第一节 原电池（举一反三专项训练，浙江专用）【上好课】化学人教版选择性必修1

第一节 原电池 题型01 原电池的工作原理 题型02 原电池原理的应用 题型03 一次电池 题型04 二次电池 题型05 燃料电池 题型06 新型电池 题型01 原电池的工作原理 1．原电池的构成条件 (1)定义：能把化学能转化为电能的装置。 (2)构成条件： 2．实验探究： (1)锌和硫酸铜溶液反应中的能量转化 向一只烧杯中加入1.0 mol•L－1 CuSO4溶液约30 mL，再加入适量锌粉，现象是Zn逐渐溶解，溶液颜色变浅，有红色物质生成，用温度计测量溶液的温度，温度升高，能量变化的主要形式是化学能转化为热能。 (2)铜锌原电池的构造与工作原理 电池名称 单液电池 双液电池(盐桥电池) 实验装置 实验现象 电流表 指针偏转 电极变化 锌片逐渐溶解，铜片质量增加 电流变化 一段时间后，电流逐渐衰减 产生的电流持续、稳定 微观探析 锌片的Zn失去电子形成Zn2＋进入溶液，质量减轻； 电子通过导线传递到铜片上形成电流，电流表指针偏转； 溶液中的Cu2＋在铜片获得电子变成Cu沉积在铜片上，质量增加 符号表征 电极反应式 Zn片：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应) Cu片：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应) 电池总反应 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 能量转换 化学能转化为电能 盐桥 ①盐桥成分：含有KCl饱和溶液的琼脂。作用：使两个半电池形成闭合回路； ②平衡两侧溶液的电荷，使溶液保持电中性；离子移动方向：Cl－移向ZnSO4溶液(负极区)，K＋移向CuSO4溶液(正极区)。 ③避免电极与电解质溶液直接反应，相比单液原电池有利于最大程度地将化学能转化为电能 3．原电池的工作原理(以锌铜原电池为例) 溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，电子只能在导线中流动而不能在溶液中流动，离子只能在溶液中移动而不能在导线中移动，原电池的内电路和外电路分别通过离子的移动和电子的流动而形成闭合回路，可形象地描述为“电子不下水，离子不上岸”。 4．电极反应式的书写 (1)电极反应式书写要求 电极反应式符合离子方程式书写要求，用“===”表示，注意分子、离子形式及电子、电荷、元素守恒。 (2)一般电极反应式的书写方法 a定电极，标得失。按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。 b看环境，配守恒。电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。 c两式加，验总式。两电极反应式相加，与总反应方程式对照验证。 【典例1】某小组利用下列装置进行电化学实验，下列实验操作及预期现象正确的是( ) A．X和Y与电流表连接，电子由Cu极流向Zn极 B．X和Y与电流表连接，将Zn换成Fe测得电流更大 C．X和Y分别与电源“－”、“＋”极相连，Cu极质量减轻 D．X和Y分别与电源“－”、“＋”极相连，Zn极质量减轻 【答案】C 【解析】A项，Zn作负极，电子由Zn极流向Cu极，错误；B项，Fe、Cu的活动性相差小，测得电流也小，错误；C项，X为Zn、Y为Cu，Cu作阳极，Cu被电解，质量减轻，C正确，D错误。 【变式1-1】图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是(　) A．甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)===Co(s)＋Cd2＋(aq) B．反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生 C．盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性 D．乙中有1 mol电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出 【答案】B 【解析】由甲可知Cd的活动性强于Co，由乙可知Co的活动性强于Ag，即Cd的活动性强于Ag，故Ag不能置换出Cd，B项错误。 【变式1-2】(2025·浙江省台州市高三一模)1836年，英国化学家John Frederic Daniell制成了第一个如图所示的双液电池，标志着化学电池进入生产和生活中。 已知反应：Zn(s)-2e-Zn2＋(aq) K1 Cu(s)-2e-Cu2+(aq) K2 K为反应在常温下的平衡常数。下列说法不正确的是( ) A．K1＞K2 B．盐桥中K+向CuSO4溶液移动 C．若将盐桥换成铜棒，电流计不会发生偏转 D．若向CuSO4溶液中加入适量CuSO4固体，电流计偏转程度增大 【答案】C 【解析】由图装置为原电池装置，锌比铜活泼，锌失去电子发生氧化反应为负极，铜极为正极，铜离子得到电子发生还原反应，总反应为Zn(s)+ Cu2+(aq)Zn2＋(aq)+Cu(s)。A项，由分析，装置为原电池装置，总反应为Zn(s)+ Cu2+(aq)Zn2＋(aq)+Cu(s)，结合已知反应，总反应：，反应能够自发进行的较为完全，则K1＞K2，故A正确；B项，原电池中阳离子向正极移动，故盐桥中K+向CuSO4溶液移动，故B正确；C项，把盐桥改为铜棒后，左侧装置为原电池装置、右侧装置为电解池装置，左侧锌为负极，左侧中铜棒为正极，空气中氧气在正极发生还原反应类似于吸氧腐蚀，电路中有电流，电流计会发生偏转，故C错误；D项，若向CuSO4溶液中加入适量CuSO4固体，铜离子、硫酸根离子浓度增大，反应速率加快、溶液导电能力增强，导致电流计偏转程度增大，故D正确；故选C。 【变式1-3】某化学兴趣小组设计如下两个实验证明：①氧化性Fe3+>I2，②反应2Fe3++2I-2Fe2++I2为可逆反应。下列说法中错误的是( ) A．实验1试管中加入淀粉后溶液变蓝，证明该条件下氧化性：Fe3+>I2 B．实验2中的盐桥可用浸透KNO3溶液的脱脂棉填充 C．实验1反应结束后，向试管中加入K3[Fe(CN)6]能判断该反应是否为可逆反应 D．实验2电流表指针不再偏转时，向右侧烧杯中加入碘水电流表指针重新发生偏转，可判断该反应是可逆反应 【答案】C 【解析】A项，氧化还原反应中，氧化剂的氧化性大于氧化产物，实验1试管中加入淀粉后溶液变蓝，发生2Fe3++2I-=2Fe2++I2，证明该条件下氧化性：Fe3+>I2，故A正确；B项，钾离子和硝酸根不参与反应，实验2中的盐桥可用浸透KNO3溶液的脱脂棉填充，起导电平衡两侧电荷的作用，故B正确；C项，实验1反应结束后，向试管中加入K3[Fe(CN)6]只能判断该反应中有亚铁离子生成，要判断是否为可逆反应，还需检验溶液中是否有铁离子，故C错误；D项，若为可逆反应，当实验2电流表指针不再偏转时，向右侧烧杯中加入单质碘，碘单质的浓度增大，可逆反应2Fe3++2I-=2Fe2++I2逆向移动，电流表指针会发生偏转；若不是可逆反应，电流表指针不会发生偏转，故实验2电流表指针不再偏转时，向右侧烧杯中加入单质碘可判断该反应是否为可逆反应，故D正确；故选C。 题型02 原电池原理的应用 1．加快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，例如，在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成Cu－Zn微小原电池，加快产生H2的速率。 2．比较金属活动性强弱 例如，有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。由此可判断出a是负极、b是正极，且金属活动性：a>b (注意电解质溶液对电极反应的影响)。 