文档内容
第 02 讲 原电池、化学电源
目录
01
考情透视·目标导航
02 知识导图·思维引航...................................................................................................................
03考点突破·考法探究....................................................................................................................
考点一 原电池的工作原理...........................................................................................................
知识点1 原电池的概念及构成条件.............................................................................................
知识点2 原电池的应用..............................................................................................................
考向1 原电池的工作原理.........................................................................................................
考向2 原电池电极判断及电极反应的书写.................................................................................
考向3 “盐桥”的作用与化学平衡的移动....................................................................................
考点二 化学电源...........................................................................................................................
知识点1 一次电池、二次电池电极反应式的书写......................................................................
知识点2 燃料电池...................................................................................................................
考向1 一次电池.......................................................................................................................
考向2 二次电池.......................................................................................................................
考向3 燃料电池.......................................................................................................................
04真题练习·命题洞见....................................................................................................................
04真题练习·命题洞见....................................................................................................................
考点要求 考题统计 考情分析2024·江苏卷8题，3分；2024·北京卷3
题，3分；2023广东卷6题，2分；2023
电化学知识是中学化学中的重要基本概
原电池原理 山东卷11题，4分；2022全国甲卷12
念，也是近年来高考化学的持续热点，在复
综合应用 题，6分；2022山东卷13题，4分；
杂、陌生、新颖的研究对象和真实问题情境
2021广东卷9题，2分；2021山东卷10
下，体现了对电化学知识基础性、综合性、
题，2分；
创新性和应用性的考查。近年高考中对电化
学的考查出现了新的变化，以装置图为载体
2024·安徽卷11题，3分；2024·全国甲
来考查电化学的相关知识，成为近年高考的
卷6题，3分；2024·河北卷13题，3
新亮点，考查的关键能力侧重于两个方面：
分；2023辽宁卷11题，3分；2023全国
一是理解与辨析能力，要求学生能够从图示
甲卷10题，6分；2022辽宁卷14题，3
新型二次电 电化学装置中提取有效信息，判断装置种
分；2022福建卷9题，4分；2021河北
池 类、辨别电极名称等；二是分析与推理能
卷9题，3分；2021辽宁卷10题，3
力，要求学生能够根据图示信息和电解池的
分；2021浙江1月选考22题，2分； 工作原理，分析电极反应的类型、电解质的
2021浙江6月选考22题，2分；2021湖 作用、离子的移动方向以及定量分析转移电
南卷10题，3分； 子的物质的量等。
