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考点18 原电池化学电源【基础过关】1．下列选项描述的过程能实现化学能转化为电能的是()【答案】C【解析】A项，电池充电，是将电能转化为化学能，故A错误；B项，光合作用是太阳能转变化为化学能，故B错误；C项，手机电池工作是化学能转化为电能，故C正确；D项，太阳能板充电是光能转化为电能，并向蓄电池充电，将电能转化为化学能储存起来，故D错误。
2．(2023·浙江省诸暨市高三适应性考试)可充放电锂硫电池与传统锂电池相比，在能量密度、工作温度、电压稳定方面都有一定的优势。
一种锂硫电池正极材料为被碳材料包装起来的硫单质，放电时Li与S8化合成Li2S固体，下列说法不正确的是( )A．负极失电子，发生氧化反应B．充电时，Li+向碳材料电极移动C．正极的电极反应：S8+16Li++16 e-=8Li2SD．该电池通常不选择水系电解液【答案】B【解析】可充放电锂硫电池放电时，Li为负极，Li失去电子被氧化，正极材料为被碳材料包装起来的硫单质，硫单质得到电子被还原，充电时为电解池，阴极上锂离子得电子被还原，阳极上Li2S失去电子被氧化。
A项，放电时为原电池，负极失电子，发生氧化反应，A正确；B项，充电时为电解池，Li+向阴极Li移动，放电时为原电池，Li+向碳材料电极移动，B不正确；C项，放电时正极发生还原反应，结合题干信息可知，电极反应：S8+16Li++16 e-=8Li2S，C正确；D项，Li能与水反应，则该电池通常不选择水系电解液，D正确；故选B。
3．(2023·辽宁省锦州市高三统考)我国科学家设计的“海泥电池”，既可用于深海水下仪器的电源补给，又有利于海洋环境污染治理，其中微生物代谢产物显酸性，电池工作原理如图所示。
下列说法错误的是( )A．A电极的电势高于B电极B．质子从海底沉积层通过交接面向海水层移动C．负极的电极反应式为CH2O-4e-+H2O=CO2+4H+D．海水和海泥作为电解质的一部分，富含盐分，导电性高，有利于输出电能【答案】C【解析】由图可知，A极物质由氧气转化为水，化合价降低，所以A极是正极，B极是负极。
微专题2 原电池新型化学电源命题角度1 新型化学电源1. (2022·湖南选考)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂—海水电池构造示意图如下。
下列说法错误的是( B )A．海水起电解质溶液作用B．N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D．该锂—海水电池属于一次电池【解析】锂—海水电池的总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑， M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li－e－===Li＋，N极为正极，电极反应为2H2O ＋2e－===2OH－＋H2↑，同时氧气也可以在N极得电子，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；由上述分析可知，N为正极，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，和反应O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故B错误；Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，故C正确；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确；故选B。
2. (2021·重庆选考)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．CO2－3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2CO2－3－4e－===O2↑＋2CO2↑D．电池总反应为Li2CO3===Li2O＋CO2↑【解析】本题考查原电池的工作原理。
原电池中，阴离子向负极移动，则CO2－3由界面X向电极b移动，A项正确；由思路分析可知，转移4 mol电子时，电极a消耗1 mol O2，电极b生成2 mol CO2，物质的量之比为1∶2，B项错误；由思路分析可知，C、D两项正确；故选B。
天津高考化学专项训练原电池化学电源基础题1.如图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。
下列说法错误的是( ) A．铜片表面有气泡生成B．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换C．如果将硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变解析：铜锌原电池中，Cu作正极，溶液中的氢离子在正极上得电子生成氢气，所以Cu 上有气泡生成，故A正确；原电池中化学能转化为电能，LED灯发光时，电能转换为光能，故B正确；柠檬汁显酸性也能作电解质溶液，所以将硫酸换成柠檬汁，仍然构成原电池，所以导线中有电子流动，故C错误；金属性Cu比Zn、Fe弱，Cu作正极，所以电路中的电流方向不变，仍然由Cu流向负极，故D正确。
答案：C2．按如图所示装置进行实验，下列说法不正确的是( )A．装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生B．甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能C．装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转D．装置乙中负极的电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋解析：装置甲中锌与稀硫酸发生氧化还原反应，生成氢气，产生气泡，装置乙中形成铜锌原电池，且锌作负极，铜作正极，正极上H＋得电子生成氢气，A项正确；装置甲中没有形成原电池，不存在化学能与电能的转化，B项错误；装置乙形成了原电池，锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转，C项正确；装置乙中负极的电极反应式为Zn －2e－===Zn2＋，D项正确。
