2024届高考一轮复习（新教材新高考）第22讲 原电池 化学电源 课件(50张)

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授课：×××高考一轮复习第22讲原电池化学电源一复习目标二网络构建三知识梳理

题型归纳四真题感悟目录CONTENTS内容索引考点要求 考题统计 考情分析物质的组成、性质、分类 2023**卷**题，**分2022**卷**题，**分2021**卷**题，**分 ……传统文化中的性质与变化 2023**卷**题，**分2022**卷**题，**分2021**卷**题，**分 考情分析考点要求考题统计考情分析

原电池2023新课标卷10题，6分2022全国乙卷12题，6分2021全国甲卷9题，6分分析近三年高考试题，高考命题在本讲有以下规律：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。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作原理。(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。化学电源2023全国乙卷12题，6分2022湖南卷8题，3分2021湖南卷12题，4分网络构建01原电池的工作原理及应用PARTONE02夯基·必备基础知识1.概念：原电池是把化学能转化为电能的装置，知识点1原电池定义及本质知识点2原电池装置模型及构成条件2.反应本质：自发进行的氧化还原反应。02夯基·必备基础知识知识点2原电池装置模型及构成条件(1)一看反应：看是否有能自发进行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：一般是活泼性不同的两电极。(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。02夯基·必备基础知识知识点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Zn2＋进入溶液，电子从负极经导线流入正极。②离子移动方向：阴离子向负极移动(如SO42-)，阳离子向正极移动(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－=H2(还原反应)。总反应：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑。02夯基·必备基础知识知识点3原电池的工作原理（以锌铜原电池为例）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，电极现象不同点能量变化化学能转化为电能和热能化学能只转化为电能反应区域两极反应在相同区域两极反应在不同区域02夯基·必备基础知识知识点3原电池的工作原理（以锌铜原电池为例）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、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。②盐桥中离子移向：盐桥含饱和KCl（KNO3）溶液，K＋移向正极，Cl－（NO3－）移向负极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02夯基·必备基础知识知识点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CuSO4溶液构成原电池，反应速率增大。【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CuSO4溶液，锌足量时，不影响产生H2的物质的量，但稀硫酸足量时，产生H2的物质的量要减少。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。02夯基·必备基础知识知识点4原电池的应用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。02提升·必备题型归纳考向1考查原电池工作原理B例1．（2023·广东·校联考模拟预测）硫化氢(H2S)是强烈的神经毒素，对黏膜有强烈的刺激作用。科研人员设计了如图装置，借助太阳能，将H2S再利用，变废为宝。下列叙述正确的是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．H+的迁移方向为b电极→a电极D．每生成2gH2，负极区需消耗22.4LH2S02提升·必备题型归纳考向1考查原电池工作原理D【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ZrO2、CaO混合物可用于传递O2-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02提升·必备题型归纳考向1考查原电池工作原理C【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，Fe3+浓度降低0.1mol/LD．负极每1molCr2+被氧化，电池中有1molH+通过交换膜向正极转移02提升·必备题型归纳考向2考查原电池原理的应用D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02提升·必备题型归纳考向2考查原电池原理的应用D【变式训练1】（2023·上海松江·统考二模）将表面发黑(黑色物质为Ag2S)的银器浸入盛有食盐水的铝制容器中(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．Ag2S溶解于食盐水生成了AgClD．银器为正极，Ag2S被还原为单质银02提升·必备题型归纳考向2考查原电池原理的应用D【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MnO2+e-+H2O=MnO(OH)+OH-。该装置工作时，下列叙述正确的是A．石墨电极上的电势比Al电极上的低B．每消耗27gAl，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-+3NH3·H2O=Al(OH)3+3NH4+02化学电源PARTONE02夯基·必备基础知识知识点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。1.碱性锌锰干电池知识点2一次电池（放电后不可再充电的电池）正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－；负极材料：Zn负极反应：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2。正极材料：MnO202夯基·必备基础知识2.银锌电池知识点2一次电池（放电后不可再充电的电池）正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－；负极材料：Zn负极反应：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；总反应：Zn＋Ag2O＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2。正极材料：Ag2O02夯基·必备基础知识3.锂电池知识点2一次电池（放电后不可再充电的电池）正极反应：3SOCl2＋8e－=2S＋SO32-＋6Cl－；负极材料：Li负极反应：8Li－8e－=8Li＋；总反应：8Li＋3SOCl2=6LiCl＋Li2SO3＋2S。正极材料：SOCl2Li－SOCl2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LiAlCl4－SOCl2。02夯基·必备基础知识1.特点及工作原理知识点3二次电池①放电时的反应a．负极反应：Pb＋SO42-－2e－=PbSO4；b．正极反应：PbO2＋4H＋＋SO42-＋2e－=PbSO4＋2H2O；c．