内容正文:
第二节 原电池 化学电源
课程标准 核心素养
1.能分析、解释原电池的工作原理,能设计简
单的原电池
2.能列举常见的化学电源,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
1.变化观念与平衡思想:认识原电池的本质是氧化还原反应.
能多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转换
2.证据推理与模型认知:能利用典型的原电池装置,分析原电
池原理,建立解答原电池问题的思维模型,并利用模型揭示
其本质及规律
3.科学态度与社会责任:具有可持续发展意识和绿色化学观
念,能对与原电池有关的社会热点问题作出正确的价值
判断
学生用书 P211
考点一 原电池工作原理及其应用
一、概念和反应本质
原电池是把化学能转化为电能的装置,其反应本质
是氧化还原反应.
二、原电池的构成条件
1.能自发地发生氧化还原反应.
2.两个活动性不同的电极(材料可以是金属或导电的非
金属).
(1)负极:活动性较强的金属.
(2)正极:活动性较弱的金属或能导电的非金属.
3.形成闭合回路,形成闭合回路需三个条件:
(1)电解质溶液;
(2)两电极直接或间接接触;
(3)两电极插入电解质溶液中.
三、工作原理
以锌铜原电池为例
1.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沿导线流向Cu
盐桥中离
子移向
盐桥中含饱和KCl溶液,
K+移向正极,Cl-移向负极
电极名称 负极 正极
原电池反
应方程式 Zn+Cu
2+Zn2++Cu
两类装
置的不
同特点
还原剂Zn与氧化
剂Cu2+直接接触,
既有化学能转化为
电能,又有化学能
转化为热能,造成
能量损耗
Zn 与 氧 化 剂
Cu2+不直接接触,
仅有化学能转化
为电能,避免了能
量损耗,故电流稳
定,持续时间长
2.盐桥的组成和作用
(1)盐桥中装有饱和的 KCl、KNO3 等溶液和琼胶制
成的胶冻.
(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.
四、原电池原理的应用
1.加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应,设计成原电池时反
应速率增大.例如,在Zn与稀H2SO4 反应时加入
少量CuSO4溶液能使产生H2 的反应速率加快.
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
属比作正极的金属活泼.
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.设计制作化学电源
(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应.
(2)根据原电池的反应特点,结合两个半反应找出正、
负极材料和电解质溶液.
如:根据反应2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2
设计的原电池为:
572
第七章 化学反应与能量
1.易错辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)(2024甘肃卷)因氢气具有可燃性,故可制作
燃料电池 (√)
(2)铅酸蓄电池使用过程中两电极的质量均增加,
说明电池发生了放电反应 (√)
(3)(2024贵州卷)将Zn和ZnSO4 溶液与Cu和
CuSO4 溶液组成双液原电池,连通后铜片上有
固体沉积,故原电池中Zn作正极,Cu作负极
(×)
(4)(2023湖北卷)铜锌原电池工作时,正极和负
极同时发生反应 (√)
(5)(2023浙江6月)装置 的盐桥中
阳离子向ZnSO4 溶液中迁移 (×)
(6)(2023全国新课标卷)将银和AgNO3 溶液与
铜和Na2SO4 溶液组成原电池.连通后银表面
有银白色金属沉积,铜电极附近溶液逐渐变蓝,
说明Cu的金属性比Ag强 (√)
(7)在原电池中,正极本身一定不参与电极反应,负
极本身一定要发生氧化反应 (×)
(8)用稀硫酸和锌粒制取 H2 时,加几滴CuSO4 溶
液以加快反应速率 (√)
2.(2025北京市一六一中学高三开学考)北京冬奥
会赛区内使用的氢燃料清洁能源车辆,某氢氧燃料
电池工作示意图如下.请回答下列问题:
(1)电极a为电池的 极(填“正”或
“负”),其电极反应式是 .
(2)OH-向 极移动(填“a”或“b”).
