2025届高三化学一轮复习 　原电池和化学电源 知识点突破 讲义

高考专题　原电池和化学电源 知识点突破 课标解读 1.掌握原电池的工作原理，能设计简单的原电池。 2．了解常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。 3．能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题，如新型电池的开发等。 原电池的工作原理及应用 必备知识·梳理夯实 知识梳理 1．原电池及构成条件 (1)原电池 原电池是把 化学　能转化为 电能　的装置。其反应本质是 自发进行　的 氧化还原　反应。 (2)构成条件 2．工作原理(以锌铜原电池为例) (1)两种装置 (2)反应原理 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 氧化反应 还原反应 电子流向 由Zn片沿导线流向Cu片 盐桥中离子 移动方向 盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向 正　极，Cl－移向 负　极 装置差异 比较 原电池Ⅰ：温度升高，化学能转化为电能和热能，两极反应在相同区域，部分Zn与Cu2＋直接反应，使电池效率降低 原电池Ⅱ：温度不变，化学能只转化为 电能　，两极反应在不同区域，Zn与Cu2＋隔离，电池效率提高，电流稳定 (3)盐桥的构成及作用 ①盐桥中大多装有含饱和KCl溶液的琼脂。 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．原电池原理的应用 (1)比较金属的活动性强弱：原电池中，一般负极是活动性 较强　的金属，正极是活动性较弱的金属(或非金属)。 (2)加快化学反应速率：形成原电池时，氧化还原反应的反应速率加快。 (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)设计原电池 设计实例： 根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2 设计的原电池为： 装置如下图所示： 　 4．原电池中的三个移动方向 电子方向 从 负　极流出沿导线流入 正　极 电流方向 从 正　极沿导线流向 负　极 离子迁移方向 电解质溶液中，阴离子向 负　极迁移，阳离子向 正　极迁移 [微点归纳]　(1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。 (2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。 (3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液(离子不上岸，电子不下水)。 (4)注意盐桥不能用一根导线连接，因为导线是不能传递阴阳离子的。用导线连接后相当于一个是原电池，一个是电解池。 自主小练 1．易错辨析：正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)锌铜原电池中，Cu2＋移向Zn电极。( × ) [提示]　Zn电极为负极，Cu2＋移向正极。 (2)锌铜原电池中，盐桥可以换成导线。( × ) [提示]　盐桥是离子导体，导线是电子导体。 (3)原电池中的化学能全部转化为电能。( × ) [提示]　原电池中的化学能转化为电能的同时，还转化为热能等。 (4)电子能通过熔融的电解质移向正极。( × ) [提示]　电子不能通过离子导体。 (5)电极反应式遵循质量、电子转移和电荷守恒。( √ ) [提示]　电极反应式遵循化学方程式书写的原则。 (6)锌铜原电池中，有电子通过电解质溶液形成闭合回路，因此有电流产生。( × ) [提示]　电子不经过电解质溶液。 (7)两种活动性不同的金属组成原电池时，活动性强的金属一定作负极。( × ) (8)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高。( √ ) (9)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu等)代替纯锌与盐酸反应效果更好。( √ ) (10)CaO＋H2O===Ca(OH)2能自发进行，且放出大量的热，故可以设计成原电池。( × ) (11)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。( × ) [提示]　阳离子向正极移动，阴离子移向负极。 (12)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥内可以是含琼脂的KCl饱和溶液。( × ) [提示]　琼脂中的Cl－会进入AgNO3溶液和Ag＋反应。 (13)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极。( √ ) [提示]　氧化反应是失去电子的反应，因此在原电池中一定为负极上的反应。 (14)Mg-Al-稀H2SO4组成的原电池中，Mg作负极，Mg-Al-NaOH溶液组成的原电池中，Mg作正极。( √ ) (15)氧化还原反应2H2O2H2↑＋O2↑可以设计成原电池。( × ) 2．在如图所示的4个装置中，不能形成原电池的是 ①④　(填序号)，并指出原因 ①中酒精是非电解质；④中未形成闭合回路　。 3．(1)在双液原电池中，盐桥的作用是什么？ [提示]　形成闭合回路，使两溶液保持电中性。 (2)能用金属代替盐桥吗？为什么？ [提示]　不能。在电路接通的情况下，盐桥是原电池内电路的一部分，盐桥中含有的阴、阳离子定向移动，从而达到传导电流及保持溶液呈电中性的目的；若用金属代替盐桥，溶液中的离子不能通过金属，故不能用金属代替盐桥。 (3)依据氧化还原反应2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3琼脂的U形管)。 