3．设计原电池 理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。 (a)外电路 负极——化合价升高的物质 正极——活泼性弱的物质，一般选碳棒 (b)内电路：化合价降低的物质作电解质溶液。 如：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2 ①化合价升高的物质 负极：Cu ②活泼性较弱的物质 正极：C ③化合价降低的物质 电解质溶液：FeCl3 示意图 【典例2】有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验，据此判断四种金属的活动性顺序是(　　) ①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极； ②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C； ③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡； ④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应。 A．A＞C＞D＞B B．A＞B＞C＞D C．C＞A＞B＞D D．B＞D＞C＞A 【答案】A 【解析】①活泼性较强的金属作原电池的负极，A、B用导线相连后，同时插入稀H2SO4中，A极为负极，则活动性：A＞B；②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电子由负极→导线→正极，电流方向与电子方向相反，电流由正极D→导线→负极C，则活动性：C＞D；③A、C相连后，同时浸入稀硫酸中，C极产生大量气泡，说明C为原电池的正极，较不活泼，则活动性：A＞C；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应，说明D为原电池的负极，则活动性：D＞B；所以有：A＞C＞D＞B，A项正确。 【变式2-1】下列方法可以加快铁和稀硫酸的反应速率的是(　　) A.加入少量ZnSO4固体 B.加入少量水 C.加入少量CuSO4固体 D.用98%的浓硫酸代替稀硫酸 【答案】C 【解析】加入少量ZnSO4固体，不会改变反应物的浓度，不会改变反应速率，故A不选；加水，溶液的体积增大，反应物的浓度减小，反应速率减小，故B不选；加入少量CuSO4固体，会发生反应置换出铜，形成原电池，使反应速率加快，故C选；浓硫酸在常温下使铁钝化，D不选。 【变式2-2】一个原电池的总反应的离子方程式是Zn+Cu2+===Zn2++Cu，该原电池的正确组成是(　　) A B C D 正极 Zn Cu Zn C 负极 Cu Zn Ag Zn 电解质溶液 CuCl2溶液 H2SO4溶液 CuSO4溶液 CuCl2溶液 【答案】D 【解析】根据总反应可知Zn为负极，正极为活动性比Zn弱的金属或可导电的非金属，电解质溶液中含Cu2+，只有D项符合题意。 【变式2-3】用A、B、C、D四种金属按表中装置进行实验，下列叙述正确的是(　　) 实验装置 甲 乙 丙 实验现象 A不断溶解 C的表面有红色固体析出 A上有气泡产生 A.装置甲中的B金属是原电池的负极 B.装置乙中，外电路中电流的流向为B→C C.装置丙中溶液里的S移向A D.四种金属的活动性由强到弱的顺序是D>A>B>C 【答案】D 【解析】装置甲中A不断溶解，则A为负极，B为正极，A错误；装置乙中C的表面有红色固体析出，则C为正极，B为负极，外电路中电流方向：C→B，B错误；装置丙中A上有气泡产生，则A为正极，D为负极，溶液中S向D移动，C错误。 题型03 一次电池 一次电池：也叫作干电池，常见的一次电池有普通锌锰电池、碱性锌锰电池、纽扣式银锌电池。 锌锰干电池 负极反应式：Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2； 正极反应式：MnO2+H2O+e-===MnO(OH)+OH-； 总反应：Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2 银锌纽扣电池 负极反应式：Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O； 正极反应式：Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-； 总反应：Zn+Ag2O===ZnO+2Ag 【典例3】锌锰电池是生活中常用的电池，普通锌锰电池和碱性锌锰电池的结构分别如图所示，下列说法错误的是(　　) A.锌锰电池属于一次电池，用完不可随意丢弃 B.普通锌锰电池和碱性锌锰电池放电过程中锌均发生氧化反应 C.放电时，普通锌锰电池的石墨电极上反应为2N+2e-===N2↑+4H2↑ D.放电时，碱性锌锰电池正极反应式为MnO2+H2O+e-===MnO(OH)+OH- 【答案】C 【解析】锌锰电池属于一次电池，含有重金属离子，用完不可随意丢弃，A正确；普通锌锰电池和碱性锌锰电池中锌均为负极，放电过程中锌均发生氧化反应，B正确；放电时，普通锌锰电池的石墨电极上MnO2得电子，被还原，C错误；放电时，碱性锌锰电池正极反应式为MnO2+H2O+e-===MnO(OH)+OH-，D正确。 【变式3-1】碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。某碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池反应为Zn+2MnO2+H2O=Zn(OH)2+Mn2O3，下列说法错误的是(　　) A．电池工作时，锌失去电子 B．电池的正极反应式为2MnO2+H2O+2e-=Mn2O3+2OH- C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g 【答案】C　 【解析】由电池反应可知，锌为负极，失去电子，电子从负极流出经外电路流向正极；外电路中每通过0.2 mol电子，参加反应的锌理论上为0.1 mol，即质量减小6.5 g。 【变式3-2】微型银锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电池总反应为Ag2O+Zn+H2O===2Ag+Zn(OH)2。下列说法正确的是(　　) A.电池工作过程中，负极发生还原反应 B.电池工作过程中，电解液中OH-向正极移动 C.负极电极反应为Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2 D.正极电极反应为Ag2O+2H++2e-===2Ag+H2O 【答案】C 【解析】电池工作过程中，Zn失电子作负极，发生氧化反应，电极反应为Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2，A错误、C正确；电池工作过程中，电解液中的OH-向负极移动，B错误；正极Ag2O得电子，发生还原反应，电极反应为Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-，D错误。 【变式3-3】碱性锌锰电池是普通锌锰电池的升级换代产品，图1、图2分别为碱性锌锰电池和普通锌锰电池的构造图。其总反应分别为：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2，Zn+2MnO2+2NH4Cl=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)。下列关于两种电池的说法中，正确的是 A．两种电池的负极反应物均为外壳金属 B．两种电池工作时都是MnO2发生氧化反应 C．碱性锌锰电池工作时KOH不参与电极反应 D．