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第25 讲 原电池 化学电源
1.理解原电池的构成、工作原理及应用。
2.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。
3.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。
考点一 原电池及其工作原理
1．概念和反应本质
原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。
2.构成条件
一看反应。看是否有能自发进行的氧化还原反应发生。
二看两电极。具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)。
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。
3.工作原理(以铜—稀H2SO4—锌原电池为例)
电极材料
锌
铜
电极名称
负极
正极
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋
2H＋＋2e－===H2↑
反应类型
氧化反应
还原反应
电子流向
电子从负极流出经外电路流入正极
离子移向
阳离子移向正极，阴离子移向负极
4.判断原电池正、负极的五种方法
任务目标
必备知识
1
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1．将相同的锌片和铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中，以下叙述正确的是( )
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．两烧杯中溶液的H＋浓度都减小
C．产生气泡的速率甲比乙慢
D．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
【答案】B
【解析】 甲装置形成原电池，铜是正极，氢离子放电产生氢气，铜片表面有气泡产生；乙装置不能构成
原电池，锌与稀硫酸反应产生氢气，铜不反应，A 错误；两烧杯中溶液的H＋均得到电子被还原为氢气，因
此氢离子浓度都减小，B 正确；形成原电池时反应速率加快，则产生气泡的速率甲比乙快，C 错误；金属
性锌强于铜，则甲中铜片是正极，锌片是负极，乙中没有形成闭合回路，不能形成原电池，D 错误。
2．下列关于实验现象的描述不正确的是( )
A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡
B．用锌片作负极，铜片作正极，在CuSO4溶液中，铜片质量增加[来源:学科网]
C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁
D．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快
【答案】C
【解析】铜片和铁片紧靠并浸入稀H2SO4中，铜片上的H＋获得由铁片传递过来的电子2H＋＋2e－===H2↑，
所以可观察到铜片表面出现气泡；锌片作负极，铜片作正极，发生反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，生成的
Cu 在铜片上析出使其质量增加；铜片插入FeCl3溶液，发生的反应是Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，并没有
单质铁的析出；向盛有锌粒和盐酸的试管中，滴入几滴CuCl2溶液，发生反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，
要点突破
2
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置换出的Cu 与剩余的Zn 接触，置于盐酸中，构成了原电池，加速2H＋＋2e－===H2↑的反应，可观察到气
泡放出速率加快。故选C。
3．课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。
下列结论错误的是( )
A．原电池是将化学能转化成电能的装置
B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成
C．图中电极a 为铝条、电极b 为锌片时，导线中会产生电流
D．图中电极a 为锌片、电极b 为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片
【答案】D
【解析】原电池是将化学能转化成电能的装置，A 正确；原电池由电极、电解质溶液和导线等组成，B 正
确；图中电极a 为铝条、电极b 为锌片时，构成原电池，导线中会产生电流，C 正确；图中电极a 为锌片、
电极b 为铜片时，锌片作负极，电子由锌片通过导线流向铜片，D 错误。故选D。
考点二 原电池原理的四大应用
原电池在化工、农业生产及科学研究中的四大应用
1．加快氧化还原反应速率
一个自发的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大，例如Zn 与稀硫酸反应时加入少量的
CuSO4溶液能使产生氢气的速率加快。
2．比较金属活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属活动比正极的活泼。
3．用作金属的防护
被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如，保护铁制输水管或钢铁桥梁，可用导线将其和
一块锌块相连，使Zn 作原电池的负极。
4．设计制作化学电源
必备知识
3
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1．如图所示的原电池装置，X 、Y 为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此
装置的下列说法正确的是( )
A．外电路的电流方向为：X→外电路→Y
B．若两电极分别为Zn 和碳棒，则X 为碳棒，Y 为Zn
C．若两电极都是金属，则它们的活动性为X>Y
D．X 极上发生的是还原反应，Y 极上发生的是氧化反应
【答案】C
【解析】由题图可知，电子的流动方向是X→外电路→Y，则电流的方向就为Y→外电路→X；X 为原电池
的负极，Y 为正极，X 的活动性比Y 的强，X 极应发生氧化反应，Y 极应发生还原反应。所以A、B、D 错
误；C 正确。故选C。
2．下列说法正确的是( )
要点突破
4
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A．构成原电池的两个电极必须是活泼性不同的两种金属
B．通过构成原电池，能将反应的化学能全部转化为电能
C．右图原电池中，电池工作时，SO4
2-移向电池的正极
D．银锌纽扣电池的放电反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag，其中Ag2O 作正极，发生还原反应
【答案】D
【解析】A 项，构成原电池的两个电极不一定都是金属，可以是一极为较活泼金属，另一极为石墨棒，故
A 错误；B 项，通过构成原电池，能将反应的化学能转化为电能，由于存在能量损失，则不可能将化学能
全部转化为电能，故B 错误；C 项，该原电池中，锌为负极，铜为正极，电池工作时，SO4
2-移向电池的负
极，故C 错误；D 项，由电池总反应可知该纽扣电池的反应中Zn 为还原剂、Ag2O 为氧化剂，故Zn 为负极
被氧化、Ag2O 为正极被还原，发生还原反应，故D 正确；故选D。
3.由A、B、C、D 四种金属按下表中装置进行实验。
装置
(Ⅰ)
甲
(Ⅱ)
乙
(Ⅲ)
丙
现象
二价金属A
不断溶解
C 的质
量增加
A 上有
气体产生
根据实验现象回答下列问题：
(1)装置甲中负极的电极反应式是______________________________________。
(2)装置乙中正极的电极反应式是______________________，溶液中Cu2＋向__________极移动(填“B”或
