第2节 原电池 化学电源
考纲点击：理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写
电极反应和总反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作
原理。
回归教材
一、原电池及其工作原理
1.概念和反应本质
化学能 电能
氧化还原反应
原电池是把________转化为________的装置，其反应本质
是______________。
氧化还原
活泼性
电解质
电解质
2.构成条件
(1)一看反应：看是否有能自发进行的____________反应发
生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。
(2)二看两电极：一般是____________不同的两电极。
(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：
①____________溶液；
②两电极直接或间接接触；
③两电极插入____________溶液中。
3.工作原理(以铜锌原电池为例)
Ⅰ Ⅱ
氧化 还原
锌片 导线 铜片
正极
负极
(1)原理分析。
电极名称 负极 正极
电极材料 锌片 铜片
电极反应 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型 ______反应 ______反应
电子流向 由______沿______流向______
盐桥中
离子移向
盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向________，Cl－移向
____
电池反应
方程式 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
电子方向 从____极流出沿导线流入____极
电流方向 从____极沿导线流向____极
离子迁
移方向
电解质溶液中，阴离子向____极迁移，阳离子
向____极迁移
(2)两种装置比较。
①盐桥的作用：a.连接内电路形成闭合回路。b.维持两电极
电势差(中和电荷)，使电池能持续提供电流。
4.三个移动方向
负 正
正 负
负
正
[特别提醒](1)只有氧化还原反应才能设计成原电池。
(2)活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反
应。(原电池中“负极氧化，正极还原”)
(3)电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐
桥。(电子不下水，离子不上岸或电子走旱路，离子走水路)
(4)负极失去电子总数一定等于正极得到电子总数。
(5)对于同一反应，原电池反应速率一定比直接发生的氧化
还原反应快。
5.原电池在化工、农业生产及科学研究中的四大应用
(1)加快氧化还原反应速率
一个自发的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率____，
例如 Zn 与稀硫酸反应时加入少量的 CuSO4 溶液能使产生氢气
的速率加快。
加快
强
正
负
(2)比较金属活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属活动
性比正极的____。
(3)用作金属的防护
被保护的金属制品作原电池的____极而得到保护。例如，
保护铁制输水管或钢铁桥梁，可用导线将其和一锌块相连，使
Zn 作原电池的____极。
二、化学电源
Zn
碳棒
Zn
Ag2O
1.一次电池
碱性锌锰干电池
负极材料：________
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
正极材料：________
电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH
＋2OH－
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋
Zn(OH)2
锌银电池
负极材料：________
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
正极材料：________
电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
2.二次电池(以铅蓄电池为例)
铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)
3.燃料电池
(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池。
(2)燃料电池的电极本身不参与反应，燃料和氧化剂连续地
由______供给。
2H2－4e－===4H＋
反应式 酸 性 碱 性
负极
反应式 __________________ ______________________
正极
反应式 __________________ ______________________
电池
总反应 2H2＋O2===2H2O
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH
外部
基础测评
1.在如图所示的 8 个装置中，属于原电池的是________
________(填序号)。
⑤ ⑥ ⑦ ⑧
答案：②④⑥⑦
2.下列说法正确的是( )。
A.构成原电池的两个电极必须是活泼性不同的两种金属
B.如图原电池中，电流由锌棒经外电路流向铜棒
C.通过构成原电池，能将反应的化学能全部转化为电能