碱性锌锰电池中离子导体与电极反应物接触更充分 【答案】D 【解析】A项，碱性锌锰电池负极反应物是锌粉，不是金属外壳，A错误；B项，两种电池工作时都是MnO2发生还原反应，B错误；C项，碱性锌锰电池工作时，负极上Zn被氧化生成Zn(OH)2，其电极反应式为：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2，则KOH参与电极反应，C错误；D项，碱性锌锰电池中电极反应物是锌粉，与离子导体接触更充分，D正确；故选D。 题型04 二次电池 1．二次电池：又称为充电电池或蓄电池，铅蓄电池是最常见的二次电池。充、放电时各电极上发生的反应： 2．铅蓄电池的构造与工作原理 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 负极反应式：Pb+ SO42- -2e-==PbSO4； 正极反应式：PbO2+4H++SO42-+2e-===PbSO4+2H2O。 放电时，当外电路上有2 mol e-通过时，溶液中消耗H2SO4 2 mol。 (2)充电时 阴极反应式：PbSO4+2e-===Pb+ SO42-； 阳极反应式：PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++SO42-。 ①充电一段时间电解质溶液的pH减小(填“增大”“减小”或“不变”)。 ②充电时电极的连接，负接负作阴极，正接正作阳极。 2．锂离子电池 常见锂离子电池的构造与工作原理 负极材料 正极材料 电解质溶液 嵌锂石墨(LixC6) 磷酸铁锂(LiFePO4)或钴酸锂(LiCoO2) 锂离子的载体，如六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯无水溶液 装置与工作原理 (以钴酸锂-石墨锂电池为例) 放电：总反应：LixC6＋Li(1－x)CoO2===6C＋LiCoO2 负极反应：LixC6－xe－===6C＋xLi＋； 正极反应：Li(1－x)CoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2； 【典例4】(2025·浙江1月卷)一种可充放电Li－O2电池的结构示意图如图所示。该电池放电时，产物为Li2O和Li2O2，随温度升高Q(消耗1molO2转移的电子数)增大。下列说法不正确的是( ) A．熔融盐中LiNO3的物质的量分数影响充放电速率 B．充放电时，Li＋优先于K+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O2-转化为O22- D．充电时，锂电极接电源负极 【答案】C 【解析】Li－O2电池放电时，锂电极为负极，发生反应：Li－e-=Li＋，多孔功能电极为正极，低温时发生反应：O2+2e-=O22-，随温度升高Q增大，正极区O22-转化为O2-；充电时，锂电极为阴极，得到电子，多孔功能电极为阳极，O22-或O2-失去电子。电池总反应方程式为：或，充放电时有Li＋参与或生成，因此熔融盐中LiNO3的物质的量分数影响充放电速率，A正确；B项，Li＋比K＋的半径小，因此Li＋优先于K+通过固态电解质膜，B正确；C项，放电时，正极得到电子，O22-中氧原子为-1价，O2-中氧原子为-2价，因此随温度升高Q增大，正极区O22-转化为O2-，C错误；D项，充电时，锂电极为阴极，连接电源负极，D正确；故选C。 【变式4-1】(2021•浙江1月卷)镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L 为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极)。 下列说法不正确的是( ) A．断开K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能 B．断开K1、合上K2，电极A为阴极，发生还原反应 C．电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变 D．镍镉二次电池的总反应式：Cd+ 2NiOOH+2H2OCa(OH)2+2Ni(OH)2 【答案】C 【解析】根据图示，电极A充电时为阴极，则放电时电极A为负极，负极上Cd失电子发生氧化反应生成Cd(OH)2，负极反应式为Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2，电极B充电时为阳极，则放电时电极B为正极，正极上NiOOH得电子发生还原反应生成Ni(OH)2，正极反应式为2NiOOH+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-，放电时总反应为Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2。A项，断开K2、合上K1，为放电过程，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能，A正确；B项，断开K1、合上K2，为充电过程，电极A与直流电源的负极相连，电极A为阴极，发生还原反应，电极反应式为Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-，B正确；C项，电极B发生氧化反应的电极反应式为2Ni(OH)2-2e-+2OH-=2NiOOH+2H2O，则电极A发生还原反应的电极反应式为Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-，此时为充电过程，总反应为Cd(OH)2+2Ni(OH)2Cd+2NiOOH+2H2O，溶液中KOH浓度减小，C错误；D项，根据分析，放电时总反应为Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2，则镍镉二次电池总反应式为Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2，D正确；故选C。 【变式4-2】(2021•浙江6月卷)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li+得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCoO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是( ) A．充电时，集流体A与外接电源的负极相连 B．放电时，外电路通过a mol电子时，LiPON薄膜电解质损失a mol Li+ C．放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1- xCoO2+ xLi+xe-= LiCoO2 D．电池总反应可表示为Li xSi+Li1- xCoO2Si+LiCoO2 【答案】B 【解析】由题中信息可知，该电池充电时Li+得电子成为Li嵌入电极A中，可知电极A在充电时作阴极，故其在放电时作电池的负极，而电极B是电池的正极。A项，由图可知，集流体A与电极A相连，充电时电极A作阴极，故充电时集流体A与外接电源的负极相连，A正确；B项，放电时，外电路通过a mol电子时，内电路中有a mol Li+通过LiPON薄膜电解质从负极迁移到正极，但是LiPON薄膜电解质没有损失Li+，B不正确；C项，放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为Li1- xCoO2+ xLi+xe-= LiCoO2，C正确；D项，电池放电时，嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子变成Li+，正极上Li1- xCoO2得到电子和Li+变为LiCoO2，故电池总反应可表示为Li xSi+Li1- xCoO2Si+LiCoO2，D正确。故选B。 【变式4-3】(2025·浙江省诸暨市高三第一次模拟)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池可作储能设备如图所示，关闭开关b，CCl4中Cl2的含量降低。 下列说法正确的是( ) A．放电时，钛电极的反应：NaTi2(PO4)3+2Na++2e-=Na3Ti2(PO4)3 B．放电时，Cl-透过多孔碳电极向NaCl溶液中迁移 C．放电时NaCl溶液的浓度和pH均增大 D．充电过程中，CCl4吸收0.25molCl2，钛电极质量理论上增加23g 【答案】B 【解析】关闭开关b，形成原电池，CCl4中Cl2的含量降低，则多孔碳电极为正极，钛电极为负极。在碳电极，Cl2得电子生成Cl-，电极反应式为Cl2+2e-=2Cl-；在钛电极，Na3Ti2(PO4)3失电子，电极反应式为Na3Ti2(PO4)3-2e-=NaTi2(PO4)3+2Na+。A项，放电时，钛电极为负极，Na3Ti2(PO4)3失电子生成NaTi2(PO4)3和Na+，电极反应式为Na3Ti2(PO4)3-2e-=NaTi2(PO4)3+2Na+，A不正确；B项，多孔碳电极为正极，钛电极为负极，放电时，阴离子向负极移动，则Cl-透过多孔碳电极向NaCl溶液中迁移，B正确；C项，放电时，Cl-向钛电极移动，Na+向多孔碳电极移动，使得NaCl溶液的浓度增大，NaCl为强酸强碱盐，虽然浓度增大，但pH不变，C不正确；D项，充电过程中，多孔碳电极(阳极)Cl-失电子生成Cl2，若CCl4吸收0.25molCl2，则电路中转移电子0.5mol，有0.5molNa+移向钛电极(阴极)，则钛电极质量理论上增加0.5mol×23g/mol=11.5g，D不正确；故选B。 题型05 燃料电池 1．燃料电池 (1)利用燃料(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和氧化剂之间发生的氧化还原反应将化学能直接转换成电能的化学电池。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，生成物不断地被排除，能连续不断地提供电能。 2．氢氧燃料电池的工作原理 电极：惰性电极。燃料：H2 (1)碱性电解质 总反应：2H2＋O2===2H2O 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O； 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 (2)酸性电解质 总反应：2H2＋O2===2H2O 负极：2H2－4e－===4H＋； 正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 3．电池特点 ①能量转换率高，污染小。 ②工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断进行反应，连续不断地提供电能。 【典例5】(2026·浙江六校联盟高二联考)沉积物微生物燃料电池可处理含硫废水，其工作原理示意图如图： 已知：光合菌发生的光合作用反应式为 6CO2+6H2O=C6H12O6+6O2沉积物FeSx中的 Fe为+2价且在反应过程中 Fe化合价不变，下列说法不正确的是( ) A．碳棒b为电池的正极 B．碳棒a表面发生的第二步电极反应式为S+4H2O-6e-=SO42-+8H+ C．负极室每处理 1mol沉积物FeSx则转移(2+6x) mol电子 D．若光合菌产生的氧气被全部反应，则该电池每消耗32gO2，正极室质量增加44g 【答案】D 【解析】氢离子移向碳棒b，故碳棒b为原电池的正极，氧气在正极上得到电子发生还原反应生成水；碳棒a为原电池的负极，FeSx在负极上失电子发生氧化反应生成S单质，S单质再失电子生成SO42-。A项，根据分析可知，碳棒b为原电池的正极，A正确；A项，根据图示，碳棒上(负极) S生成SO42-的电极反应式：S+4H2O-6e-=SO42-+8H+，B正确；C项，FeSx中Fe为+2价，S的化合价为(+2 + x·y=0，解得)。S最终转化为SO42-(S为+6价)，每个S原子失去电子数为，1mol FeSx含x mol S，转移电子总数为，即(2+6x) mol，C正确； D项，消耗32g O₂(1mol)时，根据正极反应O2＋4H＋＋4e-=2H2O，有4mol H＋(约4g)进入正极室；根据光合作用反应式，生成1mol O2需要消耗1mol CO2(44g)。因此，正极室质量增加为H＋和CO2的质量之和，即 4g + 44g = 48g ，D错误；故选D。 【变式5-1】(2026·浙江名校协作体高二联考)用于检测酒驾的酒精检测仪工作原理如下图所示，下列说法不正确的是( ) A．该装置能够将化学能转化为电能 B．该电池的负极反应式为：CH3CH2OH +3H2O - 12e- = 2CO2 + 12H+ C．电池工作时，当电路中通过4mol电子时，有通过质子交换膜从左向右迁移 D．当呼气中有46g的乙醇被反应时，需要消耗标准状况下氧气22.4L 【答案】B 【解析】该装置为原电池，X电极产物为醋酸，Y电极上O的化合价由0→-2，化合价降低发生还原反应，则Y为正极，X为负极。A项，据分析可知，该装置为原电池，原电池是将化学能转化为电能的装置，A正确；A项，根据装置图，X电极产物为醋酸(CH3COOH)，而非CO2。乙醇(CH3CH2OH)中C平均化合价为-2，醋酸(CH3COOH)中C平均化合价为0，每个乙醇分子失去4个电子，正确负极反应式为CH3CH2OH + H2O - 4e- = CH3COOH + 4H+，B错误；C项，电池工作时，H+从负极(左)向正极(右)迁移，迁移的H+物质的量与电路中转移电子数相等。当通过4mol电子时，有4mol H+迁移，C正确；D项，46g乙醇为1mol，总反应为CH3CH2OH + O2 = CH3COOH + H2O，1mol乙醇消耗1mol O2，标准状况下体积为22.4L，D正确；故选B。 【变式5-2】燃料电池是一种能量转化效率高、对环境友好的新型电池。一种肼(N2H4)燃料电池的工作原理如下图所示，下列有关叙述正确的是 A．电池工作时，溶液中的Na+由乙槽通过离子交换膜向甲槽迁移 B．当外电路中流过0.04mol电子时，消耗N2H4的质量为0.32g C．b极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e-=2H2O，反应一段时间后溶液的pH增大 D．若将N2H4改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，电路中通过的电子数减少 【答案】B 【解析】燃料电池中，燃料发生氧化反应，所以a电极是负极，通入氧气的b电极是正极。A项，O2在正极发生还原反应：O2+2H2O+4e- =4OH-，正极生成OH-离子，为保持溶液呈电中性， Na+由甲槽向乙槽迁移，A项错误；B项，负极发生氧化反应，反应式为4OH-+N2H4-4e-=N2↑+4H2O，当外电路中流过0.04mol电子时，消耗0.01mol N2H4，其质量为0.32g，B项正确；C项，碱性条件下，电极方程式中不能出现H+，b极的电极反应式为O2+2H2O+4e- =4OH-，C项错误；D项，消耗1mol N2H4时转移4mol电子，改为甲烷时，电极反应式为CH4+10OH--8e-=CO32-＋7H2O，消耗1mol CH4时转移8mol电子，D项错误；故选B。 【变式5-3】(2025·浙江省嘉兴市高三三模)在新型能源技术里，直接过氧化氢燃料电池(DPPFC)备受关注。它独特之处在于用H2O2同时作燃料和氧化剂，能高效转换能量。某研究小组利用该电池和离子交换膜进行电解质溶液处理，其工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是( ) A．