答案:(1)负 H2-2e-+2OH-2H2O (2)a
◆[题组1] 原电池的工作原理
1.(2025江淮十校高三开学考)某小组为研究原电
池原理,设计如图装置,下列叙述正确的是 ( )
A.若X为Fe,Y为Cu,则铁为正极
B.若X为Fe,Y为Cu,则电子由铜片流向铁片
C.若X为Fe,Y为C,则碳棒上有红色固体析出
D.若X为Cu,Y为Zn,则锌片发生还原反应
解析:C [Fe比Cu活泼,Fe做负极,电子从Fe流
向Cu,故A、B错误;若X为Fe,Y为C,电解质为
硫酸铜,则正极碳棒上析出Cu,故C正确;Zn比
Cu活泼,Zn做负极,发生氧化反应,故D错误.]
2.(2025安阳市高三开学考)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(SO2-4 )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
解析:C [A项,由锌的活动性大于铜可知,铜电极
为正极,在正极上Cu2+ 得电子生成Cu,发生还原
反应,错误;B项,由于阳离子交换膜只允许阳离子
和水分子 通 过,故 甲 池 的c(SO2-4 )不 变,错 误;C
项,在乙池中发生反应:Cu2++2e-Cu,同时甲
池中的Zn2+ 通过阳离子交换膜进入乙池中,由于
M(Zn)>M(Cu),故乙池溶液的总质量增加,正确;
D项,阴离子不能通过阳离子交换膜,错误.]
672
高考总复习 化学
原电池正、负极判断方法
点拨: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,不要形成活泼性电极一定作
负极的思维定势.
◆[题组2] 原电池原理的应用
3.(2025清华大学附中开学考)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:
实验
装置
部分实
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
由此可判断这四种金属的活动性顺序是 ( )
A.a>b>c>d B.b>c>d>a
C.d>a>b>c D.a>b>d>c
解析:C [把四个实验从左到右分别编号为①、②、
③、④,则由实验①可知,a作原电池负极,b作原电
池正极,金属的活动性:a>b;由实验②可知,b极
有气体产生,c极无变化,则金属的活动性:b>c;由
实验③可知,d极溶解,则d作原电池负极,c作正
极,金属的活动性: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,金属的活动性:d>a.综上所述可知金属的活
动性:d>a>b>c.]
4.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 ;电解质溶液 Y是
(填化学式).
(2)银电极为电池的 极,其电极反应为
.
(3)盐桥中的NO-3 移向 溶液.
答案:(1)Cu AgNO3
(2)正 Ag++e-Ag
(3)Cu(NO3)2
考点二 常见化学电源
一、一次电池
碱性
锌锰
干电
池
负极材料:Zn
电极反应:Zn+2OH- -
2e-Zn(OH)2
正极材料:MnO2
电极反应:MnO2+H2O+
e-MnOOH+OH-
总 反 应:Zn+2MnO2 +
2H2O2MnOOH+
Zn(OH)2
续表
锌银
纽扣
电池
负极材料:Zn
电极反应:Zn+2OH- -
2e-Zn(OH)2
正极材料:Ag2O
电极反应:Ag2O+H2O+
2e-2Ag+2OH-
总反应:Zn+Ag2O+H2O
Zn(OH)2+2Ag
二、二次电池
铅酸蓄电池是最常见的二次电池,总反应为Pb(s)+
PbO2(s)+2H2SO4(aq)
放电
充电 2PbSO4(s)+2H2O(l)
772
第七章 化学反应与能量
三、“高效、环境友好”的燃料电池
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 H2-2e-2H+
H2+2OH--
2e-2H2O
正极反应式
O2+4e-+4H+
2H2O
O2+2H2O+4e-
4OH-
电池总反应式 2H2+O22H2O
备注
燃料电池的电极不参与反应,有很强的
催化活性,起导电作用
2.以CO为燃料气,在不同的电解质中,发生的电池
反应如下:
电解质 电极反应式或总反应式
①酸性介质
正极 O2+4e-+4H+2H2O
负极
CO-2e- + H2O CO2
+2H+
总反应 2CO+O22CO2
②碱性介质
正极 O2+4e-+2H2O4OH-
负极
CO-2e- +4OH-CO2-3
+2H2O
总反应
2CO+O2+4OH-2CO2-3
+2H2O
③固体氧化物
(其中O2-可以
在固体介质中
自由移动)
正极 O2+4e-2O2-
负极 CO-2e-+O2-CO2
总反应 2CO+O22CO2
④熔融碳酸
盐(CO2-3 )
正极 O2+4e-+2CO22CO2-3
负极 CO-2e-+CO2-3 2CO2
总反应 2CO+O22CO2
3.铝—空气—海水电池
负极材料:铝片 正极材料:铂片
电解质溶液:海水
负极反应:Al-3e-Al3+;
正极反应:O2+4e-+2H2O4OH-;
总反应:4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3.
