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1、第2讲原电池化学电源考纲要求1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。考点一原电池工作原理基础梳理自我排查1.概念和反应本质：原电池是把化学能转化为_的装置，其反应本质是_。2构成条件(1)能自发地发生氧化还原反应(原电池必备条件)。(2)两个_的电极(材料可以是金属或导电的非金属)。负极：活泼性较强的金属。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_(两电极接触或用导线连接)。3工作原理(以锌铜原电池为例)装置图电极名称负极正极电极材料_片_片电极反应_反应类型_反应_反应电子流向由_片沿导线流向_
2、片离子迁移方向阴离子向_迁移；阳离子向_迁移电池反应方程式_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_的金属，正极一般是活动性较_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_而受到保护。思考下图是根据原电池原理设计的LED灯发光的装置：(1)该装置中，存在怎样的能量转化过程？(2)如果将硫酸换成柠檬汁，导线中会不会有电子流动？如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向是否改变？判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强()(2)在
3、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()(3)带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长()(4)在“锌硫酸铜溶液铜”原电池中，锌为负极，发生还原反应()(5)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动()(6)原电池放电时，电流方向由电源的负极流向正极()考点专练层级突破练点一原电池基础判断1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H2B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2原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有
4、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6H2O6e=6OH3H2C(3)中Fe作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2D(4)中Cu作正极，电极反应式为2H2e=H2方法总结正、负极的判断方法练点二盐桥原电池3有关下图所示原电池的叙述不正确的是()A.电子沿导线由Cu片流向Ag片B正极的电极反应是Age=AgCCu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应D反应时盐桥中的阳离子移向Cu(NO3)2溶液4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
5、2e=H2D烧杯b中发生的反应为2Cl2e=Cl2练后归纳两种原电池装置的比较名称单液原电池双液原电池装置图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，持续时间长备注盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻，有导电和平衡电荷作用。练点三原电池的设计5.依据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3琼脂的U形管)。请回答下列问题：(1)电极X的材料是_；电解质溶液Y是_(填化学式
6、)。(2)银电极为电池的_极，其电极反应式为_。(3)盐桥中的NO3-移向_溶液。方法总结原电池的设计和制作方法首先将氧化还原反应分成两个半反应。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2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2设计的原电池为：考点二常见化学电源的类型基础梳理自我排查1.一次电池(1)碱性锌锰干电池总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。负极材料：_。电极反应：_。正极材料：碳棒。电极反应：_。(2)纽扣式锌银电池总反应：_。电解质是_。负极材料：_。电极反应：_。正极材料：_。电极反应：_。(3)锂电池LiSOCl2电池
7、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LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为8Li3SOCl2=6LiClLi2SO32S。负极材料为_，电极反应为_。正极的电极反应为_。2二次电池(以铅蓄电池为例)(1)放电时的反应负极反应：_；正极反应：_；总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。(2)充电时的反应阴极反应：_；阳极反应：_；总反应：2PbSO42H2O=PbPbO22H2SO4。微点拨可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极的连接应符合以下特点： 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。酸性碱性负极反应式2H24e=4