该电池表明H2O2在酸性环境中的氧化性强于碱性环境 B．电池的总反应为2H2O2+2OH-+2H+=4H2O+ O2↑ C．当外电路通过0.4mole-时，中间室生成K2SO4的质量为34.8g D．H2O2分解产生的O2在石墨2电极也可以放电，因此H2O2的分解不会影响电池效率 【答案】D 【解析】由图中电子移动方向可知，石墨1为负极， 在碱性条件下过氧化氢被氧化生成氧气和水，电极反应式为：H2O2-2e-+2OH-=2H2O+O2↑，负极室溶液中钾离子通过阳离子交换膜1进入中间室；石墨2为正极，在酸性条件下过氧化氢被还原生成水，电极反应式为：H2O2+2e-+2H+=2H2O，正极室溶液中的硫酸根离子通过阴离子交换膜2进入中间室，则电池总反应为2H2O2+2OH-+2H+=4H2O+ O2↑。A项，由分析可知，石墨1为负极，在碱性条件下过氧化氢被氧化生成氧气和水；石墨2为正极，在酸性条件下过氧化氢被还原生成水，电极反应说明过氧化氢在酸性环境中的氧化性强于碱性环境，A正确；B项，电池总反应为：2H2O2+2OH-+2H+=4H2O+ O2↑，B正确；C项，石墨1为负极，电极反应式为：H2O2-2e-+2OH-=2H2O+O2↑，则外电路通过0.4mol电子时，有0.4mol钾离子通过阳离子交换膜1进入中间室，则中间室生成硫酸钾的质量为0.4mol××174g/mol=34.8g，C正确；D项，电池总反应为：2H2O2+2OH-+2H+=4H2O+ O2↑，该反应中H2O2既是氧化剂又是还原剂，O2是氧化产物，则氧化性：H2O2>O2，即O2的氧化性弱于H2O2，且过氧化氢分解会使反应物过氧化氢的物质的量减小，所以H2O2分解产生的O2在石墨2电极也可以放电，H2O2的分解会影响电池效率，D错误；故选D。 题型06 新型电池 1．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。 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”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。 3．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。 4．物质转化循环型电池 循环电池是电化学储能领域的一个研究热点，它通过电池内部物质的循环使用来增加储能容量，增长使用寿命。根据物质转化，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。 5．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具有浓度差，离子均由“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极、负极，这是解答问题的关键。例如 ①a极：Ag-e-===Ag+(负极)；b极：Ag++e-===Ag(正极)。 ②NO3-通过交换膜移向a极。 【典例6】(2026·浙江省Z20联盟高三一模)我国科学家在太阳能光电催化—化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示：下列说法不正确的是( ) A．该离子交换膜为阳离子交换膜 B．b极发生的电极反应为3I--2e-=I3- C．理论上每转移1mol电子，分解H2S气体22.4 L(标况) D．能量转化方式主要为光能→电能→化学能 【答案】C 【解析】根据图示，a极上氢离子转化为氢气，得电子，发生还原反应，b极上I-转化为I3-，失电子，发生氧化反应，则a极为正极，b极为负极，氢离子通过质子交换膜向a电极移动。A项，由分析可知，a极为正极，b极为负极，且a极上氢离子转化为氢气，消耗H+，右侧H2S转化为S的过程中生成H+，则氢离子通过质子交换膜向a电极移动，该离子交换膜为阳离子交换膜，A正确；B项，根据图示，b极上I-失电子转化为I3-，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：3I--2e-=I3-，B正确；C项，H2S转化为S的过程中生成H+，S元素由-2价上升到0价，理论上每转移1mol电子，有0.5 molH2S分解，标况下的体积为11.2 L，C错误；D项，根据图示，a电极在光照的条件下进行反应，该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，D正确；故选C。 【变式6-1】(2026·浙江湖州南太湖联盟高二期中)纸电池由电极、电解液和隔离膜组成(如下图所示)，电极和电解液均“嵌”在纸中。某学生根据纸电池的结构示意图，利用氯化钠、蒸馏水和滤纸制备了电解液和隔离膜，用铜片与锌片制作了一个简易电池，用电流表测试指针发生偏转(总反应为2Zn+O2+2H2O=2Zn(OH)2)。下列说法不正确的是( ) A．该原电池电解液是NaCl溶液 B．纸电池减小电板间距离，可增大电流 C．电子从锌片经电解液流向铜片 D．Zn片为负极，正极电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH- 【答案】C 【解析】根据总反应方程式2Zn+O2+2H2O=2Zn(OH)2可知：Zn为负极，发生氧化反应，电极反应式为：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2；Cu片作正极，发生还原反应，电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-。溶液中阳离子向正极定向移动，阴离子向负极定向移动。A项，该原电池使用氯化钠和蒸馏水制备电解液，因此电解液为NaCl溶液，A正确；A项，减小电极间距离可缩短离子移动路径，从而降低了电池的内阻，根据闭合电路欧姆定律，电流增大，B正确；C项，电子只能通过外电路即通过导线流动，在电解液中是离子定向移动，电子不能经电解液传递，C错误；D项，Zn比Cu活泼，Zn作负极，Cu作正极，正极上O2得电子发生还原反应，电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，D正确；故选C。 【变式6-2】(2025·浙江省杭州钱塘区杭州四中高二期末)钠离子电池成本优势明显，有望在大规模储能中取代传统铅酸电池。下图为一种钠离子电池放电的示意图，关于该电池说法正确的是( ) A．a为电池的负极 B．放电时b极反应：NaxC-xe-=xNa++C C．充电时a极反应：Na4-xFe(CN)6+xNa++ xe-= Na4Fe(CN)6 D．用该电池给铅酸电池充电时，b电极接铅酸电池的PbO2极 【答案】B 【解析】根据图示，放电时Na+由b电极所在区域向a电极所在区域移动，放电时a电极为正极，b电极为负极。A．放电时Na+由b电极所在区域向a电极所在区域移动，a电极为电池的正极，b电极为电池的负极，A项错误；B．放电时b电极为负极，负极上发生失电子的氧化反应，电极反应式为NaxC-xe-=xNa++C，B项正确；C．充电时a极为阳极，阳极上发生失电子的氧化反应，电极反应式为Na4Fe(CN)6-xe-=Na4-xFe(CN)6+xNa+，C项错误；D．铅酸电池充电时，Pb为阴极，PbO2为阳极，则用该电池给铅酸电池充电时，b电极接铅酸电池的Pb极，D项错误；故选B。 【变式6-3】(2026·浙江省新阵地教育联盟高三第一次模拟预测)研究人员研制出一种可在一分钟内完成充放电的超常性能铝离子电池。该电池分别以铝和石墨为电极，用AlCl4-和有机阳离子构成的电解质溶液作为离子导体，其放电工作原理如图所示。下列说法不正确的是( ) A．放电时负极电极反应式：Al+7AlCl4--3e-=4Al2Cl7- B．充电时石墨电极与电源正极相连 C．放电时有机阳离子向铝电极方向移动 D．