文档内容
第 22 讲 原电池 化学电源
目录
考情分析
考点二 化学电源
网络构建
【夯基·必备基础知识梳理】
考点一 原电池的工作原理及应用 知识点1 化学电源的优点和优劣判断标准
【夯基·必备基础知识梳理】 知识点2 一次电池
知识点1 原电池定义及本质 知识点3 二次电池
知识点2 原电池装置模型 知识点4 燃料电池
知识点3 原电池的工作原理 【提升·必考题型归纳】
知识点4 原电池的应用 考向1 考查一次电池的工作原理及应用
【提升·必考题型归纳】 考向2 考查可充电电池的工作原理及应用
考向1 考查原电池工作原理 考向3 考查燃料电池的工作原理及应用
考向2 考查原电池原理的应用 考向4 考查多液电池的工作原理及应用
真题感悟
考点要求 考题统计 考情分析
2023新课标卷10题，6分 分析近三年高考试题，高考命题在本讲有以下规律：
原电池 2022全国乙卷12题，6分 1．从考查题型和内容上看，高考命题以选择题和非选择题呈
2021全国甲卷9题，6分 现，考查内容主要有以下两个方面：
(1)以新型化学电源为背景，考查原电池的工作原理以及电极
反应方程式的书写、离子移动方向等。
(2)与工农业生产相结合，考查电极产物的分析及检验等。
2023全国乙卷12题，6分 2．从命题思路上看，侧重以新型电源为载体考查原电池的工
化学电源 2022湖南卷8题，3分 作原理。
2021湖南卷12题，4分 (1)选择题：常以新型电源和生产生活、科学实验、物质制备
等为背景，考查电极的判断、离子或电子的移动方向、电子转
移数目的判断和电极反应式的书写等。
(2)非选择题：与化学实验、化学平衡、离子平衡、元素及其化合物等知识相结合来综合考查，常考查电极反应式的书写、
探究原电池原理的应用。
3.根据高考命题的特点和规律，复习时要注意以下几个方面：
(1)构成原电池的基本元件有哪些；
(2)该电池有哪些特点；
(3)电极选择与电解液选择有何要求。
考点一 原电池的工作原理及应用
知识点1 原电池定义及本质
1.概念：原电池是把化学能转化为电能的装置，
2.反应本质：自发进行的氧化还原反应。知识点2 原电池装置模型及构成条件
(1)一看反应：看是否有能_______________的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。
(2)二看两电极：一般是活泼性_______的两电极。
(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：
①电解质溶液；
②两电极直接或间接接触；
③两电极插入电解质溶液中。
知识点3 原电池的工作原理（以锌铜原电池为例）
1.反应原理
①电子移动方向：锌失电子逐渐溶解变成_______进入溶液，电子从负极经导线流入正极。
②离子移动方向：阴离子向_______极移动(如SO)，阳离子向_______极移动(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在
正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)。
③两极电极反应式
负极(锌极)：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)。
正极(铜极)：2H＋＋2e－===H (还原反应)。
2
总反应：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H↑。
2
2.单液原电池和双液原电池对比
比较项目 单液原电池 双液原电池
相同点 正负极，电极反应，总反应式，电极现象不 能量
化学能转化为电能和热能 化学能只转化为电能
同 变化
点 反应
两极反应在相同区域 两极反应在不同区域
区域
3.双液原电池中盐桥的组成和作用
①盐桥中装有饱和的KCl、KNO 等溶液和琼胶制成的胶冻。
3
②盐桥中离子移向：盐桥含饱和KCl（KNO）溶液，K＋移向正极，Cl－（NO －）移向负极
3 3
③盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。
【名师点拨】以铜锌原电池为例构建原电池的认知模型
知识点4 原电池的应用
1.比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非
金属)。
2.加快化学反应速率：一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率增大。如在 Zn与稀硫酸
反应时加入少量CuSO 溶液构成原电池，反应速率增大。
4
【特别提醒】原电池加快反应速率的理解：在理解形成原电池可加快反应速率时，要注意对产物量的理解，
Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO 溶液，锌足量时，不影响产生H 的物质的量，但稀硫酸足量时，产生
4 2
H 的物质的量要减少。
2
3.用于金属的防护：使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。如要保护一个铁质的输水管道或钢铁
桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。