燃料电池 2024·全国新课标卷6题，3分
复习目标：
1．理解原电池的构成、工作原理及应用，正确判断原电池的两极，能书写电极反应式和总反应方
程式。
2．了解常见化学电源的种类及其工作原理；了解燃料电池的应用。体会研制新型电池的重要性。
3．能够认识和书写新型化学电源的电极反应式。
考点一 原电池的工作原理知识点1 原电池的概念及构成条件
1．定义：把__________转化为__________的装置。
2．原电池的形成条件
（1）能自发进行的____________________。
（2）两个金属活动性不同的电极(燃料电池的两个电极可以相同)。
（3）形成__________，需满足三个条件：a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入电
解质溶液或熔融电解质中。
3．工作原理(以锌铜原电池为例)
【名师提醒】
1．根据内电路中的离子流向判断正、负极，在内电路中，阳离子由负极区流向正极区，阴离子由正
极区流向负极区。
2．盐桥主要作用就是构建闭合的内电路，但不影响反应的实质。盐桥内常为饱和氯化钾、硝酸钾等
溶液。
知识点2 原电池的应用
1．设计制作化学电源
2．比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性__________的金属，正极一般是活动性较
弱的金属(或非金属)。
3．加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率__________。
4．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。考向1 原电池的工作原理
【例1】某小组利用下列装置进行电化学实验，下列实验操作及预期现象正确的是 ( )
A．X和Y与电流表连接，电子由Cu极流向Zn极
B．X和Y与电流表连接，将Zn换成Fe测得电流更大
C．X和Y分别与电源“－”、“＋”极相连，Cu极质量减轻
D．X和Y分别与电源“－”、“＋”极相连，Zn极质量减轻
【名师点睛】
1．判断电极名称的基本方法是看电极反应物的反应类型，若电极反应物失去电子，发生氧化反应则
为负极，反之为正极。
2．双液铜、锌原电池(带盐桥)与单液原电池相比，最大的优点是Zn与氧化剂(Cu2＋)不直接接触，仅有
化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，放电时间长。
3．无论是原电池还是电解池，电子均不能通过电解质溶液，即电子不下水，离子不上线。
【变式训练】（2024·四川省大数据精准教学联盟高三第二次统一监测）通过测定下图电池的标准电动
势 (V)，可计算电池总反应的平衡常数 。已知： ，该电池z=1；盐桥中装有含KCl饱
和溶液的琼脂，离子可在其中自由移动。下列说法错误的是( )
A．正极反应为AgCl+e-=Ag+Cl-
B．反应后，右侧烧杯中c(AgNO)增大
3
C．每转移1mole-，两个电极的质量共减少143.5gD．若 ，Ag+(aq)+ Cl-(aq) AgCl(s)的平衡常数为
考向2 原电池电极判断及电极反应的书写
【例2】分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( )
A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极
B．②中Mg作正极，电极反应式为6HO＋6e－===6OH－＋3H↑
2 2
C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H ↑
2
【思维建模】
1．原电池电极判断
说明：原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作
负极的固定思维。
2．电极反应的书写
（1）一般电极反应的书写（2）复杂电极反应的书写。复杂电极反应等于总反应减去较简单一极的电极反应。
考向3 “盐桥”的作用与化学平衡的移动
【例3】(2024·浙江省宁波市高三下学期二模)利用下图电池装置可验证不同化合价铁元素的相关性质。
已知：电池装置中，盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率 (如下表)
应尽可能地相近；两烧杯中溶液体积相等。
离子 Li+ Na+ Ca2+ K+ HCO - NO - Cl- SO 2-
3 3 4
4.07 5.19 6.59 7.62 4.61 7.40 7.91 8.27
下列说法正确的是( )
A．根据上表数据，盐桥中应选择KNO 作为电解质
3
B．石墨电极上对应的电极反应式为：Fe2+-e-=Fe3+
C．反应一段时间后，当右池中c(Fe2+)：c(Fe3+)=3：2时，左池中c(Fe2+)=0.15mol·L－1
D．盐桥中的阴离子进入石墨电极一侧溶液中
【思维建模】
1．把氧化剂、还原剂均为溶液状态的氧化还原反应设计成原电池时，必须使用盐桥才能实现氧化剂
与还原剂的分离，否则不会有明显的电流出现。
2．电子流向的分析方法：①改变条件，平衡移动；②平衡移动，电子转移；③电子转移，判断区域；
④根据区域，判断流向；⑤根据流向，判断电极。
【变式训练】控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－ 2Fe2＋＋I 设计成如下图所示的原电池。下列
2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．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl 固体，乙中的石墨电极为负极
2
考点二 化学电源
知识点1 一次电池、二次电池电极反应式的书写
1．新型一次电池
总反应：HO＋2H＋＋Mg===Mg2＋＋2HO
2 2 2
Mg－HO 电池 正极 ______________________________