离子液体有良好的导电性和难挥发的优点，可用作电化学研究的电解质 【答案】C 【解析】放电时为原电池，铝是活泼的金属，铝作负极，被氧化生成Al2Cl7-，电极反应式为Al+7AlCl4--3e-=4Al2Cl7-，石墨为正极，电极反应式为nAlCl4+e-=Cn+AlCl4-；充电时为电解池，石墨为阳极，Al为阴极，阴、阳极反应与原电池负、正极反应相反。A项，由分析可知，放电时负极电极反应式：Al+7AlCl4--3e-=4Al2Cl7-，A正确；B项，放电时石墨为正极，充电时正极变为阳极，阳极需与电源正极相连，B正确；C项，放电时为原电池，阳离子应向正极(石墨电极)移动，有机阳离子带正电，应移向石墨电极，而非铝电极(负极)，C错误；D项，离子液体含自由移动离子，导电性良好，且难挥发，适合作为电化学研究的电解质，D正确；故选C。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一节 原电池 题型01 原电池的工作原理 题型02 原电池原理的应用 题型03 一次电池 题型04 二次电池 题型05 燃料电池 题型06 新型电池 题型01 原电池的工作原理 1．原电池的构成条件 (1)定义：能把__________转化为__________的装置。 (2)构成条件： 2．实验探究： (1)锌和硫酸铜溶液反应中的能量转化 向一只烧杯中加入1.0 mol•L－1 CuSO4溶液约30 mL，再加入适量锌粉，现象是Zn逐渐__________，溶液颜色__________，有__________物质生成，用温度计测量溶液的温度，温度__________，能量变化的主要形式是__________转化为__________。 (2)铜锌原电池的构造与工作原理 电池名称 单液电池 双液电池(盐桥电池) 实验装置 实验现象 电流表 指针__________ 电极变化 锌片逐渐溶解，铜片质量__________ 电流变化 一段时间后，电流逐渐衰减 产生的电流持续、稳定 微观探析 锌片的Zn失去电子形成__________进入溶液，质量减轻； 电子通过导线传递到铜片上形成电流，电流表指针偏转； 溶液中的__________在铜片获得电子变成__________沉积在铜片上，质量增加 符号表征 电极反应式 Zn片：____________________(__________反应) Cu片：____________________(__________反应) 电池总反应 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 能量转换 __________转化为__________能 盐桥 ①盐桥成分：含有KCl饱和溶液的琼脂。作用：使两个半电池形成__________； ②平衡两侧溶液的电荷，使溶液保持__________；离子移动方向：Cl－移向ZnSO4溶液(负极区)，K＋移向CuSO4溶液(正极区)。 ③避免电极与电解质溶液直接__________，相比单液原电池有利于最大程度地将化学能转化为电能 3．原电池的工作原理(以锌铜原电池为例) 溶液中的阳离子向__________移动，阴离子向__________移动，电子只能在导线中流动而不能在溶液中流动，离子只能在溶液中移动而不能在导线中移动，原电池的内电路和外电路分别通过离子的移动和电子的流动而形成闭合回路，可形象地描述为“______________________________”。 4．电极反应式的书写 (1)电极反应式书写要求 电极反应式符合离子方程式书写要求，用“===”表示，注意分子、离子形式及电子、电荷、元素守恒。 (2)一般电极反应式的书写方法 a定电极，标得失。按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。 b看环境，配守恒。电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。 c两式加，验总式。两电极反应式相加，与总反应方程式对照验证。 【典例1】某小组利用下列装置进行电化学实验，下列实验操作及预期现象正确的是( ) A．X和Y与电流表连接，电子由Cu极流向Zn极 B．X和Y与电流表连接，将Zn换成Fe测得电流更大 C．X和Y分别与电源“－”、“＋”极相连，Cu极质量减轻 D．X和Y分别与电源“－”、“＋”极相连，Zn极质量减轻 【变式1-1】图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是(　) A．甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)===Co(s)＋Cd2＋(aq) B．反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生 C．盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性 D．乙中有1 mol电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出 【变式1-2】(2025·浙江省台州市高三一模)1836年，英国化学家John Frederic Daniell制成了第一个如图所示的双液电池，标志着化学电池进入生产和生活中。 已知反应：Zn(s)-2e-Zn2＋(aq) K1 Cu(s)-2e-Cu2+(aq) K2 K为反应在常温下的平衡常数。下列说法不正确的是( ) A．K1＞K2 B．盐桥中K+向CuSO4溶液移动 C．若将盐桥换成铜棒，电流计不会发生偏转 D．若向CuSO4溶液中加入适量CuSO4固体，电流计偏转程度增大 【变式1-3】某化学兴趣小组设计如下两个实验证明：①氧化性Fe3+>I2，②反应2Fe3++2I-2Fe2++I2为可逆反应。下列说法中错误的是( ) A．实验1试管中加入淀粉后溶液变蓝，证明该条件下氧化性：Fe3+>I2 B．实验2中的盐桥可用浸透KNO3溶液的脱脂棉填充 C．实验1反应结束后，向试管中加入K3[Fe(CN)6]能判断该反应是否为可逆反应 D．实验2电流表指针不再偏转时，向右侧烧杯中加入碘水电流表指针重新发生偏转，可判断该反应是可逆反应 题型02 原电池原理的应用 1．加快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__________，例如，在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成Cu－Zn微小原电池，加快产生H2的速率。 2．比较金属活动性强弱 例如，有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。由此可判断出a是负极、b是正极，且金属活动性：a>b (注意电解质溶液对电极反应的影响)。 3．设计原电池 理论上，任何一个__________的氧化还原反应，都可以设计成原电池。 (a)外电路 负极——化合价升高的物质 正极——活泼性弱的物质，一般选碳棒 (b)内电路：化合价降低的物质作电解质溶液。 如：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2 ①化合价升高的物质 负极：__________ ②活泼性较弱的物质 正极：__________ ③化合价降低的物质 电解质溶液：__________ 示意图 【典例2】有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验，据此判断四种金属的活动性顺序是(　　) ①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极； ②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C； ③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡； ④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应。 