電時為原電池，金屬Zn發生失電子的氧化反應生

成Zn2+,為負極,則FQ所在電極為正極,正極反應式為2FQ+2e+2H+=FQH2,負極反應式為Zn2e+4OH=Zn(OH)

h充電時電解池，原電池的正負極連接電源的正負極，陰陽極的電極反應與原電池的負正極的反應式相反，

電解質中陽離子移向陰極、陰離子移向陽極。A.充電時裝置為電解池，電解質中陽離子移向陰極、陰離

子移向陽極,NaCl溶液中的鈉離子和氯離子分別發生定向移動，即電解質NaCl的濃度減小，故A錯誤;B.放

電時為原電池，金屬Zn為負極，負極反應式為Zn2e+4OH=Zn(OH)j,故B正確；C.充電時電解池，陽

極反應為FQH22e=2FQ+2e+2H+,則ImolFQIh轉化為FQ時轉移2moi電子，故C正確；D.放電時為原電

池，正極反應式為2FQ+2e+2H+=FQH2,即正極區溶液的pH增大，故D正確；故選：A。

高頻考點5考查新型電源(新型燃料電池)

例5.(2022.河南?模擬預測)水系鋅離子電池由于具有對環境友好、成本低等優點，被認為是電池工業的未

來，其放電時的工作原理如圖所示。電池進行放電時，MnCh/Ti電極上生成的是ZnMmCU。下列有關說法

錯誤的是

A.放電時，H+向MnCh/Ti電極移動

B.放電時，電池總反應方程式為Zn+2MnO2=ZnMn2C>4

C.充電時，當外電路轉移Imole時，理論上Z