專題八原電池

核心考點(diǎn)1、原電池的基本原理

1.構(gòu)建原電池模型，掌握原電池工作原理

2.原電池正、負(fù)極判斷的“五個(gè)角度”

3.兩種原電池裝置的比較

名稱單液原電池雙液原電池

CuSO僚

裝4

0'溶液Zn

置，三］橋長(zhǎng)”;；

YuML?

圖4ZnSC/溶液Cusd溶液

單液原電

1雙液原電池

兩類還原劑Zn與氧化劑C*直接Zn與氧化劑Ci>2+不直接接觸，

裝置接觸，既有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，僅有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，避免

的不又有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，迨成了能量損耗，故電流穩(wěn)定，持

同點(diǎn)能量損耗續(xù)時(shí)間長(zhǎng)

鹽橋中裝有飽和的KCkKNO3等溶液和瓊膠制成的膠凍，有導(dǎo)

備注

電和平衡電荷作用。

4.原電池的設(shè)計(jì)和制作方法

(I)定：確定一個(gè)能夠自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。

(2)拆：將氧化還原反應(yīng)拆分為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，分別作為負(fù)極和正極的電極反應(yīng)。

還原劑一〃廣==氧化產(chǎn)物(負(fù)極電吸反應(yīng))；

氧化劑+〃e==還原產(chǎn)物(正極電吸反應(yīng))。

(3)或：根據(jù)氧化還原反應(yīng)中的還原劑和氧化劑確定原電池的負(fù)極和電解質(zhì)溶液，正極一般選擇比負(fù)極穩(wěn)定

的金屬或能導(dǎo)電的非金屬。

(4)畫：連接電路形成閉合回路，畫出原電池示意圖。

如：根據(jù)反應(yīng)2Fe03+Cu=2FeQ2+CuC12

設(shè)計(jì)的原電池為：

1.【2022年1月浙江卷】pH計(jì)是?種采用原電池原理測(cè)量溶液pH的儀器。如圖所示，以玻璃電極（在特

制玻璃薄膜球內(nèi)放置已知濃度的HC1溶液，并插入Ag—AgCl電極）和另一Ag—AgCl電極插入待測(cè)溶液中

組成電池，pH與電池的電動(dòng)勢(shì)E存在關(guān)系：pH=（E常數(shù)）/0.05%下列說(shuō)法正確的是

A.如果玻璃薄膜球內(nèi)電極的電勢(shì)低，則該電極反應(yīng)式為：AgCl（s）+e=Ag（s）+Cl（（）.1mol-L11

B.玻璃膜內(nèi)外氫離子濃度的差異不會(huì)引起電動(dòng)勢(shì)的變化

C.分別測(cè)定含已知pH的標(biāo)準(zhǔn)溶液和未知溶液的電池的電動(dòng)勢(shì)，可得出未知溶液的pH

D.pH計(jì)工作時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能

2.（2021?廣東真題）火星大氣中含有大量CO?,一種有CO］參加反應(yīng)的新型全固態(tài)電池有望為火星探測(cè)器

供電。該電池以金屬鈉為負(fù)極，催納米管為正極，放電時(shí)

A.負(fù)極上發(fā)生還原反應(yīng)B.CO2在正極上得電子

C.陽(yáng)離子由正極移向負(fù)極D.將電能轉(zhuǎn)化為叱學(xué)能

3.（2019.全國(guó)卷I,⑵利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時(shí)MV2'/MV+在電極與酶之間

傳遞電子，示意圖如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）

A.相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫和，同時(shí)還可提供電能

B.陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反應(yīng)H2+2MV2+=2H++2MV+

C.正極區(qū)，同氮酹為催化劑，N?發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3

D.電池工作時(shí)質(zhì)子通過(guò)交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)

A.Li在負(fù)極失去電子B.在正極發(fā)生還原反應(yīng)

C.陽(yáng)離子由正極移向負(fù)極D.化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能

2.（2022秋?遼寧盤錦?高三遼河油田第二高級(jí)中學(xué)?？计谀┝?xí)近平總書記提出我國(guó)要在2030年實(shí)現(xiàn)“碳

達(dá)峰”，2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和二某科研小組用電化學(xué)方法將CO2轉(zhuǎn)化為CO實(shí)現(xiàn)再利用，轉(zhuǎn)化的基本原理

