2025届高三化学一轮复习 化学反应与能量变化之原电池的工作原理及常见电池

2025届高考化学一轮复习讲义

化学反应与能量变化之原电池的工作原理及常见电池考点1原电池的工作原理及其应用

1.

原电池(1)定义：将[1]

转化为[2]

⁠的装置。化学能电能①能自发进行的[3]

⁠。②一般有两个活动性不同的电极(燃料电池的两个电极可以相同)。③形成[4]

，需满足三个条件：a.存在离子导体(电解质)；b.两电极直接

或间接接触；c.两电极插入离子导体中。氧化还原反应闭合回路(2)原电池的构成条件注意离子导体既可以是电解质的水溶液，也可以是能传导离子的固体电解质或熔

融电解质，还可以是有机电解质溶液等。2.

原电池的工作原理(以Zn－Cu原电池为例)

甲(单液电池)

乙(双液电池)电极名称负极正极电极材料ZnCu电极反应[5]

⁠[6]

⁠反应类型[7]

⁠[8]

⁠

氧化反应还原反应电子、电

流方向电子流动方向：负极→导线→正极；(电子不下水，离子不上岸)电流方向：正极→导线→负极问题乙装置的盐桥中的电解质若为KNO3，则K＋移向[9]

池(填“左”

或“右”，下同)，N

移向[10]

⁠池。乙装置的盐桥中的电解质能为Na2S和BaCl2吗？为什么？[11]

⁠

⁠右左不能。

1.

易错辨析。(1)在原电池中，电极反应为氧化反应的一极一定是负极。

(

√

)(2)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生。

(

✕

)(3)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定为负极。

(

✕

)

(5)使用盐桥可以提高电池的能量转换效率。

(

√

)√✕✕✕√2.

(1)左侧甲装置与乙装置相比，乙装置的优点是

⁠

⁠。(2)请简述左侧乙装置中盐桥的作用：

⁠

⁠。避免Zn与CuSO4直接反应而产生

能量损耗①构成闭合回路；②盐桥中的离子定向移动

保持左、右两池正、负电荷平衡3.

某科学探究小组用如下装置设计原电池，其中不能形成原电池的是

(填标

号)，原因是

⁠。①④

①中酒精是非电解质；④中未形成闭合回路

命题点1

原电池正、负极的判断1.

有下图所示的四个装置，回答相关问题：(1)图①中，Mg作

⁠极。负(2)图②中，Mg作

极，写出负极反应式：

，正极反应式：

⁠，总反应的离子方程式:

⁠。(3)图③中，Fe作

极，写出负极反应式：

⁠，正极反应

式：

，总反应的化学方程式：

⁠

⁠。正

正

Cu＋

(4)图④装置能否构成原电池？

(填“能”或“否”)，若能构成原电池，正极

为

，电极反应式为

(若不能构成原电池，后两

问不用回答)。能Cu

A.

Zn电极是负极B.

Ag2O电极发生还原反应C.

Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－

Zn(OH)2D.

放电前后电解质溶液的pH保持不变D

技巧点拨判断原电池正、负极的方法判断方法负极正极电极材料活泼金属较不活泼金属或非金属通入物质通入还原剂的电极通入氧化剂的电极电极反应类型发生氧化反应的电极发生还原反应的电极判断方法负极正极电子流向(或电流方向)电子流出的电极(或电流流入

的电极)电子流入的电极(或电流流出的

电极)离子移向阴离子移向的电极阳离子移向的电极电极现象电极不断溶解，质量减少电极增重或质量不变

命题点2

原电池的设计3.

某化学学习小组同学利用Fe3＋与I－发生的氧化还原反应设计一个原电池，并进行

有关实验探究。请回答相关问题：(1)画出简单的示意图，并标明所使用的用品。要求：右池中电极上发生氧化反应。供选择的实验用品：KCl溶液，FeCl3溶液，FeCl2溶液，KI溶液，铜片，锌片，铁

片，石墨，烧杯，盐桥，导线，灵敏电流计。

①反应开始时，右池电极反应式为

，盐桥中的

(填

“阳”或“阴”)离子向右池移动。

阴

②电流计指针不发生偏转时，反应达到化学平衡状态，在左池中加入FeCl2固体，

右池的电极作

(填“正”或“负”)极。正

技巧点拨原电池的设计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(一般为较活泼金属)作负极，活动性比负极弱的金属或

非金属导体作正极。3.

构成闭合回路：用导线将确定好的正负极连接，插入离子导体(电解质溶液等)中

形成闭合回路。如果两个半反应分别在两个容器中进行，中间连接盐桥。4.

