第02讲 原电池、化学电源（复习讲义）（四川专用）2026年高考化学一轮复习讲练测

第02讲 原电池、化学电源 01 2 02 体系构建·思维可视 3 03 核心突破·靶向攻坚 4 考点一 原电池的工作原理及应用 4 知识点1 原电池的工作原理 4 知识点2 原电池的应用 5 考向1 原电池的构成及工作原理 6 考向2 原电池中电极反应式的书写 7 【思维建模】原电池中电极和电池反应式的书写方法 考向3 多角度考查原电池原理的应用 9 考点二 化学电源 10 知识点1 一次电池 10 知识点2 二次电池 11 知识点3 燃料电池 11 考向1 一次电池工作原理及应用 12 考向2 二次电池的充电和放电 13 【思维建模】二次电池的解题模板 考向3 形形色色的燃料电池 14 【思维建模】六步突破燃料电池负极反应式的书写 考点三 新型电池 15 知识点1 三种特殊的原电池 16 知识点2 不同功能的电池 16 考向1 浓差电池 17 【思维建模】浓差电池解题技巧 考向2 固体电解质电池 19 考向3 微生物燃料电池 20 考向4 太阳能转化电池 21 0422 考点要求 考察形式 2025年 2024年 2023年 原电池的工作原理和应用 选择题 非选择题 新课标卷T12，6分 广东卷T6，2分 化学电源 选择题 非选择题 四川卷T14，3分 河北卷T13，3分 江苏卷T8，3分 全国甲卷T12，6分 全国乙卷T12，6分 新课标卷T10，6分 河北卷T13，3分 考情分析： 1．从命题题型和内容上看，高考命题主要以选择题为主，主要从以下几方面考查： 原电池的工作原理和应用、化学电源（一次电池、二次电池）。 2．从命题思路上看， (1)了解原电池的工作原理和应用，体会电化学研究对化学科学的重要作用； (2)能正确书写电极方程式，快速判断电极方程式的正误； (3)区分各种电池的正负极，应用原电池解决问题，提升科学精神与社会责任的科学素养； (4)以新兴陌生电池情境为载体进行命题，增强题目的情境性和创新性。 预计今后继续以新兴陌生电池作为命题热点，应用电池解决环境问题、制备物质、提升电池的优良性能，考查考生的信息获取能力和图像解析能力。 复习过程中熟记常见电池正负极的判断方法，理解一次电池、二次电池和燃料电池的工作原理，多关注化学与材料、化学与环境、化学与燃料等方面的知识。 复习目标： 1.了解原电池及常见化学电源的工作原理。 2.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。 3.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。 4.运用原电池的基本原理解决复杂陌生电池的问题。 原电池 化学电源 原电池的工作原理 化学电源 新型电池 原电池的概念：将 转化为 的装置 原电池的构成条件 原电池的工作原理 原电池的应用 能自发进行的 两个活动性不同的电极（燃料电池可以相同） 形成 电池分类 电极名称 电极材料 反应类型 电子流向：外电路电子由 流向 离子迁移方向 单液原电池 原电池 负极 正极 氧化反应 还原反应 阴离子向 迁移 向正极迁移 比较金属的活动性 加快 应用金属防护 设计原电池 一次电池 二次电池 燃料电池 碱性锌锰干电池 锌银电池 锂电池 铅蓄电池 锂离子二次电池 原理：类似与燃料的燃烧 四种类型 酸性： 碱性： 固体氧化物： 熔融碳酸盐： 三种特殊原电池 不同功能的电池 非氧化还原反应型原电池 浓差电池 可逆氧化还原反应 固体电解质电池 微生物燃料电池 太阳能转化电池 液流储能电池 考点一 原电池的工作原理及应用 知识点1 原电池的工作原理 (1)原电池的概念 将 能转化为 的装置，其本质是发生了 反应。 (2)原电池的形成条件 ①能自发进行的 ； ②两个活动性 的电极（燃料电池的两个电极可以相同）； ③形成 ，需要满足三个条件： a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入电解质溶液或熔融电解质中。 (3)工作原理 装置图 　 电极名称 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 反应类型 反应 反应 电子流向 由 片沿导线流向 片 离子迁 移方向 阴离子向 极迁移 阳离子向 极迁移 电池反应 方程式 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 两类装置 的不同点 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 得分速记 盐桥的组成和作用 ①盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子可在其中自由移动。 ②盐桥的作用：a.连接内电路，形成 ； b． ，使原电池不断产生电流。 ③盐桥中离子移向：阴离子移向 ，阳离子移向 。 (4) 原电池正负极判断方法 【易错警示】 ①原电池的正极、负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。 ②原电池中，电极材料可能与电解质发生反应，也可能与电解质不反应。 知识点2 原电池的应用 (1)比较金属的活动性，在原电池中，一般较活泼的金属作负极 (注意电解质溶液对电极反应的影响)。 如探究铁比铬活泼时，可以将二者组成原电池(装置如图所示)，在Fe电极上发生的反应为 ，溶液变为 色；电子经过导线转移至Cr电极上，溶液中的H＋在Cr电极上获得电子，发生的还原反应为 ，在Cr电极上有许多 产生。故能证明铁比铬活泼的实验现象是 。 (2)加快化学反应速率，创造多个微电池反应环境，可加快反应(腐蚀)速率。 如用稀硫酸和锌粒反应制H2时，加几滴 溶液，产生气泡的速率更大，因为Zn和CuSO4反应可生成Cu，从而形成无数细小的原电池，增大了生成H2的速率。 (3)应用于金属防护。 如被保护的金属制品作原电池的 (阴极)而得到保护，也就是教材上说的牺牲阳极的阴极保护法，如在海轮船壳表面镶嵌锌块。 (4)设计原电池。 ①首先将氧化还原反应分成两个半反应。 ②根据原电池反应的特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。 考向1 原电池的构成及工作原理 例1 实验小组中甲同学按如图所示完成实验，发现电流计指针偏转，乙同学将图中盐桥(琼脂和饱和氯化钾)换成U形铜丝代替盐桥，发现电流计指针也发生偏转，下列说法正确的是(　　) A．甲同学实验过程中，ZnSO4溶液中阴离子总浓度不会发生改变 B．甲同学实验过程中，Zn片被氧化，铜片被还原 C．乙同学将盐桥换成铜丝后，左侧烧杯仍形成原电池 D．乙同学将盐桥换成铜丝后，左侧烧杯ZnSO4溶液中Zn2＋移向Zn片 【变式训练1】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(SO)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 【变式训练2】下图是盐桥中浸泡饱和KCl溶液的琼脂形成的原电池示意图。下列说法错误的是(　　) A．该原电池的负极反应为Cu－2e－===Cu2＋ B．电子流向：Cu棒→盐桥→Pt棒→电流表→Cu棒 C．烧杯甲中的c(NO)逐渐减小 D．盐桥中的K＋移向烧杯甲 【变式训练3】(2024·泰安•高三模拟)用选项中的电极、溶液和如图所示装置可组成原电池。下列现象或结论叙述正确的是(　 　) 选项 a b A B 现象 A Cu Zn CuSO4 ZnSO4 一段时间后，a增加质量与b减少质量相等 B Cu Zn 稀H2SO4 ZnSO4 盐桥中阳离子向b极移动 C Fe C NaCl FeCl3 外电路电子转移方向：b→a D C C FeCl3 KI、淀粉混合液 若开始时只增大FeCl3浓度，b极附近变蓝速度加快 考向2 原电池中电极反应式的书写 例2分析如图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　) 　　 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2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ 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↑ 思维建模 原电池中电极和电池反应式的书写方法 【变式训练1】某同学设计如下原电池，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．该装置将化学能转化为电能 B．负极的电极反应是Ag＋I－－e－===AgI C．电池的总反应式是Ag＋＋I－===AgI D．盐桥(含KNO3的琼脂)中NO从左向右移动 【变式训练2】根据电池反应书写电极反应式。 (1)碱性铁电池的电池反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 负极反应式：___________________________________________________________， 正极反应式：___________________________________________________________。 (2)一种锂电池的反应为CoO2＋LiC6===LiCoO2＋C6，Li原子嵌入电池负极材料碳(C6)中。 负极反应式：___________________________________________________________， 正极反应式：___________________________________________________________。 (3)Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性电池，电池反应方程式：2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－。 负极反应式：___________________________________________________________， 正极反应式：___________________________________________________________。 考向3 多角度考查原电池原理的应用 例3 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表面有大量气泡逸出；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＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是(　　) A．P＞M＞N＞E B．E＞N＞M＞P C．P＞N＞M＞E D．E＞P＞M＞N 【变式训练1·变载体】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 【变式训练2】(2024·江苏宿迁·高三检测)如图为两个原电池装置图，由此判断下列说法错误的是(　 　) A．当两电池转移相同电子时，生成和消耗Ni的物质的量相同 B．两装置工作时，盐桥中的阴离子向负极移动，阳离子向正极移动 C．由此可判断能够发生2Cr3＋＋3Ni===3Ni2＋＋2Cr和Ni2＋＋Sn===Sn2＋＋Ni的反应 D．由此可判断Cr、Ni、Sn三种金属的还原性强弱顺序为：Cr＞Ni＞Sn 【变式训练3】【原电池与反应速率图像相结合】选择合适的图像填空： (1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。 (2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积 V(L)与时间t(min)的关系是________。 (3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是________。 考点二 化学电源 知识点1 一次电池 碱性锌锰干电池 负极材料：Zn 电极反应： 正极材料：碳棒 电极反应： 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 锌银电池 负极材料：Zn 电极反应： 正极材料：Ag2O 电极反应： 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag 锂电池 Li­SOCl2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LiAlCl4­SOCl2。 