2 2
负极 Mg－2e－===Mg2＋
总反应：Mg＋2AgCl===2Ag＋MgCl
2
Mg－AgCl电池 正极 ______________________________
负极 Mg－2e－===Mg2＋
总反应：2Na＋xS===Na S
2 x
钠硫电池 正极 ______________________________
负极 2Na－2e－===2Na＋
总反应：2Li＋Cu O＋HO===2Cu＋2Li＋＋2OH－
2 2
锂－铜电池 正极 ______________________________
负极 2Li－2e－===2Li＋
总反应：xLi＋LiV O===Li VO
3 8 1＋x 3 8
锂钒氧化物电池 正极 ______________________________
负极 xLi－xe－===xLi＋
2．新型充电(可逆)电池
总反应：Ag O＋Zn＋HO 2Ag＋Zn(OH)
2 2 2
锌银
正极：Ag O＋HO＋2e－===2Ag＋2OH－
2 2
电池
负极：______________________________阳极：______________________________
阴极：Zn(OH) ＋2e－===Zn＋2OH－
2
总反应：NiO＋Fe＋2HO Fe(OH) ＋Ni(OH)
2 2 2 2
正极：NiO＋2e－＋2HO===Ni(OH) ＋2OH－
2 2 2
镍铁
负极：______________________________
镍 电池
电 阳极：______________________________
池
阴极：Fe(OH) ＋2e－===Fe＋2OH－
2
镍镉 总反应：Cd＋2NiOOH＋2H 2 O Cd(OH) 2 ＋2Ni(OH) 2
电池
说明：参考镍铁电池自行书写。
总反应：3Zn＋2KFeO＋8HO 3Zn(OH) ＋2Fe(OH) ＋4KOH
2 4 2 2 3
正极：2FeO＋6e－＋8HO===2Fe(OH) ＋10OH－
2 3
高铁
负极：______________________________
电池
阳极：______________________________
阴极：3Zn(OH) ＋6e－===3Zn＋6OH－
2
总反应：Li CoO＋LiC LiCoO ＋C (x<1)
1－x 2 x 6 2 6
正极：Li CoO＋xe－＋xLi＋===LiCoO
1－x 2 2
锂离子
负极：______________________________
电池
阳极：______________________________
阴极：xLi＋＋xe－＋C ===LiC
6 x 6
总反应：2NaS＋NaBr NaS＋3NaBr
2 2 3 2 4
正极：NaBr ＋2e－＋2Na＋===3NaBr
钠硫 3
蓄电 负极：______________________________
池
阳极：______________________________
钠 阴极：NaS＋2Na＋＋2e－===2Na S
2 4 2 2
电
池 总反应：Na 1－m CoO 2 ＋Na m C n NaCoO 2 ＋C n
正极：Na CoO＋me－＋mNa＋===NaCoO
钠离 1－m 2 2
子电 负极：______________________________
池
阳极：______________________________
阴极：mNa＋＋C ＋me－===Na C
n m n
总反应：VO＋2H＋＋V2＋ V3＋＋VO2＋＋HO
2
正极：VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋HO
2
全钒液
负极：______________________________
流电池
阳极：______________________________
阴极：V3＋＋e－===V2＋
【方法技巧】
化学电源电极反应的书写、、书写电极反应时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质溶液的环境确定电极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。
(1)拆分法。①写出原电池的总反应；②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，注明正、
负极，并依据质量守恒、电荷守恒及得失电子守恒配平两个半反应。
(2)加减法。①写出总反应；②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)；③利用总反应与写出的
一极反应相减，即得另一个电极的反应。
知识点2 燃料电池
燃料电池(以CHOH燃料电池为例，体会不同介质对电极反应的影响)
3
总反应：2CHOH＋3O===2CO ＋4HO
3 2 2 2
质子交换膜
H＋ 正极 ____________________
(酸性)
负极 CHOH－6e－＋HO===CO ↑＋6H＋
3 2 2
总反应：2CHOH＋3O＋4OH－===2CO＋6HO
3 2 2
碱性燃料电池 OH－ 正极 ____________________
负极 CHOH－6e－＋8OH－===CO＋6HO
3 2
总反应：2CHOH＋3O===2CO ＋4HO
3 2 2 2
固态氧化物燃
O2－ 正极 ____________________
料电池
负极 CHOH－6e－＋3O2－===CO ↑＋2HO
3 2 2
【名师点晴】
1．燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。
2．书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸碱性，溶液的酸碱性对电极反应和总反应都会产生
影响。
