1. 理解原電池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用。2．正確判斷原電池的兩極，能書(shū)寫電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式。3．了解常見(jiàn)化學(xué)電源的種類及其工作原理；了解燃料電池的應(yīng)用。
考點(diǎn)一　原電池的工作原理及應(yīng)用1.概念：把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2．構(gòu)成條件(1)一看反應(yīng)：看是否有能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生。(2)二看兩電極：一般是金屬活動(dòng)性不同的兩電極。(3)三看是否形成閉合回路：形成閉合回路的三個(gè)必要條件①電解質(zhì)溶液；②兩電極直接接觸或通過(guò)導(dǎo)線連接；③兩電極插入電解質(zhì)溶液。
3．工作原理(以銅鋅原電池為例)
【師說(shuō)·助學(xué)】　裝置Ⅰ、Ⅱ的比較①鹽橋作用：a.連接內(nèi)電路形成閉合回路。b.維持兩電極電勢(shì)差(中和電荷)，使電池能持續(xù)提供電流。②裝置Ⅰ中有部分Zn與Cu2＋直接反應(yīng)，使電池效率降低；裝置Ⅱ中使Zn與Cu2＋隔離，電池效率提高，電流穩(wěn)定。
4．原電池原理的應(yīng)用(1)比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱：原電池中，負(fù)極一般是活動(dòng)性________的金屬，正極一般是活動(dòng)性較弱的金屬(或能導(dǎo)電的非金屬)。(2)加快化學(xué)反應(yīng)速率：氧化還原反應(yīng)形成原電池時(shí)，反應(yīng)速率加快。(3)用于金屬的防護(hù)：將需要保護(hù)的金屬制品作原電池的________而受到保護(hù)。(4)設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源①首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)。②根據(jù)原電池的工作原理，結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)，選擇正、負(fù)電極材料以及電解質(zhì)溶液。
【易錯(cuò)診斷】　判斷正誤，錯(cuò)誤的說(shuō)明理由。1．理論上，任何自發(fā)的氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計(jì)成原電池：_______________________________________________________。2．在鋅銅原電池中，因?yàn)橛须娮油ㄟ^(guò)電解質(zhì)溶液形成閉合回路，所以有電流產(chǎn)生：_______________________________________________________。3．兩種活潑性不同的金屬組成原電池的兩極，活潑金屬一定作負(fù)極：_______________________________________________________。4．一般來(lái)說(shuō)，帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池效率高：____________________________________________________。
錯(cuò)誤。電子只能通過(guò)導(dǎo)線，不能通過(guò)電解質(zhì)溶液。
錯(cuò)誤。 較活潑金屬不一定作負(fù)極。如Mg--Al--NaOH溶液電池，Mg比Al活潑，但Al作負(fù)極。
【教考銜接】典例[2021·廣東卷，9]火星大氣中含有大量CO2，一種有CO2參加反應(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，碳納米管為正極，放電時(shí)，下列說(shuō)法正確的是(　　)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)化為化學(xué)能
解析：根據(jù)題干信息可知，放電時(shí)總反應(yīng)為4Na＋3CO2===2Na2CO3＋C。放電時(shí)負(fù)極上Na發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子生成Na＋，故A錯(cuò)誤；放電時(shí)正極上CO2得到電子生成C，故B正確；放電時(shí)陽(yáng)離子移向正極，故C錯(cuò)誤；放電時(shí)裝置為原電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故D錯(cuò)誤。
【師說(shuō)·延伸】　原電池正、負(fù)極判斷的一般方法
【對(duì)點(diǎn)演練】考向一　電極的判斷及電極反應(yīng)式的書(shū)寫1．(1)由組成原電池的電極材料判斷。一般是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬為_(kāi)_______極，活動(dòng)性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為_(kāi)_______極。(2)根據(jù)電流方向或電子流動(dòng)方向判斷。電流由________極流向________極；電子由______極流向________極。(3)根據(jù)原電池中電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的移動(dòng)方向判斷。在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽(yáng)離子移向________極，陰離子移向________極。(4)根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來(lái)判斷。原電池的________極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，其________極得電子發(fā)生還原反應(yīng)。(5)根據(jù)現(xiàn)象判斷。一般情況下，溶解的一極為_(kāi)_______極，增重或有氣體逸出的一極為_(kāi)_______極。
2．分析下圖所示的四個(gè)原電池裝置，按要求回答問(wèn)題。(1)裝置①中，_______作負(fù)極，該電極反應(yīng)式為_(kāi)_______________。(2)裝置②中________作負(fù)極，該電極反應(yīng)式為_(kāi)___________________________，正極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________。
Mg－2e－===Mg2＋
6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
(3)裝置③中，______作正極，負(fù)極反應(yīng)式為_(kāi)________________。(4)裝置④中，_____作負(fù)極，正極反應(yīng)式為_(kāi)____________________。
Cu－2e－===Cu2＋
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
考向二　可逆反應(yīng)原電池3．控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3＋＋2I－?2Fe2＋＋I(xiàn)2設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，負(fù)極為_(kāi)_______中的石墨(填“甲”或“乙”)，電極反應(yīng)式為_(kāi)______________。(2)電流表讀數(shù)為_(kāi)_______時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。(3)當(dāng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，在甲中加入FeCl2固體，此時(shí)負(fù)極為_(kāi)_______中的石墨(填“甲”或“乙”)，電極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________________________。
2I－－2e－===I2
2Fe2＋－2e－===2Fe3＋或Fe2＋－e－===Fe3＋
　Fe2＋＋Ag＋?Fe3＋＋Ag
考向三　原電池原理的應(yīng)用5．用A、B、C、D、E五塊金屬片，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：(1)A、B用導(dǎo)線相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，A極為負(fù)極，活動(dòng)性________；(2)C、D用導(dǎo)線相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，電流由D→導(dǎo)線→C，活動(dòng)性________；(3)A、C相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，C極產(chǎn)生大量氣泡，活動(dòng)性________；(4)B、D相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，D極發(fā)生氧化反應(yīng)，活動(dòng)性________；(5)用惰性電極電解含B離子和E離子的溶液，E先析出，活動(dòng)性________。綜上所述，這五種金屬的活動(dòng)性從強(qiáng)到弱的順序?yàn)開(kāi)_______________。
6．請(qǐng)運(yùn)用原電池原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證Cu2＋、Fe3＋氧化性的強(qiáng)弱。請(qǐng)寫出電極反應(yīng)式，負(fù)極__________________，正極_________________，并在方框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖，要求用燒杯和鹽橋，并標(biāo)出外電路電子流向。
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
畫原電池裝置圖常見(jiàn)的四個(gè)失分點(diǎn)(1)不注明電極材料名稱或元素符號(hào)。(2)不畫出電解質(zhì)溶液(或畫出但不標(biāo)注)。(3)誤把鹽橋畫成導(dǎo)線。(4)不能連成閉合回路。
7．把適合題意的圖像填在橫線上(用A、B、C、D表示)
(1)將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過(guò)量的稀硫酸，同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系是________。(2)將過(guò)量的兩份鋅粉a、b分別加入等量的稀硫酸，同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系是________。(3)將(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他條件不變，則圖像是________。
解析：加入CuSO4溶液，Zn置換出Cu，形成原電池，加快反應(yīng)速率，（1）a中Zn減少，H2體積減小，所以A正確；（2）中由于H2SO4定量，產(chǎn)生H2的體積一樣多，所以B項(xiàng)正確；（3）當(dāng)把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液時(shí)，由于CH3COO－＋H＋?CH3COOH，a中c（H＋）減少，反應(yīng)速率減小，但產(chǎn)生H2的體積不變，所以C項(xiàng)正確。
考點(diǎn)二　常見(jiàn)化學(xué)電源1.一次電池(1)堿性鋅錳干電池總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。負(fù)極材料：Zn。負(fù)極反應(yīng)：__________________________。正極材料：碳棒。正極反應(yīng)：___________________________________。
Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO（OH）＋2OH－
(2)紐扣式鋅銀電池總反應(yīng)式：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。電解質(zhì)溶液是________。負(fù)極材料：Zn。負(fù)極反應(yīng)：______________________________。正極材料：Ag2O。正極反應(yīng)：______________________________。
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