D.银锌纽扣电池的放电反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2
＋2Ag，其中 Ag2O 作正极，发生还原反应
解析：构成原电池的两个电极不一定都是金属，可以是一
极为较活泼金属，另一极为石墨棒，故 A 错误；该原电池中，
锌为负极，铜为正极，电流由铜棒经外电路流向锌棒，故 B 错
误；通过原电池，能将反应的化学能转化为电能，由于存在能
量损失，则不可能将化学能全部转化为电能，故 C 错误；由电
池总反应可知该纽扣电池的反应中 Zn 为还原剂，Ag2O 为氧化
剂，故 Zn 为负极被氧化，Ag2O 为正极被还原，故 D 正确。
答案：D
3.如图所示，杠杆 AB 两端分别挂有体积相同、质量相等的
空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后
小心地向水槽中滴入浓 CuSO4 溶液，一段时间后，下列有关杠
杆的偏向判断正确的是( 实验过程中，不考虑两球的浮力变
化)( )。
A.杠杆为导体或绝缘体时，均为 A 端高 B 端低
B.杠杆为导体或绝缘体时，均为 A 端低 B 端高
C.当杠杆为导体时，A 端低 B 端高
D.当杠杆为导体时，A 端高 B 端低
解析：当杠杆为导体时，构成原电池，Fe 作负极，Cu 作
正极，电极反应式分别为负极 Fe－2e－===Fe2＋，正极 Cu2＋＋
2e－===Cu，铜球质量增重，铁球质量减轻，杠杆 A 低 B 高。
答案：C
A.放电时，Li 作电源负极，负极反应为 Li－e ===Li
4.锂-二硫化亚铁电池是一种高容量电池，用途广泛，该电
池放电时的总反应为 4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列说法正确的
是( )。
－ ＋
B.放电时，正极发生氧化反应
C.硫酸、羧酸及醇类物质都可以用作该锂电池的电解质
D.充电时，阳极只有 Fe 参与放电
解析：放电时负极发生氧化反应，电极反应式为 Li－e －
===Li＋，A 正确；放电时正极发生还原反应，B 错误；加入硫
酸、羧酸时，Li 和硫酸、羧酸反应，所以不能用硫酸、羧酸作
该锂电池的电解质，C 错误；充电时，阳极发生氧化反应，而
D 错误。
答案：A
反应中S2－和Fe的化合价都升高，所以S2－和Fe都参与放电，
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：
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )。
B.b>c>d>a
D.a>b>d>c
A.a>b>c>d
C.d>a>b>c
答案：C
实验
装置
部分实
验现象
a极质量减小，
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
考点一
考向1
原电池原理
原电池的工作原理，正、负极的判断及电极反应
式书写
[典例1](2018 年福建漳州八校联考)“软电池”采用一个薄
层纸片作为传导体，在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰，
在纸内的带电离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总
反应为：Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)。下列说法正
确的是( )。
A.该电池的正极为锌
B.该电池反应中二氧化锰起催化作用
2MnO(OH)
D.当 0.1 mol Zn 完全溶解时，流经电解液的电子的物质的
量为 0.2 mol
解析：该原电池中，锌元素化合价由 0 价变为＋2 价，锌
失电子作负极，故 A 错误；该原电池中，锰元素化合价由＋4
价变为＋3 价，所以二氧化锰作正极，故 B 错误；电子从负极
沿导线流向正极，不经过电解质溶液，故 D 错误。
答案：C
C.电池正极反应式：2MnO2＋2e－＋2H2O===2OH－＋
C.充电时负极反应为 MH＋OH ===H2O＋M＋e
[典例 2]如图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的
是( )。
A.放电时正极反应为 NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
B.电池的电解液可为 KOH 溶液
－ －
D.MH 是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度
越高
解析：电池放电时，正极发生得电子的还原反应，A 正确；
由电池示意图及放电时正极上的电极反应知，该电池的电解液
呈碱性，可为 KOH 溶液，B 正确；充电时的负极实质上为阴极，
发生还原反应，C 错误；MH 的氢密度越大，表明单位体积的
MH 所能储存的电子越多，能量密度越大，D 正确。
答案：C
[方法技巧]
1.图解原电池工作原理
2.原电池正、负极的判断方法
此外，原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与
电解质溶液有关，不要形成活泼金属一定作负极的思维定式。
如 Al、Mg 和 NaOH 溶液构成的原电池中，Al 为负极，Mg 为
正极。
考向 2 盐桥原电池
A.反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
C.电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态
D.电流表读数为零后，在甲中溶入 FeCl2 固体，乙中的石墨
电极为负极
