4.1 原电池【上好课】高二化学深度学习辅导讲义（人教版选择性必修1）

第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 要点 1 原电池工作原理 1.原电池工作原理示意图 2.原电池中电子及离子的移动 (1)电子移动方向：从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液。 (2)若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。 3.原电池中盐桥的作用 盐桥在原电池中起导电作用，使整个装置形成闭合回路，盐桥导电利用的是阴、阳离子的定向移动，使电解质溶液保持电中性，从而使原电池能相对持续、稳定地产生电流。 4.电池工作原理分析(以ZnCu原电池为例) 电极名称 负极 正极 电极材料 Zn Cu 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 由负极沿导线流向正极 离子移向(内电路) 阴离子向负极移动，阳离子向正极移动；盐桥中K＋移向正极，Cl－移向负极 要点 2 原电池工作原理的应用 1.加快某些氧化还原反应的速率 构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。 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.设计原电池装置 原电池装置的设计思路是“两极一液一连线”。 以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu反应为例，原电池装置设计思路如下。 第一步：将电池总反应拆成两个半反应，分别作原电池的负极和正极的反应。电极反应式分别为负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu。 第二步：确定负极材料、正极材料和电解质溶液。 负极材料：失电子的物质(还原剂)作负极材料，即Fe。 正极材料：比负极材料金属活动性弱的金属或非金属导体作正极材料，如Cu、Ag或C等。 电解质溶液：含有氧化剂的物质作电解质，即CuSO4溶液，如果两个半反应分别在两个容器中进行(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阳离子。 第三步：画出装置图，并注明电极材料和电解质溶液，如图。 要点 3 常见的化学电源 1.化学电源 (1)分类：原电池是化学电源的雏形，常分为如下三类：一次电池、二次电池和燃料电池。 (2)优点：具有能量转化率高，供能稳定可靠，使用方便，易于维护等优点。 (3)判断电池优劣的主要标准：主要看单位质量或单位体积所能输出电能的多少(比能量)或者输出功率的大小(比功率)，以及电池可储存时间的长短。 2.一次电池(以碱性锌锰电池为例) 碱性锌锰干电池 示意图 构造 负极反应物：锌粉 正极反应物：二氧化锰 电解质溶液：氢氧化钾 工作原理 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 3.二次电池(以铅酸蓄电池为例) (1)构造 (2)组成：负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是稀硫酸。 (3)工作原理 铅酸蓄电池放电时的电极反应如下： 负极反应式：Pb＋SO－2e－===PbSO4； 正极反应式：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ； 总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。 4.燃料电池 (1)工作原理 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。燃料电池工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出，于是电池就连续不断地提供电能。 (2)实例(以酸性氢氧燃料电池为例) ①构造 ②工作原理 酸性电解质(H2SO4) 负极反应 H2－2e－===2H＋ 正极反应 O2＋2e－＋2H＋===H2O 总反应 H2＋O2===H2O 要点 4 电极方程式的书写 1.电极反应式的书写 (1)根据装置书写电极反应式 先分析题目给定的图示装置，确定原电池正、负极上的反应物质。 ①负极：活泼金属或燃料失去电子生成阳离子；若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应式。 ②正极：阳离子得到电子生成单质或氧化剂得到电子，若反应物是O2，则有以下规律： 电解质溶液呈碱性或中性：O2＋2H2O＋4e－===4OH－； 电解质溶液呈酸性：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 ③总反应式：正、负电极反应式在得失电子相等的前提下相加得到电池反应的总方程式。 (2)给出总反应式，写电极反应式 如果给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，先写出反应相对较简单的一极的电极反应式，另一极的电极反应式可用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。 2.燃料电池电极反应式的书写 (1)燃料电池的正、负极均为惰性电极，均不参与反应。 (2)正极反应式的书写 正极发生还原反应，通入的气体一般是氧气，氧气得到电子首先变为氧离子即O2＋4e－===2O2－，根据电解质的不同，正极反应式的书写分以下几种情况： ①在酸性溶液中，生成的氧离子与氢离子结合生成水，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。 ②在碱性溶液中，氧离子与氢氧根离子不能结合，只能与水结合生成氢氧根离子，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。 ③在熔融碳酸盐中，氧离子能与二氧化碳结合生成碳酸根离子，电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO。 (3)负极反应式的书写 若负极通入的气体为含碳化合物CO、CH4、CH3OH等，碳元素均转化为正四价的碳，在酸性溶液中生成二氧化碳气体，在碱性溶液中生成碳酸根离子，在熔融碳酸盐中生成二氧化碳，含有氢元素的化合物的电极反应最终都有水生成。 要点 5 新型电源 一、锂电池 锂电池是一类由金属锂或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。工作时金属锂失去电子被氧化为Li＋，负极反应均为Li－e－===Li＋，负极生成的Li＋经过电解质定向移动到正极。 二、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”原理；在两极形成的电势差的驱动下，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C6＋xLi＋＋xe－===LixC6；放电时负极反应是充电时阴极反应的逆过程：LixC6－xe－===C6＋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。 三、浓差电池 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”，依据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，这是解题的关键。 四、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室厌氧环境下，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负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(如氧气)在正极得到电子被还原。 五、物质循环转化型电池 根据物质转化中，注意电极反应与电极区反应，元素化合价的变化或离子的移动(阳离子移向正极区域，阴离子移向负极区域)判断电池的正、负极，是分析该电池的关键。 命题点 1 原电池工作原理 典例1（25-26高二上·河南·期中）纽扣电池放电时的电极总反应为，放电时的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．往X电极迁移 B．Y电极上发生氧化反应 C．氢氧化钾溶液的基本保持不变 D．X电极的材料为 变式1（25-26高二上·广东惠州·期中）根据实验现象，下列判断正确的是 装置 现象 金属A不断溶解形成二价金属离子 C极质量增加 A极有气泡产生 A．装置甲中正极的电极反应式是 B．装置乙中正极的电极反应式是 C．装置丙中溶液的不变 D．四种金属活动性由强到弱的顺序是 变式2（25-26高二上·广东肇庆·期中）某原电池的总反应离子方程式为：，不能实现该反应的原电池为 A．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为溶液 B．正极为Fe，负极为Zn，电解质溶液为溶液 C．正极为C，负极为Fe，电解质溶液为溶液 D．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为溶液 命题点 2 原电池工作原理的应用 典例2（24-25高二上·黑龙江哈尔滨·期末）把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，b发生还原反应；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡；b、d相连时，流向d极，则四种金属的活动性由强到弱的顺序为 A．a>b>c>d B．b>d>c>a C．c>a>b>d D．a>c>d>b 变式1（24-25高二上·山东淄博·期末）某原电池总反应为Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，下列能实现该反应的原电池是 选项 A B C D 电极材料 Cu、C Cu、Ag Cu、Zn Fe、Zn 电解质溶液 Fe(NO3)3 FeSO4 FeCl3 CuSO4 变式2（25-26高二上·江苏·期中）利用原电池原理吸收制备硫酸的装置如图所示。下列有关说法正确的是 A．电极b为负极 B．电子从电极a流出，经电解质溶液流向电极b C．电极a上的电极反应式为 D．质子交换膜每通过4mol，参加反应的体积为22.4L 命题点 3 一次电池 典例3（25-26高二上·北京丰台·期中）碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是 A．