如圖所示。下列說(shuō)法不正確的是

B.M上的電極反應(yīng)方程式為2H2O4e=O2T+4H+

C.工作一段時(shí)間后，N電極室中的溶液pH減小

D.當(dāng)轉(zhuǎn)化2moic時(shí)，有4moiH+從左室穿過(guò)交換膜到達(dá)右室

3.（2021秋?福建廈門?高三?？计谥校┛刂七m當(dāng)?shù)臈l件，將反應(yīng)2Fe3++2「=2Fe2++l2設(shè)計(jì)成如圖所示的

原電池。下列判斷正確的是

A.反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，乙中電極反應(yīng)式為2廠+2廣=12

B.反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，甲中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)

C.電流表指針為零時(shí)，兩池溶液顏色相同

D.平衡時(shí)甲中溶入FeCb固體后，乙中的石墨電極為負(fù)極

4.（2022秋.河南駐馬店.高三統(tǒng)考期中）鋰一海水電池在海洋能源領(lǐng)域備受關(guān)注。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

A.海水起電解質(zhì)溶液的作用

C.鋰電極應(yīng)與海水直接接觸

UCIO4的乙二醇二甲醛溶液

下列說(shuō)法正確的是

A.外電路電子由b流向a

B.離子交換膜為陰離子交換膜

價(jià)格低廉，又可以循環(huán)使用，因此廣泛應(yīng)用于國(guó)防、科研、交通、生產(chǎn)和生活中，缺點(diǎn)是比較笨重。

3.氫氧燃料電池

電極、電解質(zhì)、燃料和氧化劑

具有能量利用效率高、可連續(xù)使用和污染輕

等優(yōu)點(diǎn)___________________________________

/電極材料本身不參與氧化還原反應(yīng)

/工作時(shí)，燃料和氧化劑（儲(chǔ)存在由池之外的

\容器中）由外部連續(xù)供給，分別在電極上不

卜斷地進(jìn)行反應(yīng)，生虛物不斷地排出

通入燃料氣體的一極為在負(fù)極發(fā)生氧化反

、應(yīng)，通入氧氣的一極為正極發(fā)生還原反應(yīng)

氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分為酸性和堿性兩種:

種類酸性堿性

2H2+4OH-4屋

負(fù)極反應(yīng)式2H2-4e==4H~

=4H2O

O2+2H2O4-4C=4OH

+

正極反應(yīng)式O2+4H+4e=2H2O

電池反應(yīng)式2H2+O2=2H2O

【拓展I】化學(xué)電源中電極反應(yīng)式書寫的思維模板

1.書寫電極反應(yīng)式的原則

電極反應(yīng)式遵循質(zhì)量守恒、得失電子守恒及電荷守恒，遵循離子方程式的書寫規(guī)則，兩電極反應(yīng)式相加得

電池總化學(xué)（或離子）方程式。

2.書寫電極反應(yīng)式的基本類型

（1）類型一題目給定原電池的裝置圖，未給總反應(yīng)式

①首先找出原電池的正、負(fù)極，即分別找出氧化劑和還原劑。

②結(jié)合電解質(zhì)判斷出還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物。

③遵循氧化還原反應(yīng)離子方程式配平原則，寫出電極反應(yīng)式。（注意：電極產(chǎn)物能否與電解質(zhì)溶液共存，如

鉛蓄電池的負(fù)極錯(cuò)失電子變?yōu)镻b?,但Pb*與硫酸溶液中的SO：小共存，因而負(fù)極電極反應(yīng)式為Pb-2e

+SOF=PbSO4）

④將兩電極反應(yīng)式相加（注意兩極得失電了?數(shù)相等）可得電池總反應(yīng)式。

（2）類型二題目中給出原電池的總反應(yīng)式

①分析原電池總反應(yīng)式中各元素的化合價(jià)變化情況，找出氧化劑及其對(duì)應(yīng)的還原產(chǎn)物，氧化劑發(fā)生的反應(yīng)