3．“高效、環(huán)境友好”的燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，分為酸性和堿性兩種?！編熣f(shuō)·助學(xué)】　燃料電池的電極不參與反應(yīng)，有很強(qiáng)的催化活性，起導(dǎo)電作用。
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
【易錯(cuò)診斷】　判斷正誤，錯(cuò)誤的說(shuō)明理由。1．鉛酸蓄電池放電時(shí)，正極與負(fù)極質(zhì)量均增加：_________________________________________________________。2．二次電池充電時(shí)，二次電池的陰極連接電源的負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)：_________________________________________________________。3．鉛酸蓄電池放電時(shí)的負(fù)極和充電時(shí)的陽(yáng)極均發(fā)生還原反應(yīng)：_________________________________________________________。4．在原電池中，正極本身一定不參與電極反應(yīng)，負(fù)極本身一定要發(fā)生氧化反應(yīng)：_________________________________________________________。
錯(cuò)誤。負(fù)極、陽(yáng)極均發(fā)生氧化反應(yīng)。
錯(cuò)誤。正極材料不參與電極反應(yīng)；負(fù)極材料有的發(fā)生氧化反應(yīng)，有的不參與電極反應(yīng)，如燃料電池的負(fù)極材料不參與電極反應(yīng)。
典例2 [2023·山東卷，11](雙選)利用熱再生氨電池可實(shí)現(xiàn)CuSO4電鍍廢液的濃縮再生。電池裝置如圖所示，甲、乙兩室均預(yù)加相同的CuSO4電鍍廢液，向甲室加入足量氨水后電池開(kāi)始工作。下列說(shuō)法正確的是(　　)A．甲室Cu電極為正極B．隔膜為陽(yáng)離子膜C．電池總反應(yīng)為：Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋D．NH3擴(kuò)散到乙室將對(duì)電池電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生影響
【師說(shuō)·延伸】　典例2解題的關(guān)鍵：由圖中低溫?zé)峤獾肅uSO4溶液和NH3→甲室生成[Cu(NH3)4]SO4→在甲室電極源源不斷地產(chǎn)生Cu2＋。
(1)寫出放電時(shí)的正、負(fù)極電極反應(yīng)式：_________________________________________________________。(2)寫出充電時(shí)的陰、陽(yáng)極電極反應(yīng)式：_________________________________________________________。
負(fù)極：H2－2e－＋2OH－===2H2O；正極：2NiO（OH）＋2H2O＋2e－===2Ni（OH）2＋2OH－
陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；陽(yáng)極：2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===2NiO（OH）＋2H2O
考向三　燃料電池3．(1)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料電池，其原理見(jiàn)圖1，該電池在使用過(guò)程中石墨Ⅰ電極上生成氧化物Y，其電極反應(yīng)式為_(kāi)___________________。
(2)化學(xué)家正在研究尿素動(dòng)力燃料電池。用這種電池直接去除城市廢水中的尿素，既能產(chǎn)生凈化的水，又能發(fā)電，尿素燃料電池結(jié)構(gòu)如圖2所示：甲的電極反應(yīng)式為_(kāi)________________________________________。
CO（NH2）2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋
4．以甲烷燃料電池為例來(lái)分析在不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書(shū)寫方法。(1)酸性條件總反應(yīng)式：_________________________________；正極反應(yīng)式：________________________________；負(fù)極反應(yīng)式：_________________________________。(2)堿性條件總反應(yīng)式：_________________________________；正極反應(yīng)式：__________________________________；負(fù)極反應(yīng)式：__________________________________。
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)總反應(yīng)式：_____________________________________；正極反應(yīng)式：____________________________________；負(fù)極反應(yīng)式：____________________________________。(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下總反應(yīng)式： ________________________；正極反應(yīng)式：_____________________________；負(fù)極反應(yīng)式：_______________________________。
2O2＋8e－===4O2－
CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
解答燃料電池題目的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(1)要注意介質(zhì)是什么？是電解質(zhì)溶液還是熔融鹽或氧化物。(2)通入負(fù)極的物質(zhì)為燃料，通入正極的物質(zhì)為氧氣。(3)通過(guò)介質(zhì)中離子的移動(dòng)方向，可判斷電池的正、負(fù)極，同時(shí)考慮該離子參與靠近一極的電極反應(yīng)。

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