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第二節　原電池　化學電源
第六章
化學反應與能量
課標要求 核心素養
1.能分析、解釋原電池的工作原理，
能設計簡單的原電池。
2.能列舉常見的化學電源，并能利
用相關信息分析化學電源的工作
原理。
3.能綜合考慮化學變化中的物質變
化和能量變化來分析、解決新型電
池的開發等實際問題。 1.宏觀辨識與微觀探析：認識原電
池的本質是氧化還原反應，能多角
度、動態地分析原電池中物質的變
化及能量的轉化。
2.科學態度與社會責任：通過原電
池裝置的應用，能對與化學有關的
熱點問題作出正確的價值判斷，能
參與有關化學問題的社會實踐。
[目標導航]
[自主測評]
1.易錯易混辨析(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)。
(1)放熱反應都可以設計成原電池。(
)
(2)在原電池中，發生氧化反應的一極是負極。(
)
(3)用 Mg、Al 分別作電極，用 NaOH 溶液作電解液構成的原
電池，Mg 為正極。(
)
(4)在鋅銅原電池中，因為有電子通過電解質溶液形成閉合回
路，所以有電流產生。(
)
極區向負極區遷移。(
)
(6)鉛蓄電池工作時，當電路中轉移 0.1 mol 電子時，負極增重
4.8 g。(
)
(5)以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池，放電過程中，H＋從正
錯因：放電過程中，H＋從負極區向正極區遷移。
答案：(1)×
錯因：自發進行的氧化還原反應才能設計成原
電池，與反應的熱效應無關。
(2)√
(4)×
(3)√
錯因：電子在導體(電極和導線)中定向移動，離子在電
解質溶液中遷移。
(5)×
(6)√
A.鋅為正極，Ag2O 為負極
B.鋅為負極，Ag2O 為正極
C.原電池工作時，將電能轉化成化學能
D.原電池工作時，負極區溶液的 pH 增大
答案：B
2.電子計算機所用紐扣電池的兩極材料為鋅和氧化銀，電解質溶液為KOH溶液，其電極反應式：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。下列判斷正確的是(　　)
3.如圖所示是一位同學在測試水果電池，下列有關說法錯誤的
是(
)
A.若金屬片 A 是正極，則該金屬片上
會產生 H2
B.水果電池的化學能轉化為電能
C.此水果發電的原理是電磁感應
D.金屬片 A、B 可以一個是銅片，另一個是鐵片
答案：C
4.原電池的電極名稱不僅與電極材料的性質有關，也與電解質
溶液有關。下列說法中正確的是(
)
解析：(1)中 Mg 作負極；(2)中 Al 作負極；(3)中銅作負極；
(4)是鐵的吸氧腐蝕，Fe 作負極。
答案：B
A.(1)(2)中Mg作負極，(3)(4)中Fe作負極
B.(2)中Mg作正極，電極反應式為6H2O＋6e－===6OH－＋
3H2↑
C.(3)中Fe作負極，電極反應式為Fe－2e－===Fe2+
D.(4)中Cu作正極，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑
考點一 原電池的工作原理及應用
1.原電池的概念及構成條件
化學能
電能
(1)定義：將___________轉化為______的裝置。
(2)原電池的形成條件
氧化還原反應
閉合回路
①能自發進行的__________________。
②兩個活潑性不同的電極(燃料電池的兩個電極可以相同)。
③形成____________，需滿足三個條件：a.存在電解質；b.兩
電極直接或間接接觸；c.兩電極插入電解質溶液或熔融電解質中。
2.工作原理(以鋅銅原電池為例)
(1)裝置變遷
(2)電極反應
氧化
還原
負極：Zn－2e－===Zn2+，______反應。
正極：Cu2+＋2e－===Cu，______反應。
總反應：Zn＋Cu2+===Cu＋Zn2+。