电池总反应：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋SO2↑＋S。 负极反应式为 正极反应式为 2SOCl2＋4e－===SO2↑＋S↓＋4Cl－ 知识点2 二次电池 1.铅蓄电池 （1）构造 （2）工作原理 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) ①放电时： 负极反应式： 正极反应式： ②充电时： 阴极反应式： 阳极反应式： 得分速记 ①放电时，当外电路上有2 mol e－通过时，溶液中消耗H2SO4 mol。 ②充电一段时间电解质溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。 ③充电时电极的连接，负接 作阴极，正接 作阳极。 2.锂离子二次电池 (1)锂离子电池基于电化学“嵌入/脱嵌”反应原理，替代了传统的“氧化—还原”理念；在两极形成的电压降的驱动下，Li＋可以从电极材料提供的“空间”中“嵌入”或“脱嵌”。 (2)锂离子电池充电时阴极反应式一般为Cy＋xLi＋＋xe－===LixCy；放电时负极反应是充电时阴极反应的逆过程：LixCy－xe－===Cy＋xLi＋。 (3)锂离子电池的正极材料一般为含Li＋的化合物，目前已商业化的正极材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等。 【易错警示】 Li容易与H2O反应生成LiOH，所以锂离子电池的电解质溶液中不能含水。 知识点3 燃料电池 (1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，常见的燃料除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。如无特别提示，燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧。 (2)燃料电池的电解质常有四种类型：酸性条件、碱性条件、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应式、电极反应式有影响。 (3)以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式。 ①酸性溶液(或含质子交换膜) 正极： 负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋ ②碱性溶液 正极： 负极：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O ③固体氧化物(其中O2－可以在固体介质中自由移动) 正极： 负极：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O ④熔融碳酸盐(CO) 正极(通入CO2)： 负极：CH3OH－6e－＋3CO===4CO2＋2H2O 考向1 一次电池工作原理及应用 例1 （2025•达州市•一模）碱性锌锰干电池的总反应为：，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是 A．电极电势高 B．电池工作时，被氧化 C．电池工作时，通过隔膜向正极移动 D．反应中每生成，消耗 【变式训练1】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(　 　) 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 【变式训练2】纸电池是一种有广泛应用的“软电池”,某种碱性纸电池采用薄层纸片作为载体和传导体,纸的两面分别附着锌和二氧化锰。下列有关该纸电池的说法不合理的是 (　　　) A.Zn为负极,发生氧化反应 B.电池工作时,电子由MnO2流向Zn C.正极反应:MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH- D.电池总反应:Zn+2MnO2+2H2OZn(OH)2+2MnO(OH) 考向2 二次电池的充电和放电 例2铅酸蓄电池是汽车常用的蓄电池，其构造如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．电池放电时，负极质量减轻 B．电池放电时，c(H＋)减小 C．电池充电时总反应为2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4 D．铅酸蓄电池的缺点是笨重、比能量低 思维建模 二次电池的解题模板 【变式训练1】(2024•湖南联考)钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似，与锂离子电池相比较，成本低，充电时间短。一种钠-空气电池的装置如图所示。该电池利用“多孔”石墨电极形成空气通道，放电时生成的NaOx填充在“空位”中，当“空位”填满后，放电终止。下列说法正确的是(　　) A.放电时，M为阴极 B.放电时，N电极发生的电极反应为xO2＋2xe－===2O C.充电时，每转移1 mol e－，N电极减轻23 g D.该电池的比能量比锂离子电池低 【变式训练2】(2024·河南模拟)水系锌离子电池由于具有对环境友好、成本低等优点，被认为是电池工业的未来，其放电时的工作原理如图所示。电池进行放电时，MnO2/Ti电极上生成的是ZnMn2O4。下列有关说法错误的是(　 　) A．放电时，H＋向MnO2/Ti电极移动 B．放电时，电池总反应方程式为Zn＋2MnO2===ZnMn2O4 C．充电时，当外电路转移1 mol e－时，理论上Zn电极减重32.5 g D．充电时，MnO2/Ti电极上发生反应：ZnMn2O4－2e－===Zn2＋＋2MnO2 考向3 形形色色的燃料电池 例3（2025•四川攀枝花第三高级中学•二模）燃料电池有望成为低温环境下工作的便携式燃料电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A. b为正极 B. 负极反应为： C. 离子交换膜C为阳离子交换膜 D. 高温条件下可以提高工作效率 思维建模 六步突破燃料电池负极反应式的书写 【变式训练1】如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度在700～900 ℃时，O2－可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应产物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是(　　) A．电池内的O2－由电极乙移向电极甲 B．电池总反应为N2H4＋2O2===2NO＋2H2O C．当电极甲上有1 mol N2H4消耗时，电极乙上有22.4 L O2参与反应 D．电池外电路的电子由电极乙移向电极甲 【变式训练2】十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．该电池放电时质子从Pt2电极经过内电路移向Pt1电极 B．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋ C．Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1 考点三 新型电池 知识点1 三种特殊的原电池 (1)沉淀反应、中和反应等非氧化还原反应也可以设计为原电池。如 类型 原理图及信息 电极反应式 ①利用沉淀反应设计的原电池 工作一段时间后两极均增重 负极：Ag－e－＋Cl－===AgCl； 正极：Ag＋＋e－===Ag； 总反应：Ag＋＋Cl－===AgCl ②利用中和反应设计的原电池 负极：H2－2e－＋2OH－===2H2O； 正极：2H＋＋2e－===H2↑； 总反应：H＋＋OH－===H2O (2)利用离子浓度差也可以设计成原电池，即“浓差电池”，其总反应是一个体系的物理状态的变化。如 类型 原理图及信息 电极反应式 浓差电池 闭合开关K后，电子由溶液浓度小的一极流出 负极：Ag－e－===Ag＋； 正极：Ag＋＋e－===Ag (3)可逆的氧化还原反应也可设计成原电池，改变物质的浓度，电极反应式会发生变化。如 类型 原理图及信息 电极反应式 利用可逆氧化还原反应设计的原电池 总反应：2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2 ①反应开始时，负极为乙中的石墨，电极反应式为2I－－2e－===I2。 ②当达到化学平衡状态时，向甲中加入FeCl2固体，此时负极为甲中的石墨，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋ 知识点2 不同功能的原电池 (1) 固体电解质电池 离子导体是依靠离子定向移动来导电的导体，包括电解质水溶液、有机电解质溶液、熔融盐和 ，其中最常见的是电解质水溶液。 (2) 微生物燃料电池 微生物燃料电池是一种利用 将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：在负极厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和正极之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧化剂（一般为氧气）在正极得到电子被还原与质子结合成水。 (3) 太阳能转化电池 太阳能电池，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，它能通过光电效应或者光化学效应直接把 转化成 的装置。它只要被满足一定照度条件的光照度，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。 (4) 液流储能电池 液流电池是利用正负极电解液分开、各自循环的一种高性能蓄电池。液流电池通过正、负极电解质溶液活性物质发生可逆氧化还原反应（即价态的可逆变化）实现电能和化学能的相互转化。充电时，正极发生氧化反应使活性物质价态升高，负极发生还原反应使活性物质价态降低，放电过程与之相反。与一般固态电池不同的是，液流电池的正极和（或）负极电解质溶液储存于电池外部的储罐中，通过泵和管路输送到电池内部进行反应。 如某液流储能电池原理如图： 放电时负极失电子，发生氧化反应，电极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极电极反应：Cl2＋2e－===2Cl－；充电过程中，阳极电极反应：2Cl－－2e－===Cl2 ↑，消耗氯离子，阴极消耗Na＋，NaCl溶液浓度减小。 考向1 浓差电池 例1【原电池原理测量溶液pH】 pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag-AgCl电极)和另一Ag-AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH＝。下列说法正确的是(　　) A．如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)＋e－===Ag(s)＋Cl－(0.1 mol·L－1) B．玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化 C．分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH D．pH计工作时，电能转化为化学能 思维建模 浓差电池解题技巧 浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域，判断电池的正、负极，是解题的关键。 【变式训练1】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。下列说法正确的是(　　) A．甲室Cu电极为正极 B．隔膜为阳离子膜 C．电池总反应：Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋ D．