请回答下列问题： ①电极X的材料是 Cu　；电解质溶液Y中的溶质是 AgNO3　(填化学式)。 ②银电极为电池的 正　极，其电极反应式为 Ag＋＋e－===Ag　。 ③盐桥中的NO移向 Cu(NO3)2　溶液。 考点突破·训练提升 微考点1　原电池的构成及工作原理 1．(2024·河北衡水高三检测)如图所示为锌铜原电池。下列叙述正确的是( A ) A．盐桥的作用是传导离子 B．外电路电子由铜片流向锌片 C．锌片上的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn D．外电路中有0.2 mol电子通过时，铜片表面质量增加约3.2 g [解析]　在含盐桥的原电池中，盐桥连接左、右两个烧杯中的溶液，可传导离子，起到导电作用，A正确；锌的活动性强于铜，则锌片作负极，铜片作正极；在外电路中，电子由负极流向正极，则电子由锌片流向铜片，B错误；锌片是负极，发生失去电子的氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，C错误；铜片是正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，外电路中通过0.2 mol电子时，铜片上析出0.1 mol Cu，其质量为0.1 mol×64 g·mol－1＝6.4 g，D错误。 2．(2024·山东青岛高三检测)分析如图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( B ) A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极 B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ [解析]　②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极，A项错误；②中电池总反应式为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，两式相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B项正确；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓硝酸反应失去电子作负极，C项错误；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D项错误。 归纳拓展： 1 原电池中正、负极的五种判断方法 2 原电池的工作原理 3 原电池中电极反应式的书写 【对点训练】　 1．(2023·天津高三模拟)如图所示原电池装置(盐桥中含饱和KCl溶液)。下列说法正确的是( C ) A．盐桥中的Cl－流向烧杯甲 B．该原电池的正极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu C．甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅 D．若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸，电流表指针反向偏转 [解析]　由原电池的装置图可知，该装置中存在自发的氧化还原反应Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，则铜为负极，Pt为正极。原电池内电路中阴离子移向负极，则盐桥中的Cl－流向烧杯乙，A错误；Pt为正极，该原电池的正极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，B错误；甲烧杯中电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，Fe3＋的浓度减小，则溶液的红色逐渐变浅，C正确；若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸，Pt与稀硝酸不反应，铜仍然为负极，Pt为正极，电流表指针偏转方向不变，D错误。 2．(2023·河北石家庄模拟)如图所示的电池，盐桥由琼脂和饱和KCl溶液构成。下列有关说法正确的是( D ) A．电池负极反应：Fe2＋－e－===Fe3＋ B．盐桥中K＋移向FeCl2溶液 C．当有6.02×1023个电子转移时，Fe电极减少56 g D．电池总反应：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋ [解析]　该双液电池Fe为负极，失去电子，石墨为正极，得到电子；盐桥中的阳离子K＋朝正极移动，移向FeCl3溶液。Fe为负极，石墨为正极，电池负极反应：Fe－2e－===Fe2＋，故A错误；原电池中阳离子移向正极，石墨电极为正极，故盐桥中K＋移向FeCl3溶液，故B错误；当有6.02×1023个电子转移时，根据电池负极反应：Fe－2e－===Fe2＋，Fe电极减少28 g，故C错误；据分析，根据电荷守恒可得，电池总反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，故D正确。 微考点2　原电池原理的应用 1．(2024·河北衡水高三检测)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： 序号 实验① 实验② 实验③ 实验④ 实验 装置 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 据此判断这四种金属的活动性强弱顺序为( C ) A．a>b>c>d B.b>c>d>a C．d>a>b>c D.a>b>d>c [解析]　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，则活动性：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，则活动性：d>a。