答案：B3．某小组为研究原电池原理，设计如图装置，下列叙述正确的是( )A．若X为Fe，Y为Cu，铁为正极B．若X为Fe，Y为Cu，电子由铜片流向铁片C．若X为Fe，Y为C，碳棒上有红色固体析出D．若X为Cu，Y为Zn，锌片发生还原反应解析：Fe比Cu活泼，Fe作负极，电子从Fe流向Cu，故A、B两项错误；若X为Fe，Y 为C，电解质溶液为硫酸铜，则正极C上析出Cu，故C正确；Zn比Cu活泼，Zn作负极发生氧化反应，故D错误。
第2讲原电池化学电源复习目标知识建构1.理解原电池的构成、工作原理及应用，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。
一、原电池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.形成条件(1)能自发进行的氧化还原反应，一般是活泼性强的金属与电解质反应。
(2)电极，一般是活泼性不同的两电极。
(3)电解质溶液或熔融电解质。
(4)形成闭合回路。
3.工作原理(以铜锌原电池为例)。
(1)两种装置①装置Ⅰ中Zn与Cu2＋直接接触，会有部分Zn与Cu2＋直接反应，部分化学能转化为热能；②装置Ⅱ中不存在Zn与Cu2＋的直接反应而造成能量损耗，电流稳定，且持续时间长。
(2)反应原理电极名称负极正极电极材料锌片铜片Cu2＋＋2e－电极反应Zn－2e－===Zn2＋===Cu 反应类型氧化反应还原反应盐桥中离盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极子移向(3)带电粒子移动方向及闭合回路的形成(4)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。
③盐桥中离子移向与电解液中离子流向保持一致。
4.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(或非金属导体)。
(2)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。
(3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。
(4)设计制作化学电源。
【判一判】判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)NaOH溶液与稀硫酸的反应是自发进行的放热反应，此反应可以设计成原电池()(2)在原电池中，发生氧化反应的是正极()(3)Mg—Al形成的原电池，Mg一定作负极()(4)原电池工作时，电子从负极流出经导线流入正极，再通过电解质溶液流回负极()(5)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动()(6)带有“盐桥”的原电池一般比不带“盐桥”的原电池效率高()答案(1)×(2)×(3)×(4) ×(5)×(6)√二、化学电源1.一次电池碱性锌锰电负极材料：Zn。
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。
正极材料：碳棒。
电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。
池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
纽扣式锌银电池电解质是KOH。
负极材料：Zn。
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。
正极材料：Ag2O。
电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag2.二次电池—典型的铅蓄电池Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)放电充电2PbSO4(s)＋2H2O(l)①充电时电极的连接：蓄电池的负极与外接电源的负极相连，蓄电池的正极与外接电源的正极相连。
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。
3.燃料电池(1)氢氧燃料电池(2)甲烷燃料电池①酸性介质(如H2SO4)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－===CO－3＋3H2O。
负极反应式：CH4－8e－＋10OH－===CO－3＋7H2O。
正极反应式：2O2＋8e－＋4H2O===8OH－。
【判一判】判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长()(2)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2－4e－===4H＋()(3)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应()(4)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应()(5)在化学电源中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应()(6)二次电池充电时，充电器的正极接二次电源的正极()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)√考点一原电池的工作原理及应用题组一原电池装置和电极的判断1.在如图所示的8个装置中，属于原电池的是________________。
答案②④⑥⑦⑧2.中科院科学家设计出一套利用SO2和太阳能综合制氢方案，其基本工作原理如图所示。
下列说法中错误的是()A.该电化学装置中，Pt电极作正极B.Pt电极的电势高于BiVO4电极的电势C.电子流向：Pt电极→导线→BiVO4电极→电解质溶液→Pt电极D.BiVO4电极上的反应式：SO2－3－2e－＋2OH－===SO2－4＋H2O答案 C解析Pt电极为正极，BiVO4电极为负极，所以Pt电极电势高于BiVO4电极，A、B正确；电子从BiVO4电极(负极)经导线流向Pt电极(正极)，不能进入溶液，C 错误；BiVO4电极为负极，发生氧化反应，电极反应式为SO2－3－2e－＋2OH－===SO2－4＋H2O，D正确。
