湖南省永州市2022年高考化学研究团队二轮复习讲义：课时21 原电池原理及应用（教师版）

永州市2021年高考化学其次轮复习课时讲义 原电池原理及应用编写：杨丰毓（道县一中） 审核：唐悟 龙路云 【明确考纲】1、依据化学高考考纲，对同学的力量要求有： ①理解原电池的构成、工作原理以及应用；②能精确 推断二次电池充电、放电时的电极，并能书写对应电极反应和总反应方程式； ③运用原电池原理分析新型化学电源的工作原理； ④利用电子守恒进行相关计算。

2、以上各部分学问与技能的综合应用。

【课前真题】1.(2020·全国卷Ⅲ，11)一种可充电锂—空气电池如图所示。

当电池放电时，O 2与Li ＋在多孔碳材料电极处生成Li 2O 2－x (x ＝0或1)。

下列说法正确的是( ) A ．放电时，多孔碳材料电极为负极B ．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C ．充电时，电解质溶液中Li ＋向多孔碳材料区迁移 D ．充电时，电池总反应为Li 2O 2－x ===2Li ＋(1－x2)O 2【答案】 D【解析】由题意知，放电时负极反应为4Li －4e －===4Li ＋，正极反应为(2－x )O 2＋4Li ＋＋4e －===2Li 2O 2－x (x ＝0或1)，电池总反应为(1－x2)O 2＋2Li===Li 2O 2－x 。

充电时的电池总反应与放电时的电池总反应互为逆反应，故充电时电池总反应为Li 2O 2－x ===2Li ＋(1－x2)O 2，D 项正确；该电池放电时，金属锂为负极，多孔碳材料为正极，A 项错误；该电池放电时，外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极，B 项错误；该电池放电时，电解质溶液中Li ＋向多孔碳材料区迁移，充电时电解质溶液中的Li ＋向锂材料区迁移，C 项错误。

2.(2020·全国卷Ⅱ，12)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na —CO 2二次电池。

将NaClO 4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO 2＋4Na 2Na 2CO 3＋C 。

下列说法错误的是( )A ．放电时，ClO －4向负极移动 B ．充电时释放CO 2，放电时吸取CO 2 C ．放电时，正极反应为3CO 2＋4e－===2CO 2－3＋CD ．充电时，正极反应为Na ＋＋e －===Na 【答案】 D课堂精讲【考点归类】原电池基本原理，二次电源的工作原理与应用，新型化学电源的分析。

题型一 原电池基本原理 核心学问必备：1．构建原电池模型，类比分析原电池工作原理构建如图Zn|H 2SO 4|Cu 原电池模型，通过类比模型，结合氧化还原反应学问(如：化合价的变化、得失电子状况等)，能快速推断原电池的正、负极，弄清楚外电路中电子的移动状况和内电路中离子的移动状况，精确 书写电极反应式和电池总反应式，把握原电池的工作原理。

2．化学电源中电极反应式书写的思维模板(1)明确直接产物：依据负极发生氧化反应、正极发生还原反应，明确两极的直接产物。

(2)确定最终产物：依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。

(3)配平：依据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。

特殊提示：①H ＋在碱性环境中不存在；②O 2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H ＋，生成H 2O ，在中性或碱性环境中结合H 2O ，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，即得较难写出的另一极的电极反应式。

【典例剖析】1.(2021·青岛二模)Zn-ZnSO 4-PbSO 4-Pb 电池装置如图，下列说法错误的是( ) A ．SO 2－4从右向左迁移B ．电池的正极反应为Pb 2＋＋2e －===PbC ．左边ZnSO 4浓度增大，右边ZnSO 4浓度不变D ．若有6.5 g 锌溶解，有0.1 mol SO 2－4通过离子交换膜 【答案】 B【解析】 装置左侧电极为负极，右侧电极为正极，阴离子移向负极，即SO 2－4从右向左迁移，A 项正确；电池的正极反应式为PbSO 4＋2e －===Pb ＋SO 2－4，B 项错误；负极反应式为Zn －2e－===Zn 2＋，产生ZnSO 4，左边ZnSO 4浓度增大，右边ZnSO 4浓度不变，C 项正确；6.5 g 锌溶解，转移0.2 mol e －，电解液中有0.2 mol 负电荷通过离子交换膜，即有0.1 mol SO 2－4通过离子交换膜，D 项正确。

【点拨】依据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。

如以通过4 mol e －为桥梁可构建如下关系式：(式中M 为金属，n 为其离子的化合价数值)【变式】1. (2021·天津理综，4)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是( )A ．铜电极上发生氧化反应B ．电池工作一段时间后，甲池的c (SO 2－4)减小 C ．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D ．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡【答案】C题型二二次电源核心学问必备：1.基本原理关系：2.常用技巧：（1）推断“池”的关键点：负载、用电器、直流电源、自发的氧还反应等；(2)推断“极”的关键点：活泼金属、燃料、强氧化剂、物质元素化合价的变化、“三流向”等。

【典例剖析】2. (2021·全国卷Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋x S8===8Li2S x(2≤x≤8)。

