第18講原電池化學(xué)電源目錄第一部分：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建（總覽全局）第二部分：知識(shí)點(diǎn)精準(zhǔn)記憶第三部分：典型例題剖析高頻考點(diǎn)1考查原電池的工作原理高頻考點(diǎn)2考查原電池正、負(fù)極的判斷高頻考點(diǎn)3考查原電池原理的應(yīng)用高頻考點(diǎn)4考查可充電電池（二次電池）高頻考點(diǎn)5考查新型電源（新型燃料電池）正文第一部分：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建（總覽全局）第二部分：知識(shí)點(diǎn)精準(zhǔn)記憶知識(shí)點(diǎn)一原電池的工作原理及應(yīng)用1.概念和反應(yīng)本質(zhì)原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其反應(yīng)本質(zhì)是自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。2.構(gòu)成條件(1)一看反應(yīng)：看是否有能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生(一般是活潑性強(qiáng)的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))。(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(gè)條件：①電解質(zhì)溶液；②兩電極直接或間接接觸；③兩電極插入電解質(zhì)溶液中。3.工作原理以鋅銅原電池為例(1)反應(yīng)原理①電子移動(dòng)方向：鋅失電子逐漸溶解變成Zn2＋進(jìn)入溶液，電子從負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流入正極。②離子移動(dòng)方向：陰離子向負(fù)極移動(dòng)(如SOeq\o\al(2－,4))，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)(如Zn2＋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(yīng)式負(fù)極(鋅極)：Zn－2e－=Zn2＋(氧化反應(yīng))。正極(銅極)：2H＋＋2e－=H2(還原反應(yīng))。總反應(yīng)：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑。(2)單液原電池和雙液原電池對(duì)比比較項(xiàng)目單液原電池雙液原電池相同點(diǎn)正負(fù)極，電極反應(yīng)，總反應(yīng)式，電極現(xiàn)象不同點(diǎn)能量變化化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能化學(xué)能只轉(zhuǎn)化為電能反應(yīng)區(qū)域兩極反應(yīng)在相同區(qū)域兩極反應(yīng)在不同區(qū)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KCl、KNO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。②鹽橋中離子移向：鹽橋含飽和KCl（KNO3）溶液，K＋移向正極，Cl－（NO3－）移向負(fù)極③鹽橋的作用：a.連接內(nèi)電路，形成閉合回路；b.平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。4.原電池原理的應(yīng)用(1)比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱：原電池中，負(fù)極一般是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬，正極一般是活動(dòng)性較弱的金屬(或非金屬)。(2)加快化學(xué)反應(yīng)速率：一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，形成原電池時(shí)會(huì)使反應(yīng)速率增大。如在Zn與稀硫酸反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液構(gòu)成原電池，反應(yīng)速率增大。(3)用于金屬的防護(hù)：使被保護(hù)的金屬制品作原電池正極而得到保護(hù)。如要保護(hù)一個(gè)鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負(fù)極。(4)設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源①拆分反應(yīng)：將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)。②選擇電極材料：將還原劑（一般為比較活潑的金屬）作負(fù)極，活潑性比負(fù)極弱的金屬或非金屬導(dǎo)體作正極。如果還原劑不是金屬而是其它還原性物質(zhì)，可選擇惰性電極——石墨棒、鉑片作負(fù)極。③構(gòu)成閉合回路：電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)(如溶解于溶液中的空氣)。