高考总复习 原电池和化学电源
【考纲要求】
1．了解原电池的工作原理。
2．能写出原电池的电极反应式和反应的总方程式。 3．能根据氧化还原反应方程式设计简单的原电池。 4．能根据原电池原理进行简单计算。
5．熟悉常见的化学电源（一次电池、二次电池和燃料电池），能分析常见化学电池工作原理，了解废旧电池回收的意义。 【考点梳理】
考点一、原电池的概念 1．能量的转化
原电池：将化学能转变为电能的装置。
电能是现代社会应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。 2．工作原理
设计一种装置，使氧化还原反应所释放的能量直接转变为电能，即将氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，并使电子转移经过导线，在一定条件下形成电流。
电子从负极（较活泼金属）流向正极（较不活泼金属或碳棒），负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
电极 负极 正极 电极材料 还原性较强的金属 还原性较弱的金属 反应类型 氧化反应 还原反应 电子流动方向 负极向外电路提供电子 正极从外电路得到电子 以下是锌铜原电池装置示意图：
3．原电池的组成条件
(1)两个活泼性不同的电极(材料可以是金属或导电的非金属)，分别发生氧化和还原反应。原电池中两极活泼性相差越大，电池电动势就越高。
(2)电解质溶液，电解质中阴离子向负极方向移动，阳离子向正极方向移动，阴阳离子定向移动成内电路。
(3)导线将两电极连接，形成闭合回路。 （4）有能自发进行的氧化还原反应。 4．原电池的判断方法
（1）先分析有无外接电池，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池。 （2）多池相连，但无外电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看做电解池。
5．原电池的正负极的判断方法 判断依据 电极材料 电子流动方向 电解质溶液中离子定向移动方向 发生的反应 反应现象 负极 活泼性较强的金属 电子流出极 阴离子移向的负极 氧化反应 溶解的极 正极 活泼性较弱的金属或能导电的非金属 电子流入极 阳离子移向的正极 还原反应 增重或有气泡放出的极 6．原电池中带电粒子的移动方向
在原电池构成的闭合电路中，有带电粒子的定向移动。在外电路上电子从负极经导线上流入正极；在内电路上即在电解质溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极。具体情况见图：
考点二、原电池原理的应用
1．加快氧化还原反应的速率
例如：在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。 2．比较金属活动性强弱
例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入到稀H2SO4中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。根据现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性a＞b。
3．用于金属的防护
将要保护的金属设计成原电池的正极，得到保护。例如：在钢（铁）闸门上连接上锌块，由于锌比铁活泼，可使钢闸门受到保护。
4．原电池的设计
设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是： （1）首先将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应；
（2）根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料及电解质溶液。 ①电极材料的选择
在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液或其中溶解的物质反应。
②电解质溶液的选择
电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如空气中的氧气）。但如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。如在铜—锌—硫酸铜构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。
（3）按要求画出原电池装置图。 考点三、几种常见的电池 （一）电池的评价
比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。 比功率：电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。
质量轻、体积小而输出电能多、功率大、可储存时间长的电池，更适合使用者的需要。 （二）实用电池的特点
(1)能产生比较稳定而且较高电压的电流； (2)安全、耐用且便于携带，易于维护； (3)能够适用于各种环境；
(4)便于回收处理，不污染环境或对环境的污染影响较小； (5)能量转换率高。
（三）几种常见的电池
1、一次电池：放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。 干电池：一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动。 碱性锌锰电池
构成：负极是锌，正极是MnO2，电解质是KOH
－－
负极：Zn+2OH－2e=Zn(OH)2；
－－
正极：2MnO2+2H2O+2e=2MnOOH+2OH
总反应式：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
特点：比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电。 2、二次电池 ①铅蓄电池 放电电极反应：
－－
负极：Pb(s)+SO42(aq)－2e＝PbSO4(s)；
正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42(aq)+2e＝PbSO4(s)+2H2O(l) 总反应式：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)＝2PbSO4(s)+2H2O(l)