判断原电池正、负极的6种方法题组二原电池工作原理分析3.锌铜原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是()A.铜作负极，电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋B.电池反应式：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuC.在外电路中，电子从正极流向负极D.盐桥中的Cl－移向CuSO4溶液答案 B解析锌作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；铜作正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，A错误、B正确；外电路中电子从负极流向正极，C错误；电解液和盐桥中阳离子向正极迁移、阴离子向负极迁移，D错误。
4.某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2O2－7＞Fe3＋，设计了盐桥式原电池，如图。
盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。
下列叙述中正确的是()A.甲烧杯的溶液中发生还原反应B.乙烧杯中发生的电极反应为：2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2O2－7＋14H＋C.外电路的电流方向是从b到aD.电池工作时，盐桥中的SO2－4移向乙烧杯答案 C解析A项，甲烧杯的溶液中发生氧化反应：Fe2＋－e－===Fe3＋；B项，乙烧杯的溶液中发生还原反应，应为Cr2O2－7得到电子生成Cr3＋；C项，a极为负极，b 极为正极，外电路中电流方向由b到a；D项，SO2－4向负极移动，即移向甲烧杯。
题组三原电池原理的应用5.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极由此可判断这四种金属的活动性顺序是()A.a＞b＞c＞dB.b＞c＞d＞aC.d＞a＞b＞cD.a＞b＞d＞c答案 C解析把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a＞b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b＞c；由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：d＞c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d＞a。
综上所述可知活动性：d＞a＞b＞c。
6.(2021·江苏淮安模拟)某校化学兴趣小组进行探究性活动：将氧化还原反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成带盐桥的原电池。
提供的试剂：FeCl3溶液、KI溶液；其他用品任选。
回答下列问题：(1)画出设计的原电池装置图，并标出电极材料、电极名称及电解质溶液。
(2)发生氧化反应的电极反应式为______________________________________。
(3)反应达到平衡时，外电路导线中________(填“有”或“无”)电流通过。
(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，当固体溶解，则此时该溶液中的电极变为________(填“正”或“负”)极。
答案(1)如下图(答案合理即可)(2)2I－－2e－===I2(3)无(4)负解析(1)先分析氧化还原反应，找出正、负极反应，即可确定电极材料和正、负极区的电解质溶液。
(2)发生氧化反应的电极是负极，负极上I－失电子变成I2。
(3)反应达到平衡时，无电子移动，故无电流产生。
(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时Fe2＋失电子，该溶液中的电极变成负极。
设计原电池的思路和方法考点二化学电源的分析与应用【典例】(2021·四川六市一诊)2020年6月，清华大学发现了一种新型的钾离子电池正极材料，比过去使用的任何材料都更加稳定。
电池示意图如下，总反应为FeC2O4F＋KC6放电充电C6＋KFeC2O4F。
下列有关说法错误的是()A.放电时，负极反应为：KC6－e－===K＋＋C6B.充电时，阳极反应：KFeC2O4F－e－===FeC2O4F＋K＋C.充电时，当电路中通过的电子为0.02 mol 时，碳电极增加的质量为0.78 gD.用该电池电解饱和食盐水，阴极产生4.48 L气体时，通过隔膜的K＋为0.2 mol 答案 D解析由总反应FeC2O4F＋KC6放电充电C6＋KFeC2O4F知：放电时，负极KC6失去电子生成C6，负极反应为KC6－e－===K＋＋C6，A正确；由总反应FeC2O4F＋KC6放电充电C6＋KFeC2O4F知：充电时，C6得电子在阴极反应，则KFeC2O4F 在阳极反应，阳极反应为KFeC2O4F－e－===FeC2O4F＋K＋，B正确；充电时碳电极为阴极，反应式为C6＋e－＋K＋===KC6，碳电极增加的质量即K＋的质量，当电路中通过的电子为0.02 mol 时，K＋的物质的量也为0.02 mol，质量为0.02mol×39 g/mol＝0.78 g，C正确；未提到标况下，无法用n＝V22.4 L/mol计算，D错误。
化学电源中电极反应式书写的一般方法❶明确两极的反应物。
❷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。
❸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。
❹配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。
题组一一次电池分析1.由我国科学家研发成功的铝锰电池是一种比能量很高的新型干电池，以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质，铝和二氧化锰－石墨为两极，其电池反应为Al＋3MnO2＋3H2O===3MnOOH＋Al(OH)3。
