专题02 原电池的原理及应用（重难点讲义）化学人教版必修第二册

专题02 原电池的原理及应用 1.理解原电池的核心概念，明确原电池是将化学能转化为电能的装置，掌握其本质是自发进行的氧化还原反应。 2.熟练掌握原电池的构成要素，能准确判断给定装置是否为原电池，明确“两电极（活泼性不同的金属或金属与导电非金属）、电解质溶液、闭合回路、自发氧化还原反应”四大关键条件。 3.以铜锌原电池为典型模型，能从宏观（电极现象、电流产生）和微观（电子流向、离子迁移）层面分析原电池工作原理，准确区分正、负极并阐述电极反应类型（负极氧化、正极还原）。 4.学会书写典型原电池的电极反应式和总反应方程式，能根据总反应方程式设计简单原电池装置。 5.了解原电池原理的实际应用，如加快化学反应速率、比较金属活动性强弱、化学电源（干电池、燃料电池等）的工作原理初步认知。 一、原电池原理 1．原电池的概念 原电池是把化学能转化为电能的装置；原电池的反应一般是氧化还原反应。 2.原电池的组成条件 （1）一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。 （2）二看两电极：一般是活泼性不同的两电极，提供两个活泼性不同的电极，分别作负极和正极。 【解读】a、负极：活泼性强的金属，该金属失电子，发生氧化反应。 b、正极：活泼性弱的金属或非金属(常用碳棒、石墨)，该电极上得电子，发生还原反应。 c、得失电子的反应为电极反应，上述原电池中的电极反应为： 负极：Zn－2e－＝Zn2+　正极：2H＋＋2e－＝H2↑，总反应：Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑ （3）三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件： ①电解质溶液； ②两电极直接或间接接触； ③两电极插入电解质溶液中。 【解读】电源内部电解质溶液中，阳离子移动的方向即是电流的方向，所以阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 4、原电池的工作原理 （1）反应原理（以锌铜原电池为例） ①电子移动方向：锌失电子逐渐溶解变成Zn2＋进入溶液，电子从负极经导线流入正极，即电子不下水。 ②离子移动方向：阴离子向负极移动(如SO)，阳离子向正极移动(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)，即离子不上岸。 ③电流方向：正极→导线→负极→电解质溶液→正极。 ④两极电极反应式 负极(锌极)：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)。 正极(铜极)：2H＋＋2e－===H2(还原反应)。 总反应：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。 （2）原电池的正、负极的判断方法 ①根据电极材料：较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 ② 根据电流方向或电子流动方向：电流是由正极流向负极的，电子是由负极流向正极的。 ③根据离子移动方向：阳离子移向正极，阴离子移向负极。 ④根据电极反应类型：发生氧化反应的为负极，发生还原反应的为正极。 ⑤根据电极上反应现象：如电极粗细的变化、质量的变化、是否有气泡产生等。 【解读】在判断电流方向时，要注意电源的内电路和外电路的电流方向的不同：在电源的外电路电流由正极流向负极，在电源的内电路电流由负极流向正极。 二、原电池电极反应式的书写 1.书写遵循的原则 原电池的负极和正极分别发生氧化反应和还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒。弱电解质、气体和难溶物均写成化学式，其余的以离子形式表示。正极反应产物、负极反应产物根据题意或化学方程式确定，也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。 2.电极反应式的书写类型 （1）题目给定原电池的装置图，未给总反应式 ①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。 ②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。 ③遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式。(注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如铅蓄电池的负极铅失电子变为Pb2＋，但Pb2＋与硫酸溶液中的SO不共存，因而负极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4) ④将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。 （2）题目给出原电池的总反应式 按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应的规律，根据原电池总反应判断出两极反应的产物，然后结合电解质溶液所能提供的离子，依据质量守恒、电荷守恒配平电极反应式。 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。即列出物质，标出电子得失； ②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。