1.易错辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)(2023辽宁卷)研制了高效率钙钛矿太阳能电
池,其能量转化形式:太阳能→电能 (√)
(2)铅酸蓄电池放电时,正极与负极质量均增加
(√)
(3)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆
反应 (×)
(4)燃料电池的电极不参与反应,有很强的催化活
性,起导电作用 (√)
(5)碱性锌锰干电池中的 MnO2 是催化剂,可使锌
锰干电池的比能量高、可储存时间长 (×)
(6)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为
H2-2e-2H+ (×)
(7)二次电池充电时,二次电池的负极连接电源的
负极,发生还原反应 (√)
(8)铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发
生还原反应 (×)
2.(2024湖南卷)近年来,我国新能源产业得到了蓬
勃发展,下列说法错误的是 ( )
A.理想的新能源应具有资源丰富、可再生、对环境
无污染等特点
B.氢氧燃料电池具有能量转化率高、清洁等优点
C.锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌,充电时锂
离子从正极脱嵌
D.太阳能电池是一种将化学能转化为电能的装置
解析:D [A.理想的新能源应具有可再生、无污染
等特点,故A正确;B.氢氧燃料电池利用原电池将
化学能转化为电能,对氢气与氧气反应的能量进行
利用,减小了直接燃烧的热量散失,产物无污染,故
具有能量转化率高、清洁等优点,B正确;C.脱嵌是
锂从电极材料中出来的过程,放电时,负极材料产
生锂离子,则锂离子在负极脱嵌,则充电时,锂离子
在阳极脱嵌,C正确;D.太阳能电池是一种将太阳
能转化为电能的装置,D错误.]
◆[题组1] 根据图示理解化学电源
1.(2025无锡市高三开学考)化学电源在日常生活
和高科技领域中都有广泛应用.
872
高考总复习 化学
下列说法不正确的是 ( )
A.甲:Zn2+向Cu电极方向移动,Cu电极附近溶液
中H+浓度增加
B.乙:正极的电极反应式为 Ag2O+2e- +H2O
2Ag+2OH-
C.丙:锌筒作负极,发生氧化反应,锌筒会变薄
D.丁:使用一段时间后,电解质溶液的酸性减弱,
导电能力下降
解析:A [Zn较Cu活泼,作负 极,Zn失 电 子 变
Zn2+,电子经导线转移到铜电极,铜电极负电荷变
多,吸引了溶液中的阳离子,因而Zn2+ 和 H+ 迁移
至铜电极,H+ 氧化性较强,得电子变成 H2,因而
c(H+)减小,A项错误;Ag2O作正极,得到来自Zn
失去的电子,被还原成Ag,结合KOH溶液作电解
液,故电极反应式为Ag2O+2e-+H2O2Ag+
2OH-,B项正确;Zn为较活泼电极,作负极,发生
氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,锌溶
解,因而锌筒会变薄,C项正确;铅酸蓄电池总反应
式为PbO2+Pb+2H2SO4
放电
充电
2PbSO4+2H2O,可
知放电一段时间后,H2SO4 不断被消耗,因而电解
质溶液的酸性减弱,导电能力下降,D项正确.]