锌筒发生的电极反应为Zn-2e-=Zn2+ B．反应中每生成1molMnOOH，转移电子数为6.02×1023 C．电池工作时，MnO2发生氧化反应 D．电池工作时，OH-通过隔膜向正极移动 变式1（25-26高二上·安徽·期中）酸性锌锰干电池的构造示意图如图。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是 A．放电时负极反应为 B．电池工作时，向负极方向移动 C．在负极上发生还原反应 D．石墨电极作电池的负极，放电时石墨被氧化 变式2（25-26高二上·江苏苏州·期中）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．石墨作电池的负极材料 B．电池工作时，通过隔膜向正极移动 C．电池工作时，发生还原反应 D．环境温度过低，有利于电池放电 命题点 4 二次电池 典例4（25-26高二上·辽宁沈阳·期中）铅酸电池使用过程中，负极因生成导电性差的大颗粒，导致电极逐渐失活。通过向负极添加石墨、多孔碳等碳材料，可提高铅酸电池性能。下列关于碳材料的作用不正确的是 A．增强负极导电性 B．性质稳定，增强电化学活性 C．碳材料作还原剂，使被还原 D．增大负极材料比表面积，利于生成小颗粒 变式1（25-26高二上·河南·期中）电动自行车、汽车等都要用到铅酸蓄电池(如图所示)，下列关于该电池的说法错误的是 已知：放电时，该电池的总反应式为。 A．铅酸蓄电池为二次电池 B．放电时，往Pb电极方向迁移 C．放电时，正、负电极上的质量均增大 D．放电时，电解质溶液中的溶质质量减小 变式2（23-24高二上·福建·期中）由我国科学家设计的Mg-Li双盐电池具有较高的电池效率，其工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．放电时，负极电极反应式为FeS-2e-+2Li+=Fe+Li2S B．充电时，Mg电极发生了还原反应 C．充电时，每生成1 mol Mg，电解质溶液质量减少10g D．电解质溶液含离子迁移速率更快的Li+，提高了电流效率 命题点 5 燃料电池 典例5（25-26高二上·河北衡水·期中）中国科学院长春应用化学研究所曾在甲烷()燃料电池技术方面获得重大突破。甲烷燃料电池采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下，下列说法错误的是 A．Pt(a)端的电势高于Pt(b)端的电势 B．Pt(a)电极反应式为： C．工作时，电池正极区溶液的pH增大 D．该电池工作时消耗(标准状况下)，假设电池的能量转化率为，则电路中通过3.2 mol电子 变式1（25-26高二上·福建莆田·期中）某燃料电池主要构成要素如图所示，下列说法正确的是 A．电池可用于乙醛的制备 B．b电极为正极 C．电池工作时，a电极附近c(H＋)增大 D．a电极的反应式为O2-4e-＋4H＋=2H2O 变式2（25-26高二上·四川成都·期中）如图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是 A．a电极是负极 B．该燃料电池的电解质溶液是中性溶液 C．b电极的电极反应为： D．氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内 命题点 6 新型电池 典例6（25-26高二上·河北衡水·期中）一种新型短路膜电池分离装置如图所示。下列说法中正确的是 A．负极反应为： B．空气的流速越快，的去除率越高 C．正极区呈碱性 D．短路膜和常见的阴离子交换膜相同，只能传递阴离子 变式1（24-25高二下·浙江衢州·期末）在微生物作用下，可将废水中有机物的化学能直接转化为电能，其装置如图所示。下列说法正确的是 A．M为原电池正极 B．电子流动方向： C．N电极反应式： D．废水的温度越高，该装置处理废水的效率也越高 变式2（25-26高二上·安徽蚌埠·期中）某化学实验小组利用下图所示微生物电池将污水中苯酚（）转化为和，并产生电能（M、N均为石墨电极）。下列说法错误的是 A．该电池不适宜在高温环境下工作 B．电池工作过程中，正极区的pH降低 C．每消耗标准状况下22.4L时，理论上能处理约13.4g苯酚的废水 D．M极的电极反应式为： 点拨 1 原电池中正、负极的判断 判断依据 负极 正极 电子流动方向 电子流出极 电子流入极 电解质溶液中阴、阳离子定向移动的方向 阴离子移向的电极 阳离子移向的电极 电流方向 电流流入极 电流流出极 两极发生的反应 失电子，发生氧化反应 得电子，发生还原反应 电极材料 一般是活动性较强的金属 活动性较弱的金属或能导电的非金属 点拨 2 已知原电池总反应式，书写电极反应式的方法 (1)分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。 (2)若某一电极反应较难书写，可先写出较简单的电极反应式，然后利用总反应式减去该电极反应式即可得到另一电极反应式。 点拨 3 燃料电池的一般思维模型及正极反应式的书写 1.燃料电池的一般思维模型 (1)要注意介质是什么，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 (2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。 (3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。 2.燃料电池正极反应式的书写 (1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2+4H++4e-===2H2O； (2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2+2H2O+4e-===4OH-； (3)固体电解质(高温下能传导)环境下电极反应式：O2+4e-===2； (4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2+2CO2+4e-===2C。 点拨 4 复杂电极反应式的书写 1.电极反应式书写的一般方法 2.已知总反应式的复杂电极反应式的书写方法 ①首先写出较简单的电极反应式； ②复杂电极反应式＝总反应式-简单电极反应式； ③注意得失电子守恒。 ◆能力强化练 1.（25-26高二上·山东·期中）下列有关图示原电池装置的叙述正确的是 A．图1盐桥中的阳离子移向溶液 B．图2中Zn发生还原反应，发生氧化反应 C．图3中电池放电时，负极质量减小，正极质量增加 D．图4电解质溶液采用稀硫酸时，正极反应为 2.（25-26高二上·云南·期中）原电池的工作原理如图所示，电池工作时，下列说法正确的是 A．往电极迁移 B．一段时间后，电解质溶液的将减小 C．电极上的电极反应式为 D．电极上发生还原反应 3.（25-26高二上·江苏扬州·期中）一种电化学气敏传感器可以检测生产中氨气的含量，其工作原理如图。说法正确的是 A．溶液中向电极a移动 B．电极a的电极反应式为 C．在传感器工作一定时间后中电极b周围溶液pH减小 D．当电极b消耗标准状况下16.8 L 时，理论上电极a检测到17 g 4.（25-26高二上·吉林白城·期中）CuZn (假设起始时两电极质量完全相同)原电池的装置示意图如图，下列说法正确的是(不考虑水解反应) A．M为Zn电极，发生还原反应，失去电子 B．电池工作一段时间后，溶液的pH保持不变 C．电池工作一段时间后，M和N两电极质量：M>N D．每转移0.2 mol电子，同时生成2.24 L Cl2 5.（24-25高二上·北京·期中）利用如图装置将反应的化学能转化为电能，下列说法不合理的是 A．a处发生氧化反应 B．电子从a出发经过导线流向b，再经过盐桥流向a，形成闭合回路 C．X可以是或溶液 D．b可以是石墨或铂 6.（24-25高二上·天津和平·期末）碱性锌锰电池的总反应为：。下列关于该电池的说法中不正确的是 A．为负极，为正极 B．正极反应是 C．工作时电子由经外电路流向 D．发生还原反应，发生氧化反应 7.（24-25高二下·江苏无锡·期中）利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是 A．b电极为电池负极 B．电池工作时，海水中的向b电极移动 C．电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性 D．每消耗1mol Al，理论需要消耗为33.6L 8.（25-26高二上·江西南昌·期中）硅锰原电池在酸性环境下的工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．正极的电极反应式为：Si＋2H2O-4e-=SiO2＋4H＋ B．每当正极区溶液质量增加44.5 g，就有1 mol e-从右向左穿过质子交换膜 C．放电过程中，负极附近溶液pH减小 D．将交换膜更换为阴离子交换膜，电解液换为NaOH溶液，电流更平稳，电池寿命更长 9.（25-26高二上·北京·期中）一种NO-空气燃料电池的工作原理如图所示，该电池工作时，下列说法正确的是 A．H+通过质子交换膜向左侧多孔石墨棒移动 B．负极的电极反应式为NO-3e-+2H2O=+4H+ C．若产生1molHNO3，则通入O2的体积应等于16.8L D．左侧石墨电极电势高于右侧石墨电极 10.（25-26高二上·河北衡水·期中）依据氧化还原反应：设计的原电池如图所示。下列说法正确的是 A．电解质溶液Y是溶液 B．X电极发生的电极反应为 C．盐桥中的移向溶液 D．若两电极初始质量相等，当电路中转移0.2 mol的电子，两电极质量差28 g ◆综合拔高练 11.（24-25高二下·广东广州·期中）液流电池是电化学储能领域的研究热点，其电解液置于电堆外部，在循环泵的推动下流经电堆，实现化学能与电能的转换。下图是全钒液流电池的结构及工作原理示意图。 下列说法正确的是 A．放电时，电子由A极流出，经负载到B极 B．充电时A极应与电源的负极相连 C．放电时每转移1mol e-，有1mol H+通过质子交换膜移向B极区 D．放电时正极反应式：+2H++ e- =VO2++H2O 12.（25-26高二上·福建龙岩·期中）磷酸铁锂“刀片电池”工作原理如图所示。放电时的总反应： ，说法正确的是 A．放电时，铝箔作负极 B．电池工作时，正极反应为 C．电池工作时，负极材料质量减少，转移电子 D．电池进水不会影响其使用寿命 13.（24-25高二下·广东深圳·期末）氨燃料电池是当前推动绿氨能源化应用的重要研究方向和热点。一种通过光催化合成氨联合燃料电池的装置如图，在光照作用下光催化剂被激发产生电子和空穴。下列说法正确的是 A．电子由极沿导线运动至极 B．极的电极反应式是 C．光催化剂表面发生反应： D．电极可用金属材料，提高燃料电池的导电能力 14.