8、H_正极反应式_O22H2O4e=4OH电极总反应式2H2O2=2H2O微点拨1.在书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸碱性，介质的酸碱性对半反应及总反应书写的影响。2.书写电极反应时应注意：“ne”相当于正电荷，“ne”相当于负电荷，依据电荷守恒配平其他物质的系数。从原子守恒的角度还应符合：电池总反应式正极反应式负极反应式。3.根据移动方向，阳离子移向正极，在正极上参与反应，在负极上生成（如H）；阴离子移向负极，在负极上参与反应，在正极上生成（如OH、O2、CO32-。判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)可充电电池充电时，外接电源正极，内接它的负极()(2)铅蓄电池放电时，正极与负极
9、质量均增加()(3)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长()(4)氢氧燃料电池以KOH作电解质溶液时，工作一段时间，pH将变大()(5)氢氧燃料电池以H2SO4作电解质溶液时，工作一段时间，pH将变大()(6)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能()考点专练层级突破练点一化学电源中基本工作原理分析1利用如图所示原电池可测量空气中Cl2含量，其中电解质是Ag可以自由移动的固体物质。下列分析不正确的是()A.电子经外电路流向Pt电极B电池工作时，电解质中Ag数目减少C正极反应：Cl22e2Ag=2AgClD空气中c(Cl2)越大，Ag
10、极消耗速率越快2气体的自动化检测中常常应用原电池原理的传感器。下图为电池的工作示意图：气体扩散进入传感器，在敏感电极上发生反应，传感器就会接收到电信号。下表列出了待测气体及敏感电极上部分反应产物。则下列说法中正确的是()待测气体部分电极反应产物NO2NOCl2HClCOCO2H2SH2SO4A.上述气体检测时，敏感电极均作电池正极B检测分别含H2S和CO体积分数相同的两份空气样本时，传感器上产生的电流大小相同C检测H2S时，对电极充入空气，对电极上的电极反应式为O22H2O4e=4OHD检测Cl2时，敏感电极的电极反应式为Cl22e=2Cl练点二二次电池的充放电过程3水系锂电池具有安全、环保和
11、价格低廉等优点。以钒酸钠(NaV3O8)为正极材料的电极反应式为NaV3O8xLixe=NaLixV3O8，该电池示意图如图所示。下列说法不正确的是()A放电时，负极的电极反应式：Lie=LiB充电过程中Li从阳极向阴极迁移C充电过程中阳极的电极反应式为NaLixV3O8xe=NaV3O8xLi，NaLixV3O8中钒的化合价发生变化D该电池可以用硫酸钠溶液作电解质溶液4“天宫一号”飞行器在太空工作期间必须有源源不断的电源供应。其供电原理是：白天太阳能帆板发电，将一部分电量直接供给“天宫一号”，另一部分电量储存在镍氢电池里，供黑夜时使用。如图为镍氢电池构造示意图(氢化物电极为储氢金属，可看作H
12、2直接参加反应)。下列说法正确的是()A充电时阴极区电解质溶液pH降低B在使用过程中此电池要不断补充水C放电时NiOOH在电极上发生氧化反应D充电时阳极反应式为Ni(OH)2eOH=NiOOHH2O练点三燃料电池的分析5二氧化硫空气质子交换膜燃料电池将化学能转变成电能的同时，实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，降低了成本提高了效益，其原理如图所示。下列说法错误的是()APt1电极附近发生的反应为SO22H2O2e=SO42-4HB该电池放电时电子从Pt1电极经过外电路流到Pt2电极CPt2电极附近发生的反应为O24e=2O2D相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为216甲醇燃料
13、电池具有容易携带、容易存储等优点，目前被认为将会替代传统的电池成为携带型设备的主要电源。如图是甲醇的质子交换膜型燃料电池模型，下列有关说法正确的是()AY极为电池的负极BX极的电极反应式：CH3OHH2O6e=CO26HC若常温下用该电池电解100 mL KCl溶液至pH12时，电池质子交换膜迁移的A为0.01 molD空气以20%为氧气计算，X极每消耗1 mol甲醇，Y极必消耗168 L空气中的氧气方法总结燃料电池电极反应式书写的常用方法第一步，写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料燃烧的反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反
14、应如下：CH42O2=CO22H2OCO22NaOH=Na2CO3H2O可得甲烷燃料电池的总反应式：CH42O22NaOH=Na2CO33H2O。第二步，写出电池的正极反应式。根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，因电解质溶液不同，故其电极反应也会有所不同：(1)酸性电解质：O24H4e=2H2O。(2)碱性电解质：O22H2O4e=4OH。(3)固体电解质(高温下能传导O2)：O24e=2O2。(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O22CO24e=2CO32-。第三步，电池的总反应式电池的正极反应式电池的负极反应式。真题演练素养通关1.2021河北卷，9KO2电池结构
15、如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是()A隔膜允许K通过，不允许O2通过B放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极C产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水22021湖南卷，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Zn22e=ZnD隔