NH3扩散到乙室不会对电池电动势产生影响 【变式训练2】(2024·四川绵阳•模拟)已知：相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。热再生氨电池工作原理如图所示，通入NH3发生反应Cu2＋＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋，电池开始工作，左边电极质量减少，右边电极质量增加，放电后利用废热进行充电。下列说法正确的是(　 　) A．放电、充电过程中，能量主要是在电能与化学能之间转变 B．Cu2＋＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋正反应为吸热反应 C．Cu2＋通过中间离子交换膜移向右侧极区 D．放电时，外电路有0.2 mol电子通过时，右池溶液质量减少18.8 g 考向2 固体电解质电池 例2 （2025•四川八市联考•一模）过氧化氢溶液为氧化性消毒剂，能发挥抗菌作用。我国一科研团队用如图装置制取(已知：，电极上都覆盖有催化剂)。下列说法正确的是 A．电极a是负极，发生还原反应 B．A膜是阴离子交换膜，B膜是阳离子交换膜 C．电极b的电极反应为： D．电解质中发生的反应为： 【变式训练1】火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时(　 　) A．负极上发生还原反应　 B．CO2在正极上得电子 C．阳离子由正极移向负极 D．将电能转化为化学能 【变式训练2】【化学电源与反应机理相结合】以硝酸盐为离子导体的Na-O2电池装置与其某一电极M附近的反应机理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．镍电极上发生还原反应 B．M的电极反应为4Na＋＋O2＋2NO＋2e－===4NaNO2 C．Na2O是该过程中的中间产物 D．固体电解质能起到隔绝空气的作用 【变式训练3】固体电解质是具有与强电解质水溶液相当的导电性的一类无机物，一种以RbAg4I5晶体为固体电解质的气体含量测定传感器如图所示，固体电解质内迁移的离子为Ag＋，氧气流通过该传感器时，O2可以透过聚四氟乙烯膜进入体系，通过电位计的变化可知O2的含量。下列说法正确的是(　　) A．银电极为正极，多孔石墨电极为负极 B．O2透过聚四氟乙烯膜后与AlI3反应生成I2 C．银电极的电极反应为Ag＋＋e－===Ag D．当传感器内迁移2 mol Ag＋时，有标准状况下22.4 L O2参与反应 考向3 微生物燃料电池 例3 微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用如图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是(　　) A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋ B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜 C．当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1 【变式训练1】（2025•四川泸县五中•二模）我国某科研机构设计如图装置，利用K2Cr2O7实现含苯酚废水的有效处理，一段时间后，中间室中NaCl溶液的浓度减小。下列说法正确的是（ ） A. M为该电池的正极 B. 该装置高温下处理含苯酚废水效果更佳 C. a为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜 D. N电极反应式为：Cr2O+6e-+8H+=2Cr(OH)3↓+H2O 【变式训练2】利用某新型微生物电池可消除水中碳水化合物的污染，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是(　　) A．X电极是负极 B．Y电极上的反应式：Cmn－4me－===mCO2↑＋(n－2m)H2O＋4mH＋ C．H＋由左向右移动 D．有1 mol CO2生成时，消耗1 mol MnO2 考向4 太阳能转化电池 例4一种光照充电电池结构如图所示，充电时TiO2光辅助电极受光激发产生电子和空穴，在空穴作用下NaI转化为NaI3。下列说法正确的是(　　) A．充电过程中，光能最终转化为电能 B．充电效率只与光照产生的电子量有关 C．放电时，电极M为正极，电极反应为S＋6e－===4S2－ D．放电时N电极室增加2 mol离子，理论上外电路转移1 mol电子 【变式训练1】催化剂Ag·AgBr/mp­TiO2可以光降解2­萘酚，将其处理成无害物，装置如图。下列说法错误的是(　 　) A．b极电势高于a极 B．该装置将光能和化学能转化为电能 C．工作时，O2－从正极迁移到负极 D．工作时的负极发生反应：－46e－＋23O2－===10CO2↑＋4H2O 【变式训练2】我国科学家在太阳能光电催化—化学耦合分解H2S研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．该装置的总反应为H2SH2＋S B．能量转化方式主要为“光能→电能→化学能” C．a极上发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋ D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液 1. （2025·四川卷）最近，我国科学工作者制备了一种电催化剂，并将其与金属铝组装成可充电电池，用于还原污水中的为，其工作原理如图所示。研究证明，电池放电时，水中的氢离子在电催化剂表面获得电子成为氢原子，氢原子再将吸附在电催化表面的逐步还原为。 下列说法错误的是 A. 放电时，负极区游离的数目保持不变 B. 放电时、还原为，理论上需要氢原子 C 充电时，从阴极区穿过离子交换膜进入阳极区 D. 充电时，电池总反应为 2. （2025·重庆卷）下图为AgCl-Sb二次电池的放电过程示意图如图所示。 下列叙述正确的是 A. 放电时，M极为正极 B. 放电时，N极上反应为 C. 充电时，消耗4 mol Ag的同时将消耗 D. 充电时，M极上反应为 3. （2025·湖北卷）某电池的正极材料为，负极材料为嵌锂石墨。利用人工智能筛选出的补锂试剂，能使失活的电池再生并延长寿命，且保持电池原结构。将注入电池后充电补锂，过程中转化为气体离去。下列有关充电补锂的说法错误的是 A. 在阳极失去电子 B. 生成气体中含有氟代烃 C. 过程中铁元素的价态降低 D. 反应并离去是该电池保持原结构的原因 4．（2025·黑吉辽卷）一种基于的储氯电池装置如图，放电过程中a、b极均增重。若将b极换成Ag/AgCl电极，b极仍增重。关于图中装置所示电池，下列说法错误的是 A. 放电时向b极迁移 B. 该电池可用于海水脱盐 C. a极反应： D. 若以Ag/AgCl电极代替a极，电池将失去储氯能力 5．（2025·广东卷）一种高容量水系电池示意图如图。已知：放电时，电极Ⅱ上减少；电极材料每转移1mol电子，对应的理论容量为。下列说法错误的是 A. 充电时Ⅱ为阳极 B. 放电时Ⅱ极室中溶液的pH降低 C. 放电时负极反应为： D. 充电时16gS能提供的理论容量为 6. （2024·河北卷）13.我国科技工作者设计了如图所示的可充电电池，以为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺()以捕获，使放电时还原产物为。该设计克服了导电性差和释放能力差的障碍，同时改善了的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。 下列说法错误的是 A. 放电时，电池总反应为 B. 充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接 C. 充电时，电子由电极流向阳极，向阴极迁移 D. 放电时，每转移电子，理论上可转化 7. （2024·江苏卷）碱性锌锰电池的总反应为，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，发生氧化反应 B. 电池工作时，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，转移电子数为 7. （2024·全国甲卷）科学家使用研制了一种可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，电极上检测到和少量。下列叙述正确的是 A. 充电时，向阳极方向迁移 B. 充电时，会发生反应 C. 放电时，正极反应有 D. 放电时，电极质量减少，电极生成了 8. （2024·新课标卷）一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计) 电池工作时，下列叙述错误的是 A. 电池总反应为 B. b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用 C. 消耗18mg葡萄糖，理论上a电极有0.4mmol电子流入 D. 两电极间血液中的在电场驱动下的迁移方向为b→a 9. （2023·广东卷）负载有和的活性炭，可选择性去除实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是 A. 作原电池正极 B. 电子由经活性炭流向 C. 表面发生的电极反应： D. 每消耗标准状况下的，最多去除 10. （2023·新课标卷）一种以和为电极、水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，可插入层间形成。下列说法错误的是 A. 放电时为正极 B. 放电时由负极向正极迁移 C. 充电总反应： D. 充电阳极反应： 11. （2023·河北卷）我国科学家发明了一种以和为电极材料新型电池，其内部结构如下图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料转化为。下列说法错误的是 A. 充电时，b电极上发生还原反应 B. 充电时，外电源的正极连接b电极 C. 放电时，①区溶液中的向②区迁移 D. 放电时，a电极的电极反应式为 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第02讲 原电池、化学电源 01 2 02 体系构建·思维可视 3 03 核心突破·靶向攻坚 4 考点一 原电池的工作原理及应用 4 知识点1 原电池的工作原理 4 知识点2 原电池的应用 5 考向1 原电池的构成及工作原理 6 考向2 原电池中电极反应式的书写 8 【思维建模】原电池中电极和电池反应式的书写方法 考向3 多角度考查原电池原理的应用 10 考点二 化学电源 12 知识点1 一次电池 12 知识点2 二次电池 13 知识点3 燃料电池 14 考向1 一次电池工作原理及应用 14 考向2 二次电池的充电和放电 16 【思维建模】二次电池的解题模板 考向3 形形色色的燃料电池 18 【思维建模】六步突破燃料电池负极反应式的书写 考点三 新型电池 20 知识点1 三种特殊的原电池 20 知识点2 不同功能的电池 21 考向1 浓差电池 22 【思维建模】浓差电池解题技巧 考向2 固体电解质电池 24 考向3 微生物燃料电池 26 考向4 太阳能转化电池 27 0429 考点要求 考察形式 2025年 2024年 2023年 原电池的工作原理和应用 选择题 非选择题 新课标卷T12，6分 广东卷T6，2分 化学电源 选择题 非选择题 四川卷T14，3分 河北卷T13，3分 江苏卷T8，3分 全国甲卷T12，6分 全国乙卷T12，6分 新课标卷T10，6分 河北卷T13，3分 考情分析： 1．从命题题型和内容上看，高考命题主要以选择题为主，主要从以下几方面考查： 原电池的工作原理和应用、化学电源（一次电池、二次电池）。 2．从命题思路上看， (1)了解原电池的工作原理和应用，体会电化学研究对化学科学的重要作用； (2)能正确书写电极方程式，快速判断电极方程式的正误； (3)区分各种电池的正负极，应用原电池解决问题，提升科学精神与社会责任的科学素养； (4)以新兴陌生电池情境为载体进行命题，增强题目的情境性和创新性。 预计今后继续以新兴陌生电池作为命题热点，应用电池解决环境问题、制备物质、提升电池的优良性能，考查考生的信息获取能力和图像解析能力。 