2.(2025南昌市高三开学考)如图所示是一种可实
现氢气循环利用的新型电池的放电工作原理.下
列说法错误的是 ( )
A.放电时,M电极为正极
B.充电时,左池H+浓度和右池OH-浓度都增大
C.该电池的离子交换膜为氢离子交换膜
D.该电池放电的总反应式为:H++OH-H2O
解析:C [由图可知,放电时 M 极生成 H2,H+ 转
化为H2,发生还原反应,作正极,N极为负极,H2
失去电子形成 H+,H+ 和OH- 反应生成 H2O;充
电时,N极H2O中 H+ 放电生成 H2 和OH-,H+
转化为H2,发生还原反应,作阴极,连接电源负极,
M极为阳极,H2 失去电子形成 H+.A.由分析可
知,放电时,M 电极为正极,A 正确;B.由分析可
知,充电时N极生成OH-,M极生成H+,B正确;
C.由图可知,离子交换膜两侧分别为酸性和碱性条
件,若为氢离子交换膜,则两侧溶液会发生反应,为
了维持电中性,由图可知,应该为钠离子交换膜,C
错误;D.由分析可知,N电极反应为 H2+2OH--
2e-2H2O,M 电 极 反 应 为:2H+ +2e-
H2↑,则放电的总反应式为:H++OH-H2O,
D正确.]
◆[题组2] 可充电电池
3.(2025常德市高三开学考)
铅酸蓄电池的示意图如图所
示.下列说法正确的是
( )
A.放电时,N 为负极,其电
极反应 式 为 PbO2+SO2-4 +4H+ +2e-
PbSO4+2H2O
B.放电时,c(H2SO4)不变,两极的质量增加
C.充 电 时,阳 极 反 应 式 为 PbSO4+2e- Pb
+SO2-4
D.充电时,若N连电源正极,则该极生成PbO2
解析:D [放电时,是原电池,N 作正极,A 不正
确;放电时,正、负极均消耗硫酸,c(H2SO4)减小,B
不正确;充电时阳极发生氧化反应,电极反应式为
PbSO4-2e-+2H2OPbO2+SO2-4 +4H+,C
不正确;充电时,若N连电源正极,则该极为阳极,
电极反应产物为PbO2,D正确.]
4.(2025八省联考河南卷)我国科学家设计了一种
水系SGMnO2 可充电电池,其工作原理如图所示.
下列说法正确的是 ( )
A.充电时,电极b为阳极
B.充电时,阳极附近溶液的pH增大
C.放 电 时,负 极 的 电 极 反 应:Cu2S-4e- S
+2Cu2+
D.放电时,溶液中Cu2+向电极b方向迁移
解析:C [由图可知,放电时,电极a上 MnO2 转化
为 Mn2+,发生还原反应,电极b上Cu2S转化为S,
发生氧化反应,则电极a为正极,电极b为负极;充
电时,电极a上 Mn2+ 转化为 MnO2,发生氧化反
应,电极b上S转化为Cu2S,发生还原反应,此时
电极a为阳极,电极b为阴极.A.充电时,S转化
为Cu2S,发生还原反应,则电极b为阴极,A错误;
B.根据分析,充电时,电极b为阴极,则电极a为阳
972
第七章 化学反应与能量
极,电极a的电极反应式为 Mn2+ +2H2O-2e-
MnO2+4H+,阳极附近溶液的pH减小,B错
误;C.放电时,电极b为负极,负极的电极反应式为
Cu2S-4e-S+2Cu2+,C正确;D.放电时,溶液
中Cu2+ 向 正 极 移 动,即 向 电 极a方 向 迁 移,D
错误.]