综上所述可知，活动性：d>a>b>c。 2．(2024·湖南长沙高三检测)根据如图，可判断出下列离子方程式中错误的是( A ) A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s) B．Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq) C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2＋(aq) D．2Ag＋(aq)＋Co(s)===2Ag(s)＋Co2＋(aq) [解析]　根据图中电极标有“＋”和“－”，可确定分别为正极和负极，且金属作电极，负极金属活动性强于正极金属，结合原电池装置可判断金属性分别为Cd>Co和Co>Ag，即Cd>Co>Ag。由于金属性Cd强于Ag，则2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s)反应不可能发生，2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2＋(aq)反应可以发生，A错误，C正确；由于金属性Cd强于Co，则Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq)反应可以发生，2Ag＋(aq)＋Co(s)===2Ag(s)＋Co2＋(aq)反应可以发生，B、D正确。 【对点训练】　 1．(2024·山东潍坊高三检测)根据化学反应设计原电池(选用相同的盐桥)时，下列各项中合理的是( B ) 选项 正极(金属/ 电解质溶液) 负极(金属/ 电解质溶液) A Zn/ZnSO4溶液 Fe/H2SO4溶液 B Fe/FeCl2溶液 Zn/ZnSO4溶液 C Zn/H2SO4溶液 Fe/FeCl2溶液 D Fe/ZnSO4溶液 Zn/FeCl2溶液 [解析]　锌、铁构成原电池时，金属性强的锌为负极，铁为正极，不能选用能与铁和锌反应的稀硫酸作电解质溶液，A、C错误；不能选用能与锌反应的氯化亚铁作电解质溶液，D错误；B正确。 2．(2024·山东肥城高三检测)有M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。四种金属的还原性由强到弱的顺序是( A ) A．P、M、N、E B.E、N、M、P C．P、N、M、E D.E、P、M、N [解析]　①M置换出N，则M的还原性比N强；②M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡，则M是正极，P的还原性比M强；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，N发生氧化反应生成N2＋，则N的还原性比E强，综上所述，还原性由强到弱的顺序为P>M>N>E。 常见化学电源 必备知识·梳理夯实 知识梳理 1．一次电池 只能使用一次，不能充电复原继续使用。 碱性锌锰干电池 负极反应式： Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2　 正极反应式： MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－　 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 银锌纽扣电池 负极反应式： Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2　 正极反应式： Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－　 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag 2.二次电池 放电后能充电复原继续使用。 两个电极均参与电极反应：“放电”为原电池原理，“充电”为电解原理 铅酸蓄电池是最常见的二次电池，总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。 (1)放电时(看作原电池) 负极反应式： Pb＋SO－2e－===PbSO4　； 正极反应式： PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O　。 (2)充电时(看作电解池) 阴极反应式： PbSO4＋2e－===Pb＋SO　； 阳极反应式： PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO　。 [微点归纳]　(1)可充电电池充电时原来的负极连接电源的负极作阴极；同理，原来的正极连接电源的正极作阳极，简记为负连负，正连正。 (2)可充电电池的充、放电不能理解为可逆反应。 3．燃料电池 将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的装置。 (1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。 种类 酸性 碱性 负极 反应式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－　 ===4H2O　 正极 反应式 O2＋4e－＋4H＋　 ===2H2O　 O2＋2H2O＋4e－ ===4OH－ 电池总反应 2H2＋O2===2H2O 燃料电池的电极本身不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。燃料和氧化剂连续地由 外部　供给。对于燃料电池要注意燃料在负极反应，O2在正极反应，要注意电解质溶液或传导介质的影响，如碱性条件下，CO2以CO形式存在。 [微点归纳]　①熔融的金属氧化物作介质传导O2－ 负极：2H2－4e－＋2O2－===2H2O； 正极：O2＋4e－===2O2－。 ②碳酸盐作介质 负极：2H2－4e－＋2CO===2H2O＋2CO2； 正极：O2＋4e－＋2CO2===2CO。 ③复杂电极反应式的书写 总体思路：＝－ 遵循原理，信息优先，用守恒直接书写。 (2)甲烷—氧气燃料电池(正极反应式与氢氧燃料电池正极反应式相同，下面只需写出负极反应式即可) ① CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O　(碱性介质)； ② CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋　(酸性介质)； ③ CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O　(熔融碳酸盐作介质)； ④ CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O　(熔融的金属氧化物作介质，高温下能传导O2－)。 自主小练 1．易错辨析：正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)碱性锌锰电池中，1 mol Zn和1 mol MnO2放电转移电子数相等。( × ) [提示]　碱性锌锰电池中，1 mol Zn放电转移2 mol e－，1 mol MnO2放电转移1 mol e－。 (2)铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应。( √ ) [提示]　原电池中负极发生氧化反应，电解池中阳极发生氧化反应。 (3)金属铂可以作为氢氧燃料电池的正负极材料。( √ ) [提示]　金属铂是惰性电极材料之一。 (4)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2－4e－===4H＋。( × ) (5)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应。( × ) [提示]　可充电电池的充电与放电不是在相同条件下发生的，故不是可逆反应。 (6)二次电池充电时，充电器的正极连接二次电池的正极。( √ ) [提示]　充电时正极连接电源的正极，作阳极发生氧化反应。 (7)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后将热能转化为电能。( × ) [提示]　燃料电池直接将化学能转化为电能。 (8)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。( √ ) [提示]　铅蓄电池放电时，负极铅、正极二氧化铅均转变为硫酸铅，质量均增加。 (9)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移。( × ) [提示]　在原电池中阳离子在电解质溶液中移向正极。 (10)根据反应4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S设计的可充电电池是一种应用广泛的锂电池，可用水溶液作电解质溶液。( × ) (11)一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋，正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。( × ) (12)锂离子电池的总反应为LixC＋Li1－xCoO2C＋LiCoO2，放电时Li＋向负极移动。( × ) (13)碘可用作锂碘电池的材料，该电池反应为2Li(s)＋I2(s)===2LiI(s)，则碘电极作该电池的负极。( × ) [提示]　碘在反应中的化合价降低，发生还原反应，碘作正极。 (14)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.2 mol电子时，消耗的H2SO4为0.1 mol。( × ) (15)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.1 mol电子时，负极增加4.8 g。( √ ) (16)若使反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原电池方式进行，可用锌、铁作电极材料。( × ) (17)固体酸燃料电池以Ca(HSO4)2固体为电解质传递H＋，电池总反应可表示为2H2＋O2===2H2O，则电池工作时电子从通O2的一极通过外电路流向通H2的一极。( × ) (18)碱性锌锰电池是一次电池，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。( × ) [提示]　碱性锌锰电池MnO2是氧化剂参与电极反应。 (19)负极材料不与电解质溶液反应就不能构成原电池。( × ) (20)燃料电池中的燃料在负极上发生还原反应。( × ) 2．电子表和电子计算器中所用的是纽扣式的微型银锌电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解液为KOH溶液。工作时电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2 (1)工作时电流从 Ag2O　极流向 Zn　极(两空均选填“Ag2O”或“Zn”)。 (2)负极的电极反应式为 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2　。 (3)工作时电池正极区的pH 增大　(选填“增大”“减小”或“不变”)。 (4)外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少 6.5　g。 3．(1)①氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将 减小　(填“减小”“增大”或“不变”，下同)，溶液的pH 减小　。 ②氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将 减小　，溶液的pH 增大　。 (2)如图是甲烷燃料电池的工作原理示意图，根据燃料电池有关知识回答： a电极为燃料电池的 负极　(填“正极”或“负极”)，其电极反应为 CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O　；电池总反应为 CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O　。 (3)Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。 请回答下列问题： ①电池的负极材料为 锂　，发生的电极反应为 4Li－4e－===4Li＋　。 ②电池正极发生的电极反应为 2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑　。 [提示]　分析反应的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被还原，为氧化剂。 ①负极材料为Li(还原剂)，4Li－4e－===4Li＋。 ②正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。 考点突破·训练提升 微考点1　新型一次电池及分析 (2022·湖南卷，8)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]　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，A正确；锂—海水电池的总反应为4Li＋2H2O＋O2===4LiOH，M极上Li失去电子发生氧化反应，则M极为负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，N极为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，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，C正确；该电池不可充电，属于一次电池，D正确。 【对点训练】　 1．Li-FeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池，其结构如图所示。已知电池放电时的反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列说法正确的是( C ) A．Li为电池的正极 B．电池工作时，Li＋向负极移动 C．正极的电极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－ D．将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，电池性能更好 [解析]　根据电池反应式知，放电时Li失电子发生氧化反应，则Li是负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，FeS2为正极，正极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－。通过以上分析知，Li为电池负极，发生氧化反应，故A错误；放电时，阳离子Li＋向正极移动，故B错误；FeS2为正极，正极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－，故C正确；将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，Li和水发生氧化还原反应生成氢气，所以不能将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，故D错误。 2．(2023·重庆模拟)某化学小组将可乐和MnO2放一个由滤纸制成的通道内，形成了电池，该电池可将可乐(pH＝2.5)中的葡萄糖作为燃料获得能量，下列说法错误的是( B ) A．b极为正极 B．若消耗0.1 mol葡萄糖，电路中转移0.4 mol电子 C．随着反应不断进行，负极区的pH不断减小 D．b极的电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O [解析]　该装置为原电池，根据有机物氧化还原的定义，葡萄糖(C6H12O6)生成葡萄糖内酯(C6H10O6)，氢原子减少两个，发生氧化反应，故葡萄糖所在的一极为负极，即a极为负极，b极为正极。由分析可知，b极为正极，A项正确；该电池的负极反应为C6H12O6－2e－===C6H10O6＋2H＋，1 mol葡萄糖参与反应，失去2 mol电子，则0.1 mol葡萄糖参与反应，电路中转移0.2 mol电子，B项错误；根据负极的电极反应式C6H12O6－2e－===C6H10O6＋2H＋，有H＋生成，负极区溶液pH变小，C项正确；b极为正极，MnO2为氧化剂，发生反应MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，D项正确。 归纳拓展： 解答一次电池的一般思维过程 微考点2　新型二次电池及分析 (2022·全国乙卷，12)Li-O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应式(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是( C ) A．充电时，电池的总反应Li2O2===2Li＋O2 B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关 C．放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移 D．