即為正極反應(yīng)；找出還原劑及其對(duì)應(yīng)的氧化產(chǎn)物，還原劑發(fā)生的反應(yīng)即為負(fù)極反應(yīng)。

②當(dāng)氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物由多種元素組成時(shí)，還應(yīng)考慮電解質(zhì)是否參與了反應(yīng)。

③若有一個(gè)電極反應(yīng)式較難寫出，可先寫出較易寫出的電極反應(yīng)式，然后再用總反應(yīng)式減去該電極反應(yīng)式

即得到另一電極反應(yīng)式。

注意①H'在堿性環(huán)境中不存在；②。2在水溶液中不存在，在酸性環(huán)境中結(jié)合H，生成H20,在中性或

堿性環(huán)境中結(jié)合HzO,生成0H%③若已知總反應(yīng)式時(shí)，可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式，然后在

電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去較易寫的?極的電極反應(yīng)式，即得較難寫出的另?極的電極反應(yīng)式。

【拓展2】燃料電池中氧氣得電子的思維模型

根據(jù)燃料電池的特點(diǎn)，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是。2,。2得到電子后化合價(jià)降低，首先變

成0?，能否穩(wěn)定存在要看電解質(zhì)環(huán)境。由于電解質(zhì)溶液(酸、堿、鹽)的不同，其電極反應(yīng)也有所不同，

下表為四種不同電解質(zhì)環(huán)境中，氣氣得電子后。2一的存在形式：

電解質(zhì)環(huán)境從電極反應(yīng)式判斷氧元素的存在形式

+

酸性電解質(zhì)溶液O2+4H+4e-=2H2O

堿性電解質(zhì)溶液-

O24-2H2O+4c=4OH-

固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)。2-)O2+4C-=2O2-

熔融碳酸鹽(如熔融K2c03)O2+2CO2+4e=2C0i

【練習(xí)】按要求書寫不同“介質(zhì)”下甲醉燃料電池的電極反應(yīng)式

(1)酸性介質(zhì),如H2s04溶液:

+

負(fù)極：CH30H-6e+H2O=CO2+6H<,

3

正極：3Ch+6e+6H=3H20C

(2)堿性介質(zhì),如KOH溶液:

負(fù)極：CH3OH-6e-+80H-=COf+6H2Oo

3

-

正極：5O2+6e-+3H2O=6OH?

(3)熔融鹽介質(zhì),如K2co3：

負(fù)極：CH?OH-6e-+3COr=4CO2+2H2O(>

3

-

正極：7O2+6e~+3CO2=3CO?->

(4)摻雜Y2O3的ZrO3固體作電解質(zhì)，在高溫下能傳導(dǎo)CT：

2-

負(fù)極：CH3OH-6e+3O=CO2+2H2O

正極：^O2+6e=3O2-o

【歸納提升】

1.銀鎘(Ni-Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。一知某銀鎘電池的電解質(zhì)溶液為K0H溶液，其充、

放電一

放電按下式進(jìn)行：Cd+2NiOOH-!-2H2O：：^rCd(OH)2+2Ni(OH)2o

負(fù)極：Cd-2e-+20H-=Cd(OH)2<.

陽(yáng)極：2Ni(OH)2+2OH一一2e一=2NiOOH+2H2。。

2.如將燃煤產(chǎn)生的二氧化碳回收利用，可達(dá)到低碳排放的目的“如下圖是通過(guò)人工光合作用，以CO2和

H20為原料制備HCOOH和02的原理示意圖。

負(fù)極：2H2O—4e==O2+4H+。

正極：2co2+4H'+4e-=2HCOOH“

3.液體燃料電池相比于氣體燃料電池具有體積小等優(yōu)點(diǎn)。一種以液態(tài)期(N2H4)為燃料的電池裝置如圖所示。

-

負(fù)極：N2H4-4e_+4OH=N2+4H2Oo

正極：。2+配一+2H2O=4OH，

4.某電動(dòng)汽車配載一種可充放電的鋰離子電池，放電時(shí)電池總反應(yīng)為L(zhǎng)i1-vCoO2+Li.vC6=LiCoO2+C6(x<

Do則：

負(fù)極：LiAC6—=xLi'+C&

正極：Lii-,vCoO2+xe4-.vLi=LiCoO2

B.充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān)

C.放電時(shí)，Li+從正極穿過(guò)離子交換膜向負(fù)極遷移

A.裝置工作時(shí)，甲室溶液pH逐漸增大

B.裝置工作一段時(shí)間后，乙室應(yīng)補(bǔ)充鹽酸

3.12020?全國(guó)卷川，12)~?種高性能的堿性硼化鋼(VB2)—空氣電池如下圖所示，具中在VB?電極發(fā)生反應(yīng)：

VB：4-160H一一He-=vor4-2B(OH)；+4H2O

該電池工作時(shí)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()

A.負(fù)載通過(guò)0.04mol電了?時(shí)，有0.224L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)02參與反應(yīng)

B.正極區(qū)溶液的pH降低、負(fù)極區(qū)溶液的pH升高

C.電池總反應(yīng)為4VB2+IIO2+2OOH+6H2O=8B(OH)；+4VOr

D.電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB?電極、KOH溶液回到復(fù)合摟電極

4.[2020?全國(guó)卷I,12]科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn—COz水介質(zhì)電池。電池示意圖如下，電極為金屬鋅和

選擇性催化材料。放電時(shí)，溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問(wèn)題提供了一種新

途徑。

下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()

A.放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e-+40H-=Zn(OH)?-

B.放電時(shí)，1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2moi

C.充電時(shí)，電池總反應(yīng)為2Zn（0H）匯=2Zn+C）2T+4OH-+2H2。

D.充電時(shí)，正極溶液中OFT濃度升高

5.【2022年湖南卷】海水電池在海洋能源領(lǐng)域備受關(guān)注，一種鋰海水電池構(gòu)造示意圖如下。下列說(shuō)法錯(cuò)誤

的是

隔膜玻璃陶瓷

A.海水起電解質(zhì)溶液作用

C.玻璃陶瓷具有傳導(dǎo)因子和防水的功能

D.該鋰海水電池屬于一次電池

口密封

工用二一不銹鋼容器

--------Na-夕-A'Oj固體

----熔融鈉

乜）-----熔融硫（含碳粉）

2.（2023秋?山東濰坊?高三統(tǒng)考期末）我國(guó)科研人員設(shè)計(jì)將脫除SO2的反應(yīng)與制備H2O2相結(jié)合的協(xié)同轉(zhuǎn)化

裝置如圖。在電場(chǎng)作用下，雙極膜中間層的HzO解離為OH和H+,并向兩極遷移。已知：

NaOH溶液稀H,SO4

下列說(shuō)法正確的是

B.單獨(dú)脫除SO2的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)

C.反應(yīng)過(guò)程中需補(bǔ)加稀H2so4

B.b膜是陽(yáng)離子交換膜

C.放電結(jié)束后B區(qū)的電解質(zhì)溶液濃度減小

A.減速時(shí)，電池充電；加速時(shí)，電池放電

B.加速時(shí)，電子的方向?yàn)椋杭纂姌O―電動(dòng)機(jī)一乙電極

D.加速時(shí)，X面子由甲經(jīng)過(guò)隔膜向乙移動(dòng)

5.（2022秋?江西贛州?高三統(tǒng)考期末）2020年9月中國(guó)明確提出2030年“碳達(dá)峰”與2060年“碳中和”目標(biāo),

如圖是某科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的光電催化反應(yīng)器，可由CO?制得異丙醉。其中A、B均是惰性電極，下列說(shuō)法正確

的是

A.A為負(fù)極

B.若A極產(chǎn)生4gH2，則R極產(chǎn)生16go2

C.電子從B極通過(guò)合成蛋白質(zhì)纖維膜到A極

y

[AI(OH)J-T

\=*b%硫酸溶液

/

Al，L

M區(qū)N區(qū)

nti

a%硫酸溶液

A.放電時(shí)，R區(qū)域的電解質(zhì)濃度逐漸增大

核心考點(diǎn)3、金屬的腐蝕與防護(hù)

1.金屬電化學(xué)的腐蝕原理

（1）金屬腐蝕：是金屬與周圍接觸到的氣體或液體物質(zhì)發(fā)生氧叱還原反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。