即选离子，配电荷；配个数，巧用水； ③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。 ④两式加，验总式。 （3）电池的电极反应书写要满足所处的电解质溶液的酸碱性环境。例如在氢氧燃料电池的电极反应书写中，在碱性环境中O2得电子后的产物写OH-比写H2O更合适，在传导O2-的固体电解质中，O2得电子后的产物写O2-比写OH-更合适。 （4）电池的电极反应式可以直接写，也可以将总电池反应减去某一极反应得到另一极反应。减的时候要注意不要在负（正）极出现正（负）极得（失）电子的物质。 3.给出电极反应式书写总反应方程式 根据给出的两个电极反应式，写出总反应方程式时，首先要使两个电极反应式得失电子数相等，然后将两式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意：若反应式同侧出现不能共存的离子，如H+和OH-、Pb2+和SO42-要写成反应后的物质H20和PbS04。 4．燃料电池的电极反应式的书写 （1）写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。 （2）写出电池的正极反应式 无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正极一般都是O2发生还原反应，若在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性条件下，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 （3）写出电池的负极反应式 负极反应式＝总反应式－正极反应式。 【特别提醒】书写电极反应式时应注意： （1）两极得失电子数相等。 （2）电极反应常用“=”，不用“→” （3）电极反应中若有气体生成，需加“↑”；若有固体生成，一般不标“↓”。 三、原电池原理的应用 1.制作化学电源 人们利用原电池原理，将化学能直接转化为电能，制作了多种电池，如干电池、蓄电池、充电电池、高能燃料电池等，以满足不同的需要。 从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池制作化学电源。 ①拆分反应：将自发的氧化还原反应分成两个半反应。 ②选择电极材料：将还原剂（一般为比较活泼的金属）作负极，活泼性比负极弱的金属或非金属导体作正极。如果还原剂不是金属而是其它还原性物质，可选择惰性电极——石墨棒、铂片作负极。 ③构成闭合回路：电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。如果两个半反应分别在两个容器进行（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的阳离子。 ④画装置图：结合要求及反应特点，画出原电池装置图，标出电极材料名称、正负极、电解质溶液等。 2.比较金属的活动性：原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。例如，有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，A为负极，B为正极，金属活动性A＞B。 3.加快氧化还原反应速率：实验室用Zn和稀H2SO4（或稀HCl）反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快，原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4的溶液形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。如果用纯锌，可以在稀H2SO4溶液中加入少量的CuSO4溶液，也同样会加快产生H2的速率，原因是Cu2++Zn=Cu+Zn2+，生成的Cu和Zn在稀H2SO4溶液中形成原电池，加快了锌的腐蚀，产生H2的速率加快。 注：原电池为什么能加快化学反应速率？ 以Fe与稀H2SO4溶液的反应为例说明。如下图所示： 　　　　　　　　　　　　　　　 　　甲中，Fe失去e－，变为Fe2+，Fe2+进入溶液，排斥了Fe片周围的H+，H+欲得电子须突破Fe2+形成的屏障，因而受到阻碍。乙中，Fe失去e－，e－转移到Cu片上，Cu片一侧没有Fe2+屏障，H+得e－不受阻碍，故其化学反应速率较快。 4.金属防腐蚀：使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。 题型01 考查原电池的构成条件 【典例】（24-25高一下·江苏扬州·期中）下列装置能构成原电池的是 A．B．C． D． 【变式】（24-25高一下·云南昭通·期中）化学电源在生活、生产和科研中得到广泛的应用，下列装置能产生电流的是 A． B． C． D． 题型02 分析原电池工作原理 【典例】（24-25高一下·广东广州·期中）根据原电池原理，下列有关如图装置的说法正确的是 A．若a为Ag，b为Cu，c为FeCl3溶液，则a电极质量减轻 B．若a为Zn，b为Cu，c为稀H2SO4，则b电极上没有气泡生成 C．若a为Zn，b为Ag，c为CuSO4溶液，每转移0.2mol电子，b电极质量增加6.4g D．若a为Mg，b为Al，c为NaOH溶液，则电子由a经导线流向b 【变式】（24-25高一下·北京丰台·期末）某小组进行了如图两组对比实验，下列说法中不正确的是 A．甲装置中锌片上的电极反应： B．甲、乙装置中的能量转化形式不同 C．