如果兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器進(jìn)行（中間連接鹽橋），則兩個(gè)容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)含有與電極材料相同的金屬的陽(yáng)離子。④畫裝置圖：結(jié)合要求及反應(yīng)特點(diǎn)，畫出原電池裝置圖，標(biāo)出電極材料名稱、正負(fù)極、電解質(zhì)溶液等。知識(shí)點(diǎn)二常見化學(xué)電源及工作原理1．化學(xué)電源的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)劣判斷標(biāo)準(zhǔn)(1)相對(duì)其他能源，電池的優(yōu)點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)換效率較高，供能穩(wěn)定可靠，形狀、大小可根據(jù)需要設(shè)計(jì)，使用方便等。(2)判斷電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的比能量或比功率及可儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短。2．日常生活中的幾種電池(1)堿性鋅錳干電池——一次電池正極反應(yīng)：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－；負(fù)極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2。(2)銀鋅電池——一次電池負(fù)極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；正極反應(yīng)：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－；總反應(yīng)：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag。(3)鋰電池——一次電池Li－SOCl2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LiAlCl4－SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。①負(fù)極材料為鋰，電極反應(yīng)為8Li－8e－===8Li＋。②正極的電極反應(yīng)為3SOCl2＋8e－===2S＋SOeq\o\al(2－,3)＋6Cl－。(4)二次電池(可充電電池)：放電后能充電復(fù)原繼續(xù)使用鉛蓄電池是最常見的二次電池，負(fù)極材料是Pb，正極材料是PbO2。①放電時(shí)的反應(yīng)a．負(fù)極反應(yīng)：Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4；b．正極反應(yīng)：PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2e－=PbSO4＋2H2O；c．總反應(yīng)：Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O。②充電時(shí)的反應(yīng)a．陰極反應(yīng)：PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)；b．陽(yáng)極反應(yīng)：PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)；c．總反應(yīng)：2PbSO4＋2H2O=Pb＋PbO2＋2H2SO4。注：可逆電池的充、放電不能理解為可逆反應(yīng)。3.圖解二次電池的充放電4.二次電池的充放電規(guī)律(1)充電時(shí)電極的連接：充電的目的是使電池恢復(fù)其供電能力，因此負(fù)極應(yīng)與電源的負(fù)極相連以獲得電子，可簡(jiǎn)記為負(fù)接負(fù)后作陰極，正接正后作陽(yáng)極。(2)工作時(shí)的電極反應(yīng)式：同一電極上的電極反應(yīng)式，在充電與放電時(shí)，形式上恰好是相反的；同一電極周圍的溶液，充電與放電時(shí)pH的變化趨勢(shì)也恰好相反。5.“高效、環(huán)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(fù)極反應(yīng)式2H2－4e－=4H＋2H2＋4OH－－4e－=4H2O正極反應(yīng)式O2＋4e－＋4H＋=2H2OO2＋2H2O＋4e－=4OH－電池總反應(yīng)式2H2＋O2=2H2O備注燃料電池的電極不參與反應(yīng)，有很強(qiáng)的催化活性，起導(dǎo)電作用（2）甲烷燃料電池①酸性介質(zhì)(如H2SO4)或傳導(dǎo)質(zhì)子（H＋）固體介質(zhì)總反應(yīng)式：CH4＋2O2=CO2＋2H2O。負(fù)極反應(yīng)式：CH4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋。正極反應(yīng)式：2O2＋8e－＋8H＋=4H2O。②堿性介質(zhì)(如KOH)總反應(yīng)式：CH4＋2O2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋3H2O。負(fù)極反應(yīng)式：CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O。