B.反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原
解析：由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成
Fe2＋被还原，I－失去电子变成 I2 被氧化，所以 A、B正确；电流
表读数为零时，Fe3＋得电子速率等于 Fe2＋失电子速率，反应达
到平衡状态，C 正确；在甲中溶入 FeCl2 固体，平衡2Fe3＋＋
2I－ 2Fe2＋＋I2 向左移动，I2 被还原为 I－，乙中石墨为正极，
D 不正确。
答案：D
[方法技巧] 当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相
等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；当
电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明
化学平衡移动方向相反。
考向3 原电池原理的应用
[典例4](判断金属的活泼性)有A、B、C、D、E五块金属
片，进行如下实验：①A、B 用导线相连后，同时浸入稀H2SO4
溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4
溶液中，电流由 D→导线→C；③A、C 相连后，同时浸入稀
H2SO4 溶液中，C 极产生大量气泡；④B、D 相连后，同时浸入
稀H2SO4 溶液中，D 极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含 B
离子和 E 离子的溶液，E 先析出。据此，判断五种金属的活动
性顺序是( )。
B.A>C>D>B>E
D.B>D>C>A>E
A.A>B>C>D>E
C.C>A>B>D>E
答案：B
[典例5](判断反应速率)(2018年广东揭阳二模)等质量的两
份锌粉 a、b，分别加入过量的稀 H2SO4 中，同时向 a 中放入少
量的 CuSO4 溶液，如图表示产生 H2 的体积(V)与时间(t)的关系，
其中正确的是( )。
A B C D
解析：等质量的两份锌粉 a、b，分别加入过量的稀 H2SO4
中，同时向 a 中放入少量的 CuSO4 溶液，发生：Zn＋Cu2＋===
Zn2＋＋Cu，形成原电池，反应速率增大，反应用时少于 b，但
生成的氢气少于 b，图象应为 D。
答案：D
[方法技巧] 改变Zn 与H＋反应速率的方法
(1)加入Cu 或CuSO4，形成原电池，加快反应速率，加入
Cu 不影响Zn 的量，但加入CuSO4，Zn 的量减少，是否影响产
生H2 的量，应根据 Zn、H＋的相对量多少判断。
(2)加入CH3COONa，由于CH3COO－与H＋反应，使c(H＋)
减小，反应速率减小，但不影响生成H2 的量。
[典例6](设计原电池)电子工业中常用 30%的 FeCl3 溶液腐
蚀绝缘板上的铜箔制造印刷电路板。某工程师为了从废液中回
收铜，重新获得 FeCl3 溶液，设计了下列实验步骤：
写出一个能证明还原性 Fe 比 Cu 强的离子方程式：____
_________________________________________________。
该反应在上图步骤________中发生。请根据上述反应设计
一个原电池，在方框中画出简易装置图(标出电极名称、电极材
料、电解质溶液)。
解析：a 是 Fe，发生的反应有 Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu 和 Fe
＋2Fe3＋===3Fe2＋，试剂 b是盐酸。将Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu设
计成原电池，Fe 作负极，比 Fe 不活泼的 Cu 作正极，电解质溶
液是含 Cu2＋的溶液。
答案：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu ① 装置图略
[方法技巧] 原电池的设计方法
设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：
(1)首先判断出氧化还原反应中的还原剂和氧化剂，将还原
剂(一般为比较活泼金属)作负极，活动性比负极弱的金属或非
金属作正极，含氧化剂的溶液作电解质溶液。
(2)如果两个半反应分别在要求的两个容器中进行(中间连
接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的
金属的阳离子。
(3)设计实例：
根据反应 2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2
设计的原电池为：
2Na2CO3＋C。下列说法错误的是(
【拓展演练】
1.(2018 年新课标Ⅱ卷)我国科学家研发了一种室温下“可
呼吸”的 Na-CO2 二次电池。将 NaClO4 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：3CO2＋4Na )。. .
答案：D
质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(
2.(2016 年新课标Ⅱ卷)Mg-AgCl 电池是一种以海水为电解
)。
A.负极反应式为 Mg－2e－===Mg2＋
B.正极反应式为 Ag＋＋e－===Ag
C.电池放电时 Cl－由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应 Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑
. .