考向1 一次电池
【例1】(2024·江苏卷，8)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO +H O= ZnO+2MnOOH，电池构造示意
2 2
图如图所示。下列有关说法正确的是( )
A．电池工作时，MnO 发生氧化反应
2
B．电池工作时，OH-通过隔膜向正极移动
C．环境温度过低，不利于电池放电D．反应中每生成1mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×10-23
【变式训练】(2024·北京市西城区高三一模)我国科学家设计可同时实现H 制备和海水淡化的新型电池，
2
装置示意图如图。
下列说法不正确的是( )
A．电极a是正极
B．电极b的反应式：NH-4e-+4OH-=N ↑+4H O
2 4 2 2
C．每生成1molN ，有2molNaCl发生迁移
2
D．离子交换膜c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜
考向2 二次电池
【例2】(2024·安徽卷，11)我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。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ZnSO 和KI混合液为电解质溶
4
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：I-+Zn Zn2++3I-
3
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【思维建模】
思维模型
例：xMg＋Mo S Mg Mo S
3 4 x 3 4
解题模型
【变式训练】(2024·安徽省马鞍山市高三第二次教学质量检测)磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了
良好的循环稳定性，具有较长的使用寿命，放电时的反应为：LiC +Li FePO = 6C+LiFePO 。图1为某磷
x 6 1-x 4 4
酸铁锂电池的切面，图2为LiFePO 晶胞充放电时Li+脱出和嵌入的示意图。其中O围绕Fe和P分别形成
4
正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。下列说法不正确的是( )
A．放电时，负极反应： LiC - xe- = xLi++6C
x 6
B．(a)过程中1mol晶胞转移的电子数为 N
A
C．(b)代表放电过程， Li+脱离石墨，经电解质嵌入正极
D．充电时的阳极反应： LiFePO - xe-= Li FePO +xLi+
4 1-x 4
考向3 燃料电池
【例3】(2024·全国新课标卷，6)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗
血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电
池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)电池工作时，下列叙述错误的是
A．电池总反应为2C H O+O =2C H O
6 12 6 2 6 12 7
B．b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用
C．消耗18mg葡萄糖，理论上a电极有0.4mmol电子流入
D．两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a
【方法技巧】
(1)注意介质是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气(或其他氧化剂)。
(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。
(4)零价法秒杀负极反应的书写。若负极有机物燃料为CHO，产物中C元素为+4 价的C 或HC
x y z O2- O-
3 3
，则转移电子数为C数×4+H数×1+O数×(-2)，若有机阴离子在负极反应(如CHCOO-)，转移电子数则为C
3
数×4+H数×1+O数×(-2)+电荷数。
【变式训练】(2024·浙江省Z20名校联盟高三联考)一种三室微生物燃料电池的工作原理如图所示，该
电池能同时去除有机物、脱氮形成无害气体和水。下列说法不正确的是( )A．X、Y交换膜均为质子交换膜
B．电极室C中溶液经灭菌后通入电极室A
C．b电极反应式：
D．电极室C中仅发生还原反应
1．(2024·北京卷，3，3分)酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理，下列说法
正确的是( )
A．石墨作电池的负极材料 B．电池工作时，NH +向负极方向移动
4
C．MnO 发生氧化反应 D．锌筒发生的电极反应为Zn-2e-=Zn2＋
2
2．(2024·全国甲卷，6，3分)科学家使用δ-MnO 研制了一种MnO -Zn可充电电池(如图所示)。电池工
2 2
作一段时间后，MnO 电极上检测到MnOOH和少量ZnMn O。下列叙述正确的是( )
2 2 4A．充电时，Zn2+向阳极方向迁移
B．充电时，会发生反应Zn+2MnO =ZnMn O
2 2 4
C．放电时，正极反应有MnO +H O+e-=MnOOH+OH-
2 2
D．放电时，Zn电极质量减少0.65g，MnO 电极生成了0.020molMnOOH
2
3．(2024·河北卷，13，3分)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO 电池，以Mg(TFSI) 为
2 2
电解质，电解液中加入1，3-丙二胺( )以捕获CO，使放电时CO 还原产物为MgC O。该设计克服了