◆[题组3] 燃料电池
5.(2025郑州市高三开学考)直接煤G空气燃料电池
原理如图所示,下列说法错误的是 ( )
A.随着反应的进行,氧化物电解质的量不断减少
B.负 极 上 发 生 的 反 应 有 C+2CO2-3 -4e-
3CO2、CO2+O2-CO2-3
C.电极X为负极,O2-向X极迁移
D.直接煤G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:A [该燃料电池中电极 Y为正极,反应为
O2+4e-2O2-;电 极 X 是 负 极,反 应 为 C+
2CO2-3 -4e-3CO2,CO2+O2-CO2-3 .A
项,总反应式为C+O2 CO2,因此氧化物电解
质的量不会减少,错误;C项,电极X为负极,原电
池内部的阴离子向负极移动,正确;D项,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,故该燃料电池
的能量效率更高,正确.]
6.(2025如皋市一中高三开学考)水合肼(N2H4
H2O)是一种无色、有强还原性的液体,实验室用尿
素和次氯酸钠在碱性条件下反应可制得水合肼,反
应的化学方程式为:CO(NH2)2+2NaOH+NaClO
Na2CO3+N2H4H2O+NaCl,肼能使锅炉内
壁的铁锈变成磁性氧化铁层,减缓锅炉锈蚀.常温
下,N2H4H2O在碱性条件下能将Ag(NH3)+2 还
原成银(第五周期、ⅠB族).肼还可以用作燃料电
池的燃料,一种肼燃料电池的工作原理如图所示,
电池工作过程中会有少量 N2H4 在电极表面发生
自分解反应生成 NH3、N2、H2 逸出.下列关于
N2H4 的说法正确的是 ( )
A.N2H4 分子中六个原子共平面
B.肼使 Fe2O3 转变为 Fe3O4 的反应中,肼作还
原剂
C.[Ag(NH3)2]+还原成Ag得到的电子基态时填
充在4s轨道上
D.实验中保持NaClO过量,可提高CO(NH2)2 的
利用率和N2H4H2O的产率
解析:B [A.N2H4 分子中,N原子轨道杂化类型
为sp3,VSEPR模型为 ,六个原子不可
能共平面,故A错误;B.Fe2O3 转变为Fe3O4 的过
程中,有2
3
的铁由+3价变为+2价,所以肼作还原
剂,故B正确;C.Ag在第五周期ⅠB族,则Ag+ 价
层电子排布为4d10、Ag价电子排布为4d105s1,Ag+
→Ag得到的电子填充在5s轨道上,故C错误;D.
NaClO过量会将生成的N2H4H2O继续氧化,降
低N2H4H2O的产率,故D错误.]
学生用书 P216
[例] (2024江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn
+2MnO2+H2OZnO+2MnOOH,电池构造
示意图如图所示.下列有关说法正确的是 ( )
A.电池工作时,MnO2 发生氧化反应
B.电池工作时,OH-通过隔膜向正极移动
C.环境温度过低,不利于电池放电
D.反应中每生成1molMnOOH,转移电子数为
2×6.02×1023
试题
情境
碱性锌锰电池工作原理的总反应
突破
方法
由碱性锌锰原电池工作原理知,Zn为负极发生
氧化反应,MnO2 为正极发生还原反应,原电池
中阴离子移向负极,阳离子移向正极,温度越低,
反应速率越慢,MnOOH中Mn元素为+3价,每
生成1molMnOOH,转移电子1mol.
核心
素养
根据反应方程式,结合原电池工作原理,培养学
生宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知
能力.
082
高考总复习 化学
解析:C [Zn为负极,电极反应式为:Zn-2e-+
2OH-ZnO+H2O,MnO2 为正极,电极反应式
为:MnO2 +e- + H2O MnOOH + OH-.