（24-25高二下·四川·期中）如图所示是一种以液态肼为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。在固体氧化物电解质的温度达700~900℃时，可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是 A．放电时，电子的流向为电极甲→固体氧化物电极乙 B．放电时，电池内的向电极乙定向移动 C．电池负极反应为： D．当电路中通过时，电极乙上有参与反应 15.（24-25高二下·湖南长沙·期中）以为离子导体的铝-磷酸铁锂电池，该电池放电时嵌入形成，工作原理如图所示，下列关于电池放电时的说法正确的是 A．放电时，铝电极的反应式为 B．正极的电极反应： C．放电时，Li+透过离子交换膜从左向右迁移 D．放电时，电流从电极通过负载到Al电极，再由Al电极通过离子交换膜回到电极 17.（2025·黑龙江齐齐哈尔·二模）与锂离子电池相比，镁离子电池因能量密度高、价格低廉而得到了广泛关注。一种可充电电池示意图如下。该电池分别以(结构如标注框内所示)材料和为电极，以溶液为电解质溶液。下列说法正确的是 A．充电时，电极为阳极 B．放电时，正极区存在反应： C．放电时，PTO能通过GO膜进入左极室 D．充电时，外电路转移电子，左边电极质量减少 18.（24-25高二下·辽宁·期中）一种可植入人体内的微型电池工作原理如图所示，通过催化消耗血糖发电，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．a电极为正极，发生反应 B．两电极间血液中的在电场驱动下的迁移方向为 C．消耗葡萄糖，理论上a电极有电子流入 D．b电极上通过(Ⅱ)和(I)相互转变起催化作用 19.（24-25高二上·江西·期中）水系电池具有环境友好和高功率等优点，一种水系锌二次电池放电时的原理如图所示，单一钠离子交换膜只允许通过。放电时，复合电极中的转化为，下列叙述正确的是 A．该电池放电后不可以再充电而反复使用 B．放电过程中，负极附近电解质溶液的会增大 C．放电时，总反应为 D．放电时每转移，理论上复合电极的质量减少 20.（24-25高二上·湖南长沙·期中）某新型电池可以处理含的碱性废水，同时还可以淡化海水，电池构造示意图如下所示。下列关于该电池工作时的说法正确的是 A．b极为电池的负极 B．a极发生的电极反应为 C．电池工作一段时间后，右室溶液pH减小 D．海水中的通过离子交换膜Ⅰ向左室迁移 ◆高考真题练 1.（2025·江西卷）我国学者设计了一种新型去除工业污水重金属离子的电池(如图)。下列说法错误的是 已知：为铜基普鲁士蓝() A．中的铁为价 B．交换膜为阴离子交换膜 C．洗脱目的是去除电极吸附的 D．溶液可电解再生电池负极 2.（2025·广东卷）某理论研究认为：燃料电池(图b)的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意图分别如图a和图c，其中获得第一个电子的过程最慢。由此可知，理论上 A．负极反应的催化剂是ⅰ B．图a中，ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最低 C．电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变 D．相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数相同 3.（2025·江苏卷）以稀为电解质溶液的光解水装置如图所示，总反应为。下列说法正确的是 A．电极a上发生氧化反应生成 B．通过质子交换膜从右室移向左室 C．光解前后，溶液的不变 D．外电路每通过电子，电极b上产生 4.（2025·黑吉辽蒙卷）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.（2025·四川卷）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 6.（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 7.（2025·浙江卷）一种可充放电电池的结构示意图如图所示。该电池放电时，产物为和，随温度升高Q(消耗转移的电子数)增大。下列说法不正确的是 A．熔融盐中的物质的量分数影响充放电速率 B．充放电时，优先于通过固态电解质膜 C．放电时，随温度升高Q增大，是因为正极区转化为 D．充电时，锂电极接电源负极 8.（2024·广西卷）某新型钠离子二次电池(如图)用溶解了NaPF6的二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌。下列说法错误的是 A．外电路通过1mol电子时，理论上两电极质量变化的差值为23g B．充电时，阳极电极反应为： C．放电一段时间后，电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变 D．电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换 9.（2024·江西卷）我国学者发明了一种新型多功能甲醛﹣硝酸盐电池，可同时处理废水中的甲醛和硝酸根离子(如图)。下列说法正确的是 A．CuAg电极反应为2HCHO+2H2O﹣4e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2OH﹣ B．CuRu电极反应为6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣ C．放电过程中，OH﹣通过质子交换膜从左室传递到右室 D．处理废水过程中溶液pH不变，无需补加KOH 10.（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 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 要点 1 原电池工作原理 1.原电池工作原理示意图 2.原电池中电子及离子的移动 (1)电子移动方向：从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液。 (2)若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。 3.原电池中盐桥的作用 盐桥在原电池中起导电作用，使整个装置形成闭合回路，盐桥导电利用的是阴、阳离子的定向移动，使电解质溶液保持电中性，从而使原电池能相对持续、稳定地产生电流。 4.电池工作原理分析(以ZnCu原电池为例) 电极名称 负极 正极 电极材料 Zn Cu 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 由负极沿导线流向正极 离子移向(内电路) 阴离子向负极移动，阳离子向正极移动；盐桥中K＋移向正极，Cl－移向负极 要点 2 原电池工作原理的应用 1.加快某些氧化还原反应的速率 构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。 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.设计原电池装置 原电池装置的设计思路是“两极一液一连线”。 以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu反应为例，原电池装置设计思路如下。 第一步：将电池总反应拆成两个半反应，分别作原电池的负极和正极的反应。电极反应式分别为负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu。 第二步：确定负极材料、正极材料和电解质溶液。 负极材料：失电子的物质(还原剂)作负极材料，即Fe。 正极材料：比负极材料金属活动性弱的金属或非金属导体作正极材料，如Cu、Ag或C等。 电解质溶液：含有氧化剂的物质作电解质，即CuSO4溶液，如果两个半反应分别在两个容器中进行(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阳离子。 第三步：画出装置图，并注明电极材料和电解质溶液，如图。 要点 3 常见的化学电源 1.化学电源 (1)分类：原电池是化学电源的雏形，常分为如下三类：一次电池、二次电池和燃料电池。 (2)优点：具有能量转化率高，供能稳定可靠，使用方便，易于维护等优点。 (3)判断电池优劣的主要标准：主要看单位质量或单位体积所能输出电能的多少(比能量)或者输出功率的大小(比功率)，以及电池可储存时间的长短。 2.一次电池(以碱性锌锰电池为例) 碱性锌锰干电池 示意图 构造 负极反应物：锌粉 正极反应物：二氧化锰 电解质溶液：氢氧化钾 工作原理 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 3.二次电池(以铅酸蓄电池为例) (1)构造 (2)组成：负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是稀硫酸。 (3)工作原理 铅酸蓄电池放电时的电极反应如下： 负极反应式：Pb＋SO－2e－===PbSO4； 正极反应式：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ； 总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。 4.燃料电池 (1)工作原理 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。燃料电池工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出，于是电池就连续不断地提供电能。 (2)实例(以酸性氢氧燃料电池为例) ①构造 ②工作原理 酸性电解质(H2SO4) 负极反应 H2－2e－===2H＋ 正极反应 O2＋2e－＋2H＋===H2O 总反应 H2＋O2===H2O 要点 4 电极方程式的书写 1.电极反应式的书写 (1)根据装置书写电极反应式 先分析题目给定的图示装置，确定原电池正、负极上的反应物质。 ①负极：活泼金属或燃料失去电子生成阳离子；若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应式。 ②正极：阳离子得到电子生成单质或氧化剂得到电子，若反应物是O2，则有以下规律： 电解质溶液呈碱性或中性：O2＋2H2O＋4e－===4OH－； 电解质溶液呈酸性：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 ③总反应式：正、负电极反应式在得失电子相等的前提下相加得到电池反应的总方程式。 (2)给出总反应式，写电极反应式 如果给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，先写出反应相对较简单的一极的电极反应式，另一极的电极反应式可用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。 2.燃料电池电极反应式的书写 (1)燃料电池的正、负极均为惰性电极，均不参与反应。 (2)正极反应式的书写 正极发生还原反应，通入的气体一般是氧气，氧气得到电子首先变为氧离子即O2＋4e－===2O2－，根据电解质的不同，正极反应式的书写分以下几种情况： ①在酸性溶液中，生成的氧离子与氢离子结合生成水，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。 ②在碱性溶液中，氧离子与氢氧根离子不能结合，只能与水结合生成氢氧根离子，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。 ③在熔融碳酸盐中，氧离子能与二氧化碳结合生成碳酸根离子，电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO。 (3)负极反应式的书写 若负极通入的气体为含碳化合物CO、CH4、CH3OH等，碳元素均转化为正四价的碳，在酸性溶液中生成二氧化碳气体，在碱性溶液中生成碳酸根离子，在熔融碳酸盐中生成二氧化碳，含有氢元素的化合物的电极反应最终都有水生成。 要点 5 新型电源 一、锂电池 锂电池是一类由金属锂或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。工作时金属锂失去电子被氧化为Li＋，负极反应均为Li－e－===Li＋，负极生成的Li＋经过电解质定向移动到正极。 二、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”原理；在两极形成的电势差的驱动下，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C6＋xLi＋＋xe－===LixC6；放电时负极反应是充电时阴极反应的逆过程：LixC6－xe－===C6＋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。 三、浓差电池 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”，依据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，这是解题的关键。 四、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室厌氧环境下，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负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(如氧气)在正极得到电子被还原。 五、物质循环转化型电池 根据物质转化中，注意电极反应与电极区反应，元素化合价的变化或离子的移动(阳离子移向正极区域，阴离子移向负极区域)判断电池的正、负极，是分析该电池的关键。 命题点 1 原电池工作原理 典例1（25-26高二上·河南·期中）纽扣电池放电时的电极总反应为，放电时的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．往X电极迁移 B．Y电极上发生氧化反应 C．氢氧化钾溶液的基本保持不变 D．X电极的材料为 【答案】C 【分析】纽扣电池放电时的电极总反应为，由电子移动方向可知，X为负极，Y为正极，以此解答。 【解析】由分析可知，X为负极，Y为正极，原电池中阳离子向正极移动，K+应向正极Y迁移，A错误；由分析可知，Y为正极，Ag2O在正极得到电子发生还原反应，B错误；总反应为Zn+Ag2O=2Ag+ZnO，负极反应：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O，正极反应：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-，OH⁻浓度不变，KOH溶液pH基本不变，C正确；由分析可知，X为负极，Y为正极，结合总方程式可知，负极材料为Zn（发生氧化反应），Ag2O为正极材料（Y电极），D错误；故选C。 变式1（25-26高二上·广东惠州·期中）根据实验现象，下列判断正确的是 装置 现象 金属A不断溶解形成二价金属离子 C极质量增加 A极有气泡产生 A．装置甲中正极的电极反应式是 B．装置乙中正极的电极反应式是 C．装置丙中溶液的不变 D．四种金属活动性由强到弱的顺序是 【答案】B 【解析】金属A不断溶解形成二价金属离子，则装置甲中负极的电极反应式是，A错误；C极质量增加，则装置乙中正极铜离子得电子生成铜，其电极反应式是，B正确；装置丙中，A极有气泡产生，则A极溶液中的氢离子得电子生成氢气，减小，溶液的增大，C错误；装置甲中A为负极，则金属活动性：，装置乙中C为正极，则金属活动性：，装置丙中A为正极，则金属活动性：，故四种金属活动性由强到弱的顺序是，D错误；故选B。 变式2（25-26高二上·广东肇庆·期中）某原电池的总反应离子方程式为：，不能实现该反应的原电池为 A．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为溶液 B．正极为Fe，负极为Zn，电解质溶液为溶液 C．正极为C，负极为Fe，电解质溶液为溶液 D．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为溶液 【答案】B 【分析】根据2Fe3++Fe=3Fe2+知，铁失电子作负极，不如铁活泼的金属或导电的非金属作正极，铁离子得电子发生还原反应，电解质溶液为可溶性的铁盐，以此解答该题。 【解析】铁作负极，Cu作正极，溶液为电解质溶液，铁离子与铁发生氧化还原反应，原电池的总反应离子方程式为：，A不符合题意；锌的活泼性大于铁，锌作负极，铁作正极，电解质溶液为硫酸铁溶液，原电池的总反应离子方程式为：，B符合题意；铁作负极，C作正极，电解质溶液为硫酸铁溶液，原电池的总反应离子方程式为：，C不符合题意；铁的活泼性大于银，铁作负极，银作正极，电解质溶液为氯化铁溶液，原电池的总反应离子方程式为：，D不符合题意；故选B。 命题点 2 原电池工作原理的应用 典例2（24-25高二上·黑龙江哈尔滨·期末）把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，b发生还原反应；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡；b、d相连时，流向d极，则四种金属的活动性由强到弱的顺序为 A．a>b>c>d B．b>d>c>a C．c>a>b>d D．a>c>d>b 【答案】D 【分析】原电池中，活泼性较强的电极为负极，活泼性较弱的电极为正极，放电时，电子由负极经外电路流向正极，电流从正极沿导线流向负极，正极上得电子发生还原反应，据此分析。 【解析】若a、b相连时，b发生还原反应，说明活动性：a>b；c、d相连时，电流由d到c，则电子由c经外电路流向d，说明活动性：c>d；a、c相连时，c极上产生大量气泡，说明活动性：a>c；b、d相连时，流向d极，说明d为负极，则活动性d>b；故四种金属的活动性由强到弱的顺序为a>c>d>b；故选D。 变式1（24-25高二上·山东淄博·期末）某原电池总反应为Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，下列能实现该反应的原电池是 选项 A B C D 电极材料 Cu、C Cu、Ag Cu、Zn Fe、Zn 电解质溶液 Fe(NO3)3 FeSO4 FeCl3 CuSO4 【答案】A 【解析】Cu比C活泼，Cu作为负极被氧化为Cu2+，Fe3+在正极被还原为Fe2+，总反应符合:Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，A正确；电极材料为Cu和Ag，电解质为FeSO4，无自发的氧化还原反应，不能形成原电池，B错误；Zn比Cu活泼，Zn作为负极被氧化，总反应为Zn与Fe3+的反应：Zn+2Fe3+=Zn 2++2Fe2+，与题目反应不同，C错误；Zn比Fe活泼，作为负极被氧化，Cu2+被还原为Cu，总反应为:Zn+Cu2+=Zn2++Cu，与题目反应不同，D错误；故选A。 变式2（25-26高二上·江苏·期中）利用原电池原理吸收制备硫酸的装置如图所示。下列有关说法正确的是 A．电极b为负极 B．电子从电极a流出，经电解质溶液流向电极b C．电极a上的电极反应式为 D．质子交换膜每通过4mol，参加反应的体积为22.4L 【答案】C 【分析】由图可知，电极a上SO2失去电子被氧化为硫酸根，为原电池的负极，电极反应式为，电极b上得到电子被还原为水，为原电池的正极，电极反应式为，据此回答 【解析】由分析知，电极a为负极，电极b为正极，A错误；电子只能通过导线传递，不能通过电解质溶液，电解质溶液中通过离子定向移动导电，B错误；由分析知，电极a为负极，电极反应式为，C正确；未指明标准状况，无法计算22.4 L O2的物质的量，D错误；故答案为C。 命题点 3 一次电池 典例3（25-26高二上·北京丰台·期中）碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是 A．锌筒发生的电极反应为Zn-2e-=Zn2+ B．反应中每生成1molMnOOH，转移电子数为6.02×1023 C．电池工作时，MnO2发生氧化反应 D．电池工作时，OH-通过隔膜向正极移动 【答案】B 【分析】由题干装置图和原电池总反应方程式可知，该电池中Zn作负极，发生氧化反应，电极反应为：Zn + 2OH-- 2e-= ZnO + H2O，MnO2电极为正极，发生还原反应，电极反应为：MnO2+e-+H2O=MnOOH+OH-，据此分析解题。 【解析】由分析可知，锌为负极，电极反应为Zn + 2OH-- 2e-= ZnO + H2O，A错误；Mn在MnO2中为+4价，在MnOOH中为+3价，生成1 mol MnOOH时Mn得1 mol电子，转移电子数为1mol×6.02×1023mol-1=6.02×1023，B正确；MnO2中Mn元素化合价从+4降低到+3，得电子发生还原反应，C错误；电池工作时，阴离子(OH-)向负极移动，阳离子向正极移动，D错误；故选B。 变式1（25-26高二上·安徽·期中）酸性锌锰干电池的构造示意图如图。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是 A．放电时负极反应为 B．电池工作时，向负极方向移动 C．在负极上发生还原反应 D．