16、膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过32020全国卷，12科学家近年发明了一种新型ZnCO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是()A放电时，负极反应为Zn2e4OH=Zn(OH)42-B放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 molC充电时，电池总反应为2Zn(OH)42-=2ZnO24OH2H2OD充电时，正极溶液中OH浓度升高4.2020全国卷，12一种高性能的碱性硼化钒(VB2)空气电池如图所示，其中在VB2电极发生反应：VB216OH11e=V
17、O43-2B(OH)4-4H2O该电池工作时，下列说法错误的是()A负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应B正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高C电池总反应为4VB211O220OH6H2O=8B(OH)4-4VO43-D电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极52020山东卷，10微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO的溶液为例)。下列说法错误的是()A负极反应为CH3COO2H2O8e=2CO27
18、HB隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 gD电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2162019全国卷，12利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2/MV在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是()A相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B阴极区，在氢化酶作用下发生反应H22MV2=2H2MVC正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动7全国卷，12我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。将NaCl
19、O4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO24Na2Na2CO3C。下列说法错误的是()A放电时，ClO4-向负极移动B充电时释放CO2，放电时吸收CO2C放电时，正极反应为：3CO24e=2CO32-CD充电时，正极反应为：Nae =Na第2讲原电池化学电源考点一基础梳理自我排查1电能氧化还原反应2（2）活泼性不同（4）闭合回路3锌铜Zn2e=Zn2Cu22e=Cu氧化还原锌铜负极正极ZnCu2=Zn2Cu4（1）强弱（3）正极思考答案：（1）装置中存在“化学能电能光能”的转换。（2）柠檬汁显酸性也能作电解质溶液，所以将硫酸换成柠檬汁，仍然构成
20、原电池，所以导线中有电子流动；金属性Cu比Zn、Fe弱，Cu作正极，所以电路中的电流方向不变。判断答案：（1）（2）（3）（4）（5）（6）考点专练层级突破1答案：C2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，Fe作负极。答案：B3解析：该装置是原电池装置，实质上发生的是Cu与硝酸银的反应，所以Cu失去电子，发生氧化反应，则Cu是负极，Ag是正极，电子从负极流向正极，A正确；正极是Ag发生还原反应，得到电子生成Ag，B正确；根据以上分析，Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应，C正确；原电池中，阳离子向正极移动，所以盐桥中的阳离子移向AgNO3溶
21、液，D错误。答案：D4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O2在Fe电极发生还原反应：O22H2O4e=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：Zn2e=Zn2。答案：B5答案：（1）CuAgNO3（2）正Age=Ag（3）Cu（NO3）2考点二基础梳理自我排查1（1）ZnZn2OH2e=Zn（OH）22MnO22H2O2e=2MnOOH2OH（2）ZnAg2OH2O=Zn（OH）22AgKOHZnZn2OH2e=Zn（OH）2Ag2OAg2OH2O2e=2Ag2OH（3）锂8Li8e=8Li3SOCl28e=2SSO32-6
22、Cl2（1）PbSO42-2e=PbSO4PbO24HSO42-2e=PbSO42H2O（2）PbSO42e=PbSO42-PbSO42H2O2e=PbO24HSO42-32H24OH4e=4H2OO24H4e=2H2O判断答案：（1）（2）（3）（4）（5）（6）考点专练层级突破1解析：Ag的金属活泼性强于Pt，则Ag电极是负极，Ag失去电子，则电子经外电路流向Pt电极，A正确；正极是Cl2得到电子，与Ag结合生成AgCl，即电极反应式为Cl22e2Ag=2AgCl，但由于负极Ag失去电子转化为Ag，所以电池工作时，电解质中Ag数目不变，B错误，C正确；空气中c（Cl2）越大，则得到的电子数