A.电池工作时,MnO2 为正极,得到电子,发生还原
反应,故A错误;B.电池工作时,OH- 通过隔膜向
负极移动,故B错误;C.环境温度过低,化学反应
速率下降,不利于电池放电,故C正确;D.由电极
反应式 MnO2+e-+H2OMnOOH+OH- 可
知,反应中每生成1molMnOOH,转移电子数为
6.02×1023,故D错误.]
1.(2024广东卷)我国自主设计建造的浮式生产储
卸油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用,其
钢铁外壳镶嵌了锌块,以利用电化学原理延缓外壳
的腐蚀.下列有关说法正确的是 ( )
A.钢铁外壳为负极
B.镶嵌的锌块可永久使用
C.该法为外加电流法
D.锌发生反应:Zn-2e-Zn2+
解析:D [钢铁外壳镶嵌了锌块,由于金属活动性
Zn>Fe,即锌块为负极,钢铁为正极,形成原电池,
Zn失去电子,发生氧化反应,Zn-2e-Zn2+,从
而保护钢铁,延缓其腐蚀.A.由于金属活动性Zn
>Fe,钢铁外壳为正极,锌块为负极,故 A 错误;
B.Zn失 去 电 子,发 生 氧 化 反 应,Zn-2e-
Zn2+,镶嵌的锌块会被逐渐消耗,需根据腐蚀情况
进行维护和更换,不能永久使用,故B错误;C.由
分析得,该方法为牺牲阳极法,故C错误;D.Zn失
去电 子,发 生 氧 化 反 应:Zn-2e-Zn2+,故 D
正确.]
2.(2023广东卷)负载有Pt和Ag的活性炭,可选择
性去除Cl-实现废酸的纯化,其工作原理如图.下
列说法正确的是 ( )
A.Ag作原电池正极
B.电子由Ag经活性炭流向Pt
C.Pt表 面 发 生 的 电 极 反 应:O2+2H2O+4e-
4OH-
D.每消耗标准状况下11.2L的 O2,最多去除
1molCl-
解析:B [O2 在Pt得电子发生还原反应,Pt为正
极,Ag失去电子发生氧化反应,Ag为负极.A.由
分析可知,Ag极失去电子发生氧化反应,Ag为负
极,A错误;B.电子由负极 Ag经活性炭流向正极
Pt,B正确;C.溶液为酸性,故Pt表面发生的电极
反应为O2+4H++4e-2H2O,C错误;D.每消
耗标准状况下11.2L的O2,转移电子2mol,由负
极反应:Ag-e-+Cl-AgCl知,应有2molAg
失电子生成 Ag+,反应掉2molCl-,故最多去除
2molCl-,D错误.]
3.(2023全国新课标卷)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
图如图所示.放电时,Zn2+ 可插入 V2O5 层间形成
ZnxV2O5nH2O.下列说法错误的是 ( )
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+nH2OZnxV2O5
nH2O
D.充电阳极反应:ZnxV2O5nH2O-2xe-
xZn2++V2O5+nH2O
解析:C [由题中信息可知,该电池中Zn为负极、
V2O5 为正极,电池的总反应为xZn+V2O5+nH2O
ZnxV2O5nH2O.A.由 题 中 信 息 可 知,放 电
时,Zn2+可插入V2O5 层间形成ZnxV2O5nH2O,
V2O5 发生了还原反应,则放电时 V2O5 为正极,A
说法正确;B.Zn为负极,放电时Zn失去电子变为
Zn2+,阳离子向正极迁移,则放电时Zn2+ 由负极向
正极迁移,B说法正确;C.电池在放电时的总反应
为xZn+V2O5+nH2OZnxV2O5nH2O,则
其在充电时的总反应为ZnxV2O5nH2OxZn
+V2O5+nH2O,C说 法 不 正 确;D.充 电 阳 极 上
ZnxV2O5nH2O被氧化为V2O5,则阳极的电极反
应为ZnxV2O5nH2O-2xe-xZn2++V2O5+
nH2O,D说法正确.]