4.设计制作化学电源
①拆分反应：将氧化还原反应分成两个半反应。
②选择电极材料：将还原剂（一般为比较活泼的金属）作负极，活泼性比负极弱的金属或非金属导体作正
极。如果还原剂不是金属而是其它还原性物质，可选择惰性电极——石墨棒、铂片作负极。
③构成闭合回路：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(如溶解于溶液中的空气)。如果两个半反应分别在两个容器进行（中间连接盐桥），则两个容器中
的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属的阳离子。
④画装置图：结合要求及反应特点，画出原电池装置图，标出电极材料名称、正负极、电解质溶液等。考向1 考查原电池工作原理
例1．（2023·广东·校联考模拟预测）硫化氢(H S)是强烈的神经毒素，对黏膜有强烈的刺激作用。科研人
2
员设计了如图装置，借助太阳能，将HS再利用，变废为宝。下列叙述正确的是
2
A．b电极发生氧化反应
B．a电极区不可用NaOH溶液作电解质溶液
C． 的迁移方向为b电极→a电极
D．每生成2g H ，负极区需消耗22.4 L H S
2 2
【变式训练1】（2023·河北张家口·统考一模）利用同种气体在两极浓度不同而产生电势差可设计成气体浓
差电池，利用浓差电池可测定混合气体中某气体含量。实验室通过氧气浓差电池测定空气中氧气含量的工
作原理如图所示，其中在参比电极上通入纯氧气，测量电极上通入空气。下列说法错误的是
A．熔融ZrO、CaO混合物可用于传递O2-
2
B．工作时，电子由测量电极经外电路流向参比电极
C．工作时，用初期读数计算所得空气中氧气含量更准确
D．相同压强下，电势差越大，空气中氧气含量越高
【变式训练2】（2023·全国·模拟预测）2023年2月，我国首个兆瓦级铁-铬液流电池储能项目在内蒙古成
功试运行，该项目刷新了全球最大容量记录。铁-铬液流电池的电解质溶液是含铁盐和铬盐的稀盐酸溶液。
下列说法错误的是A．安全性高、成本低、绿色低碳、能量密度低是该电池的特点
B．充电时电池的反应为：
C．放电时，电路中每流过0.1mol电子， 浓度降低0.1mol/L
D．负极每 被氧化，电池中有1mol 通过交换膜向正极转移
考向2 考查原电池原理的应用
例2．（2023·全国·模拟预测）用微生物燃料电池处理含氨氮的废水，是一项重要的研究课题。某科研小组
利用如图所示的装置模拟含氨氮废水的处理。
下列说法错误的是
A．附着微生物的石墨为负极
B．处理废水时，不宜在高温下进行
C．石墨电极的电极反应式：
D．左右两侧电极附近溶液的pH均升高
【变式训练1】（2023·上海松江·统考二模）将表面发黑(黑色物质为Ag S)的银器浸入盛有食盐水的铝制容
2
器中(如图)，一段时间后黑色褪去。有关说法正确的是A．该处理过程中电能转化为化学能
B．铝质容器为阳极，其质量变轻
C．Ag S溶解于食盐水生成了AgCl
2
D．银器为正极，Ag S被还原为单质银
2
【变式训练2】（2023·内蒙古阿拉善盟·统考一模）一种具有高能量比的新型干电池示意图如图所示，石墨
电极区发生的电极反应为MnO +e-+H O=MnO(OH)+OH-。该装置工作时，下列叙述正确的是
2 2
A．石墨电极上的电势比Al电极上的低
B．每消耗27g Al，有3mol电子通过溶液转移到石墨电极上
C．若采用食盐水+NaOH溶液作电解质溶液，电极反应式相同
D．Al电极区的电极反应式： Al-3e- +3NH·H O =Al(OH) +3
3 2 3
考点二 化学电源
知识点1 化学电源的优点和优劣判断标准
1.相对其他能源，电池的优点是能量转换效率较高，供能稳定可靠，形状、大小可根据需要设计，使用方
便等。
2.判断电池优劣的标准是电池单位质量或单位体积所能输出的比能量或比功率及可储存时间的长短。
知识点2 一次电池（放电后不可再充电的电池）
1.碱性锌锰干电池
正极材料：MnO
2
正极反应：2MnO ＋2HO＋2e－===2MnOOH＋2OH－；
2 2
负极材料：Zn
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH) ；
2总反应：Zn＋2MnO ＋2HO===2MnOOH＋Zn(OH) 。
2 2 2
2.银锌电池
正极材料：Ag O
2
正极反应：Ag O＋HO＋2e－===2Ag＋2OH－；
2 2
负极材料：Zn
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH) ；
2
总反应：Zn＋Ag O＋HO===Zn(OH) ＋2Ag。
2 2 2
3.锂电池
Li－SOCl 电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl －SOCl 。
2 4 2
负极材料：锂
电极反应：8Li－8e－===8Li＋。
正极材料：SOCl
2
正极反应：3SOCl ＋8e－===2S＋SO＋6Cl－。
2
总反应：8Li＋3SOCl ===6LiCl＋LiSO ＋2S。
2 2 3
知识点3 二次电池
1.特点及工作原理
（1）特点：放电后能充电复原继续使用，两个电极均参与电极反应，“放电”为原电池原理，“充电”
为电解池原理。
（2）铅蓄电池工作原理：
铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO 。
2
①放电时的反应
a．负极反应：Pb＋SO－2e－===PbSO；
4
b．正极反应：PbO ＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO＋2HO；
2 4 2
c．总反应：Pb＋PbO ＋2HSO ===2PbSO＋2HO。
2 2 4 4 2
②充电时的反应
a．阴极反应：PbSO ＋2e－===Pb＋SO；
4
b．阳极反应：PbSO ＋2HO－2e－===PbO＋4H＋＋SO；
4 2 2
c．总反应：2PbSO ＋2HO===Pb＋PbO ＋2HSO 。
4 2 2 2 4
【易错提醒】可逆电池的充、放电不能理解为可逆反应。2.图解二次电池的充放电
3.二次电池的充放电规律
(1)充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，
可简记为负接负后作阴极，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。
知识点4 燃料电池
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 2H－4e－===4H＋ 2H＋4OH－－4e－===4H O
2 2 2
正极反应式 O＋4e－＋4H＋===2H O O＋2HO＋4e－===4OH－
2 2 2 2
电池总反应式 2H＋O===2H O
2 2 2
备注 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.甲烷燃料电池
①酸性介质(如HSO )或传导质子（H＋）固体介质
2 4
总反应式：CH＋2O===CO ＋2HO。
4 2 2 2
负极反应式：CH－8e－＋2HO===CO ＋8H＋。
4 2 2
正极反应式：2O＋8e－＋8H＋===4H O。
2 2
②碱性介质(如KOH)
总反应式：CH＋2O＋2OH－===CO＋3HO。
4 2 2
负极反应式：CH－8e－＋10OH－===CO＋7HO。
4 2
正极反应式：2O＋8e－＋4HO===8OH－。
2 2
③熔融盐介质(如KCO)
2 3
总反应式：CH＋2O===CO ＋2HO。
4 2 2 2
负极反应式：CH－8e－＋4CO2-===5CO ＋2HO。
4 3 2 2
正极反应式：2O＋8e－＋4CO===4CO 2-。
2 2 3
④用能传导氧离子(O2-)的固体作介质
总反应式：CH＋2O===CO ＋2HO。
4 2 2 2
负极反应式：CH－8e－＋4O2-===CO ＋2HO。
4 2 2
正极反应式：2O＋8e－===4O2-。
2
3.解答燃料电池题目的思维模型4.解答燃料电池题目的几个关键点
①要注意介质是什么？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。
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。
5.化学电源中电极反应式书写的一般方法
(1)明确两极的反应物；
(2)明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物；
(3)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物；
(4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。
注意：①H＋在碱性环境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成HO，在中性
2
或碱性环境结合HO，生成OH－；③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在
2
电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。
考向1 考查一次电池的工作原理及应用
例1.（2023·陕西咸阳·统考三模）最近科学家研发了“全氢电池”，工作原理如图所示。下列说法正确的
是
A．吸附层a发生的电极反应为：
B．NaClO 的作用是传导离子并参与电极反应
4
C．电解质溶液中Na+向左移动，ClO 向右移动
D．全氢电池的总反应为：2H+O =2H O
2 2 2
【变式训练1】（2023·江苏南通·统考三模）一种可用于吸收 的电池，其工作时的原理如图所示。下列
说法正确的是A．电极a上发生的电极反应为
B．Ⅰ室出口处溶液的pH大于入口处
C．如果将Ⅰ室、Ⅱ室间改为阳离子交换膜，则电池工作时Ⅰ室可能有 沉淀生成
D．该装置可以制取 和
【变式训练2】（2023·全国·模拟预测）一种新型微生物电池工作原理如图所示(a、b极均为情性电极，隔
膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜)。下列说法正确的是
A．a极的电势高于b极 B．图示装置能实现海水淡化
C．升高温度可提高电池工作效率 D．1molCH COO-被还原时有4molNa+进入b极区
3
考向2 考查可充电电池的工作原理及应用