（2）化學(xué)腐蝕的類型

兩種腐蝕往往同時(shí)發(fā)生，但電

金屬霰接修到的干燥氣體或非電解質(zhì)液體等

化學(xué)腐饞更普遍.危害更蘆重

直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的窿諛叫做化學(xué)腐館

、一實(shí)質(zhì)：分胃失申子被氧化而揭耗

,無(wú)電流產(chǎn)生

不純的金屬踐電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生原

電池反應(yīng)，比較活潑的金81夫電子而被氧化

的腐但叫做電化學(xué)腐蝕

實(shí)質(zhì)：枝腐蝕金屬成為僚電池的負(fù)極而祓破

壞

有強(qiáng)弱電沆產(chǎn)生（形成微小免電池）

（3）電化學(xué)腐蝕的比較⑺

腐蝕類型吸氧腐蝕析氫腐蝕

條件水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性強(qiáng)

負(fù)極反應(yīng)Fe-2e==Fe2+

正極反應(yīng)

。2+4e+2H2O==4OH2H++2c==H2t

總反應(yīng)+2+

2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2Fe+2H==Fe+H2t

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3

Fe^Oj-〃H,O?

(鐵鎊)

聯(lián)系金屬的腐蝕以電化腐蝕為主.

電化腐蝕又以吸氧腐蝕為主（PH25.6時(shí)）

若pH<5.6時(shí)則為析氫腐蝕。

腐蝕作用主要腐蝕類型，有廣泛性在某些局部區(qū)域

2.金屬的防護(hù)

（1）本質(zhì)

阻止金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，基本思路是防止金屬與化學(xué)物質(zhì)直接接觸，防止金屬做原電池的負(fù)極。

（2）金屬防護(hù)的幾種重要方法

①改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)合金鋼中含有合金元素，使組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，耐腐蝕。如:不銹鋼。在鋼鐵中

加入一?定比例的銘和銀（14%~8%Cr,7%?9%Ni）,改變鋼鐵內(nèi)部的組成和結(jié)構(gòu)，可極大程度地提高鋼鐵

抗腐蝕性能，這就是常見(jiàn)的"不銹鋼''（合金）。

②在金屬表面覆蓋保護(hù)層。常見(jiàn)方式有:涂油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等;用化學(xué)方法使金屬表面鈍化，形

成致率氧化膜:在表面鍍一層有自我保護(hù)作用的另一種金屬。

③電化學(xué)保護(hù)法：

a.外加電流的陰極保護(hù)法（陰極電保護(hù)法）：接上外加直流電源構(gòu)成電解池，被保護(hù)的金屬作陰極，利用電

解池的原理，如鋼閘門接低壓直沆電源負(fù)極，石墨接電源正極做陽(yáng)極，浸入水中。

b.犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法:外加負(fù)極材料，構(gòu)成原電池，被保護(hù)的金屬作正極，利用原電池原理，如船殼上

鑲嵌鋅塊。

2.（2021.全國(guó)乙卷真題）沿海電廠采用海水為冷卻水，但在排水管中生物的附著和滋生會(huì)阻礙冷卻水排放

并降低冷卻效率，為解決這一問(wèn)題，通常在管道口設(shè)置一對(duì)惰性電極（如圖所示），通入一定的電流。

下列敘述錯(cuò)誤的是

A.陽(yáng)極發(fā)生將海水中的氧化生成C1?的反應(yīng)

C.陰極生成的應(yīng)及時(shí)通風(fēng)稀釋安全地排入大氣

3.（2020?江蘇高考真題）將金屬M(fèi)連接在鋼鐵設(shè)施表面，可減緩水體中鋼鐵設(shè)施的腐蝕。在題圖所示的

情境中，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是

B.金屬M(fèi)的活動(dòng)性比Fe的活動(dòng)性弱

C.鋼鐵設(shè)施表面因積累大量電子而被保護(hù)

D.鋼鐵設(shè)施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快

4.（2019?江蘇高考真題）將鐵粉和活性炭的混合物用NaQ溶液濕潤(rùn)后，置于如圖所示裝置中，進(jìn)行鐵的

電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)。下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法正確的是

鐵、炭

混合物

A.鐵被氧化的電極反應(yīng)式為Fe-3e-^FA