4.(2021全国甲卷)乙醛酸是一种重要的化工中间
体,可采用如图所示的电化学装置合成.图中的双
极膜中间层中的 H2O解离为 H+和OH-,并在直
流电场作用下分别向两极迁移.下列说法正确
的是 ( )
182
第七章 化学反应与能量
A.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的
作用
B.阳极上的反应式为:HO C
O
C
O
OH +2H+
+2e- → HO C
O
C
O
H +H2O
C.制 得 2 mol乙 醛 酸,理 论 上 外 电 路 中 迁 移
了1mol电子
D.双极膜中间层中的 H+ 在外电场作用下向铅电
极方向迁移
解析:D [A项,KBr在上述电化学合成过程中除
作电解质外,同时还是电解过程中阳极的反应物,
生成的Br2 为乙二醛制备乙醛酸的中间产物,故A
错误;B项,阳极上为Br-失去电子生成Br2,Br2 将
乙二醛氧化为乙醛酸,故B错误;C项,电解过程中
阴阳极均生成乙醛酸,1mol乙二酸生成1mol乙
醛酸转移电子为2mol,1mol乙二醛生成1mol乙
醛酸转移电子为2mol,根据转移电子守恒可知每
生成1mol乙 醛 酸 转 移 电 子 为1mol,因 此 制 得
2mol乙醛酸时,理论上外电路中转移了2mol电
子,故C错误;D项,由上述分析可知,双极膜中间
层的H+在外电场作用下移向阴极,即 H+ 移向铅
电极,故D正确.]
5.(储能电池)(2023辽宁卷)某低成本储能电池原
理如图所示.下列说法正确的是 ( )
A.放电时负极质量减小
B.储能过程中电能转变为化学能
C.放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧
D.充 电 总 反 应:Pb+SO2-4 +2Fe3+ PbSO4
+2Fe2+
解析:B [该储能电池放电时,Pb为负极,失电子
结合硫酸根离子生成PbSO4,则多孔碳电极为正
极,正极上Fe3+ 得电子转化为Fe2+,充电时,多孔
碳电极为阳极,Fe2+失电子生成Fe3+,PbSO4 电极
为阴极,PbSO4 得电子生成Pb和硫酸.A.放电时
负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4 附
着在负极上,负极质量增大,A错误;B.储能过程
中,该装置为电解池,将电能转化为化学能,B正
确;C.放电时,右侧为正极,电解质溶液中的阳离子
向正极移动,左侧的 H+ 通过质子交换膜移向右
侧,C错 误;D.充 电 时,总 反 应 为PbSO4+2Fe2+
Pb+SO2-4 +2Fe3+,D错误.]
6.(双极膜电池)(2025无锡市高三检测)我国科学
家研制了Cu2P2O7 催化剂建构ZnGCO2 二次电池,
实现了电还原CO2 合成多碳产品(如乙酸,乙醇
等),装置如图所示.双极膜中水电离出的 H+ 和
OH-在电场作用下可以分别向两极迁移.下列说
法不正确的是 ( )
A.放电时,双极膜中H+向Cu2P2O7 极迁移
B.电势:Cu2P2O7 极高于Zn极
C.当外电路通过2mol电子时,理论上双极膜中水
减少18g
D.充电时,阳极上的电极反应式为 C2H5OH-
12e-+3H2O2CO2↑+12H+
解析:C [由图可知,放电时为原电池,Zn发生失
电子的氧化反应转化为[Zn(OH)4]2-,为负极,负
极反 应 为Zn+4OH- -2e-[Zn(OH)4]2-,
Cu2P2O7 纳米片为正极,CO2 发生得电子的还原反
应转化 为 C2H5OH,正 极 反 应 为 CO2+12H+ +
12e-C2H5OH+3H2O,H2O电离出的 H+ 和
OH-分别由双极膜移向正极、负极;充电时为电解
池,原电池正、负极分别与电源正、负极相接,以此
解答.A.放电时为原电池,阳离子移向正极,阴离
子移向负极,即双极膜中 H+ 向Cu2P2O7 极迁移,
故 A 正 确;B.放 电 时 为 原 电 池,Zn 为 负 极,
Cu2P2O7 纳米片为正极,即电势:Cu2P2O7 极高于
Zn极,故B正确;C.双极膜中水电离的方程式为
H2OH++OH-,外电路通过2mol电子时,
理论上有2molH+ 和 OH- 分别向正极、负极移
向,即有2molH2O参与电离,质量减少18g/mol
×2mol=36g,故C错误;D.充电时为电解池,阴
阳极反应与原电池负正极反应相反,正极反应为
CO2+12H++12e-C2H5OH+3H2O,则阳极
反应 为 C2H5OH-12e- +3H2O 2CO2↑+
12H+,故D正确.]