例2．（2023·江苏扬州·扬州中学校考模拟预测）一种新型AC/LiMn O 电池体系，在快速启动、电动车等
2 4
领域具有广阔应用前景。其采用尖晶石结构的LiMn O 作正极(可由LiCO 和MnO 按物质的量比1：2反
2 4 2 3 2
应合成)，高比表面积活性炭AC(石墨颗粒组成)作负极。充电、放电的过程如图所示：
下列说法正确的是
A．合成LiMn O 的过程中可能有H 产生
2 4 2B．放电时正极的电极反应式为：LiMn O+xe-=Li xMnO+xLi+
2 4 (1- ) 2 4
C．充电时AC极应与电源负极相连
D．可以用LiSO 水溶液做电解液
2 4
【变式训练1】（2023·江西·校联考二模）水系可充电电池因其成本低、高离子电导率、高安全性和环境友
好性等优势而备受关注。一种 新型无隔膜Zn/MnO 液流电池的工作原理如图所示。电池以锌箔、石墨毡
2
为集流体，ZnSO 和MnSO 的混合液作电解质溶液，下列叙述正确的是
4 4
A．过程Ⅱ为放电过程，石墨毡电极的电极反应为MnO -2e-+4H+=Mn2++2H O
2 2
B．放电时，当外电路转移2mole-时，两电极质量变化的差值为22g
C．过程I为锌沉积过程，B连电源的正极，电极附近pH增大
D．将电解质溶液换成强酸或强碱性溶液都可延长电池的使用寿命
【变式训练2】（2023·广东湛江·统考模拟预测）如图是我国发明的超大容量锂硫电池。下列说法不正确的
是
A．放电时该电池中电子通过外电路， 通过内电路均移向正极
B．正极的电极反应式为：
C．该电池的电解质为非水体系，通过传递 形成电流
D．充电时，金属锂片上发生氧化反应
考向3 考查燃料电池的工作原理及应用
例3．（2023·浙江·校联考模拟预测）直接 燃料电池是一种新型化学电源，其工作原理如图所
示。电池放电时，下列说法不正确的是A．电池工作时，电极I电势低
B．电极Ⅱ的反应式为：
C．电池总反应为：
D．当电路中转移0.1mol电子时，通过阳离子交换膜的 为3.9g
【变式训练】（2023·浙江·校联考三模）内部重整式高温燃料电池具有良好的商业化前景，其基本工作原
理(以 为原料，熔融碳酸盐为电解质)如图所示。下列说法正确的是
A．b极为正极，发生还原反应
B．电子流向：a极→导线→b极→电解质→a极
C．a极电极反应为
D．该电池所用的隔膜一定属于阳离子交换膜
考向4 考查多液电池的工作原理及应用
例4.（2023·河北秦皇岛·统考三模）一种水性电解液 离子选择双隔膜电池如图所示(已知在
溶液中， 以 存在)。关于电池放电时，下列叙述错误的是
A．MnO 为电池的正极
2B．Ⅱ、Ⅲ区间的隔膜为阳离子交换膜
C．Zn电极反应：
D．当Ⅱ区质量增加17.4g时，电路中转移0.1mol电子
【变式训练】（2023·天津河西·天津市新华中学校考二模）我国科研工作者发明了一种高性能的水系锰基
锌电池[ ]，电池工作示意图如图，该电池工作一段时间后， 的浓度增
大。下列说法正确的是
A．电极X的材料为Zn
B．膜a、b分别为阳、阴离于交换膜
C．正极反应式为
D．当 的物质的量增大0.1mol时，电路中转移0.4mol电子
考向5 考查液流循环电池的工作原理及应用
例5.（2023·四川凉山·统考三模）某储能电池原理如图一，其俯视图如图二，已知N是负极(N 是阿伏加德
A
罗常数的值)，下列说法正确的是
A．放电时，负极反应：NaTi (PO )+2Na+—2e—=Na Ti (PO )
2 4 3 3 2 4 3
B．放电时，N极质量将增重
C．充电时，每转移N 个电子，阳极释放出11.2LCl
A 2
D．充电过程中，右侧储液器中NaCl溶液浓度减小
【变式训练】（2023·广东·汕头市澄海中学校联考模拟预测）锌铁液流电池由于安全、稳定、电解液成本
低等优点成为电化学储能热点技术之一、如图为以 和 作为电极氧化还原电
对的碱性锌铁液流电池放电时工作原理示意图。已知：聚苯并咪唑( )膜允许 离子通过。下列说法错误的是
A． 含有配位键，电池放电总反应为
B．放电过程中，左侧池中溶液 逐渐减小
C．充电过程中，阴极的电极反应为
D．充电过程中，当 通过 膜时，导线中通过
1．（2023·山东·统考高考真题）利用热再生氨电池可实现 电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，
甲、乙两室均预加相同的 电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是
A．甲室 电极为正极
B．隔膜为阳离子膜
C．电池总反应为：
D． 扩散到乙室将对电池电动势产生影响
2．（2023·广东·统考高考真题）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． 作原电池正极
B．电子由 经活性炭流向
C． 表面发生的电极反应：
D．每消耗标准状况下 的 ，最多去除
3．（2023·全国·统考高考真题）一种以 和 为电极、 水溶液为电解质的电池，其示意
图如下所示。放电时， 可插入 层间形成 。下列说法错误的是
A．放电时 为正极
B．放电时 由负极向正极迁移
C．充电总反应：
D．充电阳极反应：
4．（2023·全国·统考高考真题）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