复习过程中熟记常见电池正负极的判断方法，理解一次电池、二次电池和燃料电池的工作原理，多关注化学与材料、化学与环境、化学与燃料等方面的知识。 复习目标： 1.了解原电池及常见化学电源的工作原理。 2.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。 3.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。 4.运用原电池的基本原理解决复杂陌生电池的问题。 原电池 化学电源 原电池的工作原理 化学电源 新型电池 原电池的概念：将化学能转化为电能的装置 原电池的构成条件 原电池的工作原理 原电池的应用 能自发进行的氧化还原反应 两个活动性不同的电极（燃料电池可以相同） 形成闭合回路 电池分类 电极名称 电极材料 反应类型 电子流向：外电路电子由负极流向正极 离子迁移方向 单液原电池 双液原电池 负极 正极 氧化反应 还原反应 阴离子向负极迁移 阳离子向正极迁移 比较金属的活动性 加快化学反应速率 应用金属防护 设计原电池 一次电池 二次电池 燃料电池 碱性锌锰干电池 锌银电池 锂电池 铅蓄电池 锂离子二次电池 原理：类似与燃料的燃烧 四种类型 酸性：O2＋4e－＋4H＋===2H2O 碱性：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 固体氧化物：O2＋4e－===2O2－ 熔融碳酸盐：O2＋4e－＋2CO2===2CO32－ 三种特殊原电池 不同功能的电池 非氧化还原反应型原电池 浓差电池 可逆氧化还原反应 固体电解质电池 微生物燃料电池 太阳能转化电池 液流储能电池 考点一 原电池的工作原理及应用 知识点1 原电池的工作原理 (1)原电池的概念 将化学能转化为电能的装置，其本质是发生了氧化还原反应。 (2)原电池的形成条件 ①能自发进行的氧化还原反应； ②两个活动性不同的电极（燃料电池的两个电极可以相同）； ③形成闭合回路，需要满足三个条件： a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入电解质溶液或熔融电解质中。 (3)工作原理 装置图 　 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 由锌片沿导线流向铜片 离子迁 移方向 阴离子向负极迁移 阳离子向正极迁移 电池反应 方程式 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 两类装置 的不同点 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 得分速记 盐桥的组成和作用 ①盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子可在其中自由移动。 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盐桥中离子移向：阴离子移向负极，阳离子移向正极。 (4) 原电池正负极判断方法 【易错警示】 ①原电池的正极、负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。 ②原电池中，电极材料可能与电解质发生反应，也可能与电解质不反应。 知识点2 原电池的应用 (1)比较金属的活动性，在原电池中，一般较活泼的金属作负极 (注意电解质溶液对电极反应的影响)。 如探究铁比铬活泼时，可以将二者组成原电池(装置如图所示)，在Fe电极上发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，溶液变为浅绿色；电子经过导线转移至Cr电极上，溶液中的H＋在Cr电极上获得电子，发生的还原反应为2H＋＋2e－===H2↑，在Cr电极上有许多气泡产生。故能证明铁比铬活泼的实验现象是溶液由无色变为浅绿色，同时在Cr电极上有许多气泡产生。 (2)加快化学反应速率，创造多个微电池反应环境，可加快反应(腐蚀)速率。 如用稀硫酸和锌粒反应制H2时，加几滴CuSO4溶液，产生气泡的速率更大，因为Zn和CuSO4反应可生成Cu，从而形成无数细小的原电池，增大了生成H2的速率。 (3)应用于金属防护。 如被保护的金属制品作原电池的正极(阴极)而得到保护，也就是教材上说的牺牲阳极的阴极保护法，如在海轮船壳表面镶嵌锌块。 (4)设计原电池。 ①首先将氧化还原反应分成两个半反应。 ②根据原电池反应的特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。 考向1 原电池的构成及工作原理 例1 实验小组中甲同学按如图所示完成实验，发现电流计指针偏转，乙同学将图中盐桥(琼脂和饱和氯化钾)换成U形铜丝代替盐桥，发现电流计指针也发生偏转，下列说法正确的是(　　) A．甲同学实验过程中，ZnSO4溶液中阴离子总浓度不会发生改变 B．甲同学实验过程中，Zn片被氧化，铜片被还原 C．乙同学将盐桥换成铜丝后，左侧烧杯仍形成原电池 D．乙同学将盐桥换成铜丝后，左侧烧杯ZnSO4溶液中Zn2＋移向Zn片 【答案】C 【详解】甲同学的实验中，Zn作负极，失去电子进入溶液，则盐桥中的氯离子向负极移动，保持溶液的电中性，则硫酸锌溶液中的阴离子浓度增大，A错误；甲同学的实验中，Zn被氧化，铜离子被还原为Cu，B错误；乙同学将盐桥换成铜丝后，右侧烧杯中两个电极都是Cu，左侧烧杯中电极是Zn和Cu，根据原电池的构成条件推测，左池为原电池，C正确；左侧烧杯中形成原电池，阳离子移向正极，铜是正极，则ZnSO4溶液中Zn2＋移向Cu片，D错误。 故选:C 【变式训练1】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(SO)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 【答案】C 【详解】由铜锌原电池原理可知，锌电极为负极失电子发生氧化反应，铜电极为正极得电子发生还原反应，A项错误；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，两池中c(SO)不变，B项错误；电解过程中Zn2＋由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，其溶液中的离子转换为Cu2＋～Zn2＋，M(Cu2＋)＜M(Zn2＋)，乙池溶液的质量增加，C项正确；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn2＋由甲池通过阳离子交换膜进入乙池保持溶液的电荷平衡，阴离子并不通过交换膜，D项错误。 故选C 【变式训练2】下图是盐桥中浸泡饱和KCl溶液的琼脂形成的原电池示意图。下列说法错误的是(　　) A．该原电池的负极反应为Cu－2e－===Cu2＋ B．电子流向：Cu棒→盐桥→Pt棒→电流表→Cu棒 C．烧杯甲中的c(NO)逐渐减小 D．盐桥中的K＋移向烧杯甲 【答案】B 【详解】Cu比Pt活泼，则Cu作原电池的负极，发生氧化反应，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，A正确；电子只能在电极和导线中移动，不能进入电解质溶液，故电子流向为Cu棒→电流表→Pt棒，B错误；Pt电极是正极，电极反应为NO＋4H＋＋3e－===NO↑＋2H2O，反应消耗NO，则烧杯甲中c(NO)逐渐减小，C正确；盐桥中阳离子向正极移动，则K＋移向烧杯甲，D正确。 【变式训练3】(2024·泰安•高三模拟)用选项中的电极、溶液和如图所示装置可组成原电池。下列现象或结论叙述正确的是(　 　) 选项 a b A B 现象 A Cu Zn CuSO4 ZnSO4 一段时间后，a增加质量与b减少质量相等 B Cu Zn 稀H2SO4 ZnSO4 盐桥中阳离子向b极移动 C Fe C NaCl FeCl3 外电路电子转移方向：b→a D C C FeCl3 KI、淀粉混合液 若开始时只增大FeCl3浓度，b极附近变蓝速度加快 【答案】D 【详解】该原电池中，负极上的电极反应式为：Zn－2e－===Zn2＋，正极上的电极反应式为：Cu2＋＋2e－===Cu，当转移电子数相等时，参加反应的两种金属的物质的量相等，根据m＝nM知，因为M不同所以参加反应的金属的质量不同，故A错误；该原电池中，电极b作负极，电极a作正极，原电池放电时，盐桥中的阳离子向a极移动，故B错误；该原电池中，电极a作负极，电极b作正极，原电池放电时，外电路上电子从电极a沿导线流向电极b，故C错误；该原电池中，电极b作负极，电极a作正极，负极上碘离子失电子生成碘单质，淀粉溶液遇碘变蓝色，所以b极附近溶液变蓝，故D正确。 考向2 原电池中电极反应式的书写 例2分析如图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　) 　　 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2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ 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↑ 【答案】B 【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；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应式为2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，负极反应式为Al＋4OH－－3e－===[Al(OH)4]－，二者相减得到正极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。 思维建模 原电池中电极和电池反应式的书写方法 【变式训练1】某同学设计如下原电池，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．该装置将化学能转化为电能 B．负极的电极反应是Ag＋I－－e－===AgI C．电池的总反应式是Ag＋＋I－===AgI D．盐桥(含KNO3的琼脂)中NO从左向右移动 【答案】D 【解析】该装置是原电池装置，将化学能转化为电能，A正确；根据电子的移动方向，可以推断出左侧电极为负极，该电极反应为Ag＋I－－e－===AgI，B正确；该电极的总反应式是Ag＋＋I－===AgI，C正确；左侧电极为负极，右侧电极为正极，NO3－ 带负电荷，向负极移动，故NO3－ 应该从右向左移动，D错误。 【变式训练2】根据电池反应书写电极反应式。 (1)碱性铁电池的电池反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 负极反应式：___________________________________________________________， 正极反应式：___________________________________________________________。 (2)一种锂电池的反应为CoO2＋LiC6===LiCoO2＋C6，Li原子嵌入电池负极材料碳(C6)中。 负极反应式：___________________________________________________________， 正极反应式：___________________________________________________________。 (3)Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性电池，电池反应方程式：2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－。 负极反应式：___________________________________________________________， 正极反应式：___________________________________________________________。 