总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O。（2）铅蓄电池工作原理：（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。02夯基·必备基础知识知识点3二次电池②充电时的反应a．阴极反应：PbSO4+2e－=Pb＋SO42-；b．阳极反应：PbSO4＋2H2O-2e－=PbO2＋4H＋＋SO42-；c．总反应：2PbSO4＋2H2O=Pb＋PbO2＋2H2SO4。【易错提醒】可逆电池的充、放电不能理解为可逆反应。02夯基·必备基础知识知识点3二次电池2.图解二次电池的充放电02夯基·必备基础知识知识点3二次电池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。02夯基·必备基础知识知识点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2H2－4e－=4H＋2H2＋4OH－－4e－=4H2O正极反应式O2＋4e－＋4H＋=2H2OO2＋2H2O＋4e－=4OH－电池总反应式2H2＋O2=2H2O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02夯基·必备基础知识知识点4燃料电池2.甲烷燃料电池①酸性介质(如H2SO4)或传导质子（H＋）固体介质总反应式：CH4＋2O2=CO2＋2H2O。负极反应式：CH4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋。正极反应式：2O2＋8e－＋8H＋=4H2O。②碱性介质(如KOH)总反应式：CH4＋2O2＋2OH－=CO32-＋3H2O。负极反应式：CH4－8e－＋10OH－=CO32-＋7H2O。正极反应式：2O2＋8e－＋4H2O=8OH－。02夯基·必备基础知识知识点4燃料电池2.甲烷燃料电池③熔融盐介质(如K2CO3)总反应式：CH4＋2O2=CO2＋2H2O。负极反应式：CH4－8e－＋4CO32-=5CO2＋＋2H2O。正极反应式：2O2＋8e－＋4CO2=4CO32-。④用能传导氧离子(O2-)的固体作介质总反应式：CH4＋2O2=CO2＋2H2O。负极反应式：CH4－8e－＋4O2-==CO2＋2H2O。正极反应式：2O2＋8e－=4O2-。02夯基·必备基础知识知识点4燃料电池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。02夯基·必备基础知识知识点4燃料电池5.化学电源中电极反应式书写的一般方法(4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。(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；02夯基·必备基础知识知识点4燃料电池【特别提醒】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H2O，在中性或碱性环境结合H2O，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。02提升·必备题型归纳考向1考查一次电池的工作原理及应用A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．NaClO4的作用是传导离子并参与电极反应C．电解质溶液中Na+向左移动，ClO4-向右移动D．全氢电池的总反应为：2H2+O2=2H2O02提升·必备题型归纳考向1考查一次电池的工作原理及应用D【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CaCO3沉淀生成D．该装置可以制取CaCl2和NaHCO302提升·必备题型归纳考向1考查一次电池的工作原理及应用B【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．1molCH3COO-被还原时有4molNa+进入b极区02提升·必备题型归纳考向2考查可充电电池的工作原理及应用C例2．（2023·江苏扬州·扬州中学校考模拟预测）一种新型AC/LiMn2O4电池体系，在快速启动、电动车等领域具有广阔应用前景。其采用尖晶石结构的LiMn2O4作正极(可由Li2CO3和MnO2按物质的量比1：2反应合成)，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LiMn2O4的过程中可能有H2产生B．放电时正极的电极反应式为：LiMn2O4+xe-=Li(1-x)Mn2O4+xLi+C．充电时AC极应与电源负极相连D．可以用Li2SO4水溶液做电解液02提升·必备题型归纳考向2考查可充电电池的工作原理及应用B【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/MnO2液流电池的工作原理如图所示。电池以锌箔、石墨毡为集流体，ZnSO4和MnSO4的混合液作电解质溶液，下列叙述正确的是A．过程Ⅱ为放电过程，石墨毡电极的电极反应为MnO2-2e-+4H+=Mn2++2H2OB．放电时，当外电路转移2mole-时，两电极质量变化的差值为22gC．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02提升·必备题型归纳考向2考查可充电电池的工作原理及应用D【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，Li+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Li+传递形成电流D．充电时，金属锂片上发生氧化反应02提升·必备题型归纳考向3考查燃料电池的工作原理及应用C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K+为3.9g02提升·必备题型归纳考向3考查燃料电池的工作原理及应用A【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CH4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02提升·必备题型归纳考向4考查多液电池的工作原理及应用D例4.（2023·河北秦皇岛·统考三模）一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(已知在KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42-存在)。关于电池放电时，下列叙述错误的是A．MnO2为电池的正极B．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02提升·必备题型归纳考向4考查多液电池的工作原理及应用C【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，K2SO4的浓度增大。下列说法正确的是A．电极X的材料为ZnB．膜a、b分别为阳、阴离于交换膜C．正极反应式为D．当K2SO4的物质的量增大0.1mol时，电路中转移0.4mol电子02提升·必备题型归纳考向5考查液流循环电池的工作原理及应用D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(NA是阿伏加德罗常数的值)，下列说法正确的是A．放电时，负极反应：NaTi2(PO4)3+2Na+-2e-=Na3Ti2(PO4)3B．放电时，N极质量将增重C．充电时，每转移NA个电子，阳极释放出11.2LCl2D．充电过程中，右侧储液器中NaCl溶液浓度减小02提升·必备题型归纳考向5考查液流循环电池的工作原理及应用D【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

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