A．A＞C＞D＞B B．A＞B＞C＞D C．C＞A＞B＞D D．B＞D＞C＞A 【变式2-1】下列方法可以加快铁和稀硫酸的反应速率的是(　　) A.加入少量ZnSO4固体 B.加入少量水 C.加入少量CuSO4固体 D.用98%的浓硫酸代替稀硫酸 【变式2-2】一个原电池的总反应的离子方程式是Zn+Cu2+===Zn2++Cu，该原电池的正确组成是(　　) A B C D 正极 Zn Cu Zn C 负极 Cu Zn Ag Zn 电解质溶液 CuCl2溶液 H2SO4溶液 CuSO4溶液 CuCl2溶液 【变式2-3】用A、B、C、D四种金属按表中装置进行实验，下列叙述正确的是(　　) 实验装置 甲 乙 丙 实验现象 A不断溶解 C的表面有红色固体析出 A上有气泡产生 A.装置甲中的B金属是原电池的负极 B.装置乙中，外电路中电流的流向为B→C C.装置丙中溶液里的S移向A D.四种金属的活动性由强到弱的顺序是D>A>B>C 题型03 一次电池 一次电池：也叫作__________，常见的一次电池有普通锌锰电池、碱性锌锰电池、纽扣式银锌电池。 锌锰干电池 负极反应式：Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2； 正极反应式：______________________________； 总反应：Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2 银锌纽扣电池 负极反应式：Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O； 正极反应式：______________________________； 总反应：Zn+Ag2O===ZnO+2Ag 【典例3】锌锰电池是生活中常用的电池，普通锌锰电池和碱性锌锰电池的结构分别如图所示，下列说法错误的是(　　) A.锌锰电池属于一次电池，用完不可随意丢弃 B.普通锌锰电池和碱性锌锰电池放电过程中锌均发生氧化反应 C.放电时，普通锌锰电池的石墨电极上反应为2N+2e-===N2↑+4H2↑ D.放电时，碱性锌锰电池正极反应式为MnO2+H2O+e-===MnO(OH)+OH- 【变式3-1】碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。某碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池反应为Zn+2MnO2+H2O=Zn(OH)2+Mn2O3，下列说法错误的是(　　) A．电池工作时，锌失去电子 B．电池的正极反应式为2MnO2+H2O+2e-=Mn2O3+2OH- C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g 【变式3-2】微型银锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电池总反应为Ag2O+Zn+H2O===2Ag+Zn(OH)2。下列说法正确的是(　　) A.电池工作过程中，负极发生还原反应 B.电池工作过程中，电解液中OH-向正极移动 C.负极电极反应为Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2 D.正极电极反应为Ag2O+2H++2e-===2Ag+H2O 【变式3-3】碱性锌锰电池是普通锌锰电池的升级换代产品，图1、图2分别为碱性锌锰电池和普通锌锰电池的构造图。其总反应分别为：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2，Zn+2MnO2+2NH4Cl=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)。下列关于两种电池的说法中，正确的是 A．两种电池的负极反应物均为外壳金属 B．两种电池工作时都是MnO2发生氧化反应 C．碱性锌锰电池工作时KOH不参与电极反应 D．碱性锌锰电池中离子导体与电极反应物接触更充分 题型04 二次电池 1．二次电池：又称为__________或蓄电池，__________是最常见的二次电池。充、放电时各电极上发生的反应： 2．铅蓄电池的构造与工作原理 铅酸蓄电池是最常见的二次电池，总反应：Pb+PbO2+2H2SO4____________________。 (1)放电时 负极反应式：Pb+ SO42- -2e-==__________； 正极反应式：PbO2+4H++SO42-+2e-==____________________。 放电时，当外电路上有2 mol e-通过时，溶液中消耗H2SO4 2 mol。 (2)充电时 阴极反应式：PbSO4+2e-===____________________； 阳极反应式：PbSO4+2H2O-2e-===____________________。 ①充电一段时间电解质溶液的pH__________(填“增大”“减小”或“不变”)。 ②充电时电极的连接，负接负作__________极，正接正作__________极。 2．锂离子电池 常见锂离子电池的构造与工作原理 负极材料 正极材料 电解质溶液 嵌锂石墨(LixC6) 磷酸铁锂(LiFePO4)或钴酸锂(LiCoO2) 锂离子的载体，如六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯无水溶液 装置与工作原理 (以钴酸锂-石墨锂电池为例) 放电：总反应：LixC6＋Li(1－x)CoO2===6C＋LiCoO2 负极反应：______________________________； 正极反应：______________________________； 【典例4】(2025·浙江1月卷)一种可充放电Li－O2电池的结构示意图如图所示。该电池放电时，产物为Li2O和Li2O2，随温度升高Q(消耗1molO2转移的电子数)增大。下列说法不正确的是( ) A．熔融盐中LiNO3的物质的量分数影响充放电速率 B．充放电时，Li＋优先于K+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O2-转化为O22- D．充电时，锂电极接电源负极 【变式4-1】(2021•浙江1月卷)镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L 为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极)。 下列说法不正确的是( ) A．断开K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能 B．断开K1、合上K2，电极A为阴极，发生还原反应 C．电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变 D．镍镉二次电池的总反应式：Cd+ 2NiOOH+2H2OCa(OH)2+2Ni(OH)2 【变式4-2】(2021•浙江6月卷)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li+得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCoO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是( ) A．充电时，集流体A与外接电源的负极相连 B．放电时，外电路通过a mol电子时，LiPON薄膜电解质损失a mol Li+ C．