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(共97张PPT)
第30讲　原电池　化学电源
1.从氧化还原反应的角度认识原电池的工作原理，能设计简单的原 电池。
2.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用，了解原电 池及常见化学电源的工作原理。
考点·全面突破
考点一　原电池的工作原理及应用
一、从微观层面认识原电池的工作原理
1. 原电池的概念
原电池是把化学能转化为电能的装置。
2. 构成条件
反应 能自发进行的氧化还原反应（一般是活泼性强的金属与电解 质溶液反应）
电极 一般是活泼性不同的两电极（金属或石墨）
介质 电解质溶液或熔融电解质或某离子导体等
闭合 回路 两电极连接或接触插入介质
3. 原电池的工作原理（以锌铜原电池为例）
电极名称 负极 正极
电极材料 Zn片 Cu片
电极反应
反应类型 反应 反应
盐桥中离子移向 Cl－向 极迁移，K＋向 极迁移
氧化　
还原　
负　
正　
原电池中的“三个方向”
（1）电子移动方向： 极→导线→ 极。
（2）电流方向： 极→导线→ 极。
（3）离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向 极迁移，阳 离子向 极迁移。
负　
正　
正　
负　
负　
正　
②平衡电荷，使原电池不断产生电流。
（2）乙装置比甲装置有哪些优点？
提示：避免了负极材料直接与氧化剂接触发生反应，从而提高了能量 的转化率。
提示：①连接内电路，从而形成闭合回路。
二、从宏观层面认识原电池原理的应用
1. 加快化学反应速率
一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率增大。如 在Zn与稀硫酸反应时加入少量 CuSO4 溶液构成原电池，反应速 率 。
2. 比较金属的活动性强弱
原电池中，一般活泼性强的金属作 ，而活泼性弱的金属（或 非金属导体）作 。
增大　
负极　
正极　
3. 设计制作化学电源
（1）首先将氧化还原反应拆分成两个“半反应”——氧化反应和还 原反应。
（2）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。
负极反应式： ；
正极反应式： 。
4. 用于金属的防护
将需要保护的金属制品作原电池的 极而受到保护。
正　
一、原电池的工作原理
1. 某锌铜原电池的结构如图所示，下列说法正确的是（　　）
A. Zn电极为该原电池的正极
B. 电池工作时，电子由Zn电极流出，经溶液和盐 桥流入Cu电极
D. 若盐桥中的电解质为KCl，则电池工作时K＋向 右侧移动
√
2. 原电池的正、负极不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液 有关，下列说法正确的是（　　）
√
【题后归纳】
原电池工作原理模型图
　　【注意】　①若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移 向正极区。
②若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜允许 阳离子通过交换膜移向正极。
二、原电池原理的应用
3. （比较金属性强弱）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：
实验
装置
部分
实验
现象 a极质量减 少；b极质量 增加 b极有气体产 生；c极无变 化 d极溶解；c 极有气体产 生 电流从a极流 向d极
A. a＞b＞c＞d B. b＞c＞d＞a
C. d＞a＞b＞c D. a＞b＞d＞c
解析：把四个实验从左到右分别编号为①②③④，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，活动性：b＞c；由实验③可知，d作原电池负极，c作原电池正极，活动性：d＞c；由实验④可知，d作原电池负极，a作原电池正极，活动性：d＞a，故金属活动性顺序：d＞a＞b＞c。
由此可判断这四种金属的活动性顺序是（　　）
√
4. （加快反应速率）将两份过量的锌粉a、b分别加入一定量的稀硫 酸中，同时向a中加入几滴CuSO4溶液，产生H2的体积V（L）与时间t （min）的关系正确的是（　　）
解析：加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，由于H2SO4的量一定，故a、b产生H2的体积一样多。
√
5. （原电池的设计）理论上任何自发的氧化还原反应都可以设计成 原电池。下列能设计成原电池且b极质量增加的是（　　）
选项 a极 b极 X溶液
A C Fe 稀硫酸
B Cu Ag 酒精
C Zn Cu FeCl3溶液
D Fe Ag CuSO4溶液
√
解析：铁与稀硫酸反应是氧化还原反应，但表现为b极的溶解，A错误；铜和银插在酒精溶液中，不存在反应且未形成闭合回路，B错误；锌与氯化铁发生氧化还原反应生成氯化锌和氯化亚铁，b极质量不会增加，C错误；铁与硫酸铜发生置换反应，是氧化还原反应，且b极上铜离子得电子生成铜单质吸附从而质量增重，D正确。
1. 一次电池
放电后不可再充电的电池。
（1）碱性锌锰电池
负极反应物：Zn；
电极反应式： ；
正极反应物：MnO2；
电极反应式： 。
考点二　常见化学电源
（2）纽扣式锌银电池
电解质：KOH溶液；
负极反应物：Zn；
正极反应物：Ag2O；
2. 二次电池
放电后可以再充电而反复使用的电池，又称为可充电电池或蓄电池。
铅酸蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是 ，正极材料 是 。总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O。
Pb　
PbO2　
（1）放电时：
（2）充电时：
阴极反应式： ；
阳极反应式： 。
【提醒】　充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时 的阳极反应与放电时的正极反应相反，充电时的阴极反应与放电时的 负极反应相反。
3. 燃料电池
（1）特点：连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能。常见 燃料有H2、烃、肼、烃的衍生物、NH3、煤气等。电能转化率超过
80％。
（2）氢氧燃料电池
反应条件 酸性（H＋） 碱性（OH－）
负极反应式
正极反应式
电池总反应式
H2＋2OH－－2e－


√
√
×
×
×
√
一、常用一次电池
1. 纽扣电池是一种携带方便的微型银锌一次电池，其结构如图所 示，下列有关说法正确的是（　　）
A. 电池工作时，电子从锌极经过KOH溶液流向Ag2O
B. 电池工作一段时间后，电解质溶液的碱性不变
D. 电池工作时，OH－向锌电极方向移动
√
二、传统燃料电池
2. 用CH4和O2组合形成的质子（H＋）交换膜燃料电池的结构如图所 示，下列说法错误的是（　　）
A. 电流通过外电路从d极流向c极
C. b气体为O2
D. 若电路中转移2 mol电子，则该燃料电池理论上消耗的O2在标准状 况下的体积为22.4 L
√
3. 北京冬奥会赛区内使用氢燃料清洁能源车辆，这种车辆利用原电 池原理提供清洁电能，某氢氧燃料电池工作原理如图所示。下列说法 正确的是（　　）
A. 电极a为电池的正极
B. 电池工作过程中，K＋向负极迁移
D. 氢氧燃料电池中正极消耗22.4 L（标准状况）气体时，电路中通 过的电子数目为2NA
√
三、二次电池（可充电电池）
4. 镍—镉电池是一种新型的封闭式体积小的可充电电池。其工作原 理如图所示，下列说法不正确的是（　　）
A. 放电时a极为负极
C. 充电时b极接外接电源正极
D. 用该电池电解足量的饱和食盐水，电路中通过0.2 mol e－，阴极 生成0.2 g H2
√
B. 充电时导电线圈应与外接直流电源的负极相连
C. 放电时电解质溶液碱性减弱
D. 放电时每沉积0.1 mol ZnO，有0.1 mol OH－通过隔膜
√
放电时每沉积0.1 mol氧化锌时，有0.2 mol氢氧根离子通过隔膜，D 错误。
【题后归纳】
二次电池充电时的电极连接
即正极接正极，负极接负极。
真题·体验品悟
1. （2025·浙江1月选考12题）一种可充、放电Li-O2电池的结构示意 图如图所示。该电池放电时，产物为Li2O和Li2O2，随温度升高Q（消 耗1 mol O2转移的电子数）增大。下列说法不正确的是（　　）
A. 熔融盐中LiNO3的物质的量分数影响充、放电速率
B. 充放电时，Li＋优先于K＋通过固态电解质膜
D. 充电时，锂电极接电源负极
√
2. （2025·江苏高考8题）以稀硫酸为电解质溶液的光解水装置如图所 示，总反应为2H2O 2H2↑＋O2↑。下列说法正确的是（　　）
A. 电极a上发生氧化反应生成O2
B. H＋通过质子交换膜从右室移向左室
C. 光解前后，H2SO4溶液的pH不变
D. 外电路每通过0.01 mol电子，电极b上产生0.01 mol H2
√
3. （2025·黑吉辽蒙高考13题）一种基于Cu2O的储氯电池装置如图， 放电过程中a、b极均增重。若将b极换成Ag/AgCl电极，b极仍增重。 关于图中装置所示电池，下列说法错误的是（　　）
A. 放电时Na＋向b极迁移
B. 该电池可用于海水脱盐
D. 若以Ag/AgCl电极代替a极，电池将失去储氯能力
√
解析：放电时，a、b极均增重，由两个电极及电解液组成可知， a极上Cu2O→Cu2（OH）3Cl，Cu元素由＋1价升高为＋2价，发生氧 化反应，a极为原电池负极，b极上NaTi2（PO4）3→Na3Ti2（PO4） 3，Ti元素由＋4价降低为＋3价，发生还原反应，b极为原电池正极。 原电池中，阳离子移向正极，即放电时，Na＋向b极迁移，A正确；由 两个电极的物质转化可知，a极消耗电解质溶液中的Cl－，b极消耗电 解质溶液中的Na＋，故电池工作时，电解质溶液中的NaCl浓度逐渐减 小，则该电池可用于海水脱盐，B正确；
4. （2025·湖北高考12题）某电池的正极材料为LiFePO4，负极材料 为嵌锂石墨。利用人工智能筛选出的补锂试剂LiSO2CF3，能使失活 的电池再生并延长寿命，且保持电池原结构。将LiSO2CF3注入电池 后充电补锂，过程中[SO2CF3]－转化为气体离去。下列有关充电补锂 的说法错误的是（　　）
A. [SO2CF3]－在阳极失去电子
B. 生成的气体中含有氟代烃
C. 过程中铁元素的价态降低
D. [SO2CF3]－反应并离去是该电池保持原结构的原因
√
课时跟踪检测
一、选择题（本题包括9个小题，每小题只有一个选项符合题意）
1. （2025·浙江部分高中开学考试）根据图示，下列判断不正确的是 （　　）
A. 该装置为原电池模型
B. 过一段时间，左侧溶液的pH升高
C. 该体系中，Fe优先于Cl－参与反应
D. 腐蚀速率：左侧Fe电极＞右侧Fe电极
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解析：左侧通入空气，氧气得电子产生氢氧根离子，溶液碱性增强，pH升高；右侧通入氮气，铁失电子产生亚铁离子。该装置为燃料电池模型，故A正确；左侧通入空气，氧气得电子产生氢氧根离子，溶液碱性增强，pH升高，故B正确；Fe为活泼金属，易失电子，该体系中，Fe优先于Cl－参与反应，故C正确；根据分析，腐蚀速率：左侧Fe电极＜右侧Fe电极，故D不正确。
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2. （2025·浙江金华十校模拟）如图为一种新型酒精检测仪，利用原 电池原理，转移的电子通过导线形成6.4 A的恒定电流[已知：电荷量 q（C）＝电流I（A）×时间t（s）、阿伏加德罗常数的值为NA＝ 6.0×1023、e＝1.6×10－19C]。下列说法不正确的是（　　）
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A. Pt电极X为电池的负极，发生氧化反应
B. 电解质溶液中阳离子移向Pt电极Y
C. 该电池工作3 s时，检测到呼出气体中的酒精含量为0.77 mg· L－1
D. 外电路转移4 mol电子，进入Pt电极Y的气体体积大于22.4 L（标 准状况）
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3. （2025·浙江省强基联联考）下列为常用电化学装置。已知图甲为 铅酸蓄电池，充、放电的总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4 2H2O＋ 2PbSO4。图乙为碱性锌锰干电池。下列叙述正确的是（　　）
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B. 锌锰干电池工作时，OH－向正极方向移动
C. 铅酸蓄电池充电时PbO2接电源正极
D. 碱性锌锰干电池在使用过程中，MnO2不断被氧化，最终电池失效
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4. （2025·浙江金华模拟）某新型可连续工作的锂液流电池，其工作 原理如图。下列说法不正确的是（　　）
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A. 放电时，左侧Li＋浓度基本不变
C. 当外电路电流为0时，再向储液罐中注入FeCl3/HCl，电池可快速 充电，重新工作
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5. 电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意 图如图所示。下列说法正确的是（　　）
B. 溶液中OH－向电极b移动
C. NH3的还原产物为N2
D. 电流方向：由电极a经外电路到电极b
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A. 盐桥中的阳离子向B烧杯移动
B. 电流的方向由C2极到C1极
C. 电流表读数为0时，再向B烧杯中滴加浓NaOH溶 液，C2作正极
D. 电流表读数为0时，表明该可逆反应达到了平衡状态
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7. NiO（OH）-Zn电池（KOH溶液为电解液）的工作原理如图所 示，下列说法错误的是（　　）
A. 工作时，OH－向负极移动
B. 工作一段时间后，电解液pH减小
D. 当电路中转移0.2 mol电子时，电解液质量增加6.4 g
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8. 某同学组装了如图所示的电化学装置，则下列说法正确的是 （　　）
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A. 图中甲池为原电池装置，Cu电极发生还原反应
C. 若用铜制U形物代替“盐桥”，工作一段时间后取出U形物称量， 质量不变
D. 若甲池中Ag电极质量增加5.4 g时，乙池某电极析出1.6 g金属，则 乙池中的某盐溶液可能是足量AgNO3溶液
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9. 电极电势的测定常用甘汞电极作为参比电极（部分数据如下）。
电极种类 Na＋/Na Zn2＋/Zn H＋/H2 甘汞电极 Cu2＋/Cu
电极电势/V －2.71 －0.76 0.00 0.24 0.34
测定过程中，待测电极与甘汞电极组成原电池，其工作原理如图。下 列说法正确的是（　　）
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A. 盐桥中Cl－向甘汞电极移动
D. 测定过程中，甘汞电极内部KCl晶体可能增多
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二、非选择题（本题包括1个小题）
10. 化学电源分为一次电池、二次电池和燃料电池，它们在生产生活 中具有广泛的应用及发展前景。
（1）一种可充电的“锂—空气电池”的工作原理如图1所示。
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①电池放电过程中，金属锂发生 （填“氧化”或“还 原”）反应。
解析：金属锂作负极，发生氧化反应，空气中的氧气在正极发生还原 反应。
氧化 　
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（2）镍镉电池是二次电池，其工作原理如图2所示（L为小灯泡， K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极）。
①断开K2、闭合K1，此时镍镉电池的能量转化形式为 。
化学能→电能
解析：断开K2、闭合K1，是原电池，化学能转化为电能，电极A作负 极发生氧化反应，B作正极，发生还原反应。
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②电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度 （填“增 大”“减小”或“不变”）。
解析：当断开K1、闭合K2，是电解池，电极B作阳极，发生氧化反 应，电池总反应式：Cd（OH）2＋2Ni（OH）2 Cd＋2NiOOH＋ 2H2O，溶液中KOH浓度减小。
减小 　
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（3）研究HCOOH燃料电池性能的装置如图3所示，两电极之间用允 许K＋、H＋通过的半透膜隔开。
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放电过程中需补充的物质A为 （填化学式）。
H2O　
H2SO4 　
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②电池工作时每消耗标准状况下22.4 L O2，电路中转移电子的数目 为 NA。
解析：理论上每消耗标准状况下 22.4 L O2，即1 mol氧气，转移4 mol 电子，即电路中转移电子的数目为4NA。
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