资源简介

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
原电池是把化学能转化为电能的装置。其反应本质是自发进行的氧化还原反应。
(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 从负极流出沿导线流入正极
电流方向 从正极沿导线流向负极
离子迁移方向 电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移
[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负极，活动性较弱的金属(或导电的非金属)一般作正极。
(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正极而受到保护。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：
提示：(1)Cu－2e－===Cu2+　2Fe3+＋2e－===2Fe2+
(2)CuSO4　FeCl3
　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
B　[该装置为原电池装置，锌作负极，铜作正极，电解质溶液由水果提供。实验1和2是探究电极间距离对水果电池电流的影响。实验2和3是探究水果种类对水果电池电流的影响，A正确；实验所用装置中，负极材料是锌片，B错误；该装置将化学能转化为电能，C正确；实验2和3表明水果种类对水果电池电流大小有影响，D正确。]
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
B　[伏打电堆工作时，Cu为正极、Zn为负极，电流由铜片经过导线流向锌片，故A错误；铝比锌活泼，用铝片替换锌片后，铝片为负极，铜仍为正极，电池仍能工作，故B正确；伏打电堆中的湿布片上含有电解质溶液，可以导电，若用干卡纸代替，则不能形成闭合回路，电池不能工作，故C错误；伏打电堆是一次电池，不能充电重复使用，故D错误。]
[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___________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)由题给物质，结合原电池的构成条件可知，组装成的原电池可以为铜锌原电池、锌铁原电池、铁铜原电池。由题图所给电子移动方向可知，左边为负极(较活泼金属)、右边为正极(较不活泼金属)，则组装成的原电池如图所示：
。
(2)由题给物质组装成的原电池中，当铜片作为电极之一时，铜片一定是正极，则负极是活泼的金属Zn或Fe，Zn或Fe失去电子发生氧化反应，由于Zn或Fe直接与CuSO4溶液接触而发生反应，故工作一段时间后，负极逐渐溶解，表面有少量红色固体(Cu)析出。正极Cu2+得到电子生成单质铜，电极反应为Cu2+＋2e－===Cu。
(3)原电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；原电池甲使用了盐桥，避免负极金属直接与溶液中的金属离子反应而造成能量损失。
[答案]　(1)
(任选其一)
(2)逐渐溶解，表面有少量红色固体析出　Cu2+＋2e－===Cu
(3)甲　甲使用了盐桥，避免负极金属直接与溶液中的金属离子反应而造成能量损失
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＋ H2＋2OH－－2e－===2H2O
正极反应式 O2＋4H＋＋4e－===2H2O 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：O2＋4H＋＋4e－===2H2O； 负极反应式：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋
碱性溶液 正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－； 负极反应式：＋7H2O
固体氧化物(高温下能传导O2-) 正极反应式：O2＋4e－===2O2-； 负极反应式：CH4＋4O2-－8e－===CO2＋2H2O
熔融碳酸盐(如熔融K2CO3，正极通入CO2) 正极反应式：； 负极反应式：－8e－===5CO2＋2H2O
[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。
[解析]　(2)①负极是葡萄糖失电子生成二氧化碳，电极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋；原电池内部阳离子应向正极移动，因此H＋从右往左迁移。②反应消耗1 mol O2生成1 mol CO2，标准状况下体积是22.4 L。
[答案]　(1)CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋　＋6H2O
(2)①C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋　从右往左　②22.4
[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－xCoO2 C6＋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