正極反應(yīng)式：2O2＋8e－＋4H2O=8OH－。③熔融鹽介質(zhì)(如K2CO3)總反應(yīng)式：CH4＋2O2=CO2＋2H2O。負(fù)極反應(yīng)式：CH4－8e－＋4CO32=5CO2＋2H2O。正極反應(yīng)式：2O2＋8e－＋4CO2=4CO32。④用能傳導(dǎo)氧離子(O2)的固體作介質(zhì)總反應(yīng)式：CH4＋2O2=CO2＋2H2O。負(fù)極反應(yīng)式：CH4－8e－＋4O2=CO2＋2H2O。正極反應(yīng)式：2O2＋8e－=4O2。（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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)①要注意介質(zhì)是什么？是電解質(zhì)溶液還是熔融鹽或氧化物。②通入負(fù)極的物質(zhì)為燃料，通入正極的物質(zhì)為氧氣。③通過(guò)介質(zhì)中離子的移動(dòng)方向，可判斷電池的正負(fù)極，同時(shí)考慮該離子參與靠近一極的電極反應(yīng)。6.化學(xué)電源中電極反應(yīng)式書寫的一般方法(1)明確兩極的反應(yīng)物；(2)明確直接產(chǎn)物：根據(jù)負(fù)極氧化、正極還原，明確兩極的直接產(chǎn)物；(3)確定最終產(chǎn)物：根據(jù)介質(zhì)環(huán)境和共存原則，找出參與的介質(zhì)粒子，確定最終產(chǎn)物；(4)配平：根據(jù)電荷守恒、原子守恒配平電極反應(yīng)式。注意：①H＋在堿性環(huán)境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性環(huán)境中結(jié)合H＋，生成H2O，在中性或堿性環(huán)境結(jié)合H2O，生成OH－；③若已知總反應(yīng)式時(shí)，可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式，即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。第三部分：典型例題剖析高頻考點(diǎn)1考查原電池的工作原理例1.（2022·河南洛陽(yáng)·模擬預(yù)測(cè)）某種新型熱激活電池的結(jié)構(gòu)與工作原理如圖所示。下列說(shuō)法正確的是A．電池冷卻時(shí)，電子由電極b經(jīng)過(guò)導(dǎo)線流向電極aB．電池加熱時(shí)，電極a的電勢(shì)比電極b的低，且發(fā)生氧化反應(yīng)C．為了保證電池持久工作，理論上應(yīng)不斷地向電解質(zhì)中補(bǔ)充Fe2+D．應(yīng)加入適量稀H2SO4使電解質(zhì)溶液呈較強(qiáng)的酸性【名師歸納】原電池的工作原理簡(jiǎn)圖注意：①若有鹽橋，鹽橋中的陰離子移向負(fù)極區(qū)，陽(yáng)離子移向正極區(qū)。②若有交換膜，離子可選擇性通過(guò)交換膜，如陽(yáng)離子交換膜，陽(yáng)離子可通過(guò)交換膜移向正極?！咀兪接?xùn)練】（2022·廣東·模擬預(yù)測(cè)）新型NaBH4/H2O2燃料電池總反應(yīng)方程式為NaBH4+4H2O2=NaBO2+6H2O。下列有關(guān)說(shuō)法中正確的是A．電池正極區(qū)發(fā)生氧化反應(yīng)B．電池工作時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C．電池工作時(shí)，H2O2得電子D．電池在工作過(guò)程中，Na+從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移高頻考點(diǎn)2考查原電池正、負(fù)極的判斷例2.（2022·安徽·模擬預(yù)測(cè)）中科院開發(fā)的一種新型電池的反應(yīng)原理如圖所示，其中電解質(zhì)LiCIO4溶于混合有機(jī)溶劑中，Li+通過(guò)電解質(zhì)可自由移動(dòng)，b極參與反應(yīng)的物質(zhì)是二氯亞砜(SOCl2)，且有刺激性氣味氣體產(chǎn)生。下列說(shuō)法正確的是A．a(chǎn)極為正極，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)iClO4+e=Li+ClOB．可用水代替有機(jī)溶劑C．正極產(chǎn)生的有刺激性氣味氣體為Cl2D．用該電池電解飽和食鹽水(用惰性電極)，若消耗1mol鋰，則理論上陰陽(yáng)兩極共產(chǎn)生氣體22.4L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)【題后歸納】判斷原電池正、負(fù)極的5種方法說(shuō)明：原電池的正極和負(fù)極與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)，不要形成活潑電極一定作負(fù)極的思維定勢(shì)?！咀兪接?xùn)練】（2022·陜西·西北工業(yè)大學(xué)附屬中學(xué)模擬預(yù)測(cè)）利用小粒徑零價(jià)鐵(ZVI)的電化學(xué)腐蝕處理三氯乙烯進(jìn)行水體修復(fù)的過(guò)程如圖所示。H+、O2、NO等粒子的存在會(huì)影響水體修復(fù)效果，設(shè)單位時(shí)間內(nèi)ZVI釋放電子的物質(zhì)的量為ne，其中用于有效腐蝕的電子的物質(zhì)的量為ne。下列說(shuō)法正確的是A．