放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1- xCoO2+ xLi+xe-= LiCoO2 D．电池总反应可表示为Li xSi+Li1- xCoO2Si+LiCoO2 【变式4-3】(2025·浙江省诸暨市高三第一次模拟)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池可作储能设备如图所示，关闭开关b，CCl4中Cl2的含量降低。 下列说法正确的是( ) A．放电时，钛电极的反应：NaTi2(PO4)3+2Na++2e-=Na3Ti2(PO4)3 B．放电时，Cl-透过多孔碳电极向NaCl溶液中迁移 C．放电时NaCl溶液的浓度和pH均增大 D．充电过程中，CCl4吸收0.25molCl2，钛电极质量理论上增加23g 题型05 燃料电池 1．燃料电池 (1)利用__________(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和__________之间发生的氧化还原反应将化学能直接转换成电能的化学电池。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，生成物不断地被排除，能连续不断地提供电能。 2．氢氧燃料电池的工作原理 电极：惰性电极。燃料：H2 (1)碱性电解质 总反应：2H2＋O2===2H2O 负极：____________________； 正极：____________________。 (2)酸性电解质 总反应：2H2＋O2===2H2O 负极：____________________； 正极：____________________。 3．电池特点 ①能量转换率高，污染小。 ②工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断进行反应，连续不断地提供电能。 【典例5】(2026·浙江六校联盟高二联考)沉积物微生物燃料电池可处理含硫废水，其工作原理示意图如图： 已知：光合菌发生的光合作用反应式为 6CO2+6H2O=C6H12O6+6O2沉积物FeSx中的 Fe为+2价且在反应过程中 Fe化合价不变，下列说法不正确的是( ) A．碳棒b为电池的正极 B．碳棒a表面发生的第二步电极反应式为S+4H2O-6e-=SO42-+8H+ C．负极室每处理 1mol沉积物FeSx则转移(2+6x) mol电子 D．若光合菌产生的氧气被全部反应，则该电池每消耗32gO2，正极室质量增加44g 【变式5-1】(2026·浙江名校协作体高二联考)用于检测酒驾的酒精检测仪工作原理如下图所示，下列说法不正确的是( ) A．该装置能够将化学能转化为电能 B．该电池的负极反应式为：CH3CH2OH +3H2O - 12e- = 2CO2 + 12H+ C．电池工作时，当电路中通过4mol电子时，有通过质子交换膜从左向右迁移 D．当呼气中有46g的乙醇被反应时，需要消耗标准状况下氧气22.4L 【变式5-2】燃料电池是一种能量转化效率高、对环境友好的新型电池。一种肼(N2H4)燃料电池的工作原理如下图所示，下列有关叙述正确的是 A．电池工作时，溶液中的Na+由乙槽通过离子交换膜向甲槽迁移 B．当外电路中流过0.04mol电子时，消耗N2H4的质量为0.32g C．b极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e-=2H2O，反应一段时间后溶液的pH增大 D．若将N2H4改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，电路中通过的电子数减少 【变式5-3】(2025·浙江省嘉兴市高三三模)在新型能源技术里，直接过氧化氢燃料电池(DPPFC)备受关注。它独特之处在于用H2O2同时作燃料和氧化剂，能高效转换能量。某研究小组利用该电池和离子交换膜进行电解质溶液处理，其工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是( ) A．该电池表明H2O2在酸性环境中的氧化性强于碱性环境 B．电池的总反应为2H2O2+2OH-+2H+=4H2O+ O2↑ C．当外电路通过0.4mole-时，中间室生成K2SO4的质量为34.8g D．H2O2分解产生的O2在石墨2电极也可以放电，因此H2O2的分解不会影响电池效率 题型06 新型电池 1．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。 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”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。 3．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。 4．物质转化循环型电池 循环电池是电化学储能领域的一个研究热点，它通过电池内部物质的循环使用来增加储能容量，增长使用寿命。根据物质转化，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。 5．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具有浓度差，离子均由“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极、负极，这是解答问题的关键。例如 ①a极：Ag-e-===Ag+(负极)；b极：Ag++e-===Ag(正极)。 ②NO3-通过交换膜移向a极。 【典例6】(2026·浙江省Z20联盟高三一模)我国科学家在太阳能光电催化—化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示：下列说法不正确的是( ) A．该离子交换膜为阳离子交换膜 B．b极发生的电极反应为3I--2e-=I3- C．理论上每转移1mol电子，分解H2S气体22.4 L(标况) D．能量转化方式主要为光能→电能→化学能 【变式6-1】(2026·浙江湖州南太湖联盟高二期中)纸电池由电极、电解液和隔离膜组成(如下图所示)，电极和电解液均“嵌”在纸中。某学生根据纸电池的结构示意图，利用氯化钠、蒸馏水和滤纸制备了电解液和隔离膜，用铜片与锌片制作了一个简易电池，用电流表测试指针发生偏转(总反应为2Zn+O2+2H2O=2Zn(OH)2)。下列说法不正确的是( ) A．该原电池电解液是NaCl溶液 B．纸电池减小电板间距离，可增大电流 C．电子从锌片经电解液流向铜片 D．Zn片为负极，正极电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH- 【变式6-2】(2025·浙江省杭州钱塘区杭州四中高二期末)钠离子电池成本优势明显，有望在大规模储能中取代传统铅酸电池。下图为一种钠离子电池放电的示意图，关于该电池说法正确的是( ) A．a为电池的负极 B．放电时b极反应：NaxC-xe-=xNa++C C．充电时a极反应：Na4-xFe(CN)6+xNa++ xe-= Na4Fe(CN)6 D．用该电池给铅酸电池充电时，b电极接铅酸电池的PbO2极 【变式6-3】(2026·浙江省新阵地教育联盟高三第一次模拟预测)研究人员研制出一种可在一分钟内完成充放电的超常性能铝离子电池。该电池分别以铝和石墨为电极，用AlCl4-和有机阳离子构成的电解质溶液作为离子导体，其放电工作原理如图所示。下列说法不正确的是( ) A．放电时负极电极反应式：Al+7AlCl4--3e-=4Al2Cl7- B．充电时石墨电极与电源正极相连 C．放电时有机阳离子向铝电极方向移动 D．离子液体有良好的导电性和难挥发的优点，可用作电化学研究的电解质 / 学科网（北京）股份有限公司 $