C　[根据电池反应式知，负极反应式为LixC6－xe－===C6＋xLi＋、正极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反，所以A是负极、B是正极。放电时，锂离子向正极移动，则Li＋从左边流向右边，故A正确；无论放电还是充电，正极化合物中Li元素化合价都是＋1价，所以化合价不变，故B正确；充电时，B电极是阳极，接电源的正极，正极上得电子发生还原反应，电极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，故C错误；根据电池反应式知，放电时得到LiCoO2，更有利于从正极中回收锂，故D正确。]
[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
C　[该电池为热激活电池，常温下电池不工作，在正负极间接上电流表，指针不发生偏转，故A错误；原电池中阳离子移向正极，放电过程中，Li＋向PbSO4电极移动，故B错误；Ca失电子发生氧化反应，Ca是负极，负极反应是Ca－2e－===Ca2+，故C正确；铜的活泼性比Pb弱，钙电极换为铜电极不能使电池反应发生，故D错误。]
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
D　 [放电时，活泼的金属铝是负极，不活泼石墨为正极，放电时，有机阳离子向正极石墨电极方向移动，故A错误；充电时，铝电极是阴极连接外加电源的负极，石墨电极是阳极连接外加电源的正极，故B错误；放电时，活泼的金属铝是负极，电极反应为，故C错误；放电时负极发生氧化反应生成Al3+，Al3+与结合生成，所以电极反应式为，正极上电极反应式为，两极反应相加得到总反应：＋3Cn，故D正确。]
[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：＋Zn Zn2+＋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
C　[由图中信息可知，该新型水系锌电池的负极是锌、正极是超分子材料；负极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2+，则充电时，该电极为阴极，电极反应式为Zn2+＋2e－===Zn；正极上发生＋2e－===3I－，则充电时，该电极为阳极，电极反应式为。标注框内所示结构属于配合物，配位体中存在碳碳单键、碳碳双键、碳氮单键、碳氮双键和碳氢键等多种共价键，还有由N提供孤电子对、Zn2+提供空轨道形成的配位键，A正确；由以上分析可知，该电池总反应为＋ZnZn2+＋3I－，B正确；充电时，阴极电极反应式为Zn2+＋2e－===Zn，被还原的Zn2+主要来自电解质溶液，C错误；放电时，负极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2+，因此消耗0.65 g Zn(物质的量为0.01 mol)，理论上转移0.02 mol电子，D正确。]
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
B　[该装置为燃料电池，a电极上HCOO－被氧化为CO2，为负极，A正确；电极电势：正极>负极，即电极电势：b>a，B错误；a电极上HCOO－被氧化为CO2，电极反应式为HCOO－－2e－===CO2↑＋H＋，C正确；每处理45 g HCOO－，即1 mol HCOO－，转移2 mol电子，则消耗0.5 mol O2，标准状况下体积为11.2 L，D正确。]
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
D　[由题意知，放电时a、b极均增重，则a极上Cu2O转化为Cu2(OH)3Cl，铜的化合价升高，发生氧化反应，a极为负极，b极为正极。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，NaCl浓度逐渐减小，则该电池可用于海水脱盐，B正确；结合a极的物质转化及得失电子守恒、元素守恒，可知a极的电极反应式为Cu2O＋2H2O＋Cl－－2e－===Cu2(OH)3Cl＋H＋，C正确；将b极换成Ag/AgCl电极，b极仍增重，说明b极上Ag→AgCl，Ag由0价升高为＋1价，发生氧化反应，此时b极为原电池负极，则相比于Cu2O/Cu2(OH)3Cl电极，Ag/AgCl电极的电极电势更低，结合原装置中Cu2O/Cu2(OH)3Cl电极作负极可知，电极电势：Ag/AgCl4．(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
B　[根据题给已知信息可知，放电时，电极Ⅱ上MnO2减少，说明电极Ⅱ上MnO2得电子发生还原反应转化为Mn2+进入溶液中，故电极Ⅱ作正极，电极反应式为MnO2＋2e－＋2H2O===Mn2+＋4OH－，放电时电极Ⅰ为负极，电极反应式为MnS－2e－===S＋Mn2+。结合上述分析可知，充电时电极Ⅱ为阳极，A正确；结合放电时电极Ⅱ上的反应可知，Ⅱ极室溶液中c(OH－)增大，溶液pH升高，B错误；结合上述分析可知，C正确；充电时，电极Ⅰ上发生的电极反应式为S＋Mn2+＋2e－===MnS，16 g S的物质的量为0.5 mol，完全反应可转移1 mol电子，结合题干信息可知，16 g S能提供的理论容量为26.8 A·h，D正确。]
课时数智作业(三十二)　原电池　常见化学电源
(建议用时：30分钟　分值：30分)
说明：选择题每小题3分
『夯基补弱』