3.原電池的應用
(1)設計制作化學電源
(2)比較金屬的活動性強弱：原電池中，負極一般是活動性
________的金屬，正極一般是活動性______的金屬(或能導電的非
金屬)。
較強
較弱
正極
(3)加快化學反應速率：氧化還原反應形成原電池時，反應速
率加快。
(4)用于金屬的防護：將需要保護的金屬制品作原電池的
______而受到保護。
[歸納提升]鹽橋及其作用
(1)鹽橋中通常裝有含瓊膠的 KCl 飽和溶液，能使兩個燒杯中
的溶液連成一個通路。離子在鹽橋中能定向移動，通過鹽橋將兩
種隔離的電解質溶液連接起來，可使電流持續傳導。鹽橋中陰離
子移向負極，陽離子移向正極。
(2)使用鹽橋的目的是將兩個半電池完全隔開，
開，使副反應減至最低程度，可以獲得單純的電極反應，便
于分析放電過程，有利于最大限度地將化學能轉化為電能。
考點二 化學電源
1.分類
電池 電極反應
堿性鋅
錳電池 總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2；
負極：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正極：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－　
鉛酸蓄
電池 總反應：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O；　
負極：Pb＋SO －2e－===PbSO4；
正極：PbO2＋4H＋＋SO ＋2e－===PbSO4＋2H2O
2.工作原理
電池 電極反應
氫氧燃
料電池 酸性 總反應：2H2＋O2===2H2O；
負極：2H2－4e－===4H＋；
正極：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
堿性 總反應：2H2＋O2===2H2O；
負極：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；
正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(續表)
3.二次電池的充放電
(1)可充電電池原理示意圖
充電時，原電池負極與外接電源負極相連，原電池正極與外
接電源正極相連，記作：“正接正，負接負”。
(2)可充電電池有充電和放電兩個過程，放電時是原電池反應，
充電時是電解池反應。充電、放電均不是可逆反應。
(3)放電時的負極反應和充電時的陰極反應相反，放電時的正
極反應和充電時的陽極反應相反。將負(正)極反應式變換方向并將
電子移項即可得出陰(陽)極反應式。
例：Fe＋Ni2O3＋3H2O
Fe(OH)2＋2Ni(OH)2，放電時負極
的電極反應式為Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2，則充電時陰極的電極反應式為Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－。
考向 1 原電池的組成及工作原理
1.(2023 年廣東模擬)硫化氫(H2S)是強烈的神經毒素，對黏膜
有強烈的刺激作用。科研人員設計了如圖裝置，借助太陽能，將
H2S 再利用，變廢為寶。下列敘述正確的是(
)
C.H＋的遷移方向為b電極→a電極
A.b 電極發生氧化反應
B.a 電極區不可用 NaOH 溶液作電解質溶液
D.每生成 2 g H2，負極區需消耗 22.4 L H2S
解析：根據工作原理圖分析可知，b電極上H＋獲得電子生成
答案：B