“C”)。
(3)装置丙中溶液的c(H＋)变化是__________(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是________________________________________。
【答案】(1)A－2e－==A2＋ (2)Cu2＋＋2e－==Cu C(3)变小 (4)D>A>B>C
【解析】据图(Ⅰ)知活动性：A>B，A 作负极，电极反应式为A－2e－==A2＋；据图(Ⅱ)知活动性：B>C，正极
反应式为Cu2＋＋2e－==Cu，由阳离子向正极移动知，Cu 2＋向C 极移动；据图(Ⅲ)知活动性：D>A，正极反
应式为2H＋＋2e－==H2↑，故c(H＋)减小。据(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)知活动性：D>A>B>C。
考点三 化学电源的种类及其工作原理
1．一次电池(碱性锌锰干电池)
碱性锌锰干电池的工作原理如图：
必备知识
5
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负极(Zn)，电极反应式：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
正极(MnO2)，电极反应式：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH
2．二次电池(以铅蓄电池为例)
(1)放电时的反应：
①负极反应：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)
②正极反应：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)
③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)
(2)充电时的反应
①阴极反应：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)
②阳极反应：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)
③总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)=====Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)
3．燃料电池
(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，也可分为酸性和碱性两种。
酸性
碱性
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
正极反应式
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应式
2H2＋O2===2H2O
(2)燃料电池的电极本身不参与反应，燃料和氧化剂连续地由外部供给。对于燃料电池要注意燃料在负
极反应，O2在正极反应，要注意电解质溶液或传导介质的影响，如碱性条件下，CO2以CO 形式存在。
1．十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫—空气
质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是(
)
要点突破
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A．该电池放电时质子从Pt2 电极经过内电路移向Pt1 电极
B．Pt1 电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋
C．Pt2 电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1
【答案】D
【解析】 放电时为原电池，质子向正极移动，Pt1 电极为负极，则该电池放电时质子从Pt1 电极移向Pt2
电极，A 错误；Pt1 电极为负极，发生氧化反应，SO2 被氧化为硫酸，电极反应式为SO2＋2H2O－2e－
===SO＋4H＋，硫酸应当拆为离子形式，B 错误；酸性条件下，氧气得电子生成水，C 错误；根据转移电子
数相等可知，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，D 正确。
2．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。
下列说法不正确的是（ ）
A．甲：Zn2+向Cu 电极方向移动，Cu 电极附近溶液中H+浓度增加
B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O
2Ag＋2OH−
C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．丁：电池放电过程中，硫酸浓度不断减少。
【答案】A
【解析】A 项，甲：锌为负极，铜为正极，锌失去电子生成锌离子，Zn2+向Cu 电极方向移动，氢离子在铜
电极得到电子生成氢气，故Cu 电极附近溶液中H+浓度不会增加，故A 错误；B 项，乙：锌为负极，氧化银
为正极，溶液为碱性条件，所以正极的电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O
2Ag＋2OH−，故B 正确；C 项，丙：
锌筒作负极，失去电子，发生氧化反应，锌筒会变薄，故C 正确；D 项，丁：电池放电过程中，铅和二氧
化铅都反应生成硫酸铅，消耗硫酸，硫酸浓度不断减少，故D 正确。故选A。
3．(1)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理
如图所示：
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①HS－在硫氧化菌作用下转化为SO 的电极反应式是_______________________________。
②若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是_______________
_______________________________________________________________________________。
(2)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力，其工作原理如图所示。
①a 电极的电极反应式是_____________________________________________________；
②一段时间后，需向装置中补充
KOH ，请依据反应原理解释原因：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【答案】 (1)①HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋
②HS－、SO 的浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环地把有机物氧化成CO2放出电子
(2)①2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
②发生反应：4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，有水生成，使溶液逐渐变稀，为了保持碱溶液的浓度不变，所以
要补充KOH
【解析】 (1)①酸性环境中反应物为HS－，产物为SO，利用质量守恒和电荷守恒进行配平，电极反应式
为HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋。
(2)①a 电极是通入NH3的电极，失去电子，发生氧化反应，所以该电极作负极，电极反应式是2NH3－6e－
＋6OH－===N2＋6H2O。
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