7.(离子液体电池)(2025潍坊市模拟)我国科技工
作者发明了一种可快速充、放电的铝离子电池,其
放 电 时 的 工 作 原 理 示 意 图 如 图,正 极 反 应
Cn(AlCl4)+e-Cn+AlCl-4 .下列有关该电池
的说法错误的是 ( )
282
高考总复习 化学
图中EMlm+的结构简式为
A.Al为负极,电极反应为:Al-3e-Al3+
B.离子液体中的[EMlm]Cl不参与反应,只起传递
离子的作用
C.电池工作时,阳离子从负极区域移向正极区域
D.电路中转移1mole-时,正极区域减少的质量为58g
解析:A [A.Al为负极,失去电子发生氧化反应,
根据工作原理示意图中的物质转化可知,负极反应
为Al-3e-+7AlCl-4 4Al2Cl-7 ,故 A项错误;
B.离子液体中[EMlm]Cl为溶剂,不参与反应,只
起到传递离子的作用,故B项正确;C.电池工作
时,阳离子 在电解质溶液中从负极区域移向正
极区域,电子由导线从负极区域移向正极区域,故C
项正确;D.电路中转移1mol电子时,正极迁移出
1molAlCl-4 ,即减少169g,移进1mol阳离子
即增加111g,二者质量相差58g,故D项正确.]
8.(储氢电池)(2025衡阳市高三检测)储氢材料是
当前新能源领域研究的一类热门材料.在一定条
件下,以CuGZn原电池作电源,利用图所示装置可
实现有机物的储氢,下列有关说法正确的是( )
A.在CuGZn原电池装置工作时,盐桥内的Cl- 向
铜电极一端移动
B.电极C为阳极,在电极D上发生还原反应
C.气体X的主要成分是H2
D.H+透过高分子膜从右室进入左室,在电极C上
发生还原反应
解析:D [A.在CuGZn原电池装置工作时,锌为
负极,铜为正极,阴离子向负极移动,因此盐桥内的
Cl-向锌电极一端移动,故 A错误;B.锌为负极,
铜为正极,因此电极C为阴极,电极D为阳极,阳
极上发生氧化反应,故B错误;C.电极D为阳极,
阳极上发生氧化反应,溶液中的氢氧根离子放电生
成氧气,故C错误;D.电解池工作时,阳离子从阳
极室移向阴极室,H+ 透过高分子电解质膜从右室
进入左室,在电极C上发生还原反应,故D正确.]
体系构建 核心巧记
1.原电池中应注意的3个“方向”
(1)外电路中电子移动方向:负极→正极,电流方
向:正极→负极;
(2)电池内部离子移动方向:阴离子移向负极,阳
离子移向正极;
(3)盐桥中(含饱和 KCl溶液)离子移动方向:K+
移向正极,Cl-移向负极.
2.原电池电极判断的6种方法
(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:不活泼金属或能导电的非金属、还原反
应、电子流入、电流流出、阳离子移向的一极、
电极增重.
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第七章 化学反应与能量