氫氣，則b作正極，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑；因此a作負極，Fe2+失去電子，電極反應為Fe2+－e－===Fe3+。由分析可知，b作正極，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，則b電極發生還原反應，A錯誤；由分析可知，a電極區反應為Fe2+－e－===Fe3+，若用NaOH溶液作電解質溶液則生成Fe(OH)2、Fe(OH)3覆蓋在電極a上，阻止反應繼續進行，B正確；由分析可知，a電極為負極，b電極為正極，故H＋的遷移方向為負極a電極→正極b電極，C錯誤；題干未告知H2S所處的狀態是否為標準狀況，故無法計算每生成2 g H2負極區需消耗H2S的體積，D錯誤。
2.(2023 年張家口一模)利用同種氣體在兩極濃度不同而產生
電勢差的原理可設計氣體濃差電池，利用濃差電池可測定混合氣
體中某氣體含量。實驗室通過氧氣濃差電池測定空氣中氧氣含量
的工作原理如圖所示，其中在參比電極上通入純氧氣，測量電極
上通入空氣。下列說法錯誤的是(
)
A.熔融ZrO2、CaO混合物可用于傳遞O2-
B.工作時，電子由測量電極經外電路流向參比電極
C.工作時，用初期讀數計算所得空氣中氧氣含量更準確
D.相同壓強下，電勢差越大，空氣中氧氣含量越高
解析：氧氣在反應中得到電子發生還原反應，則參比電極作
正極；由分析可知，參比電極作正極，氧氣得電子轉化為 O2-，負
極 O2-失電子生成氧氣，電子由負極經外電路流向正極，熔融金屬
氧化物電離出的氧離子向負極定向移動可用于傳遞 O2-，A 正確；
電子由負極經外電路流向正極，故工作時，電子由測量電極經外
電路流向參比電極，B 正確；由工作原理知，負極氧離子失去電
子發生氧化反應會不斷生成氧氣，混合氣體氧氣濃度增大，故用
初期讀數計算所得空氣中氧氣含量更準確，C 正確；兩極氧氣濃
度差越大，兩極電勢差越大，則相同壓強下，電勢差越大，空氣
中氧氣含量越低，D 錯誤。
答案：D
[方法技巧]“四步法”突破原電池的組成及工作原理題
(1)分析電極材料和電解質溶液
確定原電池的正極和負極，若電解質溶液為酸或不活潑金屬
的鹽溶液，則活潑金屬作負極，不活潑金屬或石墨作正極。
(2)確定電極上反應的物質
若負極為活潑金屬，則金屬被氧化生成金屬陽離子；正極上
溶液中陽離子得電子被還原，大多析出 H2 或不活潑金屬。
(3)書寫電極(或電池)反應式
結合原子守恒和得失電子守恒寫出電板反應式，并根據正、
負極反應確定電池總反應式。
(4)判斷離子(或電子)的移動方向
陽離子移向正極，陰離子移向負極；電子由負極經導線流向
正極。
考向 2 電極判斷和電極反應式書寫
3.(2023 年新課標卷)一種以 V2O5 和 Zn 為電極、Zn(CF3SO3)2
水溶液為電解質的電池，其示意圖如下所示。放電時，Zn2+可插入
V2O5 層間形成 ZnxV2O5·nH2O。下列說法錯誤的是(
)
A.放電時V2O5為正極
B.放電時Zn2+由負極向正極遷移
C.充電總反應：xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O
D.充電陽極反應：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2+＋V2O5＋
nH2O
解析：由題中信息可知，該電池中Zn為負極、V2O5 為正極，
答案：C
電池的總反應為xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O。由題信息可知，放電時，Zn2+可插入V2O5層間形成ZnxV2O5·nH2O，V2O5發生了還原反應，則放電時V2O5為正極，A正確；Zn為負極，放電時Zn失去電子變為Zn2+，陽離子向正極遷移，則放電時Zn2+由負極向正極遷移，B正確；電池在放電時的總反應為xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O，則其在充電時的總反應為ZnxV2O5·nH2O
===xZn＋V2O5＋nH2O，C錯誤；充電陽極上ZnxV2O5·nH2O被氧化為V2O5，則陽極的電極反應為ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2+＋V2O5＋nH2O，D正確。