答案 【答案】　(1)Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－ (2)LiC6－e－===Li＋＋C6 CoO2＋Li＋＋e－===LiCoO2 (3)Mg－2e－===Mg2＋ AgCl＋e－===Ag＋Cl－ 【解析】(1)判断方程式中元素化合价，Zn化合价升高，做负极，失电子，考虑溶液的碱性环境，所以负极反应式为：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，FeO铁化合价降低，做正极，得电子，考虑溶液的环境和电荷守恒，所以正极反应式为： FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－ （2）判断方程式中元素化合价，LiC6中C的化合价升高，做负极，失电子，所以负极反应式为：LiC6－e－===Li＋＋C6，CoO2铁的化合价降低，做正极，得电子，所以正极反应式为： CoO2＋Li＋＋e－===LiCoO2 （3）判断方程式中元素化合价，Mg的化合价升高，做负极，失电子，所以负极反应式为：Mg－2e－===Mg2＋，AgCl中银的化合价降低，做正极，得电子，所以正极反应式为： AgCl＋e－===Ag＋Cl－ 考向3 多角度考查原电池原理的应用 例3 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表面有大量气泡逸出；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＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是(　　) A．P＞M＞N＞E B．E＞N＞M＞P C．P＞N＞M＞E D．E＞P＞M＞N 【答案】A 【解析】由①知，金属活动性：M＞N；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：P＞M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N＞E。综合可知，A正确。 【变式训练1·变载体】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 【答案】C 【解析】把四个实验从左到右分别编号为①②③④，则由实验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，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，活动性：d>a，综上所述可知活动性：d>a>b>c。 【变式训练2】(2024·江苏宿迁·高三检测)如图为两个原电池装置图，由此判断下列说法错误的是(　 　) A．当两电池转移相同电子时，生成和消耗Ni的物质的量相同 B．两装置工作时，盐桥中的阴离子向负极移动，阳离子向正极移动 C．由此可判断能够发生2Cr3＋＋3Ni===3Ni2＋＋2Cr和Ni2＋＋Sn===Sn2＋＋Ni的反应 D．由此可判断Cr、Ni、Sn三种金属的还原性强弱顺序为：Cr＞Ni＞Sn 【答案】C 【解析】两个原电池中Ni对应的离子为Ni2＋，则当两电池转移相同电子时，生成和消耗Ni的物质的量相同，故A正确；原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故B正确；两个原电池发生的反应分别为2Cr＋3Ni2＋===3Ni＋2Cr3＋和Ni＋Sn2＋===Sn＋Ni2＋，故C错误；原电池负极较为活泼，由此可判断Cr、Ni、Sn三种金属的还原性强弱顺序为：Cr＞Ni＞Sn，故D正确。 【变式训练3】【原电池与反应速率图像相结合】选择合适的图像填空： (1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。 (2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积 V(L)与时间t(min)的关系是________。 (3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是________。 【答案】（1）A； （2）B； （3）C； 【解析】加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率。 (1)a中Zn减少，H2体积减小，所以A图正确。 (2)由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多，a的反应速率快于b，所以B图正确。 (3)当把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液时，由于CH3COO－＋H＋CH3COOH，a中c(H＋)减小，反应速率减小，但产生H2的体积不变，所以C图正确。 考点二 化学电源 知识点1 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：碳棒 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：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 锂电池 Li­SOCl2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LiAlCl4­SOCl2。 电池总反应：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋SO2↑＋S。 负极反应式为 4Li－4e－===4Li＋ 正极反应式为 2SOCl2＋4e－===SO2↑＋S↓＋4Cl－ 知识点2 二次电池 1.铅蓄电池 （1）构造 （2）工作原理 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) ①放电时： 负极反应式：Pb＋SO－2e－===PbSO4 正极反应式：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ②充电时： 阴极反应式：PbSO4＋2e－===Pb＋SO； 阳极反应式：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO 得分速记 ①放电时，当外电路上有2 mol e－通过时，溶液中消耗H2SO4 2 mol。 ②充电一段时间电解质溶液的pH减小(填“增大”“减小”或“不变”)。 ③充电时电极的连接，负接负作阴极，正接正作阳极。 2.锂离子二次电池 (1)锂离子电池基于电化学“嵌入/脱嵌”反应原理，替代了传统的“氧化—还原”理念；在两极形成的电压降的驱动下，Li＋可以从电极材料提供的“空间”中“嵌入”或“脱嵌”。 (2)锂离子电池充电时阴极反应式一般为Cy＋xLi＋＋xe－===LixCy；放电时负极反应是充电时阴极反应的逆过程：LixCy－xe－===Cy＋xLi＋。 (3)锂离子电池的正极材料一般为含Li＋的化合物，目前已商业化的正极材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等。 【易错警示】 Li容易与H2O反应生成LiOH，所以锂离子电池的电解质溶液中不能含水。 知识点3 燃料电池 (1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，常见的燃料除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。如无特别提示，燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧。 (2)燃料电池的电解质常有四种类型：酸性条件、碱性条件、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应式、电极反应式有影响。 (3)以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式。 ①酸性溶液(或含质子交换膜) 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O 负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋ ②碱性溶液 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 负极：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O 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：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O ④熔融碳酸盐(CO) 正极(通入CO2)：O2＋4e－＋2CO2===2CO 负极：CH3OH－6e－＋3CO===4CO2＋2H2O 考向1 一次电池工作原理及应用 例1 （2025•达州市•一模）碱性锌锰干电池的总反应为：，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是 A．电极电势高 B．电池工作时，被氧化 C．电池工作时，通过隔膜向正极移动 D．反应中每生成，消耗 【答案】D 【分析】根据电池总反应方程式可知：Zn为负极，发生氧化反应，电极反应式为：Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，MnO2为正极，发生还原反应，电极反应式为：MnO2+e-+H2O=MnOOH+OH-。电池工作时，阳离子向正极定向移动，阴离子向负极定向移动。 【详解】A．根据反应总方程式可知，电池工作时，锌为负极，则电极电势低，A错误； B．根据电池反应方程式可知：电池工作时，Mn元素化合价降低，得到电子被还原，所以MnO2发生还原反应，B错误； C．电池工作时，OH-会向正电荷较多的负极定向移动，即OH-通过隔膜向负极移动，C错误； D．根据，故每生成l mol MnOOH，消耗0.5mol锌，即65g/mol×0.5mol=32.5g，D正确； 故合理选项是D。 【变式训练1】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(　 　) 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 【答案】B 【解析】本题考查原电池的工作原理。海水在电池中作电解质溶液，形成闭合回路，A正确；N极是电池的正极，海水中可能溶有O2，O2和H2O都可以得电子发生还原反应，B错误；玻璃陶瓷可传导离子，形成闭合回路，且可避免Li与H2O接触发生反应，C正确；锂­海水电池只能放电，不可充电，为一次电池，D正确。 【变式训练2】纸电池是一种有广泛应用的“软电池”,某种碱性纸电池采用薄层纸片作为载体和传导体,纸的两面分别附着锌和二氧化锰。下列有关该纸电池的说法不合理的是 (　　　) A.Zn为负极,发生氧化反应 B.电池工作时,电子由MnO2流向Zn C.正极反应:MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH- D.电池总反应:Zn+2MnO2+2H2OZn(OH)2+2MnO(OH) 【答案】B 【解析】该纸电池类似于碱性锌锰干电池,MnO2在正极上得电子被还原,生成MnO(OH),则正极的电极反应为MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-,C项正确;负极反应为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,结合正、负极反应及得失电子守恒可知,该电池的总反应为Zn+2MnO2+2H2OZn(OH)2+2MnO(OH),D项正确。 考向2 二次电池的充电和放电 例2铅酸蓄电池是汽车常用的蓄电池，其构造如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．电池放电时，负极质量减轻 B．电池放电时，c(H＋)减小 C．电池充电时总反应为2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4 D．