下列说法错误的是()A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14gC．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多【答案】D【解析】A项，原电池电解质中阳离子移向正极，依据全固态锂硫电池工作原理图示中Li＋移动方向可知，电极a为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的还原反应，正确；B项，电池工作时负极电极方程式为Li－e－===Li＋，当外电路中流过0.02mol电子时，负极消耗的Li 的物质的量为0.02mol，其质量为0.14g，正确；C项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极a的导电力量，正确；D项，电池充电时为电解池，此时电解总反应为8Li2S x16Li＋x S8(2≤x≤8)，故Li2S2的量会越来越少，错误。

【变式】2 .磷酸铁锂电池具有高效率输出、可快速充电、对环境无污染等优点，其工作原理如图所示。

M电极是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li＋的高分子材料，隔膜只允许Li＋通过，电池反应式为Li x C6＋Li1－x FePO4 LiFePO4＋6C。

下列说法正确的是() A．放电时Li＋从右边移向左边B．放电时M是负极，电极反应式为C x－6－x e－===6CC．充电时电路中通过0.5 mol电子，消耗36 g CD．充电时N极连接电源的正极，电极反应式为LiFePO4－x e－===Li1－x FePO4＋x Li＋【答案】 D题型二新型电源核心学问必备：解答新型化学电源的步骤(1)推断电池类型→确认电池原理→核实电子、离子移动方向。

(2)确定电池两极→推断电子、离子移动方向→书写电极反应和电池反应。

(3)充电电池→放电时为原电池→失去电子的为负极反应。

(4)电极反应→总反应离子方程式减去较简洁一极的电极反应式→另一电极反应式。

【典例剖析】3.（2020•浙江）金属（M）﹣空气电池（如图）具有原料易得，能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源，该类电池放电的总反应方程式为：4M+nO2+2nH2O=4M（OH）n，已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能，下列说法不正确的是（）A. 接受多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，有利于氧气集中至电极表面B. 比较Mg，Al，Zn三种金属﹣空气电池，Al﹣空气电池的理论比能量最高C. M﹣空气电池放电过程的正极反应式：4M++nO2+2nH2O+4ne﹣=4M（OH）nD. 在Mg﹣空气电池中，为防止负极区沉积Mg（OH）2，宜接受中性电解质及阳离子交换膜【答案】C【解析】A．反应物接触面积越大，反应速率越快，所以接受多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气集中至电极表面，从而提高反应速率，故A正确；B．电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能，则单位质量的电极材料失去电子的物质的量越多则得到的电能越多，所以Al﹣空气电池的理论比能量最高，故B正确；C．正极上氧气得电子和水反应生成OH﹣，由于是阴离子交换膜，所以阳离子不能进入正极区域，则正极反应式为O2+2H2O+4e﹣=4OH﹣，故C错误；D．负极上Mg失电子生成Mg2+，为防止负极区沉积Mg（OH）2，则阴极区溶液不能含有大量OH﹣，所以宜接受中性电解质及阳离子交换膜，故D正确；故选C．【点拨】本题考查原电池原理，为高频考点，侧重考查同学分析推断、猎取信息解答问题及计算力量，解本题关键是明确各个电极上发生的反应、离子交换膜作用、反应速率影响因素、氧化还原反应计算，易错选项是C．【变式3】锂—铜空气燃料电池容量高、成本低，具有宽敞的进展前景。

该电池通过一种简单的铜腐蚀“现象”产生电能，其中放电过程为2Li＋Cu2O ＋二次电源放电充电负极:化合价上升、失电子、氧化反应正极:化合价降低、得电子、还原反应阳极:化合价上升、失电子、氧化反应阴极:化合价降低、得电子、还原反应H 2O===2Cu ＋2Li ＋＋2OH －，下列说法错误的是( ) A ．放电时，Li ＋透过固体电解质向Cu 极移动B ．放电时，正极的电极反应式为O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －C ．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu 2OD ．整个反应过程中，氧化剂为O 2 【答案】 B【点拨】 结合原电池结构，明确原电池的工作原理，结合总反应方程式推断电极及电极反应式是解本题的关键。

解答时留意结合装置图和题干信息分析推断。

【课后巩固】1.（2021•浙江）银锌电池是一种常见化学电源，其原理反应：Zn+Ag 2O+H 2O═Zn （OH ）2+2Ag ，其工作示意图如图．下列说法不正确的是（ ）A. Zn 电极是负极B. Ag 2O 电极上发生还原反应C. Zn 电极的电极反应式：Zn ﹣2e ﹣+2OH ﹣═Zn （OH ）2 D. 放电前后电解质溶液的pH 保持不变 【答案】D2.下图是利用盐桥电池从某些含碘物质中提取碘的两个装置：下列说法中正确的是( )A ．两个装置中，石墨Ⅰ和石墨Ⅱ均作负极B ．碘元素在装置①中被还原，在装置②中被氧化C ．装置①中MnO 2的电极反应式为MnO 2＋2H 2O ＋2e －===Mn 2＋＋4OH －D ．装置①、②中的反应生成等量的I 2时，导线上通过的电子数之比为1∶5 【答案】D3．(2021·太原模拟)如图是铅蓄电池充、放电时的工作示意图，已知放电时电池反应为：PbO 2＋Pb ＋4H ＋＋2SO 2－4===2PbSO 4＋2H 2O 。