1．(2026·大庆模拟)控制合适的条件，将反应2Fe3+＋2I－ 2Fe2+＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是(　　)
A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3+被还原
C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．电流表读数为零后，向甲中加入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极
D　[由题图并结合原电池原理分析可知，Fe3+得到电子变为Fe2+，被还原，I－失去电子变为I2，被氧化，A、B项正确；电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态，C项正确；向甲中加入FeCl2固体，对于2Fe3+＋2I－ 2Fe2+＋I2，平衡向逆反应方向移动，此时Fe2+被氧化，I2被还原，故甲中石墨电极为负极，乙中石墨电极为正极，D项错误。]
2．一种处理垃圾渗透液并用其发电的装置如图所示，装置工作时，下列说法不正确的是(　　)
A．微生物对氮的硝化起氧化作用
B．盐桥中的K＋向Y极移动
C．电子由Y极沿导线流向X极
D．Y极发生的电极反应为＋10e－＋6H2O===N2↑＋12OH－
C　[由题图可知经微生物硝化作用转化为，该过程为氧化过程，A项正确；由题图中物质的转化关系可知，X极是负极，Y极是正极，盐桥中的阳离子移向正极，阴离子移向负极，则盐桥中的K＋向Y极移动，B项正确；电子由负极沿导线流向正极，即从X极沿导线流向Y极，C项错误；Y极是正极，发生还原反应，电极反应为＋10e－＋6H2O===N2↑＋12OH－，D项正确。]
3．燃料电池是一种利用能源物质的新形式，比如我们可用熔融的K2CO3作电解质，惰性材料作电极，一极通CH2===CH2，另一极通O2、CO2。下列说法中不正确的是(　　)
A．电池的总反应式为CH2===CH2＋3O2===2CO2＋2H2O
B．正极发生的电极反应为===
C．负极发生的电极反应为－12e－===8CO2＋2H2O
D．通入乙烯的一极为正极
D　[燃料电池中可燃性气体作负极，D项错误；该燃料电池的总反应式为CH2===CH2＋3O2===2CO2＋2H2O，产物CO2、H2O均不与熔融的K2CO3反应，A项正确；正极O2得到电子生成O2-、O2-与CO2反应生成，B项正确；负极：－e－―→CO2＋H2O，配平可得负极反应式，C项正确。]
4．以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池，下列说法正确的是(　　)
A．放电过程中，K＋均向负极移动
B．放电过程中，KOH物质的量均减小
C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大
D．消耗1 mol O2时，理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
C　[放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；碱性环境下，N2H4-O2清洁燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量均减小，B错误；理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为m g，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2的放电量分别是×6、×4、×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；根据得失电子守恒和总反应式可知，消耗1 mol O2生成氮气的物质的量为1 mol，在标准状况下为22.4 L，D错误。]
5．(2026·安庆模拟)图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是(　　)
A．甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2+(aq)===Co(s)＋Cd2+(aq)
B．反应2Ag(s)＋Cd2+(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生
C．盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性
D．乙中有1 mol Co发生溶解时，正极有216 g Ag析出
B　[由甲可知Cd的活动性强于Co，由乙可知Co的活动性强于Ag，即Cd的活动性强于Ag，故Ag不能置换出Cd，B项错误；乙中有1 mol Co发生溶解时，电路中转移2 mol电子，则正极析出2 mol Ag，质量为216 g，D项正确。]
『培优提能』
6．(2025·西安模拟)我国科学家在可充、放电式锌-空气电池研究方面取得重大进展。电池原理如图所示，该电池的核心组分是驱动氧化还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的双功能催化剂，KOH溶液为电解质溶液，放电的总反应式为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2[Zn(OH)4]2-。下列有关说法不正确的是(　　)
A．放电时电解质溶液中K＋向正极移动