4.(熱點情境題)2023 年 2 月，我國首個兆瓦級鐵—鉻液流電池
儲能項目在內蒙古成功試運行，該項目刷新了全球最大容量記錄。
鐵-鉻液流電池的電解質溶液是含鐵鹽和鉻鹽的稀鹽酸溶液。下列
說法錯誤的是(
)
A.安全性高、成本低、綠色低碳、能量密度低是該電池的
特點
B.充電時電池的反應為Cr3+＋Fe2+===Cr2+＋Fe3+
C.放電時，電路中每流過0.1 mol電子，Fe3+濃度降低0.1 mol·L-1
D.負極每1 mol Cr2+被氧化，電池中有1 mol H＋通過交換膜向正極轉移
Cr3+，則轉移1 mol電子，每個電子和每個H＋所帶電荷相同，所
解析：該裝置能作原電池和電解池；充電時，左側為陽極、
右側為陰極；放電時該裝置為原電池，電路中每流過0.1 mol電子，
Fe3+的物質的量降低0.1 mol；負極每1 mol Cr2+被氧化生成1 mol
以二者的物質的量相同。該電池屬于水系電池，故安全，且鐵鉻
的價格低廉，其可將太陽能或風能轉化為電能存儲，故綠色低碳，
但能量密度遠低于鋰電，A 正確；充電時，左側為陽極、右側為
陰極，則左側Fe2+失電子生成Fe3+，右側Cr3+得電子生成Cr2+，電
答案：C
池總反應式為Cr3+＋Fe2+===Cr2+＋Fe3+，B正確；放電時該裝置為原電池，電路中每流過0.1 mol電子，Fe3+的物質的量降低0.1 mol，溶液體積未知，無法判斷鐵離子濃度降低值，C錯誤；負極每1 mol Cr2+被氧化生成1 mol Cr3+，則轉移1 mol電子，每個電子和每個H＋所帶電荷相同，所以二者的物質的量相同，則電池中有1 mol H＋通過交換膜向正極轉移，D正確。
[歸納提升]
1.原電池正、負極的判斷
注意：原電池的正極和負極與電極材料的性質有關，也與電
解質溶液有關，不要形成活潑電極一定作負極的思維定式。
2.電極反應式的書寫方法
①直接書寫
②間接書寫
第一步，寫出電池總反應式。
第二步，寫出電極的正極反應式。
第三步，負極反應式＝總反應式－正極反應式。
①不含鹽橋 ②含鹽橋
負極：____________________，正極：__________________
考向 3 原電池原理的應用
5.(教材拓展)(1)根據反應 2FeCl3 ＋Cu===2FeCl2 ＋CuCl2 設計
原電池，在方框中畫出裝置圖，指出電極材料和電解質溶液，寫
出電極反應式：
(2)利用電化學原理將 CO、SO2 轉化為重要化工原料，裝置如
圖所示：
①若 A 為 CO，B 為 H2，C 為 CH3OH，則通入 CO 的一極為
______(填“正”或“負”)極。②若A為SO2，B為O2，C為H2SO4，
則負極的電極反應式為____________________。
Cu===2FeCl2＋CuCl2分成兩個半反應：Cu－2e－===Cu2+；2Fe3+＋
2e－===2Fe2+。②選擇電極材料：將還原劑(Cu)作負極，活潑性比
解析：(1)分為四步：①拆分反應：將氧化還原反應 2FeCl3＋
負極弱的金屬或非金屬導體作正極(石墨棒、鉑片)。③構成閉合回
路——單液原電池或雙液原電池(鹽橋)。④畫裝置圖：結合要求及
反應特點，畫出原電池裝置圖，標出電極材料名稱、正負極、電
解質溶液等(見答案)。(2)①原電池中，通入氧化劑的電極是正極、
通入還原劑的電極是負極，該反應中 C 元素化合價由＋2 價變為
－2 價、H 元素化合價由 0 價變為＋1 價，所以 CO 是氧化劑，則
通入 CO 的電極為正極。②若 A 為 SO2，B 為 O2，C 為 H2SO4，
負極上二氧化硫失電子和水反應生成硫酸根離子和氫離子，電極
反應式為SO2＋2H2O－2e－===SO ＋4H＋。
①不含鹽橋 ②含鹽橋
負極：Cu－2e－===Cu2+，正極：2Fe3+＋2e－===2Fe2+
答案：(1)
[解題模型]設計原電池的程序
6.(2023 年荊州一中月考)如圖Ⅰ、Ⅱ分別是甲、乙兩組同學將