23、越多，因此消耗的银越多，则Ag极消耗速率越快，D正确。答案：B2解析：原电池中的正极发生还原反应，得到电子，元素的化合价降低，而待测气体为CO时，反应产物为二氧化碳，C元素的化合价升高，发生氧化反应，所以此时敏感电极作电池负极，同理，待测气体为H2S时，S元素的化合价也升高，敏感电极作电池负极，A错误；H2S和CO体积分数相同，则二者物质的量相同，二者失去的电子的物质的量不同，CO失去2个电子，而H2S中S则失去8个电子，所以在气体的扩散速度相同的前提下，传感器上产生的电流大小不同，B错误；检测H2S时，因为电极产物为H2SO4，所以电解质溶液为硫酸，对电极为正极，发生还原反应，充入空气，则正
24、极反应式为O24H4e=2H2O，C错误；检测Cl2时，Cl元素的化合价降低，所以敏感电极作正极，则敏感电极的电极反应式是Cl22e=2Cl，D正确。答案：D3解析：放电时是原电池，电池的负极发生氧化反应，A正确；充电时是电解池，充电过程中阳离子从阳极向阴极迁移，B正确；充电过程中阳极发生氧化反应，C正确；锂能与水反应，该电池不能用硫酸钠溶液作电解质溶液，D错误。答案：D4解析：充电时，阴极的反应为2H2O2e=H22OH，pH升高，A项错误；由题意可知该电池的总反应为2NiOOHH2=2Ni（OH）2，没有消耗水，无需补充水，B项错误；放电时，NiOOH在电极上得电子，化合价降低，发生还原反
25、应，C项错误；充电时原电池的正极作阳极，故阳极反应式为Ni（OH）2eOH=NiOOHH2O，D项正确。答案：D5解析：Pt1电极为负极，附近发生的反应为：SO22H2O2e=SO42-4H，故A正确；电子由负极Pt1流出经外电路流向正极Pt2，故B正确；Pt2电极为正极，附近发生的反应为O24e4H=2H2O，故C错误；根据得失电子守恒可知，SO2和O2按物质的量21反应，则相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为21，故D正确。答案：C6解析：根据X极、Y极所通入的物质，可以判断，X极为负极，Y极为正极，其电极反应式为X极（负极）：CH3OHH2O6e=CO26H；Y极（正极）：
26、32O26e6H=3H2O；C项，2KCl2H2O2KOHH2Cl2，n（OH）0.01 molL10.1 L103mol，所以电池质子交换膜迁移的A（H）应为0.001 mol；D项，没有给出氧气所处的条件，不能求出氧气的体积。答案：B真题演练素养通关1解析：由题图可知，b极上O2转化为KO2，则b极为电池正极，a极为电池负极，K通过隔膜由a极向b极迁移，为避免O2氧化K电极，O2不能通过隔膜，A说法正确；放电时，电流由正极经导线流向负极，即由b极经导线流向a极，充电时，b极接外接电源的正极，b电极为阳极，B说法正确；产生1 Ah电量时，生成KO2与消耗O2的质量比为71322.22，C说法
27、正确；消耗3.9 g钾时，转移0.1 mol e，铅酸蓄电池消耗0.1 mol H2O，其质量为1.8 g，D说法错误。答案：D2解析：在该原电池中，活泼金属锌做负极，则N极为正极，A说法正确；放电时，左侧锌放电产生Zn2，贮液器中ZnBr2浓度不断增大，B说法错误；充电时，M极为阴极，电极反应式为Zn22e=Zn，C说法正确；放电时Br通过隔膜进入溶液中与Zn2结合，充电时Zn2通过隔膜在双极性碳和塑料电极上沉积，D说法正确。答案：B3解析：A项，放电时Zn极为负极，负极反应式为Zn2e4OH=Zn(OH)42-，正确；B项，放电时，正极反应为CO22e2H=HCOOH，每转化1 mol C
28、O2，转移2 mol电子，正确；C项，充电时，阳极反应式为2H2O4e=4HO2，阴极反应式为2Zn(OH)42-4e=2Zn8OH，将两极电极反应式相加得总反应，正确；D项，充电时，正极溶液中OH浓度降低，错误。答案：D4解析：由题给信息知VB2电极上发生失电子的氧化反应，则VB2电极为负极，复合碳电极为正极，正极发生还原反应，电极反应式为：O24e2H2O=4OH，电池总反应方程式为：4VB211O220OH6H2O=8B(OH)4-4VO43-。由上述分析知，正极的电极反应式为O24e2H2O=4OH，则电路中通过0.04 mol e时，正极有0.01 mol O2参加反应，其在标准状况
29、下的体积为0.224 L，A项正确；由正、负极的电极反应式可知，该电池工作时，负极区溶液的pH降低，正极区溶液的pH升高，B项错误；由上述分析知，该电池的总反应方程式为4VB211O220OH6H2O=8B(OH)4-4VO43-，C项正确；电流与电子的流动方向相反，电流从正极出发，沿负载流向负极，再经过溶液最终回到正极，D项正确。答案：B5解析：结合图示可知放电时的电极反应如下：电极名称电极反应负极（a极）CH3COO2H2O8e=2CO27H正极（b极）2H2e=H2根据上述分析可知，A项正确；该电池工作时，Cl向a极移动，Na向b极移动，即隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，B项
30、错误；电路中转移1 mol电子时，向a极和b极分别移动1 mol Cl和1 mol Na，则模拟海水理论上可除盐58.5 g，C项正确；电池工作时负极产生CO2，正极产生H2，结合正、负极的电极反应知，一段时间后，正极和负极产生气体的物质的量之比为21，D项正确。答案：B6解析：A项，现有工业合成氨的反应条件是高温、高压、催化剂，则题述方法合成氨条件更为温和，同时可将化学能转化为电能，正确；B项，阴（正）极区，在固氮酶催化作用下发生反应N26H6MV=2NH36MV2，错误；C项，由B项分析可知正极区N2被还原为NH3，正确；D项，原电池工作时，质子（H）通过交换膜由负极区向正极区移动，正确。答案：B7解析：电池放电时，ClO4-向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放出CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO24e=2CO32-C，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。答案：D