放电时，正极发生反应O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2 [思路点拨]　充电时光照光催化电极产生电子和空穴，则充电时总反应为Li2O2===2Li＋O2，结合图示，充电时金属锂为阴极，光催化电极为阳极： 充电(电解池) 放电(原电池) 阳极 Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2(光催化电极) 负极 Li－e－===Li＋ 阴极 Li＋＋e－===Li(金属锂) 正极 O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2 [解析]　根据题给电池装置图并结合阴、阳极电极反应可知，充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2，A项正确；由题干中光照时阴、阳极反应可知，充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B项正确；放电时题给装置为原电池，阳离子(Li＋)向正极迁移，C项错误；根据题给装置图可知，放电时正极上O2得电子并与Li＋结合生成Li2O2，即O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D项正确。 归纳拓展： 电极反应式的书写步骤：第1步，判断电极(正、负极或者阴、阳极)上参与反应的反应物和生成物，根据元素化合价变化标出转移电子的数目；第2步，根据溶液的酸碱性，通过在电极反应式的两端添加H＋或OH－：使电极反应式符合电荷守恒；第3步，根据原子守恒，在电极反应式的两端添加H2O(或其他小分子物质)，使电极反应式符合原子守恒。 【对点训练】　 1．(2024·湖南常德模拟)最近，我国科研人员发明了一种新型的锌离子热充电电池，可以利用人体产生的低热量充电。该电池以Zn和VO2-PC为电极材料，实现了低热量发电。放电时，VO2结合Zn2＋生成ZnxVO2·yH2O，原理如图所示。下列说法正确的是( D ) A．分离器可以为阴离子交换膜 B．充电时，阳极电极反应式为ZnxVO2·yH2O＋2xe－===VO2＋xZn2＋＋yH2O C．放电时，电流从Zn极流向VO2-PC极 D．充电时，锌离子从较高温一侧移至低温一侧 [解析]　放电时，Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，VO2结合Zn2＋生成ZnxVO2·yH2O，说明Zn2＋从负极移向正极，则分离器可以是阳离子交换膜，但不能是阴离子交换膜，A错误；充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式为ZnxVO2·yH2O－2xe－===VO2＋xZn2＋＋yH2O，B错误；放电时，电流由正极流向负极，即电流从VO2-PC极流向Zn极，C错误；充电时，Zn2＋由较高温区向左侧低温区迁移，并在Zn电极得电子被还原为Zn，D正确。 2．(2024·山东潍坊高三检测)镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。下列有关该电池的说法正确的是( A ) A．充电时阳极反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===H2O＋NiOOH B．充电过程是化学能转化为电能的过程 C．放电时负极附近溶液中的OH－浓度不变 D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动 [解析]　该可充电电池放电时为原电池，Cd失电子、化合价升高，Cd为负极，反应式为Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，正极上NiOOH发生的电极反应式为NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－，工作时阳离子移向正极、阴离子移向负极；充电时为电解池，与电源正极相接的为阳极，与电源负极相接的为阴极，阴阳极反应与原电池负正极反应相反，据此分析解答。充电时为电解池，阳极反应与原电池正极反应相反，即阳极电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O，故A正确；充电时为电解池，电能转化为化学能，故B错误；放电时为原电池，负极反应式为Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，碱性减弱，故C错误；放电时为原电池，电解质溶液中的OH－向负极移动，故D错误。 归纳拓展： 二次电池的充放电规律及电极反应式书写 1 二次电池的充放电规律 ①充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为“负接负后作阴极，正接正后作阳极”。 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；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。 2 二次电池电极反应式的书写 书写二次电池的电极反应式时，要明确放电和充电过程 ①放电时： 负极发生氧化反应，对应元素的化合价升高； 正极发生还原反应，对应元素的化合价降低。 ②充电时： 阴极反应是放电时负极反应的逆过程； 阳极反应是放电时正极反应的逆过程。 微考点3　燃料电池及分析 1．(2024·山东滨州检测)如图所示是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是( C ) A．碱性氢氧燃料电池的正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ B．干电池工作时，H＋向石墨电极移动 C．铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量减轻207 g D．