池裝置，其中 C1、C2 均為碳棒。甲組向圖Ⅰ燒杯中逐滴加入適量
濃鹽酸；乙組向圖ⅡB 燒杯中逐滴加入適量 40%NaOH 溶液。下
列敘述正確的是(
)
D.乙組操作時，C1上發生的電極反應為I2＋2e－===2I－
A.甲組操作時，電流表(A)指針發生偏轉
B.甲組操作時，溶液顏色變淺
C.乙組操作時，C2 作正極
答案：D
1.(2023 年全國乙卷)室溫鈉－硫電池被認為是一種成本低、比
能量高的能源存儲系統。一種室溫鈉－硫電池的結構如圖所示。
將鈉箔置于聚苯并咪唑膜上作為一個電極，表面噴涂有硫黃粉末
的炭化纖維素紙作為另一電極。工作時，在硫電極發生反應：
下列敘述錯誤的是(
)
極，即鈉電極，故充電時，Na＋由硫電極遷移至鈉電極，A錯誤；
硫黃粉在b電極上得電子與a電極釋放出的Na＋結合得到Na2Sx，
解析：由題意可知放電時硫電極得電子，硫電極為原電池正
極，鈉電極為原電池負極。充電時為電解池裝置，陽離子移向陰
放電時 Na 在 a 電極失去電子，失去的電子經外電路流向 b 電極，
電子在外電路的流向為 a→b，B 正確；由題給的一系列方程式相
C 正確；炭化纖維素紙中含有大量的炭，炭具有良好的導電性，
可以增強硫電極的導電性能，D 正確。
答案：A
2.(2023 年山東卷改編)利用熱再生氨電池可實現 CuSO4 電鍍
廢液的濃縮再生。電池裝置如圖所示，甲、乙兩室均預加相同的
CuSO4 電鍍廢液，向甲室加入足量氨水后電池
開始工作。下列說法錯誤的是(
)
A.甲室 Cu 電極為負極
B.隔膜為陽離子膜
C.電池總反應為：Cu2+＋4NH3===[Cu(NH3)4]2+
D.NH3 擴散到乙室將對電池電動勢產生影響
解析：向甲室加入足量氨水后電池開始工作，則甲室Cu電極
答案：B
溶解，變為銅離子與氨氣形成[Cu(NH3)4]2+，因此甲室Cu電極為負極，A正確；再原電池內電路中陽離子向正極移動，若隔膜為陽離子膜，電極溶解生成的銅離子要向右側移動，通入氨氣要消耗銅離子，顯然左側陽離子不斷減小，明顯不利于電池反應正常進行，B錯誤；左側負極電極的反應是Cu＋4NH3－2e－===
[Cu(NH3)4]2+，正極電極的反應是Cu2+＋2e－===Cu，則電池總反應為Cu2+＋4NH3===[Cu(NH3)4]2+，C正確；NH3擴散到乙室會與銅離子反應生成[Cu(NH3)4]2+，銅離子濃度降低，銅離子得電子能力減弱，因此將對電池電動勢產生影響，D正確。
3.(2023 年廣東卷)負載有 Pt 和 Ag 的活性炭，可選擇性去除
示。下列說法正確的是(
)
A.Ag 作原電池正極
B.電子由 Ag 經活性炭流向 Pt
Cl－實現廢酸的純化，其工作原理如圖所
C.Pt表面發生的電極反應：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D.每消耗標準狀況下11.2 L的O2，最多去除1 mol Cl－
解析：O2在Pt得電子發生還原反應，Pt為正極，Cl－在Ag
答案：B
極失去電子發生氧化反應，Ag為負極。由分析可知，Cl－在Ag極失去電子發生氧化反應，Ag為負極，A錯誤；電子由負極Ag經活性炭流向正極Pt，B正確；溶液為酸性，故Pt表面發生的電極反應為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C錯誤；每消耗標準狀況下11.2 L的O2，轉移電子2 mol，而2 mol Cl－失去2 mol電子，故最多去除2 mol Cl－，D錯誤。
4.(2023 年海南卷)利用金屬 Al、海水及其中的溶解氧可組成
電池，如圖所示。下列說法正確的是(
)
A.b 電極為電池正極
C.電池工作時，緊鄰 a 電極區域的海水呈強堿性
D.每消耗 1 kg Al，電池最多向外提供 37 mol 電子的電量
B.電池工作時，海水中的Na＋向a電極移動
答案：A

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