铅酸蓄电池的缺点是笨重、比能量低 【答案】A 【解析】放电时，负极Pb失去电子转化为PbSO4，负极质量增加，A项错误；放电过程中消耗H2SO4，溶液中c(H＋)减小，B项正确；电池放电时的总反应为Pb+PbO2＋4H2SO4==2PbSO4＋2H2O，充电时的总反应为其逆反应，2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4，C项正确；铅酸蓄电池的缺点是笨重、比能量较低，D正确。 思维建模 二次电池的解题模板 【变式训练1】(2024•湖南联考)钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似，与锂离子电池相比较，成本低，充电时间短。一种钠-空气电池的装置如图所示。该电池利用“多孔”石墨电极形成空气通道，放电时生成的NaOx填充在“空位”中，当“空位”填满后，放电终止。下列说法正确的是(　　) A.放电时，M为阴极 B.放电时，N电极发生的电极反应为xO2＋2xe－===2O C.充电时，每转移1 mol e－，N电极减轻23 g D.该电池的比能量比锂离子电池低 【答案】D 【解析】放电时，Na失电子，M为负极，A错误；放电时，N电极发生的电极反应为2Na＋＋xO2＋2e－===2NaOx，原选项中电荷也没配平，B错误；充电时，N电极的反应为2NaOx－2e－===2Na＋＋xO2↑，每转移1 mol e－，减轻(23＋16x)g，C错误；比能量指的是单位质量输出电能的多少，明显相同质量锂离子电池比钠离子电池电量高得多，D正确。 【变式训练2】(2024·河南模拟)水系锌离子电池由于具有对环境友好、成本低等优点，被认为是电池工业的未来，其放电时的工作原理如图所示。电池进行放电时，MnO2/Ti电极上生成的是ZnMn2O4。下列有关说法错误的是(　 　) A．放电时，H＋向MnO2/Ti电极移动 B．放电时，电池总反应方程式为Zn＋2MnO2===ZnMn2O4 C．充电时，当外电路转移1 mol e－时，理论上Zn电极减重32.5 g D．充电时，MnO2/Ti电极上发生反应：ZnMn2O4－2e－===Zn2＋＋2MnO2 【答案】C 【解析】放电时，Zn电极作负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；MnO2/Ti电极作正极，得到电子，发生还原反应，H＋移向MnO2/Ti电极，电极反应式为Zn2＋＋2MnO2＋2e－===ZnMn2O4；电池总反应方程式为Zn＋2MnO2===ZnMn2O4。充电时，Zn电极作阴极，电极反应为Zn2＋＋2e－===Zn，当外电路转移1 mol e－时，理论上Zn电极增重32.5 g，MnO2/Ti电极作阳极，电极反应为ZnMn2O4－2e－===Zn2＋＋2MnO2，D正确。 考向3 形形色色的燃料电池 例3（2025•四川攀枝花第三高级中学•二模）燃料电池有望成为低温环境下工作的便携式燃料电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A. b为正极 B. 负极反应为： C. 离子交换膜C为阳离子交换膜 D. 高温条件下可以提高工作效率 【答案】D 【解析】 【分析】NaBH4中H为-1价，有强还原性，H2O2有强氧化性，在电池中，NaBH4在负极失去电子，所以电极a是负极；H2O2在正极得到电子，电极b为正极。 【详解】A．由分析可知，b为正极，故A项正确； B．根据工作原理图可知a电极上失去电子发生氧化反应，其电极反应为：，故B项正确； C．在原电池中，阳离子向正极移动，所以电池放电时 Na+从a极区移向b极区，则离子交换膜C为阳离子交换膜，故C项正确； D．高温条件下，过氧化氢分解加快，不能提高工作效率，故D项错误； 故答案选D。 思维建模 六步突破燃料电池负极反应式的书写 【变式训练1】如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度在700～900 ℃时，O2－可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应产物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是(　　) A．电池内的O2－由电极乙移向电极甲 B．电池总反应为N2H4＋2O2===2NO＋2H2O C．当电极甲上有1 mol N2H4消耗时，电极乙上有22.4 L O2参与反应 D．电池外电路的电子由电极乙移向电极甲 【答案】A 【解析】该装置中电极甲为负极，电极乙为正极，所以O2－由电极乙移向电极甲，A项正确；电池的总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，B项错误；当电极甲上消耗1 mol N2H4时，电极乙上就有1 mol O2参与反应，但题目没有指明是否处于标准状况，C项错误；在外电路中，电子由负极(电极甲)移向正极(电极乙)，D项错误。 【变式训练2】十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．该电池放电时质子从Pt2电极经过内电路移向Pt1电极 B．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋ C．Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1 【答案】D 【解析】放电时为原电池，质子向正极移动，Pt1电极为负极，则该电池放电时质子从Pt1电极移向Pt2电极，A错误；Pt1电极为负极，发生氧化反应，SO2被氧化为硫酸，电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，B错误；酸性条件下，氧气得电子生成水，C错误；根据转移电子数相等可知，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，D正确。 考点三 新型电池 知识点1 三种特殊的原电池 (1)沉淀反应、中和反应等非氧化还原反应也可以设计为原电池。如 类型 原理图及信息 电极反应式 ①利用沉淀反应设计的原电池 工作一段时间后两极均增重 负极：Ag－e－＋Cl－===AgCl； 正极：Ag＋＋e－===Ag； 总反应：Ag＋＋Cl－===AgCl ②利用中和反应设计的原电池 负极：H2－2e－＋2OH－===2H2O； 正极：2H＋＋2e－===H2↑； 总反应：H＋＋OH－===H2O (2)利用离子浓度差也可以设计成原电池，即“浓差电池”，其总反应是一个体系的物理状态的变化。如 类型 原理图及信息 电极反应式 浓差电池 闭合开关K后，电子由溶液浓度小的一极流出 负极：Ag－e－===Ag＋； 正极：Ag＋＋e－===Ag (3)可逆的氧化还原反应也可设计成原电池，改变物质的浓度，电极反应式会发生变化。如 类型 原理图及信息 电极反应式 利用可逆氧化还原反应设计的原电池 总反应：2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2 ①反应开始时，负极为乙中的石墨，电极反应式为2I－－2e－===I2。 ②当达到化学平衡状态时，向甲中加入FeCl2固体，此时负极为甲中的石墨，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋ 知识点2 不同功能的原电池 (1) 固体电解质电池 离子导体是依靠离子定向移动来导电的导体，包括电解质水溶液、有机电解质溶液、熔融盐和固体电解质，其中最常见的是电解质水溶液。 (2) 微生物燃料电池 微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：在负极厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和正极之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧化剂（一般为氧气）在正极得到电子被还原与质子结合成水。 (3) 太阳能转化电池 太阳能电池，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，它能通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。它只要被满足一定照度条件的光照度，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。 (4) 液流储能电池 液流电池是利用正负极电解液分开、各自循环的一种高性能蓄电池。液流电池通过正、负极电解质溶液活性物质发生可逆氧化还原反应（即价态的可逆变化）实现电能和化学能的相互转化。充电时，正极发生氧化反应使活性物质价态升高，负极发生还原反应使活性物质价态降低，放电过程与之相反。与一般固态电池不同的是，液流电池的正极和（或）负极电解质溶液储存于电池外部的储罐中，通过泵和管路输送到电池内部进行反应。 如某液流储能电池原理如图： 放电时负极失电子，发生氧化反应，电极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极电极反应：Cl2＋2e－===2Cl－；充电过程中，阳极电极反应：2Cl－－2e－===Cl2 ↑，消耗氯离子，阴极消耗Na＋，NaCl溶液浓度减小。 考向1 浓差电池 例1【原电池原理测量溶液pH】 pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag-AgCl电极)和另一Ag-AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH＝。下列说法正确的是(　　) A．如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)＋e－===Ag(s)＋Cl－(0.1 mol·L－1) B．玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化 C．分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH D．pH计工作时，电能转化为化学能 【答案】C 【详解】如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极，负极发生氧化反应而不是还原反应，A错误；pH与电池的电动势E存在关系：pH＝，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的变化，B错误；pH与电池的电动势E存在关系：pH＝，则分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH，C正确；pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误。 思维建模 浓差电池解题技巧 浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域，判断电池的正、负极，是解题的关键。 【变式训练1】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。下列说法正确的是(　　) A．甲室Cu电极为正极 B．隔膜为阳离子膜 C．电池总反应：Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋ D．NH3扩散到乙室不会对电池电动势产生影响 【答案】C 【详解】向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室Cu电极溶解，变为铜离子与氨气形成[Cu(NH3)4]2＋，因此甲室Cu电极为负极，故A错误；原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正向进行，故B错误；负极反应是Cu－2e－＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，正极反应是Cu2＋＋2e－===Cu，则电池总反应为Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，故C正确；NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成[Cu(NH3)4]2＋，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D错误。 