石墨电极作电池的负极，放电时石墨被氧化 【答案】A 【解析】酸性锌锰干电池中，锌筒作负极，放电时锌失去电子发生氧化反应，负极反应式为，A正确；电池工作时，阳离子向正极移动，为阳离子，应向正极方向移动，B错误；是正极的活性物质，在正极上得到电子发生还原反应，C错误；石墨电极不参与反应，作电池的正极，放电时石墨未被氧化，D错误；故选A。 变式2（25-26高二上·江苏苏州·期中）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．石墨作电池的负极材料 B．电池工作时，通过隔膜向正极移动 C．电池工作时，发生还原反应 D．环境温度过低，有利于电池放电 【答案】C 【分析】电池工作时，MnO2为正极，得到电子，发生还原反应生成，Zn为负极，失去电子，发生氧化反应生成。 【解析】在原电池中，负极发生氧化反应，总反应中Zn元素化合价从0价升高到+2价（生成ZnO），Zn失去电子作负极；石墨不参与反应，为正极材料，A错误；电池工作时，阴离子向负极移动以平衡电荷，OH⁻为阴离子，应向负极移动，而非正极，B错误；中Mn元素化合价从+4价降低到MnOOH中的+3价，得到电子，发生还原反应，C正确；温度过低会降低反应速率和离子移动速率，不利于电池放电，D错误；故选C。 命题点 4 二次电池 典例4（25-26高二上·辽宁沈阳·期中）铅酸电池使用过程中，负极因生成导电性差的大颗粒，导致电极逐渐失活。通过向负极添加石墨、多孔碳等碳材料，可提高铅酸电池性能。下列关于碳材料的作用不正确的是 A．增强负极导电性 B．性质稳定，增强电化学活性 C．碳材料作还原剂，使被还原 D．增大负极材料比表面积，利于生成小颗粒 【答案】C 【解析】石墨、多孔碳等碳材料本身具有良好的导电性，添加到负极后可直接提高电极的整体导电性，缓解PbSO4导致的导电性下降问题，A正确；碳材料化学性质稳定，不易参与化学反应，且其多孔结构或高比表面积可提供更多反应位点，增强电极的电化学活性，B正确；铅酸电池中，PbO2是正极材料，其还原反应(PbO2→PbSO4)由负极的Pb(还原剂)通过电子转移实现，碳材料在此过程中不参与氧化还原反应，仅起物理作用(如导电、增大表面积)，C错误；多孔碳等材料具有较大的比表面积，可分散PbSO4的生成位点，避免大颗粒PbSO4聚集，从而生成小颗粒PbSO4，减少电极失活，D正确；故选C。 变式1（25-26高二上·河南·期中）电动自行车、汽车等都要用到铅酸蓄电池(如图所示)，下列关于该电池的说法错误的是 已知：放电时，该电池的总反应式为。 A．铅酸蓄电池为二次电池 B．放电时，往Pb电极方向迁移 C．放电时，正、负电极上的质量均增大 D．放电时，电解质溶液中的溶质质量减小 【答案】B 【分析】铅酸蓄电池放电时，作负极，电极反应式为；作正极，电极反应式为。 【解析】铅酸蓄电池可以反复充放电使用，属于二次电池，A正确；放电时，电解质溶液中的阳离子向正极移动，铅酸蓄电池中为正极，即H+向电极方向移动，B错误；根据分析可知，放电时正、负电极均生成硫酸铅，正、负电极质量均增大，C正确；由于放电时，负极消耗溶液中的硫酸根，正极消耗溶液中的氢离子和硫酸根，故电解质溶液的溶质硫酸的质量减小，D正确；故选B。 变式2（23-24高二上·福建·期中）由我国科学家设计的Mg-Li双盐电池具有较高的电池效率，其工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．放电时，负极电极反应式为FeS-2e-+2Li+=Fe+Li2S B．充电时，Mg电极发生了还原反应 C．充电时，每生成1 mol Mg，电解质溶液质量减少10g D．电解质溶液含离子迁移速率更快的Li+，提高了电流效率 【答案】A 【分析】根据其工作原理可知，放电时转化为，元素化合价降低，则左侧电极为正极，电极反应式为：；右侧电极为负极，电极反应式为：，则总反应为：。 【解析】由分析可知，放电时，负极电极反应式为：，A错误；充电时，Mg电极发生反应：，为还原反应，B正确；由电极反应式可知，充电时，每生成，转移，会消耗，同时生成，则电解质溶液质量减少，C正确；电解液中含离子迁移速率更快的Li+，增强了导电性，提高了电流效率，D正确；故选A。 命题点 5 燃料电池 典例5（25-26高二上·河北衡水·期中）中国科学院长春应用化学研究所曾在甲烷()燃料电池技术方面获得重大突破。甲烷燃料电池采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下，下列说法错误的是 A．Pt(a)端的电势高于Pt(b)端的电势 B．Pt(a)电极反应式为： C．工作时，电池正极区溶液的pH增大 D．该电池工作时消耗(标准状况下)，假设电池的能量转化率为，则电路中通过3.2 mol电子 【答案】A 【分析】由图可知，通入燃料（CH4）的Pt(a)端为负极，发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应为，通入氧化剂（O2）的Pt(b)端为正极，发生还原反应，电极反应式为，据此回答。 【解析】由分析知，电极 Pt(a)端为负极， Pt(b)端为正极，正极电势高于负极，故Pt(a)端电势低于Pt(b)端，A错误；由分析知，Pt(a)为负极，CH4发生氧化反应生成CO2，结合酸性环境（稀硫酸）和电荷守恒、原子守恒，电极反应式为，B正确；由分析知，Pt(b)为正极，电极反应式为，当转移4mol电子时，消耗4 mol H+，但同时会有4 mol H+向正极移动，H+物质的量不变，但反应生成了水，导致正极区H+浓度减小，pH增大，C正确；标准状况下11.2 L CH4的物质的量为0.5 mol，由负极反应式知1 mol CH4转移8 mol电子，0.5 mol完全反应转移4 mol电子，能量转化率80%时，实际转移电子4 mol×80%=3.2 mol，D正确；故选A。 变式1（25-26高二上·福建莆田·期中）某燃料电池主要构成要素如图所示，下列说法正确的是 A．电池可用于乙醛的制备 B．b电极为正极 C．电池工作时，a电极附近c(H＋)增大 D．a电极的反应式为O2-4e-＋4H＋=2H2O 【答案】A 【分析】根据燃料电池的转化原理，可以得到通入燃料的电极为负极，则b电极为负极，乙烯在b电极失去电子转化为乙醛，电极反应式为：；然后负极产生通过质子交换膜进入a电极的正极区域，在a电极得到转化为水，电极反应式为：，据此分析解答。 【解析】根据分析，该电池的总反应为：，可用于乙醛的制备，A正确；根据分析，b电极为负极，B错误；根据分析，电池工作时，a电极的电极反应式为：，消耗，减小，C错误；根据分析，a电极为正极，得到电子，电极反应式为：，D错误；故选A。 变式2（25-26高二上·四川成都·期中）如图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是 A．a电极是负极 B．该燃料电池的电解质溶液是中性溶液 C．b电极的电极反应为： D．氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内 【答案】C 【分析】由图可知，a电极通入，失去电子被氧化生成，则a为电池的负极，电极反应式为；b极通入，得到电子结合水生成，则b为电池的正极，电极反应为，据此分析解答。 【解析】a电极通入氢气，氢气作为燃料在负极发生氧化反应，故a为负极，A正确；由图可知，a电极附近生成，b电极附近生成，与移动结合生成，符合中性电解质溶液中电极反应特征，B正确；b电极通入氧气，为正极，应发生还原反应（得电子），正确电极反应式为，C错误；氢氧燃料电池的还原剂（）和氧化剂（）通过外部管道持续通入，无需全部储藏在电池内，D正确；故选C。 命题点 6 新型电池 典例6（25-26高二上·河北衡水·期中）一种新型短路膜电池分离装置如图所示。下列说法中正确的是 A．负极反应为： B．空气的流速越快，的去除率越高 C．正极区呈碱性 D．短路膜和常见的阴离子交换膜相同，只能传递阴离子 【答案】C 【解析】负极发生氧化反应，根据示意图可知，失去电子转化成，再与反应，因此负极反应为：，故A错误；空气流速过快时，与正极区接触时间过短，来不及反应就被排出，去除率不会一直升高，故B错误；正极发生还原反应，得电子生成（），使正极区呈碱性，故C正确；“短路膜”名称与常见阴离子交换膜不同，其功能可能存在差异，根据示意图可知，穿过短路膜移向正极，在短路膜内转换成，穿过短路膜向负极移动，因此短路膜能传递电子和阴离子，故D错误；故选C。 变式1（24-25高二下·浙江衢州·期末）在微生物作用下，可将废水中有机物的化学能直接转化为电能，其装置如图所示。下列说法正确的是 A．M为原电池正极 B．电子流动方向： C．N电极反应式： D．废水的温度越高，该装置处理废水的效率也越高 【答案】C 【分析】根据图中N电极的转化关系：由属于化合价降低，得到电子，在正极反应，则N电极为正极，电极反应式为：；则M极为负极，有机废水失去电子被氧化，据此分析解答。 【解析】根据分析，M为原电池负极，A错误；电子流动方向由负极沿外电路流向正极，即由：，B错误；根据分析，N电极为负极，其电极反应式为：，C正确；该装置使用微生物进行生物催化，温度过高则会导致微生物失去活性，催化效率减弱，反而降低了处理废水的效率，D错误；故选C。 变式2（25-26高二上·安徽蚌埠·期中）某化学实验小组利用下图所示微生物电池将污水中苯酚（）转化为和，并产生电能（M、N均为石墨电极）。下列说法错误的是 A．该电池不适宜在高温环境下工作 B．电池工作过程中，正极区的pH降低 C．每消耗标准状况下22.4L时，理论上能处理约13.4g苯酚的废水 D．M极的电极反应式为： 【答案】B 【分析】左侧将污水中的苯酚（）转化为和，化合价升高，失电子，所以M作负极，右侧氧气转化为水，化合价降低，得电子，所以N作正极，据此解答。 【解析】微生物在高温环境下会失活，该电池依赖微生物催化，故不适宜高温工作，A正确；正极区O2得电子发生还原反应：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O，反应消耗H+生成H2O，H+浓度降低，pH升高，B错误；1 mol O2得4 mol电子，1 mol苯酚（C6H6O，94g/mol）失28mol电子，电子守恒：n(O2)×4 = n(苯酚)×28，1mol O2对应n(苯酚)==mol，质量=×94≈13.4 g，C正确；M极为负极，苯酚氧化为CO2，C元素从价升至+4价，6个C共失28e-，结合守恒配平得电极反应式：，D正确；故选B。 点拨 1 原电池中正、负极的判断 判断依据 负极 正极 电子流动方向 电子流出极 电子流入极 电解质溶液中阴、阳离子定向移动的方向 阴离子移向的电极 阳离子移向的电极 电流方向 电流流入极 电流流出极 两极发生的反应 失电子，发生氧化反应 得电子，发生还原反应 电极材料 一般是活动性较强的金属 活动性较弱的金属或能导电的非金属 点拨 2 已知原电池总反应式，书写电极反应式的方法 (1)分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。 (2)若某一电极反应较难书写，可先写出较简单的电极反应式，然后利用总反应式减去该电极反应式即可得到另一电极反应式。 点拨 3 燃料电池的一般思维模型及正极反应式的书写 1.燃料电池的一般思维模型 (1)要注意介质是什么，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 (2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。 (3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。 2.燃料电池正极反应式的书写 (1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2+4H++4e-===2H2O； (2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2+2H2O+4e-===4OH-； (3)固体电解质(高温下能传导)环境下电极反应式：O2+4e-===2； (4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2+2CO2+4e-===2C。 点拨 4 复杂电极反应式的书写 1.电极反应式书写的一般方法 2.已知总反应式的复杂电极反应式的书写方法 ①首先写出较简单的电极反应式； ②复杂电极反应式＝总反应式-简单电极反应式； ③注意得失电子守恒。 ◆能力强化练 1.（25-26高二上·山东·期中）下列有关图示原电池装置的叙述正确的是 A．图1盐桥中的阳离子移向溶液 B．图2中Zn发生还原反应，发生氧化反应 C．图3中电池放电时，负极质量减小，正极质量增加 D．图4电解质溶液采用稀硫酸时，正极反应为 【答案】D 【解析】图1为铜锌原电池，Zn为负极（锌失电子），Cu为正极（Cu2+得电子），盐桥中阳离子移向正极区溶液、阴离子移向负极区溶液，A错误；图2为锌锰干电池，Zn为负极，发生氧化反应，为正极，发生还原反应，B错误；图3为铅蓄电池，放电时负极反应为（质量增加），正极反应为（质量增加），正、负极质量均增大，C错误；图4为氢氧燃料电池，酸性电解质中，正极氧气得电子发生还原反应与氢离子结合生成水，正极反应为，D正确；故选D。 2.（25-26高二上·云南·期中）原电池的工作原理如图所示，电池工作时，下列说法正确的是 A．往电极迁移 B．一段时间后，电解质溶液的将减小 C．电极上的电极反应式为 D．电极上发生还原反应 【答案】D 【分析】原电池的总反应式为，Zn被氧化，Zn为负极，则Cu是正极，以此解答。 【解析】由分析可知，Zn为负极，原电池中阴离子向负极移动，则往电极迁移，A错误；由分析可知，原电池工作过程中消耗氢离子，则一段时间后，溶液中氢离子浓度减小，电解质溶液的将增大，B错误；Zn为负极，失去电子被氧化为锌离子，则电极上的电极反应式为，C错误；Cu是正极，氢离子在正极得到电子发生还原反应：，D正确；故选D。 3.（25-26高二上·江苏扬州·期中）一种电化学气敏传感器可以检测生产中氨气的含量，其工作原理如图。说法正确的是 A．溶液中向电极a移动 B．电极a的电极反应式为 C．在传感器工作一定时间后中电极b周围溶液pH减小 D．当电极b消耗标准状况下16.8 L 时，理论上电极a检测到17 g 【答案】D 【解析】在原电池中，阳离子向正极移动，电极a为氨气被氧化的负极，电极b为氧气被还原的正极，K+应向正极b移动，A错误；电极a为负极，发生氧化反应，NH3失电子生成N2，N元素化合价从-3升高到0，2个NH3共失去6个电子，正确反应式为，B错误；电极b为正极，O2得电子发生还原反应，碱性条件下反应式为，生成OH-使周围溶液pH增大，C错误；电极b消耗O2的物质的量为，1 molO2得4 mol电子，0.75 molO2得3 mol电子，负极中2NH3~6e⁻（即1 molNH3失3 mol电子），电子守恒可知失3 mol电子对应1 molNH3，质量为，D正确；故选：D。 4.（25-26高二上·吉林白城·期中）CuZn (假设起始时两电极质量完全相同)原电池的装置示意图如图，下列说法正确的是(不考虑水解反应) A．M为Zn电极，发生还原反应，失去电子 B．电池工作一段时间后，溶液的pH保持不变 C．电池工作一段时间后，M和N两电极质量：M>N D．每转移0.2 mol电子，同时生成2.24 L Cl2 【答案】B 【分析】由题干图示中电子转移的方向可知，M即为负极，失去电子，发生氧化反应，故M为Zn，电极反应为：Zn-2e-=Zn2+，N为Cu，电极反应为：Cu2++2e-=Cu，据此分析解题。 【解析】由分析可知，M为Zn电极，发生氧化反应，失去电子，电极反应为：Zn-2e-=Zn2+，A错误；由分析可知，电池工作一段时间后，溶液溶质由CuCl2转化为ZnCl2，若不考虑水解反应，溶液的pH保持不变，B正确；由分析可知，M为Zn，电极反应为：Zn-2e-=Zn2+，N为Cu，电极反应为：Cu2++2e-=Cu，电池工作一段时间后，M电极质量减少，N电极质量增大，故两电极质量不相同，M和N两电极质量：M<N，C错误；由分析可知，该电极反应中不生成Cl2，D错误；故选B。 5.（24-25高二上·北京·期中）利用如图装置将反应的化学能转化为电能，下列说法不合理的是 A．a处发生氧化反应 B．电子从a出发经过导线流向b，再经过盐桥流向a，形成闭合回路 C．X可以是或溶液 D．b可以是石墨或铂 【答案】B 【分析】①G表为电流表，原电池放电时，负极失去电子，发生氧化反应，正极得到电子，发生还原反应； ②根据电池反应，负极为Cu，负极液体可以用铜离子溶液或常规盐溶液； ③根据电池反应，正极电解质需要放置三价铁溶液，确保电子流通；正极得电子，需能导电的电极，且此电极不可以直接和三价铁反应。 【解析】根据装置图，a为负极，负极失去电子，发生氧化反应，A项正确；根据分析，电子从负极a出发经过导线流向正极b，但是电子不能经过电解质溶液，因此不能经过盐桥流向a，B项错误；a为负极，Cu失去电子生成铜离子，因此负极液体可以选择用铜离子溶液或常规盐溶液，C项正确；b极是正极，得到电子，需能导电的电极，且此电极不可以直接和三价铁反应，因此可以是石墨或铂，D项正确；故选B。 6.（24-25高二上·天津和平·期末）碱性锌锰电池的总反应为：。下列关于该电池的说法中不正确的是 A．为负极，为正极 B．正极反应是 C．工作时电子由经外电路流向 D．发生还原反应，发生氧化反应 【答案】D 【分析】由电池总反应可知，锌为碱性锌锰电池的负极，碱性条件下锌做负极失去电子发生氧化反应生成氢氧化锌，电极反应式为；二氧化锰是电池的正极，在水分子作用下，二氧化锰做正极得到电子发生还原反应生成碱式氧化锰和氢氧根离子，电极反应式为，据此分析作答。 【解析】由分析可知，锌为碱性锌锰电池的负极，二氧化锰是电池的正极，A项正确；二氧化锰是电池的正极，在水分子作用下，二氧化锰做正极得到电子发生还原反应生成碱式氧化锰和氢氧根离子，电极反应式为，B项正确；工作时电子从负极流向正极，即从锌流向二氧化锰，C项正确；由分析可知，碱性条件下锌做负极失去电子发生氧化反应生成氢氧化锌，在水分子作用下，二氧化锰做正极得到电子发生还原反应生成碱式氧化锰和氢氧根离子，D项错误；故选D。 7.（24-25高二下·江苏无锡·期中）利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是 A．b电极为电池负极 B．电池工作时，海水中的向b电极移动 C．电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性 D．每消耗1mol Al，理论需要消耗为33.6L 【答案】B 【分析】Al和海水构成的原电池中，铝为活泼金属，发生失电子的氧化反应生成Al3+，则a电极为负极，b电极为正极，负极反应式为Al-3e-=Al3+，正极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，原电池工作时，阳离子移向正极，阴离子移向负极，据此分析解答。 【解析】由分析可知，Al为负极，则b为正极，故A错误；原电池工作时，阳离子向正极移动，即海水中的Na+向b电极移动，故B正确；原电池工作时，a电极为负极，负极反应式为Al-3e-=Al3+，铝离子水解使a电极区域的海水呈酸性，故C错误；没有说明标准状况，故不能计算氧气的体积，故D错误；故选B。 8.（25-26高二上·江西南昌·期中）硅锰原电池在酸性环境下的工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．正极的电极反应式为：Si＋2H2O-4e-=SiO2＋4H＋ B．每当正极区溶液质量增加44.5 g，就有1 mol e-从右向左穿过质子交换膜 C．放电过程中，负极附近溶液pH减小 D．将交换膜更换为阴离子交换膜，电解液换为NaOH溶液，电流更平稳，电池寿命更长 【答案】C 【分析】由图可知，在碳硅电极上Si被氧化生成SiO2，则碳硅电极为负极，电极反应式为：Si-4e-+2H2O=SiO2+4H+；在MnO2电极上MnO2被还原生成Mn2+，则MnO2电极为正极，电极反应式为：2MnO2+4e-+8H+=2Mn2++4H2O； 【解析】正极发生还原反应，应得到电子。选项中电极反应式为Si失去电子生成SiO2，是氧化反应，为负极反应式，A错误；质子交换膜允许H+通过，电子不能穿过交换膜（电子通过外电路移动）。且H+从负极区（左）向正极区（右）移动，B错误；负极反应为Si-4e-+2H2O=SiO2+4H+，生成H+且消耗水使负极附近H+浓度增大，pH减小，C正确；酸性环境中Si生成SiO2可能覆盖电极导致反应受阻，而碱性环境下Si与NaOH反应生成可溶性硅酸盐，可能避免电极钝化，但若未形成原电池时Si易与NaOH自反应，反而缩短寿命，D错误；故选C。 9.（25-26高二上·北京·期中）一种NO-空气燃料电池的工作原理如图所示，该电池工作时，下列说法正确的是 A．H+通过质子交换膜向左侧多孔石墨棒移动 B．负极的电极反应式为NO-3e-+2H2O=+4H+ C．若产生1molHNO3，则通入O2的体积应等于16.8L D．左侧石墨电极电势高于右侧石墨电极 【答案】B 【分析】由图可知，NO失去电子转化为HNO3，则左侧多孔石墨电极为负极，NO在负极放电，负极的电极反应式为NO-3e-+2H2O=+4H+，右侧多孔石墨电极为正极。 【解析】在原电池中，阳离子向正极移动，所以H+ 通过质子交换膜从左侧向右侧多孔石墨棒移动，故A错误；根据题目信息，NO在负极放电，电极反应式为：NO-3e-+2H2O=+4H++，故B正确；未说明标准状况，无法确定体积为，C错误；左侧为负极，右侧为正极，正极电势高于负极，故右侧电势更高，D错误；故选B。 10.