画出装置图：结合要求及反应特点，画出原电池装置图，标出电极材料的名称、

正负极、电解质溶液等。命题点3

原电池原理的应用4.

[比较不同金属的活动性]有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实

验现象如下：实验装置

部分实验现象a极质量减少；b

极质量增加b极有气体产

生；c极无变化d极溶解；c极有

气体产生电流从a极流向d

极A.

a＞b＞c＞dB.

b＞c＞d＞aC.

d＞a＞b＞cD.

a＞b＞d＞c[解析]把四个实验从左到右分别编号为①②③④，则由实验①现象可知，a为负

极，b为正极，金属活动性a＞b；由实验②现象可知，b可与稀硫酸反应产生H2，c不

与稀硫酸反应，则金属活动性b＞c；由实验③现象可知，d为负极，c为正极，则金

属活动性d＞c；由实验④现象可知，d为负极，a为正极，则金属活动性d＞a。综上

所述可知金属活动性d＞a＞b＞c。由此可判断这四种金属的活动性顺序是(

C

)C技巧点拨原电池原理的应用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能导电的非金属。

3.

用于金属的防护：金属制品作原电池的正极而得到保护。考点2常见化学电源

1.

常见化学电源类型类

型装置工作原理一

次

电

池碱性锌锰电池

负极反应：[1]

⁠。正极反应：MnO2＋e－＋H2O

MnO(OH)＋OH－。电池反应：Zn＋2MnO2＋2H2O

2MnO(OH)＋Zn(OH)2

类

型装置工作原理一

次

电

池银锌(纽扣)电池

负极反应：[2]

⁠。正极反应：Ag2O＋2e－＋H2O

2Ag＋2OH－。电池反应：Zn＋Ag2O

ZnO＋2Ag

类

型装置工作原理二

次电

池铅酸蓄电池

放电时：负极反应为Pb－2e－＋S

PbSO4；正极反应为PbO2＋2e－＋S

＋4H＋

PbSO4＋2H2O；电池反应为[3]

⁠

2.

燃料电池类型装置工作原理氢氧燃料电池

负极反应：[4]

。正极反应：O2＋4e－＋4H＋

2H2O。电池反应：2H2＋O2

2H2O

负极反应：[5]

⁠。正极反应：O2＋4e－＋2H2O

4OH－。电池反应：2H2＋O2

2H2O

类型装置工作原理氢氧燃料电池

负极反应：[6]

。

正极反应：O2＋4e－

2O2－。

电池反应：2H2＋O2

2H2O

类型装置工作原理甲烷

燃料

电池

负极反应：[7]

.

⁠。正极反应：O2＋4e－＋2H2O

4OH－。电池反应：CH4＋2OH－＋2O2

C

＋3H2O

1.

易错辨析。(1)碱性锌锰电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使碱性锌锰电池的比能量

高、可储存时间长。

(

✕

)(2)铅酸蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。

(

√

)(3)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，热能转化为电能。

(

✕

)✕√✕

(2)你能发现二次电池放电时的电极反应与充电时的电极反应之间的关系吗？二次电池充电时的阴极反应是放电时的负极反应的“逆反应”；充电时的阳极反应

是放电时正极反应的“逆反应”。增大

2H2SO4

3.

北京冬奥会期间使用氢燃料清洁能源汽车，其氢氧燃料电池工作示意图如图

所示。(1)电极a为电池的

(填“正”或“负”)极。(2)电极b表面的反应为

⁠。(3)电池工作过程中OH－向电极

(填“a”或“b”)移动。负

a

4.

甲烷作燃料电池的负极反应物时，其电极反应式在不同的介质中有不同的写法。(1)强酸作介质

⁠。(2)导O2－固体作介质

⁠。(3)熔融碳酸盐作介质

⁠。

A.

正极反应为V

＋2H＋＋e－

VO2＋＋H2OB.

负极附近的溶液由紫色逐渐变为绿色C.

每生成1molH2O转移电子的物质的量为0.5molD.

放电过程中溶液的pH逐渐增大C

A.

充电时，电池的总反应Li2O2

2Li＋O2B.

充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C.

放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移D.

放电时，正极发生反应O2＋2Li＋＋2e－

Li2O2C

技巧点拨原电池电极反应式的书写模型1.

“公式法”书写原电池电极反应式2.

“加减法”书写原电池电极反应式命题点2

燃料电池3.

[海南高考改编]某燃料电池主要构成要素如图所示，下列说法错误的是(

C

)A.

电池可用于乙醛的制备B.

b电极为负极C.