增大單位體積水體中ZVI的投入量，可使ne增大B．反應(yīng)①在負(fù)極反生，反應(yīng)②③④在正極發(fā)生C．單位時(shí)間內(nèi)，三氯乙烯脫去amol氯原子時(shí)ne=amolD．反應(yīng)④為＋10H+8e=＋3H2O高頻考點(diǎn)3考查原電池原理的應(yīng)用例3．（2021·全國(guó)·高三專題練習(xí)）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(shí)，A質(zhì)量減少；B與D構(gòu)成原電池時(shí)，電子是從D經(jīng)導(dǎo)線流向B。A、B、C、D四種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)锳．A>B>C>D B．A>C>D>B C．C>A>D>B D．C>D>B>A【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(dǎo)線連接后，插入到稀硫酸中，一段時(shí)間后，若觀察到A溶解，而B上有氣體放出，則說(shuō)明A作負(fù)極，B作正極，即可以斷定金屬活潑性A>B。【變式訓(xùn)練1】（2021·全國(guó)·高三專題練習(xí)）現(xiàn)有A、B、C、D四種金屬片：①把A、B用導(dǎo)線連接后同時(shí)浸入稀硫酸中，B表面逐漸溶解；②把C、D用導(dǎo)線連接后同時(shí)浸入稀硫酸中，C發(fā)生氧化反應(yīng)；③把A、C用導(dǎo)線連接后同時(shí)浸入稀硫酸中，電子流動(dòng)方向?yàn)锳→導(dǎo)線→C根據(jù)上述情況，下列說(shuō)法中正確的是A．在①中，金屬片B發(fā)生還原反應(yīng)B．在②中，金屬片C作正極C．上述四種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序是：A>B>C>DD．如果把B、D用導(dǎo)線連接后同時(shí)漫入稀硫酸中，則金屬片D上有氣泡產(chǎn)生【變式訓(xùn)練2】（加快氧化還原反應(yīng)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(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過(guò)量的稀硫酸，同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系是________。(2)將過(guò)量的兩份鋅粉a、b分別加入定量的稀硫酸，同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系是________。(3)將(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他條件不變，則圖像是________。高頻考點(diǎn)4考查可充電電池（二次電池）例4.（2022·安徽省廣德中學(xué)模擬預(yù)測(cè)）氟離子電池是目前新型電池的一個(gè)重要研究方向。某全固態(tài)電解質(zhì)的氟離子電池工作時(shí)的示意圖如圖所示，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是A．放電時(shí)，a極發(fā)生氧化反應(yīng)，b極發(fā)生還原反應(yīng)B．充電時(shí)，a極接電源負(fù)極，b極接電源正極C．放電時(shí)，a電極電勢(shì)比b電極低D．充電時(shí)，外電路每通過(guò)lmole，固體電解質(zhì)中有l(wèi)molF移動(dòng)向a極【題后歸納】可充電電池的思維模型因此，充電時(shí)電極的連接可簡(jiǎn)記為“負(fù)接負(fù)后作陰極，正接正后作陽(yáng)極”?！咀兪接?xùn)練】（2022·天津·耀華中學(xué)一模）高電壓水系鋅—有機(jī)混合液流電池的裝置如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．充電時(shí)，中性電解質(zhì)NaCl的濃度增大B．放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)式為Zn2e+4OH=Zn(OH)C．充電時(shí)，1molFQH2轉(zhuǎn)化為FQ轉(zhuǎn)移2mol電子D．放電時(shí)，正極區(qū)溶液的pH增大高頻考點(diǎn)5考查新型電源（新型燃料電池）例5.（2022·河南·模擬預(yù)測(cè)）水系鋅離子電池由于具有對(duì)環(huán)境友好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是電池工業(yè)的未來(lái)，其放電時(shí)的工作原理如圖所示。電池進(jìn)行放電時(shí)，MnO2/Ti電極上生成的是ZnMn2O4。下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．放電時(shí)，H+向MnO2/Ti電極移動(dòng)B．放電時(shí)，電池總反應(yīng)方程式為Zn+2MnO2=ZnMn2O4C．充電時(shí)，當(dāng)外電路轉(zhuǎn)移1mole時(shí)，理論上Zn電極減重32.5gD．充電時(shí)，MnO2/Ti電極上發(fā)生反應(yīng)：ZnMn2O42e=Zn2++2MnO2【名師歸納】間接電化學(xué)反應(yīng)原理分析(1)定義：間接電化學(xué)反應(yīng)