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2021届高三二轮复习——原电池及其应用学案及训练
核心知识梳理
1．两种锌铜原电池的比较

(1)一室电池的缺点：由于氧化剂与还原剂直接接触，工作一段时间后，锌片表面观察到有少量红色铜析出，说明锌片表面存在腐蚀电流，该电池的效率不高，电池不工作时，锌片继续被氧化，使得该电池的可贮存时间不长。
(2)双室盐桥电池的优点：利用盐桥防止氧化剂与还原剂直接接触，提高电池效率、延长电池的可贮存时间。
2．“异常”原电池原理深度分析
(1)铝铜浓硝酸电池

初期
后期
电流计指针
发生偏转，并很快回到0
向与初期相反方向偏转
负极及反应
铝，2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
铜，Cu－2e－===Cu2＋
正极及反应
铜，6NO＋6e－＋12H＋===6NO2↑＋6H2O
钝化铝，2NO＋2e－＋4H＋===2NO2↑＋2H2O

初期，活泼金属铝作负极被氧化，由于铝表面很快形成致密氧化物薄膜阻止反应继续进行，使铝钝化；电流计指针回到0后，铜作负极，钝化铝作正极，电流计指针向与初期相反的方向发生偏转。
(2)镁铝烧碱溶液电池

初期
后期
电流计指针
发生偏转，并很快回到0
向与初期相反方向偏转
负极及反应
镁，Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2
铝，2Al－6e－＋8OH－===
2AlO＋4H2O
正极及反应
铝，2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
镁，6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－

初期，活泼金属镁作负极被氧化，生成的氢氧化镁附着在镁电极上阻止反应继续进行，使镁钝化；电流计指针回到0后，铝作负极，电流计指针向与初期相反的方向发生偏转。
3．常见化学电源
(1)碱性锌锰电池——一次电池
电池组成：锌、碳棒、二氧化锰、氯化锌、氯化铵
特点：用途广泛
正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－；
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
(2)银锌钮扣电池——一次电池
电池组成：锌、氧化银、氢氧化钾溶液
特点：放电平稳，电流大
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
(3)铅蓄电池——二次电池
电池组成：铅、二氧化铅、硫酸
特点：广泛用于机动车辆
铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。
①放电时的反应
a．负极反应：Pb＋SO－2e－===PbSO4；
b．正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。
②充电时的反应
a．阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO；
b．阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO；
总反应：PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。
(4)镍氢电池——二次电池
电池组成：贮氢合金、泡沫氧化镍、氢氧化钾溶液
特点：寿命长、性能好、比能量高
①放电时的反应
负极反应：MH－e－＋OH－===M＋H2O；
正极反应：NiO(OH)＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－。
②充电时的反应
阴极反应：M＋H2O＋e－===MH＋OH－；
阳极反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O；
总反应：NiO(OH)＋MHNi(OH)2＋M。
说明　可逆电池的充、放电不能理解为可逆反应。
(5)氢氧燃料电池
电池组成：铂碳/氢气、铂碳/氧气、氢氧化钾溶液(或H2SO4溶液)
特点：用于航天飞机、牵引车等
氢氧燃料电池可分酸性和碱性两种：
种类
酸性
碱性
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式
2H2＋O2===2H2O

4.原电池原理在生活中的应用
(1)用于金属的防护
使被保护的金属制品(如海轮船壳)作原电池正极(阴极)而得到保护，镶嵌在金属制品表面的较活泼金属(如锌块)作原电池的负极(阳极)被腐蚀，即牺牲阳极的阴极保护法。
(2)使变黑的银制器皿复原
银制器皿久置，表面会生成Ag2S而逐渐变黑(4Ag＋O2＋2H2S===2Ag2S＋2H2O)，在铝制容器(作负极)中加入食盐溶液，再将变黑的银制器皿(作正极)浸入该溶液中，一段时间后，黑色的Ag2S会被还原为银白色的单质银，该法能使银制器皿无损耗复原。有关反应为
负极反应：2Al－6e－===2Al3＋；
正极反应：3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－；
负极产生的Al3＋与正极产生的S2－在溶液中继续反应：2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑。
5．知识迁移——破解陌生原电池装置
(1)燃料电池

(2)可逆电池

能力训练
1．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－??2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。回答下列问题：

(1)反应开始时，负极为________中的石墨(填“甲”或“乙”)，电极反应式为________________________________________________________________________。
(2)电流计读数为________时，反应达到化学平衡状态。
(3)当达到化学平衡状态时，在甲中加入FeCl2固体，此时负极为________中的石墨(填“甲”或“乙”)，电极反应式为____________________________________________。
答案　(1)乙　2I－－2e－===I2
(2)0
(3)甲　2Fe2＋－2e－===2Fe3＋
2．按要求书写不同“介质”下甲醇燃料电池的电极反应式。
(1)酸性介质，如H2SO4溶液：
负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋。
正极：O2＋6e－＋6H＋===3H2O。
(2)碱性介质，如KOH溶液：
负极：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。
正极：O2＋6e－＋3H2O===6OH－。
(3)熔融盐介质，如K2CO3：
负极：CH3OH－6e－＋3CO===4CO2＋2H2O。
正极：O2＋6e－＋3CO2===3CO。
(4)掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导O2－：
负极：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O。
正极：O2＋6e－===3O2－。
特别提醒　有机物燃料电池C、H两种元素的转化形式
碱性介质　C→CO
其他介质　C→CO2
酸性介质　H→H＋
其他介质　H→H2O
3．锂电池的全面突破
(1)锂金属电池
①锂—二氧化锰电池
总反应式为：Li＋MnO2===LiMnO2。
负极：Li－e－===Li＋。
正极：Li＋＋e－＋MnO2===LiMnO2。
②全固态锂硫电池
电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。原理图为

放电时正极a的变化过程为S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，则正极发生的反应依次为
S8＋2e－＋2Li＋===Li2S8，
3Li2S8＋2Li＋＋2e－===4Li2S6，
2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，
Li2S4＋2Li＋＋2e－===2Li2S2。
(2)锂离子电池
锂离子嵌入石墨中形成负极材料石墨锂(LixC6)；正极材料一般为含Li＋的化合物，目前常见的正极材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等；电解质分为液态有机电解质和聚合物电解质。
根据总反应式填表：



正极材料
放电时正极反应
充电时阳极反应
电池总反应
LiFePO4
Li1－xFePO4
＋xLi＋＋xe－
===LiFePO4
LiFePO4－xe－
－xLi＋===
Li1－xFePO4
LiFePO4＋6C
Li1－xFePO4＋LixC6
LiCoO2
Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
LiCoO2－xe－
－xLi＋===
Li1－xCoO2
LiCoO2＋6C
Li1－xCoO2＋LixC6
LiMn2O4
Li1－xMn2O4
＋xLi＋＋xe－
===LiMn2O4
LiMn2O4－xe－
－xLi＋===
Li1－xMn2O4
LiMn2O4＋6C
Li1－xMn2O4＋LixC6

4.依据装置图回答问题
(1)

根据上图书写电极反应式：
负极：________________________________________________________________________；
正极：________________________________________________________________________。
答案　BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O
4H2O2＋8e－===8OH－
(2)

根据上图书写电极反应式：
负极：________________________________________________________________________；
正极：________________________________________________________________________。
答案　2H2S＋2O2－－4e－===S2＋2H2O　O2＋4e－===2O2－
(3)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见下图，石墨Ⅰ为电池的________极；该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，其电极反应式为_________________
________________________________________________________________________。

答案　负　NO2－e－＋NO===N2O5

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