电池工作时，a电极附近pH降低D.

a电极的反应式为O2＋4e－＋4H＋

2H2OC[解析]结合图示装置可知该燃料电池工作时，乙烯在b电极上发生氧化反应生成乙

醛，则O2在a电极上发生还原反应，电极反应如下：电极电极反应负极(b电极)2CH2

CH2＋2H2O－4e－

2CH3CHO＋4H＋正极(a电极)O2＋4e－＋4H＋

2H2O

结合上述分析可知，B、D项正确；电池工作时，a电极上O2发生还原反应时消耗H＋

生成H2O，即a电极附近溶液pH升高，C项错误。4.[2021山东]以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH－O2、N2H4－O2、(CH3)2NNH2－O2清洁燃料电池，下列说法正确的是(

C

)A.

放电过程中，K＋均向负极移动B.

放电过程中，KOH物质的量均减小C.

消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2－O2燃料电池的理论放电量最大D.

消耗1molO2时，理论上N2H4－O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2LC

1.

[铝－海水电池][2023海南]利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所

示。下列说法正确的是(

A

)A.

b电极为电池正极B.

电池工作时，海水中的Na＋向a电极移动C.

电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性D.

每消耗1kgAl，电池最多向外提供37mol电子的电量A[解析]由装置图可知该装置为原电池，其中铝为活泼金属，发生氧化反应，为负

极，则石墨为正极。电极电极反应正极(石墨)O2＋4e－＋2H2O

4OH－负极(Al)Al－3e－

Al3＋

2.

[固体电解质传导][2021重庆]CO2电化学传感器是将环境中CO2浓度转变为电信号

的装置，工作原理如图所示，其中YSZ是固体电解质。当传感器在一定温度下工作

时，在熔融Li2CO3和YSZ之间的界面X会生成固体Li2O。下列说法错误的是(

B

)A.

C

迁移方向为界面X→电极bB.

电极a上消耗的O2和电极b上产生的CO2的物质的量之比为1∶1C.

电极b为负极，发生的电极反应为2C

－4e－

O2↑＋

2CO2↑D.

电池总反应为Li2CO3

Li2O＋CO2↑B[解析]根据各电极上转移电子数相等，知电极a上消耗的O2和电极b上产生的CO2的物质的

量之比为1∶2，B项错误。3.

[电极反应式的书写][2021河北]我国科学家研究Li－CO2电池，取得了重大科研成

果。回答下列问题：(1)Li－CO2电池中，Li为单质锂片，则该电池中的CO2在

(填“正”或“负”)

极发生电化学反应。研究表明，该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且CO2电还原

后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行，写出步骤Ⅲ的离子方程式。正

Ⅲ.

⁠

(2)研究表明，在电解质水溶液中，CO2气体可被电化学还原。CO2在碱性介质中电

还原为正丙醇(CH3CH2CH2OH)的电极反应方程式为

⁠

⁠。

CH3CH2CH2OH＋18OH－

A.

该电池只需更换铝板就可继续使用B.

以网状的铂为正极，能增大与氧气的接触面积C.

电池工作时，电子由铂电极沿导线流向铝电极D.

负极的电极反应式为Al－3e－＋3OH－

Al(OH)3C

2.

[浙江高考]化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。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：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降下列说法不正确的是(

A

)A

3.

[2024长沙长郡梅溪湖中学考试改编]酸性甲醇燃料电池的工作原理如图所示，下

列有关说法不正确的是(

D

)A.

Pt(b)为正极B.

工作时，H＋由a极室向b极室迁移C.

Pt(a)的电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O

CO2↑＋6H＋D.

工作时，电子从Pt(a)经负载流向Pt(b)，再经电解质溶液

流回Pt(a)D[解析]

4.

[2024武汉部分学校调研]我国科技工作者设计了一种CO2转化的多功能光电化学平

台，实现了CO生产与塑料到化学品的协同转化，其原理如图所示。下列说法错误的

是(

D

)A.

光催化电极的电势：a＞bB.

电池工作时，负极区溶液的pH减小C.

正极区的电极反应为CO2＋2e－＋2HC

CO＋2C

＋H2OD.

当电路中通过1mol电子时，正极区溶液质量增大39gD

5.

[2023宁夏石嘴山模拟]我国研发了一种治理污水有机物的技术，通过膜电池除去

废水中的乙酸钠和对氯苯酚，其工作原理如图所示，下列说法正确的是(

C

)A.

B极为电池的正极，发生还原反应B.

微生物膜的作用主要是提高B极的导电性C.

A极电极反应式为

＋H＋＋2e－

Cl－＋