B．放电时电池负极反应为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2-
C．充电时催化剂降低析氧反应(OER)的活化能
D．充电时阴极生成6.5 g Zn的同时阳极产生2.24 L O2(标准状况下)
D　[根据可知，O元素的化合价降低，被还原，O2所在电极应为原电池正极，Zn元素的化合价升高，被氧化，锌应为原电池负极，负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2-，放电时阳离子向正极移动。放电时电解质溶液中带正电荷的K＋向正极移动，故A正确；由总反应式知，放电时负极是活泼金属锌失去电子被氧化为Zn2+，Zn2+与OH－反应结合为[Zn(OH)4]2-：，故B正确；由总反应式和原理图知，放电时发生“氧化还原反应(ORR)”，充电时发生“析氧反应(OER)”，“双功能催化剂”意味着无论放电还是充电均能降低反应活化能，起到催化作用，故C正确；充电时阴极生成6.5 g Zn转移 0.2 mol e－，而阳极产生2.24 L O2(标准状况下)，转移0.4 mol e－，故D错误。]
7．如图是利用微生物将废水中的乙二胺
[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质而制作的化学电源，可给二次电池充电。下列说法不正确的是(　　)
A．M极电极反应式：H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－===2CO2＋N2＋16H＋
B．充电时二次电池的正极应与N极相连
C．H＋通过质子交换膜由M极向N极移动
D．若N极消耗了标准状况下2.24 L O2，则有0.4 mol电子从N极流向M极
D　[由题图知，M极为负极，N极为正极在负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为＋4H2O－16e－===2CO2＋N2＋16H＋，A正确；充电时二次电池的正极应与外接电源的正极相连，即与N极相连，B正确；H＋通过质子交换膜由M极移向N极，C正确；当N电极消耗标准状况下2.24 L O2时，则转移×4＝0.4 mol电子，所以有0.4 mol电子从M极流向N极，D错误。]
8．(9分)锂离子电池广泛应用于日常电子产品中，也是电动汽车动力电池的首选。正极材料的选择决定了锂离子电池的性能。磷酸亚铁锂(LiFePO4)以其高倍率性、高比能量、高循环特性、高安全性、低成本、环保等优点而逐渐成为“能源新星”。
(1)高温固相法是生产磷酸亚铁锂的主要方法。通常以亚铁盐、磷酸盐和锂盐为原料，按化学计量比充分混匀后，在惰性气氛中先经过较低温预分解，再经高温焙烧，最后研磨粉碎制成。请回答下列问题：
①补充完整该反应的化学方程式：
Li2CO3＋2FeC2O4·2H2O＋2NH4H2PO4===2LiFePO4＋2NH3↑＋3CO2↑＋________＋________(1分)
②理论上，反应中每转移0.15 mol电子，会生成LiFePO4 ________ g。(2分)
③反应需在惰性气氛中进行，其原因是___________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
________________________________________________________________。(2分)
(2)磷酸亚铁锂电池装置如图所示，其中正极材料橄榄石型LiFePO4通过黏合剂附着在铝箔表面，负极石墨材料附着在铜箔表面，电解质为溶解在有机溶剂中的锂盐。
电池工作时的总反应为LiFePO4＋6CLi1－xFePO4＋LixC6，则放电时，正极的电极反应式为______________________________________________________，
充电时，Li＋迁移方向为________________(填“由左向右”或“由右向左”)，图中聚合物隔膜应为______(填“阳”或“阴”)离子交换膜。(4分)
[解析]　(1)①由原子守恒和得失电子守恒可知，Li2CO3＋2FeC2O4·2H2O＋2NH4H2PO4===2LiFePO4＋2NH3↑＋3CO2↑＋2CO↑＋7H2O↑。
中C的化合价为＋3价，生成的CO和CO2中C的化合价分别为＋2价、＋4价，生成2 mol CO转移2 mol电子，同时生成2 mol LiFePO4，则反应中每转移0.15 mol电子，生成0.15 mol LiFePO4，其质量为0.15 mol×158 g·mol-1＝23.7 g。
③Fe2+容易被氧气氧化，所以要隔绝氧气，即反应需在惰性气氛中进行。
(2)电池工作时的总反应为LiFePO4＋6CLi1－xFePO4＋LixC6，放电时，Li1－xFePO4在正极上得电子发生还原反应，正极反应为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4。充电时，电池负极与外接电源的负极相连，为阴极，阳离子向阴极移动，即Li＋由左向右移动。电解质为溶解在有机溶剂中的锂盐，Li＋通过聚合物隔膜在两极之间移动，所以聚合物隔膜应为阳离子交换膜。
[答案]　(1)①2CO↑　7H2O↑
②23.7　③防止亚铁离子被氧化　
(2)Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4　由左向右　阳
1 / 22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
1 / 13

展开更多......

收起↑