解析：根据题意，电池总反应式为 Mg＋2AgCl===MgCl2
＋2Ag，正极反应为 2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag，负极反应为
Mg－2e－===Mg2＋，A 正确，B 错误；对原电池来说，阴离子由
正极移向负极，C 正确；由于镁是活泼金属，则负极会发生副
反应 Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，D 正确。
答案：B
考点二
考向 1
化学电源
可充电电池(二次电池)
[典例7]已知：锂离子电池的总反应为：LixC＋Li1－xCoO2
C＋LiCoO2
锂硫电池的总反应为：2Li＋S
有关上述两种电池说法正确的是(
Li2S
)。
A.锂离子电池放电时，Li＋向负极迁移
B.锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应
C.理论上两种电池的比能量相同
D.如图表示用锂离子电池给锂硫电池充电
解析：锂离子电池放电时，为原电池，阳离子 Li＋向正极移
动，A 错误；锂硫电池充电时，为电解池，锂电极发生还原反
应生成 Li，B 正确；电池的比能量是指参与电极反应的单位质
量的电极材料放出电能的多少，两种电池材料不同，显然其比
能量不同，C 错误；由图可知，锂离子电池的电极材料为 C 和
LiCoO2，应为该电池放电完全所得产物，而锂硫电池的电极材
料为 Li 和 S，应为充电完全所得产物，故此时应为锂硫电池给
锂离子电池充电的过程，D 错误。
答案：B
[方法技巧] 可充电电池的反应规律
1.可充电电池有充电和放电两个过程，放电发生的是原电
池反应，充电发生的是电解池反应。充电的电极反应与放电的
电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时正极反应的逆
过程，充电时的阴极反应为放电时负极反应的逆过程。
2.充电：原电池负极接电源负极，原电池正极接电源正极。
3.放电时的负极反应和充电时的阴极反应，放电时的正极
反应和充电时的阳极反应在形式上互逆。将负(正)极反应式变
方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。放电总反应和充
电总反应在形式上互逆(但不是可逆反应)。
图是该燃料电池的示意图。下列说法错误的是(
考向2 燃料电池
[典例8](2018 年河南二模)甲醇燃料电池体积小巧、洁净环
保、比能量高，已在便携式通讯设备、汽车等领域应用。某型
甲醇燃料电池的总反应式为 2CH4O＋3O2===2CO2＋4H2O，如
)。. .
A.a 是甲醇，b 是氧气
B.燃料电池将化学能转化为电能
C.质子从 M 电极区穿过交换膜移向 N 电极区
D.负极反应：CH4O－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋
解析：由质子交换膜知，电解质溶液呈酸性，N极上生成水，则a为氧气，N为
正极，M为负极，负极反应式为CH4O－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋，正极反应式为
O2＋4H＋＋4e－===2H2O，b是甲醇、c是二氧化碳，质子从M电极区通过质子交换
膜迁移到N电极区，通过以上分析知，B、C、D正确。
答案：A
考向3 新型电池
AgCl(s)＋Cu＋(aq)====Ag(s)＋Cu2＋(aq)＋Cl－(aq)。
解析：该装置中氯原子在银电极上得电子发生还原反应，
所以银作正极、铂作负极，光照时，电流从正极银 X 流向负极
铂 Y，A 正确；光照时，Pt 电极作负极，负极上亚铜离子失电
子发生氧化反应，电极反应式为Cu＋(aq)－e－===Cu2＋(aq)，B错
误；光照时，该装置是原电池，银作正极，铂作负极，电解质
中氯离子向负极铂移动，C 正确；光照时，正极上氯原子得电
子发生还原反应，负极上亚铜离子失电子，所以电池反应式为
光
答案：B
【拓展演练】
3.(2018 年新课标Ⅲ卷)一种可充电锂-空气电池如图所示。
当电池放电时，O2 与 Li＋在多孔碳材料电极处生成 Li2O2－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
4.(2017 年新课标Ⅲ卷)全固态锂硫电池能量密度高、成本
低，其工作原理如下图所示，其中电极 a 常用掺有石墨烯的 S8
材料，电池反应为：16Li＋xS8===8Li2Sx(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－===
3Li2S4
B.电池工作时，外电路中流过 0.02 mol 电子，负极材料减
重 0.14 g
C.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
解析：电池工作时为原电池，其电解质中的阳离子向正极移动，根据图示中Li
＋移动方向可知，电极a为正极，正极发生还原反应，根据总反应可知正极依次发生
S8→Li2S8→Li2S6→
Li2S4→Li2S2的还原反应，故A正确；电池工作时负极电极反应式为Li－e－===Li＋，
当转移0.02 mol电子时，负极消耗Li的物质的量为0.02 mol，即0.14 g，故B正确；石
墨烯具有良好的导电性，可以提高电极a的导电能力，故C正确；电池充电时为电解
池，此时电池反应为8Li2Sx===16Li＋xS8(2≤x≤8)，所以Li2S2的量越来越少，故D
错误。
答案：D
微信/支付宝扫码支付