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池 [解析]　氢氧燃料电池的正极是O2得电子发生还原反应，碱性条件下的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故A正确；干电池的石墨是正极，则电池工作时H＋向正极移动，即向石墨电极移动，故B正确；铅蓄电池工作过程中，负极上铅失电子，生成硫酸铅，且硫酸铅在负极上析出，硫酸铅是难溶物质，则负极质量应该增加而非减小，故C错误；干电池是一次电池，铅蓄电池是可充电电池，属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃料电池，故D正确。 2．(2021·山东卷，10)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池，下列说法正确的是( C ) A．放电过程中，K＋均向负极移动 B．放电过程中，KOH物质的量均减小 C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大 D．消耗1 mol O2时，理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L [解析]　放电过程为原电池，阳离子向正极移动，K＋均向正极移动，A错误；N2H4-O2燃料电池的产物为氮气和水，不消耗KOH，n(KOH)保持不变，其他两种燃料电池均消耗KOH，n(KOH)减小，B错误；理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为m g，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量分别为×6、×4、×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，消耗1 mol O2时电路中通过4 mol电子，N2H4→N2～4e－，则负极消耗1 mol N2H4产生1 mol N2，在标准状况下的体积为22.4 L，D错误。 归纳拓展： 1 分析燃料电池类题目的思维模型 2 燃料电池中电极反应式及总反应式的书写 (1)负极反应式的书写[以碱性(KOH溶液)甲烷燃料电池为例] (2)正极反应式的书写 ①酸性介质：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 ②碱性介质：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 (3)电池总反应式的书写 依据得失电子守恒配平两极反应式，然后将两极反应式相加可得电池总反应式。 【对点训练】　 1．北京冬奥会赛区内使用了氢燃料清洁能源车辆。某氢氧燃料电池工作示意图如下。下列说法不正确的是( C ) A．电极a为电池的负极 B．电极b表面反应为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ C．电池工作过程中OH－向正极迁移 D．氢氧燃料电池将化学能转化为电能的转化率高于火力发电，提高了能源利用率 [解析]　H2通入电极a，发生氧化反应，则电极a是负极，A正确；电极b为正极，O2在正极被还原，电解质溶液为KOH溶液，则正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，B正确；燃料电池工作时，阴离子移向负极，则OH－向负极(电极a)迁移，C错误；氢氧燃料电池将化学能转化为电能，能源利用率较高，其能量转化率高于火力发电，D正确。 2．(2023·山西太原三模)某微生物燃料电池在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( B ) A．电极电势：a<b，电极b上发生氧化反应 B．HS－在硫氧化菌作用下发生反应：HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋ C．若该电池外电路有0.4 mol电子转移，则有0.45 mol H＋迁移到b极 D．该燃料电池在高温下进行效率更高 [解析]　由图可知，b极为正极，发生还原反应，电极电势a<b，A错误；电池外电路有0.4 mol电子转移，由电荷守恒可知，有0.4 mol H＋迁移到b极，C错误；微生物在高温下会死亡，电池效率降低，D错误。 3．直接煤—空气燃料电池原理如图所示，下列说法错误的是( A ) A．随着反应的进行，氧化物电解质的量不断减少 B．负极的电极反应式为C＋2CO－4e－===3CO2↑ C．电极X为负极，O2－向X极迁移 D．直接煤—空气燃料电池的能量效率比煤燃烧发电的能量效率高 [解析]　题给燃料电池，Y为正极，反应式为O2＋4e－===2O2－；X是负极，反应式为C＋2CO－4e－===3CO2↑、CO2＋O2－===CO。由题图可知，电极X反应消耗O2－，电极Y上O2得电子生成O2－不断补充，氧化物电解质的量不会减少，A错误；该燃料电池是把化学能直接转化为电能，而煤燃烧发电是把化学能转化为热能，再转化为电能，D正确。 真题演练·明确考向 命 题 分 析 近几年高考对原电池的考查，以生产、生活、科技等中的问题为载体，考查原电池原理及其应用、氢氧燃料电池(燃料电池)的原理及应用。 真 题 演 练 1．(2023·新课标，10,6分)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是( C ) A．放电时V2O5为正极 B．放电时Zn2＋由负极向正极迁移 C．充电总反应：xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O D．充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O [解析]　放电时，Zn为负极，负极反应为xZn－2xe－===xZn2＋，V2O5为正极，正极反应为V2O5＋xZn2＋＋nH2O＋2xe－===ZnxV2O5·nH2O，总反应为xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O；放电时Zn2＋由负极移向正极；充电时总反应为ZnxV2O5·nH2O===xZn＋V2O5＋nH2O，阳极反应为ZnxV2O5·nH2O－2xe－===V2O5＋xZn2＋＋nH2O。综上所述，A、B、D均正确，C不正确。 2．(2023·全国乙卷，12,6分)室温钠—硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠—硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应： S8＋e－―→S，S＋e－―→S，2Na＋＋S＋2e－―→Na2Sx 下列叙述错误的是( A ) A．充电时Na＋从钠电极向硫电极迁移 B．放电时外电路电子流动的方向是a→b C．放电时正极反应为：2Na＋＋S8＋2e－―→Na2Sx D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能 [解析]　根据工作时硫电极上发生的反应可知，硫电极得电子发生还原反应，则放电时，硫电极(b极)为正极、钠电极(a极)为负极；充电时，a极为阴极、b极为阳极。充电时，阳离子向阴极移动，则Na＋移向钠电极，A项错误；放电时，电子经外电路由负极流向正极，B项正确；根据题给硫电极上的反应，结合电荷守恒可得放电时正极反应为2Na＋＋S8＋2e－―→Na2Sx，C项正确；炭化纤维素纸的导电性强，可增强硫电极的导电性能，D项正确。 3．(2023·山东卷，11(改编)，4分)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法不正确的是( B ) A．甲室Cu电极为负极 B．隔膜为阳离子膜 C．电池总反应为Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋ D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响 [解析]　甲室中发生反应：Cu2＋(aq)＋4NH3·H2O(aq)===[Cu(NH3)4]2＋＋4H2O，根据Cu2＋的浓度差可以设计浓差电池。NH3通入甲室发生反应NH3＋H2O===NH3·H2O，溶液中Cu2＋与NH3·H2O结合生成[Cu(NH3)4]2＋，Cu2＋＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋4H2O，甲室Cu电极上发生失电子的氧化反应Cu－2e－===Cu2＋，则甲室中总反应为Cu－2e－＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋；乙室Cu电极上发生得电子的还原反应Cu2＋＋2e－===Cu，乙室中SO向甲室移动，甲室中[Cu(NH3)4]SO4浓度增大，排出收集，低温热解生成CuSO4和NH3，NH3回到甲室中生成NH3·H2O循环使用。甲室中Cu电极为负极，A项正确；因需要在甲室中实现CuSO4溶液的再生，故需要使乙室中SO通过阴离子交换膜进入甲室，B项错误；上述分析中甲室中总反应与乙室中Cu电极的电极反应相加得总反应Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，C项正确；如果NH3进入乙室，则乙室中Cu2＋浓度降低，浓差电池的电动势差将减小，D项正确。 本讲要点速记： 1．原电池中的能量转化及本质 (1)能量转化：化学能转化为电能。 (2)反应本质：自发进行的氧化还原反应。 2．原电池中粒子的“移动方向” (1)外电路中电子移动方向：负极→正极。 (2)外电路中电流方向：正极→负极。 (3)电池内部离子移动方向：阴离子→负极，阳离子→正极。 (4)盐桥中(含饱和KCl溶液)离子移动方向：K＋→正极，Cl－→负极。 3．判断原电池正负极的六种方法 电极材料、电极现象、电子移动方向、离子移动方向、得失电子、电解质溶液。 (1)负极：较活泼金属、氧化反应、电子流出、电流流入、阴离子移向的一极、不断溶解。 (2)正极：不活泼金属或非金属、还原反应、电子流入、电流流出、阳离子移向的一极、电极增重。 4．化学电源中电极反应式书写的一般方法 (1)明确两极的反应物。 (2)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。 (3)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。 (4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。 注意：①H＋在碱性环境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境中结合H2O，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，即得到较难写出的另一极的电极反应式。 5．充电电池类题目的解答方法 (1)电池放电时发生原电池反应，充电时发生电解池反应，在充电时电池的负极接电源的负极，即负极接负极后为阴极，正极接正极后为阳极。 (2)充电时的阴极反应与放电时的负极反应、充电时的阳极反应与放电时的正极反应分别互为逆反应。 (3)阳极和负极都发生氧化反应，阴极和正极都发生还原反应。 (4)充电电池放电时，电解质溶液中的阳离子移向正极，阴离子移向负极，电子从负极经导线流向正极；电池充电时，电解质溶液中的阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。 (5)电极附近溶液的pH的变化，根据电极反应进行分析。 6．突破二次电池类题目的四个步骤 学科网（北京）股份有限公司 $$