（25-26高二上·河北衡水·期中）依据氧化还原反应：设计的原电池如图所示。下列说法正确的是 A．电解质溶液Y是溶液 B．X电极发生的电极反应为 C．盐桥中的移向溶液 D．若两电极初始质量相等，当电路中转移0.2 mol的电子，两电极质量差28 g 【答案】D 【分析】氧化还原反应：中，Cu失去电子被氧化，作负极，Ag+得到电子被还原，在正极上参加反应，因此负极材料为Cu，正极Ag+得到电子生成Ag，因此正极的电解质溶液选择AgNO3溶液，即X为Cu，Y为AgNO3溶液； 【解析】由分析知，Y应为AgNO3，以提供Ag⁺参与正极反应，而A错误；由分析知，X电极是负极（Cu电极），发生氧化反应，电极反应为， B错误；盐桥中阳离子（K+）移向正极（Ag电极所在溶液，含Ag+），而非CuSO4溶液，C错误；转移0.2 mol电子时，负极Cu溶解0.1 mol（质量减少6.4 g），正极析出0.2 mol Ag（质量增加21.6 g），质量差为6.4 + 21.6 = 28 g，D正确；故选D。 ◆综合拔高练 11.（24-25高二下·广东广州·期中）液流电池是电化学储能领域的研究热点，其电解液置于电堆外部，在循环泵的推动下流经电堆，实现化学能与电能的转换。下图是全钒液流电池的结构及工作原理示意图。 下列说法正确的是 A．放电时，电子由A极流出，经负载到B极 B．充电时A极应与电源的负极相连 C．放电时每转移1mol e-，有1mol H+通过质子交换膜移向B极区 D．放电时正极反应式：+2H++ e- =VO2++H2O 【答案】D 【分析】放电时，电子由负极流出经负载到正极，负极发生氧化反应，化合价升高，正极发生还原反应，化合价降低，所以A为正极，B为负极，充电时，则A为阳极，B为阴极，据此解答。 【解析】放电时，电子由负极流出经负载到正极，则电子应从负极（B极）流出到A极，A错误；充电时，原电池的正极（A极）应作为电解池的阳极，与电源正极相连，B错误；放电时，H⁺作为阳离子移向正极（A极区），而非B极区，C错误；放电时正极发生还原反应，（V+5价）得1e⁻还原为VO²⁺（V+4价），反应式为+2H++ e- =VO2++H2O，电荷与原子守恒，D正确；故选D。 12.（25-26高二上·福建龙岩·期中）磷酸铁锂“刀片电池”工作原理如图所示。放电时的总反应： ，说法正确的是 A．放电时，铝箔作负极 B．电池工作时，正极反应为 C．电池工作时，负极材料质量减少，转移电子 D．电池进水不会影响其使用寿命 【答案】B 【分析】放电时，LixC6在铜箔一侧失去电子生成Li+和C，Li1-xFePO4得电子发生还原反应转化为LiFePO4； 【解析】根据总反应及示意图，放电时LixC6在铜箔一侧失去电子生成Li+和C，铜箔为负极，故A错误；放电时Li1-xFePO4得电子发生还原反应生成LiFePO4，铝箔为正极，正极反应式为Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- = LiFePO4，故B正确；负极反应为LixC6 - xe- = 6C + xLi+，释放Li+使减少质量，1.4g Li的物质的量为0.2 mol，转移电子为0.2 mol，故C错误；电池使用锂盐有机溶液，Li是活泼金属，进水会导致Li与水反应，故D错误；故选B。 13.（24-25高二下·广东深圳·期末）氨燃料电池是当前推动绿氨能源化应用的重要研究方向和热点。一种通过光催化合成氨联合燃料电池的装置如图，在光照作用下光催化剂被激发产生电子和空穴。下列说法正确的是 A．电子由极沿导线运动至极 B．极的电极反应式是 C．光催化剂表面发生反应： D．电极可用金属材料，提高燃料电池的导电能力 【答案】C 【分析】由图，N2在光催化剂表面转化为NH3，碱性介质条件下，NH3转化为N2，化合价升高发生氧化反应，则电极X为负极，电极反应式为：，则电极Y为正极，H2O得到电子发生还原生成氢氧根离子和H2，电极反应式为：； 【解析】X为负极、Y为正极，电子由X极沿导线运动至Y极，A错误；由分析，极的电极反应式是，B错误；由图，光催化剂表面H2O转化为氢离子和O2，发生反应为，C正确；燃料电池的电解质为熔融，会与金属发生反应，不能使用金属材料，D错误；故选C。 14.（24-25高二下·四川·期中）如图所示是一种以液态肼为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。在固体氧化物电解质的温度达700~900℃时，可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是 A．放电时，电子的流向为电极甲→固体氧化物电极乙 B．放电时，电池内的向电极乙定向移动 C．电池负极反应为： D．当电路中通过时，电极乙上有参与反应 【答案】C 【分析】该电池中以液态肼为燃料，通入N2H4的电极为负极，即电极甲为负极，通入氧气的电极为正极，即电极乙为正极，据此解答。 【解析】电子不能通过电解质，故A错误；原电池中阴离子移向负极，故放电时，电池内的O2-由电极乙移向电极甲，故B错误；反应生成物均为无毒无害的物质，所以N2H4被氧气氧化生成N2和H2O，电解质为固体氧化物，O2-在该固体氧化物电解质中自由移动，故负极反应为：，故C正确；没有说明气体的状态条件，无法计算氧气体积，故D错误；故选C。 15.（24-25高二下·湖南长沙·期中）以为离子导体的铝-磷酸铁锂电池，该电池放电时嵌入形成，工作原理如图所示，下列关于电池放电时的说法正确的是 A．放电时，铝电极的反应式为 B．正极的电极反应： C．放电时，Li+透过离子交换膜从左向右迁移 D．放电时，电流从电极通过负载到Al电极，再由Al电极通过离子交换膜回到电极 【答案】B 【分析】结合题意，电池放电时，铝电极失去电子形成铝离子，铝离子再结合生成，铝电极为负极，负极式为；左侧电极为正极，锂离子嵌入形成，根据电荷和原子守恒，正极式为。 【解析】由分析可知，放电时，铝作负极，铝电极的反应式为，A错误；由分析可知，左侧电极为正极，锂离子嵌入形成，正极式为，B正确；放电时，阳离子移向正极，左侧电极为正极，则Li+透过离子交换膜从右向左迁移，C错误；放电时，电流从电极(正极)通过负载到Al电极(负极)，电池内部是通过离子的定向移动形成闭合回路，不存在“由Al电极通过离子交换膜回到电极”这种电流传导方式，D错误；故选B。 17.（2025·黑龙江齐齐哈尔·二模）与锂离子电池相比，镁离子电池因能量密度高、价格低廉而得到了广泛关注。一种可充电电池示意图如下。该电池分别以(结构如标注框内所示)材料和为电极，以溶液为电解质溶液。下列说法正确的是 A．充电时，电极为阳极 B．放电时，正极区存在反应： C．放电时，PTO能通过GO膜进入左极室 D．充电时，外电路转移电子，左边电极质量减少 【答案】B 【分析】放电时电极失电子转化为，电极为负极，发生氧化反应；PTO电极为正极，发生还原反应、；充电时电极为阴极，发生还原反应；电极为阳极，发生氧化反应、。 【解析】放电时，为负极，充电时为阴极，故A错误；放电时，PTO电极为正极，发生还原反应、，故B正确；图中膜只允许通过，能阻止进入左极室，故C错误；充电时，外电路转移电子，左侧反应为，左侧有转化成，使得左边电极质量增加，故D错误；故选B。 18.（24-25高二下·辽宁·期中）一种可植入人体内的微型电池工作原理如图所示，通过催化消耗血糖发电，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．a电极为正极，发生反应 B．两电极间血液中的在电场驱动下的迁移方向为 C．消耗葡萄糖，理论上a电极有电子流入 D．b电极上通过(Ⅱ)和(I)相互转变起催化作用 【答案】B 【分析】由图可知，放电时为原电池，电极a上O2得电子生成OH-，则电极a为正极，电极b为负极，负极b上Cu2O失电子生成CuO、CuO氧化葡萄糖(C6H12O6)生成葡萄糖酸(C6H12O7)，正极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，负极反应为Cu2O-2e-+2OH-=2CuO+H2O、C6H12O6+2CuO=C6H12O7+Cu2O，电池总反应式为2C6H12O6+O2=2C6H12O7，放电时阳离子移向正极，阴离子移向负极，据此分析解答。 【解析】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，A正确；原电池中阳离子从负极移向正极，故迁移方向为b→a，B错误；b电极为电池负极，在b电极上失电子转化成，电极反应式为，然后葡萄糖被氧化为葡萄糖酸，被还原为，则电池总反应为，根据反应，可知，参加反应时转移电子，的物质的量为，则消耗葡萄糖时，理论上a电极有电子流入，C正确；b电极上将葡萄糖氧化为葡萄糖酸后被还原为，在b电极上失电子转化成，在这个过程中的质量和化学性质保持不变，因此通过(Ⅱ)和(I)相互转变起催化作用，D正确；故选B。 19.（24-25高二上·江西·期中）水系电池具有环境友好和高功率等优点，一种水系锌二次电池放电时的原理如图所示，单一钠离子交换膜只允许通过。放电时，复合电极中的转化为，下列叙述正确的是 A．该电池放电后不可以再充电而反复使用 B．放电过程中，负极附近电解质溶液的会增大 C．放电时，总反应为 D．放电时每转移，理论上复合电极的质量减少 【答案】C 【分析】放电时，负极反应为，正极反应为，总反应为； 【解析】该电池为二次电池，是放电后可以再充电而反复使用的电池，A项错误；放电时，负极反应为，同时有移向S—C复合电极，负极附近电解质溶液中减小，会减小，B项错误；由分析可知，总反应为，C项正确；由正极反应可知，每转移，理论上复合电极的质量增加，D项错误；故选C。 20.（24-25高二上·湖南长沙·期中）某新型电池可以处理含的碱性废水，同时还可以淡化海水，电池构造示意图如下所示。下列关于该电池工作时的说法正确的是 A．b极为电池的负极 B．a极发生的电极反应为 C．电池工作一段时间后，右室溶液pH减小 D．海水中的通过离子交换膜Ⅰ向左室迁移 【答案】B 【分析】a极附近发生氧化反应为负极，电极反应为，b极为电池正极，电极反应为，据此解答。 【解析】a极附近发生氧化反应， a极为电池负极，b极为电池正极，A错误；a极发生氧化反应，电极反应式为，B正确；右室中b极发生的电极反应为，不断被消耗，pH增大，C错误；阳离子向正极移动， 向b极也就是右室迁移，D错误；故选B。 ◆高考真题练 1.（2025·江西卷）我国学者设计了一种新型去除工业污水重金属离子的电池(如图)。下列说法错误的是 已知：为铜基普鲁士蓝() A．中的铁为价 B．交换膜为阴离子交换膜 C．洗脱目的是去除电极吸附的 D．溶液可电解再生电池负极 【答案】C 【分析】由图可知，Zn电极失去电子生成Zn2+，该原电池中左侧电极为负极，右侧电极为正极。 【解析】CuHCF的化学式为Cu[Fe(CN)6]0.67·nH2O，设Fe化合价为x。