2 2 2 4
MgCO 导电性差和释放CO 能力差的障碍，同时改善了Mg2+的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。
3 2
下列说法错误的是( )
A．放电时，电池总反应为Mg+2CO= MgC O
2 2 4
B．充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C．充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2+向阴极迁移
D．放电时，每转移1mol电子，理论上可转化1mol CO
2
4．(2023•广东卷，6)负载有 和 的活性炭，可选择性去除 实现废酸的纯化，其工作原理如图。
下列说法正确的是( )A．Ag作原电池正极
B．电子由Ag经活性炭流向Pt
C．Pt表面发生的电极反应：O+2H O+4e-= 4OH-
2 2
D．每消耗标准状况下11.2L的O，最多去除1mol Cl-
2
5．(2023•辽宁省选择性考试，11)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时负极质量减小
B．储能过程中电能转变为化学能
C．放电时右侧 通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：Pb+SO2-+2Fe3+=PbSO+2Fe2+
4 4
6．(2023•全国乙卷，12)室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-
硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸
作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应： S+e-→ S ， S +e-→S ，2Na++ S +2(1- )e-
8
→NaS
2 x下列叙述错误的是( )
A．充电时Na+从钠电极向硫电极迁移
B．放电时外电路电子流动的方向是a→b
C．放电时正极反应为：2Na++ S+2e-→NaS
8 2 x
D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
7．(2022•全国甲卷，10)一种水性电解液Zn-MnO 离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以
2
Zn(OH) 2-存在)。电池放电时，下列叙述错误的是( )
4
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO 2-通过隔膜向Ⅱ区迁移
4
C． MnO 电极反应：MnO +2e-+4H+=Mn2++2H O
2 2 2
D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO+4H+=Zn(OH) 2-+Mn2++2H O
2 4 2
8．(2022•福建卷，9)一种化学“自充电”的锌-有机物电池，电解质为KOH和Zn(CHCOO) 水溶液。
3 2
将电池暴露于空气中，某电极无需外接电源即能实现化学自充电，该电极充放电原理如下图所示。下列说
法正确的是( )A．化学自充电时，c(OH―)增大
B．化学自充电时，电能转化为化学能
C．化学自充电时，锌电极反应式：Zn2++2e-=Zn
D．放电时，外电路通过 电子，正极材料损耗
9．(2022•广东选择性考试，16)科学家基于Cl 易溶于CCl 的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型
2 4
氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为：NaTi (PO )+2Na++2e-= Na Ti (PO )。下列说法
2 4 3 3 2 4 3
正确的是( )
A．充电时电极b是阴极
B．放电时NaCl溶液的pH减小
C．放电时NaCl溶液的浓度增大
D．每生成1molCl ，电极a质量理论上增加23g
2
10．(2021•辽宁选择性考试，10)如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物LiBi。下列说法正
3
确的是( )A．放电时，M电极反应为
B．放电时，Li+由M电极向N电极移动
C．充电时，M电极的质量减小
D．充电时，N电极反应为LiBi+3e-=3Li++Bi
3
11．(2021•浙江1月选考，22)镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L 为小灯泡，K、K 为开
1 2
关，a、b为直流电源的两极)。
下列说法不正确的是( )
A．断开K、合上K，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能
2 1
B．断开K、合上K，电极A为阴极，发生还原反应
1 2
C．电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变
D．镍镉二次电池的总反应式：Cd+ 2NiOOH+2H O Ca(OH) +2Ni(OH)
2 2 2
12．(2021•湖南选择性考试，10)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源
储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：下列说法错误的是( )
A．放电时，N极为正极
B．放电时，左侧贮液器中ZnBr 的浓度不断减小
2
C．充电时，M极的电极反应式为Zn2++2e-═Zn
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