【变式训练2】(2024·四川绵阳•模拟)已知：相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。热再生氨电池工作原理如图所示，通入NH3发生反应Cu2＋＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋，电池开始工作，左边电极质量减少，右边电极质量增加，放电后利用废热进行充电。下列说法正确的是(　 　) A．放电、充电过程中，能量主要是在电能与化学能之间转变 B．Cu2＋＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋正反应为吸热反应 C．Cu2＋通过中间离子交换膜移向右侧极区 D．放电时，外电路有0.2 mol电子通过时，右池溶液质量减少18.8 g 【答案】C 【详解】电池开始工作时，左侧电极质量减少，右侧电极质量增加，可知，左侧电极为负极，发生氧化反应，电极反应式为：Cu＋4NH3－2e－===[Cu(NH3)]，则右侧电极作正极，其电极式为：Cu2＋＋2e－===Cu，则电池的总反应为：Cu2＋＋4NH3[Cu(NH3)]，据此分析解答。A.由题干信息，放电后利用废热进行充电，说明能量转换还有热能，A错误；B.放电后利用废热进行充电，说明放电时为放热反应，即Cu2＋＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋正反应为放热反应，B错误；C.放电时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，则Cu2＋通过中间离子交换膜移向右侧极区，C正确；D.右侧电极作正极，其电极反应式为：Cu2＋＋2e－===Cu，外电路有0.2 mol电子通过时，有0.1 mol Cu2＋移向右侧，同时右侧有0.1 mol Cu2＋放电，所以右池溶液质量几乎不变，D错误。 考向2 固体电解质电池 例2 （2025•四川八市联考•一模）过氧化氢溶液为氧化性消毒剂，能发挥抗菌作用。我国一科研团队用如图装置制取(已知：，电极上都覆盖有催化剂)。下列说法正确的是 A．电极a是负极，发生还原反应 B．A膜是阴离子交换膜，B膜是阳离子交换膜 C．电极b的电极反应为： D．电解质中发生的反应为： 【答案】D 【分析】该装置为原电池，利用原电池原理制取，电极a通入H2，电极b通入O2，最终得到，H2在a电极发生氧化反应，则a极是负极，b极是正极，据此分析解答。 【详解】A．电极a是负极，发生氧化反应，A错误； B．该装置用于制取，电极a生成H+，阳离子向正极移动，透过A膜，电极b生成和OH-，阴离子向负极移动，透过B膜，二者结合生成，所以A膜、B膜分别为阳离子、阴离子交换膜，B错误； C．电极b通入O2，发生还原反应，电极反应为：，C错误； D．由题图可知，电池工作时，、OH-和H+作用生成，发生反应为：，D正确； 故选D。 【变式训练1】火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时(　 　) A．负极上发生还原反应　 B．CO2在正极上得电子 C．阳离子由正极移向负极 D．将电能转化为化学能 【答案】B 【详解】根据题干信息可知，放电时总反应为4Na＋3CO2===2Na2CO3＋C。A项，放电时负极上Na发生氧化反应失去电子生成Na＋，故A错误；B项，放电时正极为CO2得到电子生成C，故B正确；C项，放电时阳离子移向还原电极，即阳离子由负极移向正极，故C错误；D项，放电时装置为原电池，能量转化关系为化学能转化为电能和热能等，故D错误；综上所述，符合题意的为B项。 【变式训练2】【化学电源与反应机理相结合】以硝酸盐为离子导体的Na-O2电池装置与其某一电极M附近的反应机理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．镍电极上发生还原反应 B．M的电极反应为4Na＋＋O2＋2NO＋2e－===4NaNO2 C．Na2O是该过程中的中间产物 D．固体电解质能起到隔绝空气的作用 【答案】B 【解析】金属钠为活泼金属，作负极，镍电极为正极，正极上得到电子，发生还原反应，故A正确；根据原理图可知，M电极的电极反应为2Na＋＋NO＋2e－===Na2O＋NO，然后又发生2Na2O＋O2===2Na2O2和2NO＋O2===2NO，故B错误；由原理图可知，Na2O属于该过程中的中间产物，故C正确；固体电解质能够防止钠直接与氧气反应，能起到隔绝空气的作用，故D正确。 【变式训练3】固体电解质是具有与强电解质水溶液相当的导电性的一类无机物，一种以RbAg4I5晶体为固体电解质的气体含量测定传感器如图所示，固体电解质内迁移的离子为Ag＋，氧气流通过该传感器时，O2可以透过聚四氟乙烯膜进入体系，通过电位计的变化可知O2的含量。下列说法正确的是(　　) A．银电极为正极，多孔石墨电极为负极 B．O2透过聚四氟乙烯膜后与AlI3反应生成I2 C．银电极的电极反应为Ag＋＋e－===Ag D．当传感器内迁移2 mol Ag＋时，有标准状况下22.4 L O2参与反应 【答案】B 【详解】传感器中发生反应4AlI3＋3O2===2Al2O3＋6I2，所以O2透过聚四氟乙烯膜后与AlI3反应生成I2，故B正确；银电极的电极反应为Ag－e－===Ag＋，故C错误；由关系式4Ag～O2，可知迁移2 mol Ag＋时，有标准状况下11.2 L O2参与反应，故D错误。 考向3 微生物燃料电池 例3 微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用如图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是(　　) A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋ B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜 C．当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1 【答案】B 【详解】由题图可知，a极为负极，b极为正极，则隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离子移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1 mol电子通过时，则电解质溶液中有1 mol钠离子移向正极，1 mol氯离子移向负极，C项正确；负极反应：CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，正极反应：2H＋＋2e－===H2↑，根据电荷守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1，A、D项正确。 【变式训练1】（2025•四川泸县五中•二模）我国某科研机构设计如图装置，利用K2Cr2O7实现含苯酚废水的有效处理，一段时间后，中间室中NaCl溶液的浓度减小。下列说法正确的是（ ） A. M为该电池的正极 B. 该装置高温下处理含苯酚废水效果更佳 C. a为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜 D. N电极反应式为：Cr2O+6e-+8H+=2Cr(OH)3↓+H2O 【答案】C 【解析】 【分析】据图可知放电过程中C6H5OH转化为CO2被氧化，所以M电极为负极，Cr2O转化为Cr(OH)3被还原，所以N电极为正极。 【详解】A．M电极失电子发生氧化反应，为电池的负极，故A错误； B．高温条件下微生物失活，电池的效率降低，故B错误； C．放电过程中，苯酚发生氧化反应、作负极，结合电子守恒和电荷守恒可知电极反应式为C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+，该装置目的是对废水进行有效处理，所以废水中不应含有大量氢离子，则负极生成的氢离子要迁移到中间室，所以a为阳离交换膜；正极反应为反应式为：Cr2O+6e-+7H2O=2 Cr(OH)3↓+8OH-，氢氧根要迁移到中间室，所以b为阴离子交换膜；迁移到中间室的氢离子和氢氧根反应生成水使NaCl溶液浓度降低，故C正确； D．N电极为正极，Cr2O得电子被还原为Cr(OH)3，结合电子守恒和电荷守恒可知电极反应式为Cr2O+6e-+7H2O=2 Cr(OH)3↓+8OH-，故D错误； 故答案为C。 【变式训练2】利用某新型微生物电池可消除水中碳水化合物的污染，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是(　　) A．X电极是负极 B．Y电极上的反应式：Cmn－4me－===mCO2↑＋(n－2m)H2O＋4mH＋ C．H＋由左向右移动 D．有1 mol CO2生成时，消耗1 mol MnO2 【答案】B 【详解】根据装置图，X电极上MnO2转化成Mn2＋，化合价降低，发生还原反应，作正极，A错误；Y电极为负极，Cm(H2O)n中C的平均化合价由0价升高为＋4价，电极反应式为Cm(H2O)n－4me－===mCO2↑＋(n－2m)H2O＋4mH＋，B正确；根据原电池工作原理，阳离子由负极向正极移动，即H＋由右向左移动，C错误；正极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，建立关系式为2mMnO2～4me－～mCO2，有1 mol CO2生成时，消耗2 mol MnO2，D错误。 考向4 太阳能转化电池 例4一种光照充电电池结构如图所示，充电时TiO2光辅助电极受光激发产生电子和空穴，在空穴作用下NaI转化为NaI3。下列说法正确的是(　　) A．充电过程中，光能最终转化为电能 B．充电效率只与光照产生的电子量有关 C．放电时，电极M为正极，电极反应为S＋6e－===4S2－ D．放电时N电极室增加2 mol离子，理论上外电路转移1 mol电子 【答案】D 【解析】充电时TiO2光辅助电极受光激发产生电子和空穴，在空穴作用下NaI转化为NaI3，发生氧化反应，则电极M充电时作阴极，放电时则作负极，电极N放电时作正极。充电过程中，光能最终转化为化学能，故A错误；据分析可知放电时，电极M为负极，电极反应为4S2－ －6e－===S，故C错误；放电时电极N作正极，电极反应是I＋2e－===3I－，理论上当外电路转移1 mol电子，有1 mol Na＋从M电极室移向N电极室，所以N电极室共增加2 mol离子，故D正确。 【变式训练1】催化剂Ag·AgBr/mp­TiO2可以光降解2­萘酚，将其处理成无害物，装置如图。下列说法错误的是(　 　) A．b极电势高于a极 B．该装置将光能和化学能转化为电能 C．工作时，O2－从正极迁移到负极 D．工作时的负极发生反应：－46e－＋23O2－===10CO2↑＋4H2O 【答案】A 【解析】由图可知该装置是将光能和化学能转化为电能的装置，属于原电池，a极是氧气得到电子生成O2－，所以a极为正极，b为负极，负极是2­萘酚与O2－在光照和催化剂作用下发生氧化反应生成二氧化碳和水。A.正极的电势高于负极，所以a极电势高于b极，故A错误；B.该装置属于原电池，且光也参与了反应，所以是光能和化学能转化为电能，故B正确；C.原电池工作时，阴离子从正极迁移到负极，故C正确；D.负极发生的反应为：－46e－＋23O2－===10CO2↑＋4H2O，故D正确。 【变式训练2】我国科学家在太阳能光电催化—化学耦合分解H2S研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．该装置的总反应为H2SH2＋S B．能量转化方式主要为“光能→电能→化学能” C．a极上发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋ D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液 【答案】D 【解析】该装置发生的有关反应为H2S＋2Fe3＋===2H＋＋S＋2Fe2＋(a极区)、2Fe2＋－2e－===2Fe3＋(a极)、2H＋＋2e－===H2(b极)，结合反应条件得到总反应：H2SH2＋S，A、C正确；该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，B正确；a极区涉及两步反应，第一步利用氧化性强的Fe3＋高效捕获H2S得到硫和还原性的Fe2＋，第二步是还原性的Fe2＋在a极表面失去电子生成氧化性强的Fe3＋，这两步反应反复循环进行，所以a极区无需补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液，D错误。 