Cu为+2价，CN-为-1价，整体电中性：+2 + 0.67×(x - 6) = 0，解得x≈+3，A正确；Zn电极为负极，反应为Zn - 2e- = Zn2+，负极区正电荷增加。污水中通过交换膜移向负极区以平衡电荷，说明交换膜允许阴离子通过，为阴离子交换膜，B正确；Ni2+在正极得到电子生成Ni，Ni被CuHCF电极吸附，洗脱目的是利用H2O2的氧化性去除电极吸附的Ni，C错误；电解Zn2+溶液时，阴极反应为Zn2+ + 2e- = Zn，可得到Zn单质再生负极，D正确；故选C。 2.（2025·广东卷）某理论研究认为：燃料电池(图b)的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意图分别如图a和图c，其中获得第一个电子的过程最慢。由此可知，理论上 A．负极反应的催化剂是ⅰ B．图a中，ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最低 C．电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变 D．相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数相同 【答案】C 【分析】该燃料电池为氢氧燃料电池，由图可知该原电池的电解质溶液为酸性，氢气发生氧化反应，做负极，电极方程式为：；氧气发生还原反应，做正极，电极方程式为：。 【解析】由分析可知，氧气发生还原反应，做正极，正极反应的催化剂是ⅰ，A错误；图a中，ⅰ到ⅱ过程为获得第一个电子的过程，根据题中信息，获得第一个电子的过程最慢，则ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最高，B错误；氢气发生氧化反应，做负极，电极方程式为：，同时，反应负极每失去1个电子，就会有一个H+通过质子交换膜进入正极室，故电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变，C正确；由图a、c可知，氧气催化循环一次需要转移4个电子，氢气催化循环一次需要转移2个电子，相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数不相同，D错误；故选C。 3.（2025·江苏卷）以稀为电解质溶液的光解水装置如图所示，总反应为。下列说法正确的是 A．电极a上发生氧化反应生成 B．通过质子交换膜从右室移向左室 C．光解前后，溶液的不变 D．外电路每通过电子，电极b上产生 【答案】A 【分析】光解过程中，电极a上电子流出，发生氧化反应，a为阳极，电极反应式为：；电极b上电子流入，发生还原反应，b为阴极，电极反应式为：。 【解析】根据分析，电极a为阳极，发生氧化反应，电极反应式为：，生成物有O2，A正确；电解池中阳离子向阴极移动，电极a上生成，电极b上消耗，通过质子交换膜从左室移向右室，B错误；在探究溶液浓度变化时，不仅要关注溶质的变化，也要关注溶剂的变化，在光解总反应是电解水，溶液中减少，溶液浓度增大，pH减小，C错误；生成，转移2mol电子，外电路通过0.01mol电子时，电极b上生成，D错误；故选A。 4.（2025·黑吉辽蒙卷）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 【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。 【解析】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； 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；a电极是负极，电极反应式为，C正确；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；故选D。 5.（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 【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。 【解析】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：，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；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；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；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；故选A。 6.（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 【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。 【解析】由分析可知，放电时，M电极为负极，A错误；由分析可知，放电时，N电极反应为：，B错误；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；充电时，M极为阴极，电极反应与原电池相反：，D正确；故选D。 7.（2025·浙江卷）一种可充放电电池的结构示意图如图所示。该电池放电时，产物为和，随温度升高Q(消耗转移的电子数)增大。下列说法不正确的是 A．熔融盐中的物质的量分数影响充放电速率 B．充放电时，优先于通过固态电解质膜 C．放电时，随温度升高Q增大，是因为正极区转化为 D．充电时，锂电极接电源负极 【答案】C 【分析】电池放电时，锂电极为负极，发生反应：，多孔功能电极为正极，低温时发生反应：，随温度升高Q增大，正极区转化为；充电时，锂电极为阴极，得到电子，多孔功能电极为阳极，或失去电子。 【解析】由分析可知，电池总反应方程式为：或，充放电时有参与或生成，因此熔融盐中的物质的量分数影响充放电速率，A正确；比的半径小，因此优先于通过固态电解质膜，B正确；放电时，正极得到电子，中氧原子为-1价，中氧原子为-2价，因此随温度升高Q增大，正极区转化为，C错误；充电时，锂电极为阴极，连接电源负极，D正确；故选C。 8.（2024·广西卷）某新型钠离子二次电池(如图)用溶解了NaPF6的二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌。下列说法错误的是 A．外电路通过1mol电子时，理论上两电极质量变化的差值为23g B．充电时，阳极电极反应为： C．放电一段时间后，电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变 D．电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换 【答案】A 【分析】放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌，则右侧电极为负极，Na失电子生成Na+；Na+透过允许Na+通过的隔膜从右侧进入左侧，则左侧为正极。 【解析】外电路通过1mol电子时，负极有1molNa失电子生成Na+进入右侧溶液，溶液中有1molNa+从右侧进入左侧，并与正极的Na3-xV2(PO4)3结合，则理论上两电极质量变化的差值为2mol×23g/mol=46g，A错误；充电时，左侧电极为阳极，Na3V2(PO4)3失电子生成Na3-xV2(PO4)3，则阳极电极反应为：，B正确 ；放电一段时间后，负极产生的Na+的物质的量与负极区通过隔膜进入左极区的Na+的物质的量相同，进入左极区的Na+与参加左侧正极反应的Na+的物质的量相同，所以电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变，C正确 ；Na能与水反应，所以电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换，D正确 ；故选 A。 9.（2024·江西卷）我国学者发明了一种新型多功能甲醛﹣硝酸盐电池，可同时处理废水中的甲醛和硝酸根离子(如图)。下列说法正确的是 A．CuAg电极反应为2HCHO+2H2O﹣4e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2OH﹣ B．CuRu电极反应为6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣ C．放电过程中，OH﹣通过质子交换膜从左室传递到右室 D．处理废水过程中溶液pH不变，无需补加KOH 【答案】B 【分析】由原电池中电子移动方向可知，CuAg为负极，HCHO失去电子生成HCOO-和H2，电极方程式为：2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2H2O，CuRu为正极，得到电子生成NH3，电极方程式为：6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣，以此解答。 【解析】由分析可知，CuAg为负极，HCHO失去电子生成HCOO-和H2，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2H2O，A错误；由分析可知，CuRu为正极，得到电子生成NH3，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣，B正确；质子交换膜只允许H+通过，C错误；由分析可知，负极电极方程式为：2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2H2O，正极电极方程式为：6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣，总反应为8HCHO+7OH-=NH3+8HCOO-+4 H2↑+2H2O，处理废水过程中消耗OH-，溶液pH减小，需补加 KOH，D错误；故选B。 10.（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 【分析】由题中信息可知，b电极为负极，发生反应，然后再发生；a电极为正极，发生反应，在这个过程中发生的总反应为。 【解析】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；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；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；故选C。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $