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第3讲　原电池　常见化学电源
1．知道化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
2．能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。
3．能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。
4．能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题，如新型电池的开发等。
考点1　原电池的构成与工作原理
1．原电池及构成条件
(1)原电池
原电池是把________能转化为________的装置。其反应本质是________的________反应。
(2)构成条件
[图解教材]鲁科选择性必修1
铜锌原电池
反应原理
电极名称 负极 正极
电极材料 锌片 铜片
电极反应 Zn－2e－===Zn2+ Cu2+＋2e－===Cu
反应类型 氧化反应 还原反应
电子流向 由Zn片沿导线流向Cu片
盐桥中离子 移动方向 盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
装置差异比较 原电池Ⅰ：温度升高，化学能转化为电能和热能，两极反应在相同区域，部分Zn与Cu2+直接反应，使电池效率降低 原电池Ⅱ：温度不变，化学能只转化为电能，两极反应在不同区域，Zn与Cu2+隔离，电池效率提高，电流稳定
[备考提醒]盐桥的组成和作用
(1)盐桥中装有含饱和KCl(或KNO3)溶液的琼脂。
(2)原电池装置中盐桥连接两个“半电池装置”，其中盐桥的作用有三种：
①连接内电路，通过离子的定向移动，构成闭合回路；
②隔绝正、负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；
③维持电极区溶液的电荷平衡。
2．原电池中的三个移动方向
电子方向 从________极流出沿导线流入________极
电流方向 从_____极沿导线流向_____极
离子迁移方向 电解质溶液中，阴离子向______极迁移，阳离子向______极迁移
[备考提醒]
(1)一般：作负极的金属比作正极的金属活泼。
(2)特殊：Mg、Al作电极浸入NaOH溶液中，Al作负极；Fe、Cu作电极浸入浓硝酸中，Cu作负极。
(3)关键：以自发进行的氧化还原反应为准，化合价升高，失电子，发生氧化反应的为负极。
3．原电池原理的四大应用
(1)比较金属的活动性强弱
原电池中，活动性较强的金属一般作______________________________________，
活动性较弱的金属(或导电的非金属)一般作________。
(2)增大化学反应速率
氧化还原反应形成原电池时，反应速率增大。
(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。如要保护一个铁质的输水管道不被腐蚀，可用导线将其与一块锌块相连，锌块作原电池的负极。
(4)设计制作原电池装置
　根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计的原电池。
(1)写出电极反应式：
(2)以下是该电池的单液装置和双液装置，请完成划线处内容：
原电池的构成与工作原理
1．(鲁科选择性必修1习题改编)某同学以相同大小的铜片和锌片为电极探究水果电池(如图所示)，得到的实验数据如下表所示：
实验编号 水果种类 电极间距离/cm 电流/μA
1 柠檬 1 98.7
2 柠檬 2 72.5
3 苹果 2 27.2
下列说法错误的是(　　)
A．实验目的是探究电极间距离和水果种类对水果电池电流的影响
B．实验所用装置中，负极材料是铜片
C．该装置将化学能转化为电能
D．实验2和3表明水果种类对水果电池电流大小有影响
2．(人教选择性必修1习题改编)伏打电堆(装置如图)是历史上第一个化学电源，下列说法正确的是(　　)
图中各数字分别表示：
1．铜片　
2．锌片　
3．湿布片　
4．金属片
A．伏打电堆工作时，电流由锌片经过导线流向铜片
B．用铝片替换锌片后，伏打电堆也能够工作
C．伏打电堆中湿布片可以用干卡纸代替
D．伏打电堆充电后可以重复使用
[思维模型]原电池正、负极的判断
原电池原理的应用
3．(鲁科选择性必修1习题改编)设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选物质：ZnSO4(aq)、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)，铜片、铁片、锌片和导线。
(1)完成原电池甲的装置示意图(如图所示)，并做相应标注。要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。
(2)以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极_________________________________________
_____________________________________________________________________，
正极反应为___________________________________________________________。
(3)甲、乙两种原电池中，可更有效地将化学能转化为电能的是________(填“甲”或“乙”)，其原因是___________________________________________________
_____________________________________________________________________。考点2　常见的化学电源
1．一次电池(只能使用一次，不能充电复原继续使用)
(1)碱性锌锰干电池
(2)纽扣式锌银电池
2．二次电池(放电后能充电复原继续使用)
示例：铅酸蓄电池
[备考提醒]
(1)充电时电极的连接：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，二次电池的充、放电并不是可逆反应(条件不同)。
3．燃料电池
将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的装置。
(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。
种类 酸性 碱性
负极反应式 H2－2e－===2H＋ ___________ ___________
正极反应式 ___________ ___________ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应 2H2＋O2===2H2O
(2)不同电解质和不同燃料形成的燃料电池
以甲烷-氧气燃料电池为例
酸性溶液 正极反应式：_____________________________； 负极反应式：_____________________________
碱性溶液 正极反应式：_____________________________； 负极反应式：_____________________________
固体氧化物(高温下能传导O2-) 正极反应式：____________________________； 负极反应式：_____________________________
熔融碳酸盐(如熔融K2CO3，正极通入CO2) 正极反应式：____________________________； 负极反应式：_____________________________
[备考提醒]
(1)在燃料电池中，若燃料中含有碳元素，碱性条件下负极生成，溶液中n(OH－)减少，c(OH－)减小。
(2)在以熔融碳酸盐为电解质的燃料电池中，正极除了通入O2(或空气)外，还需通入CO2作助燃气，以保持电解质的组成不变。
一次电池
1．(1)(人教选择性必修1习题改编)根据甲醇在酸性电解质溶液(稀硫酸)与氧气生成二氧化碳和水的反应，设计一种燃料电池，该燃料电池的负极反应为_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________；
若把电解质溶液稀硫酸改为KOH溶液，负极反应为_____________________________________________________________________。
(2)(人教选择性必修1习题改编)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示，质子交换膜只允许H＋通过，其他的离子和气体均不能通过。
①放电过程中，电池的负极反应为________________________________________
_____________________________________________________________________，
H＋的迁移方向：______________(填“从左往右”或“从右往左”)。
②每消耗1 mol O2，理论上能生成标准状况下CO2气体________ L。
[答题模板]电极反应式书写的一般步骤
二次电池
2．(鲁科选择性必修1习题改编)随着各地“限牌”政策的推出，电动汽车成为汽车界的“新宠”。特斯拉全电动汽车使用的是钴酸锂(LiCoO2)电池，其工作原理如图，A极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li＋的高分子材料，隔膜只允许Li＋通过，电池反应式LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2。下列说法不正确的是(　　)
A．放电时Li＋从左边流向右边
B．放电时，正极锂的化合价未发生改变
C．充电时B接电源负极，该电极放电时的电极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
D．废旧钴酸锂(LiCoO2)电池进行“放电处理”更有利于从正极中回收锂
[答题模板]
对于含有x的化学电源电极反应式书写技巧
对于很多新型电池中在物质的化学式中含有x，导致物质中元素的化合价计算容易出现错误，我们可巧妙运用电荷守恒，避开元素化合价的计算进行解答。如上面钴酸锂电池正极反应的书写过程：
(1)确定正极反应中电极上的反应物和产物：Li1－xCoO2—LiCoO2；
(2)根据元素守恒补充Li＋：Li1－xCoO2＋xLi＋—LiCoO2；
(3)根据电荷守恒补充电子：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2。
新型化学电源
3．(鲁科选择性必修1习题改编)热激活电池(又称热电池)可用作导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl－KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能，该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。下列说法正确的是(　　)
A．由于钙活泼，常温下在正负极之间接上电流表，指针发生偏转
B．放电过程中，Li＋向钙电极移动
C．负极反应是Ca－2e－===Ca2+
D．钙电极换为铜电极也能使电池反应发生
4．(鲁科选择性必修1习题改编)2015年斯坦福大学研究人员研制出一种可在一分钟内完成充放电的超常性能铝离子电池，充放电时和两种离子在Al电极上相互转化，其他离子不参与电极反应，其放电工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．放电时，有机阳离子向铝电极方向移动
B．充电时，外加电源时铝连正极、石墨连负极
C．放电时负极的电极反应为
D．该电池的工作原理为＋3CnAlCl4
[误区警示]
(1)新型化学电源题目情境陌生，难度大，难以切入，其实本质上仍然是氧化还原反应原理的考查，从氧化还原反应原理进行考虑，电池中较活泼的金属作负极，发生氧化反应。
(2)二次电池中一定要理清充放电规律：充电过程为电解池，两极为阴极和阳极；放电过程为原电池，两极为正极和负极。
1．判断正误：正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)(2024·贵州卷)将Zn和ZnSO4溶液与Cu和CuSO4溶液组成双液原电池，连通后铜片上有固体沉积，则原电池中Zn作正极，Cu作负极。 (　　)
(2)(2023·湖北卷)铜锌原电池工作时，正极和负极同时发生反应。 (　　)
(3)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。
(　　)
(4)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu(NO3)2，装置中的盐桥内可以是含饱和KCl溶液的琼脂。 (　　)
(5)(2024·湖南卷)锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌，充电时锂离子从正极脱嵌。 (　　)
(6)(2023·湖南卷)碱性锌锰电池的正极反应：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－。 (　　)
(7)(2023·湖南卷)铅酸蓄电池充电时的阳极反应：Pb2+＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋。 (　　)
(8)(2025·云南卷)铅酸蓄电池放电：
Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。 (　　)
(9)(2022·天津卷)我国实现了高性能纤维锂离子电池的规模化制备，锂离子电池放电时将化学能转化为电能。 (　　)
2．(2024·安徽卷)我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如图。该电池分别以Zn-TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是(　　)
A．标注框内所示结构中存在共价键和配位键
B．电池总反应为：＋ZnZn2+＋3I－
C．充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPP
D．放电时，消耗0.65 g Zn，理论上转移0.02 mol电子
微生物燃料电池可有效处理各个领域的污废水，并实现污废水中有机污染物高效转化为清洁电力，其原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．a为电池的负极
B．电极电势：a>b
C．a极电极反应为HCOO－－2e－===CO2↑＋H＋
D．每处理45 g HCOO－，则消耗标准状况下O2的体积为11.2 L
3．(2025·黑吉辽蒙卷)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
C．a极反应：Cu2O＋2H2O＋Cl－－2e－===Cu2(OH)3Cl＋H＋
D．若以Ag/AgCl电极代替a极，电池将失去储氯能力
4．(2025·广东卷)一种高容量水系电池示意图如图。已知：放电时，电极Ⅱ上MnO2减少；电极材料每转移1 mol电子，对应的理论容量为26.8 A·h。下列说法错误的是(　　)
A．充电时Ⅱ为阳极
B．放电时Ⅱ极室中溶液的pH降低
C．放电时负极反应为MnS－2e－===S＋Mn2+
D．充电时16 g S能提供的理论容量为26.8 A·h
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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