1. （2025·四川卷）最近，我国科学工作者制备了一种电催化剂，并将其与金属铝组装成可充电电池，用于还原污水中的为，其工作原理如图所示。研究证明，电池放电时，水中的氢离子在电催化剂表面获得电子成为氢原子，氢原子再将吸附在电催化表面的逐步还原为。 下列说法错误的是 A. 放电时，负极区游离的数目保持不变 B. 放电时、还原为，理论上需要氢原子 C 充电时，从阴极区穿过离子交换膜进入阳极区 D. 充电时，电池总反应为 【答案】A 【解析】 【分析】放电时，负极铝失去电子和氢氧根离子结合生成四羟基合铝酸根，，正极水中的氢离子在电催化剂表面获得电子成为氢原子，氢原子再将吸附在电催化剂表面的逐步还原为，正极区发生反应为(注意此反应不是电极反应)，充电时，金属铝为阴极，电极为阳极，据此解答。 【详解】A．放电时，负极铝失去电子和氢氧根离子结合生成四羟基合铝酸根：，当转移3mol电子时，消耗，同时正极区会有通过离子交换膜进行补充，净消耗1mol，故负极区游离的数目会减少，故A错误； B．氢原子将吸附在电催化剂表面的逐步还原为，还原为，由化合价变化可知，得到8mol电子，所以理论上需要氢原子，故B正确； C．充电时，阴离子向阳极移动，所以充电时，从阴极区穿过离子交换膜进入阳极区，故C正确； D．充电时，电池阴极反应式为，阳极反应式为，总反应为，故D正确； 答案选A。 2. （2025·重庆卷）下图为AgCl-Sb二次电池的放电过程示意图如图所示。 下列叙述正确的是 A. 放电时，M极为正极 B. 放电时，N极上反应为 C. 充电时，消耗4 mol Ag的同时将消耗 D. 充电时，M极上反应为 【答案】D 【解析】 【分析】由图可知，放电时，N电极上发生得电子的还原反应，为正极，电极反应为：，M电极为负极，电极反应为，充电时，N为阳极，M为阴极，电极反应与原电池相反，据此解答。 【详解】A．由分析可知，放电时，M电极为负极，A错误； B．由分析可知，放电时，N电极反应为：，B错误； C．由分析可知，建立电子转移关系式：，由此可知，消耗4molAg，同时消耗，C错误； D．充电时，M极为阴极，电极反应与原电池相反：，D正确； 故选D。 3. （2025·湖北卷）某电池的正极材料为，负极材料为嵌锂石墨。利用人工智能筛选出的补锂试剂，能使失活的电池再生并延长寿命，且保持电池原结构。将注入电池后充电补锂，过程中转化为气体离去。下列有关充电补锂的说法错误的是 A. 在阳极失去电子 B. 生成气体中含有氟代烃 C. 过程中铁元素的价态降低 D. 反应并离去是该电池保持原结构的原因 【答案】C 【解析】 【详解】A．充电时，Li+在阴极得电子生成Li嵌入负极材料，[SO2CF3]-在阳极失去电子生成气体离去，A正确； B．[SO2CF3]-在阳极失去电子，反应为2[SO2CF3]--2e-=2SO2+ CF3-CF3，生成气体中含有氟代烃CF3-CF3，B正确； C．充电补锂时正极反应为2[SO2CF3]--2e-=2SO2+ CF3-CF3，不涉及正极材料反应，铁元素价态不变，C错误； D．[SO2CF3]-反应后离去，维持电池原结构，D正确； 答案选C。 4．（2025·黑吉辽卷）一种基于的储氯电池装置如图，放电过程中a、b极均增重。若将b极换成Ag/AgCl电极，b极仍增重。关于图中装置所示电池，下列说法错误的是 A. 放电时向b极迁移 B. 该电池可用于海水脱盐 C. a极反应： D. 若以Ag/AgCl电极代替a极，电池将失去储氯能力 【答案】D 【解析】 【分析】放电过程中a、b极均增重，这说明a电极是负极，电极反应式为，b电极是正极，电极反应式为NaTi2(PO4)3+2e－+2Na+=Na3Ti2(PO4)3，据此解答。 【详解】A．放电时b电极是正极，阳离子向正极移动，所以向b极迁移，A正确； B．负极消耗氯离子，正极消耗钠离子，所以该电池可用于海水脱盐，B正确； C．a电极是负极，电极反应式为，C正确； D．若以Ag/AgCl电极代替a极，此时Ag失去电子，结合氯离子生成氯化银，所以电池不会失去储氯能力，D错误； 答案选D。 5．（2025·广东卷）一种高容量水系电池示意图如图。已知：放电时，电极Ⅱ上减少；电极材料每转移1mol电子，对应的理论容量为。下列说法错误的是 A. 充电时Ⅱ为阳极 B. 放电时Ⅱ极室中溶液的pH降低 C. 放电时负极反应为： D. 充电时16gS能提供的理论容量为 【答案】B 【解析】 【分析】放电时，电极Ⅱ上减少，说明MnO2转化为Mn2+，化合价降低，发生还原反应，为原电池的正极，由于电解质溶液为MnSO4，故电解质应为酸性溶液，正极反应为：；则电极Ⅰ为原电池负极，MnS失去电子生成S和Mn2+，负极反应为：。 【详解】A．由分析可知，放电时电极Ⅱ为正极，故充电时电极Ⅱ为阳极，A正确； B．由分析可知，放电时电极Ⅱ为正极，正极反应为：，反应消耗，溶液的pH升高，B错误； C．由分析可知，放电时电极Ⅰ为原电池负极，负极反应为：，C正确； D．根据放电时负极反应，可知充电时阴极反应为，每消耗16gS，即0.5molS，转移1mol电子，据题意可知，能提供的理论容量为26.8A⋅h，D正确； 故选B。 6. （2024·河北卷）13.我国科技工作者设计了如图所示的可充电电池，以为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺()以捕获，使放电时还原产物为。该设计克服了导电性差和释放能力差的障碍，同时改善了的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。 下列说法错误的是 A. 放电时，电池总反应为 B. 充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接 C. 充电时，电子由电极流向阳极，向阴极迁移 D. 放电时，每转移电子，理论上可转化 【答案】C 【详解】A．根据以上分析，放电时正极反应式为、负极反应式为，将放电时正、负电极反应式相加，可得放电时电池总反应：，A正确； B．充电时，多孔碳纳米管电极上发生失电子的氧化反应，则多孔碳纳米管在充电时是阳极，与电源正极连接，B正确； C．充电时，电极为阴极，电子从电源负极经外电路流向电极，同时向阴极迁移，C错误； D．根据放电时的电极反应式可知，每转移电子，有参与反应，因此每转移电子，理论上可转化，D正确； 故选C。 7. （2024·江苏卷）碱性锌锰电池的总反应为，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，发生氧化反应 B. 电池工作时，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，转移电子数为 【答案】C 【解析】 【分析】Zn为负极，电极反应式为：，MnO2为正极，电极反应式为：。 【详解】A．电池工作时，为正极，得到电子，发生还原反应，故A错误； B．电池工作时，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．由电极反应式可知，反应中每生成，转移电子数为，故D错误； 故选C。 7. （2024·全国甲卷）科学家使用研制了一种可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，电极上检测到和少量。下列叙述正确的是 A. 充电时，向阳极方向迁移 B. 充电时，会发生反应 C. 放电时，正极反应有 D. 放电时，电极质量减少，电极生成了 【答案】C 【详解】A．充电时该装置为电解池，电解池中阳离子向阴极迁移，即向阴极方向迁移，A不正确； B．放电时，负极的电极反应为，则充电时阴极反应为Zn2++2e-=Zn，即充电时Zn元素化合价应降低，而选项中Zn元素化合价升高，B不正确； C．放电时电极为正极，正极上检测到和少量，则正极上主要发生的电极反应是，C正确； D．放电时，Zn电极质量减少0.65g（物质的量为0.010mol），电路中转移0.020mol电子，由正极的主要反应可知，若正极上只有生成，则生成的物质的量为0.020mol，但是正极上还有生成，因此，的物质的量小于0.020mol，D不正确； 综上所述，本题选C。 8. （2024·新课标卷）一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计) 电池工作时，下列叙述错误的是 A. 电池总反应为 B. b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用 C. 消耗18mg葡萄糖，理论上a电极有0.4mmol电子流入 D. 两电极间血液中的在电场驱动下的迁移方向为b→a 【答案】C 【详解】A．由题中信息可知，当电池开始工作时，a电极为电池正极，血液中的在a电极上得电子生成，电极反应式为；b电极为电池负极， 在b电极上失电子转化成CuO，电极反应式为，然后葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸，CuO被还原为，则电池总反应为，A正确； B．b电极上CuO将葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸后被还原为，在b电极上失电子转化成CuO，在这个过程中CuO的质量和化学性质保持不变，因此，CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用，B正确； C．根据反应可知，参加反应时转移2 mol电子，的物质的量为0.1 mmol，则消耗18 mg葡萄糖时，理论上a电极有0.2 mmol电子流入，C错误； D．原电池中阳离子从负极移向正极迁移，故迁移方向为b→a，D正确。 综上所述，本题选C。 9. （2023·广东卷）负载有和的活性炭，可选择性去除实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是 A. 作原电池正极 B. 电子由经活性炭流向 C. 表面发生的电极反应： D. 每消耗标准状况下的，最多去除 【答案】B 【解析】 【分析】在Pt得电子发生还原反应，Pt为正极，Ag失去电子与溶液中的Cl-反应，Ag为负极。 【详解】A．由分析可知，Ag失去电子与溶液中Cl-反应生成AgCl，Ag为负极，A错误； B．电子由负极经活性炭流向正极，B正确； C．溶液为酸性，故表面发生的电极反应为，C错误； D．每消耗标准状况下的，转移电子2mol，而失去2mol电子，故最多去除，D错误。 故选B。 10. （2023·新课标卷）一种以和为电极、水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，可插入层间形成。下列说法错误的是 A. 放电时为正极 B. 放电时由负极向正极迁移 C. 充电总反应： D. 充电阳极反应： 【答案】C 【解析】 【分析】由题中信息可知，该电池中Zn为负极、为正极，电池的总反应为。 【详解】A．由题信息可知，放电时，可插入层间形成，发生了还原反应，则放电时为正极，A说法正确； B．Zn负极，放电时Zn失去电子变为，阳离子向正极迁移，则放电时由负极向正极迁移，B说法正确； C．电池在放电时的总反应为，则其在充电时的总反应为，C说法不正确； D．充电阳极上被氧化为，则阳极的电极反应为，D说法正确； 综上所述，本题选C。 11. （2023·河北卷）我国科学家发明了一种以和为电极材料新型电池，其内部结构如下图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料转化为。下列说法错误的是 A. 充电时，b电极上发生还原反应 B. 充电时，外电源的正极连接b电极 C. 放电时，①区溶液中的向②区迁移 D. 放电时，a电极的电极反应式为 【答案】B 【详解】A．充电时，b电极上得到电子，发生还原反应，A正确； B．充电时，外电源的正极连接a电极相连，电极失去电子，电极反应为，B错误； C．放电时，①区溶液中多余的向②区迁移，C正确； D．放电时，a电极的电极反应式为，D正确； 故选：B。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$