充电电极反应：
阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)－2e=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42(aq)； 阴极：PbSO4(s)+2e=Pb(s)+SO42(aq)
总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 总反应方程式：
Pb (s)+ PbO2(s) +2H2SO4(aq) 2PbSO4(s) +2H2O(l) 说明： a负极
K1－
－－
－
－
－
阴极 正极阳极
K2b 电池的正负极分别和电源的正负极相连
c各极的pH变化看各电极反应，电池的pH变化看电池总反应
②镍一镉碱性蓄电池
负极：Cd+2OH－2e=Cd(OH)2；
正极：2NiO(OH)+2H2O+2e=2Ni(OH)2+2OH 总反应式：Cd +2NiO(OH)+2H2O
3、燃料电池 电极 电池 反应 负极 氢氧燃料电池 正极 总反应 负极 甲烷燃料电池 正极 总反应 负极 甲醇燃料电池 正极 总反应 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2
－
－
－－
酸性电解质 2H2－4e＝4H+ O2+4H++4e＝2H2O 2H2+O2＝2H2O CH4 + 2H2O－8e=CO2 + 8H+ 2O2 + 8H+ + 8e＝4H2O CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O 2CH3OH + 2H2O－12e= 2CO2 + 12H+ 3O2 +12H+ +12e＝6H2O 2CH3OH + 3O2 = 2CO2 + 4H2O －－－－－－碱性电解质 2H2+4OH－4e＝4H2O O2+2H2O+4e＝4OH 2H2+O2＝2H2O CH4+10OH－8e=CO32+7H2O 2O2+4H2O+8e=8OH CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 2CH3OH +16OH－12e=2CO32+12H2O 3O2+6H2O+12e=12OH 2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O －－－－－－－－－－－－－－除氢气外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧气外，空气中的氧气也可作氧化剂。
燃料电池的能量转化率高于80％，远高于燃烧过程（仅30％左右），有利于节约能源。燃料电池有广阔的发展前途。 （四）正确书写电极反应式
(1)列出正、负电极上的反应物质，在等式的两边分别写出反应物和生成物。 (2)标明电子的得失。 (3)使质量守恒。
电极反应式书写时注意：
①负极反应生成物的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应该写入负极反应式；
②若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则H2O必须写入正极反应
－
式，且生成物为OH；若电解液为酸性，则H+必须写入反应式中，生成物为H2O。
③电极反应式的书写必须遵循离子方程式的书写要求。
(4)正负极反应式相加得到电池反应的总的化学方程式。若能写出总反应式，可以减去较易写出的电极反应式，从而写出较难书写的电极方程式。注意相加减时电子得失数目要相等。
【典型例题】
类型一：原电池原理 例1．（2015高考?天津卷）锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是（ ）
A．铜电极上发生氧化反应
－
B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO42)减小 C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
－
【思路点拨】阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，不允许SO42穿过。 【答案】C
【解析】由图像可知该原电池反应原理为Zn+Cu2+=Zn2++Cu。
A．Zn比Cu活泼，则Zn为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，故A错误；
－
B．阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，则两池中c(SO42)不会改变，故B错误； C．甲池中电极反应式为Zn-2e-→Zn2+，乙池中电极反应式为Cu2++2e-→Cu，Zn2+通过阳离子交换膜进入乙池中，由于Zn的摩尔质量比Cu大，则乙池溶液的总质量增加，故C正确；
D．由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，则阴离子并不能通过交换膜，故D错误； 故选C。
【总结升华】原电池工作时，活泼金属作负极， 在溶液中阴离子一般向负极移动，但本题例外，阴离子不能通过阳离子交换膜。 举一反三：
【变式1】用铜片、银片、Cu (NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3的U型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是 ①在外电路中，电流由铜电极流向银电极 ②正极反应为：Ag++e-=Ag
③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作
④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 A. ①②
B.②③
C.②④
D.③④
【答案】C
【变式2】将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是( )
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
2024人教版高中化学52总复习：原电池和化学电源(基础)知识讲解