甲、乙装置中铜表面均产生气泡 D．一段时间后，甲、乙装置中的氢离子浓度均减小 题型03 书写原电池的电极反应式 【典例】（24-25高一下·湖南益阳·期末）银锌纽扣电池的内部构造如图所示，下列关于该电池的说法正确的是 A．负极电极反应为：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2 B．正极电极反应为：Ag2O+2e-=2Ag+O2- C．电池工作时，正极附近pH减小 D．电池工作时K+向Zn一极移动 【变式】（24-25高一下·湖北武汉·期末）尿素燃料电池既能去除城市废水中的尿素，又能发电。尿素燃料电池结构如下图所示，下列说法正确的是 A．电解质溶液可以是溶液 B．每理论上可净化 C．从乙电极附近向甲电极附近迁移 D．甲电极是正极，电极反应 题型04 利用原电池装置判断金属的活泼性 【典例】（24-25高一下·上海·期末）有a、b、c、d四个金属电极，将有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验装置 部分现象 a极质量减小；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． B． C． D． 【变式】（24-25高一下·河南南阳·期末）将A、B、C、D四种金属按如图装置进行实验，由部分实验现象判断四种金属的活动性顺序是 实验装置 部分实验现象 甲：电极A逐渐溶解 乙：电极C的质量增加 丙：电极A上产生气泡 A．D>B>A>C B．D>A>B>C C．A>B>D>C D．D>A>C>B 题型05 利用原电池装置加快反应速率 【典例】（24-25高一下·福建漳州·期末）少量铁粉与100mL 稀盐酸反应，为了加快此反应速率且不改变生成的总量，以下方法可行的是 A．再加入100mL稀盐酸 B．滴入几滴硫酸铜溶液 C．适当升高温度 D．加入少量醋酸钠固体 【变式】（24-25高一下·河北邢台·期中）6.5g锌粒与足量2mol·L-1稀硫酸反应生成H2，下列措施可以加快反应速率，但减少H2的最终生成量的是 A．将锌粒换成等质量的锌粉 B．向稀硫酸中加入少量K2SO4溶液 C．向稀硫酸中加入少量CuSO4固体 D．将该稀硫酸换成足量0.5mol·L-1稀硫酸 题型06 利用原电池原理设计化学电源 【典例】（24-25高一下·上海·期中）某课题小组了解了电池历史后，萌生了自己动手做一个电池的想法，为确保实验顺利进行，下列化学反应可以设计成原电池的是 A． B． C． D． 【变式】（24-25高一下·广东汕头·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 A B C D 电极材料 Cu、Zn Cu、Fe Cu、C Fe、Zn 电解质溶液 FeCl3 FeSO4 Fe(NO3)3 Fe2(SO4)3 题型07 有关原电池原理的计算 【典例】（24-25高一下·上海·期末）把铁棒和锌棒用导线连接后插入硫酸铜溶液中，当有0.2mol电子通过时，负极的质量变化为 A．减少0.1g B．减少6.5g C．减少5.6g D．增加6.4g 【变式】（24-25高一下·广东清远·期末）如图是中科院研制的双碳双离子电池，其反应机理为充电时，电解液中的运动到MCMB电极表面，同时运动到石墨电极中；放电时从MCMB电极中脱出，同时石墨电极中的回到电解液中。下列说法正确的是 A．该电池为二次电池，充电时MCMB电极与电源正极相连 B．放电时，电路中每通过1mol电子，MCMB电极质量增加39g C．放电过程中，电解质的导电能力降低 D．放电时正极反应式是 【巩固训练】 1．（2025高一下·吉林·学业考试）某小组为研究电化学原理，设计如图所示装置。下列叙述不正确的是 A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu2++2e-=Cu C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色 D．a和b用导线连接时，铁片上发生还原反应，溶液中向铜电极移动 2．（2025高一下·全国·学业考试）下列装置能构成原电池的是 A． B． C． D． 3．（24-25高一下·北京通州·期末）某小组同学设计原电池进行如下实验： 实验序号 实验Ⅰ 实验Ⅱ 实验装置 实验现象 溶液颜色无明显变化，锌片表面有气泡，铜片表面没有气泡 溶液颜色无明显变化，锌片和铜片表面均有气泡 下列说法正确的是 A．实验Ⅱ中电子移动方向：铜片→导线→锌片 B．实验Ⅰ和实验Ⅱ均能实现化学能到电能的转化 C．实验Ⅰ和实验Ⅱ中得电子的位置完全相同 D．实验Ⅰ和实验Ⅱ均发生反应： 4．（24-25高一下·广西南宁·期末）科研人员设计了一种利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO浓度的装置，其工作原理如图所示，已知该装置在工作时，可以在固溶体中移动。下列说法错误的是 A．该装置工作时，多孔电极b发生还原反应 B．该装置工作时，多孔电极a为正极 C．该装置工作时，电子由多孔电极a经导线流向多孔电极b D．该装置工作时，向多孔电极a移动 5．（24-25高一下·重庆九龙坡·期末）某微生物燃料电池可处理废水中的有机物[主要成分是(C6H10O5)n]，工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．N极是电池正极 B．该装置能将化学能转化为电能 C．工作时，H+从N极透过质子交换膜迁移到M极 D．M极电极反应：(C6H10O5)n + 7nH2O-24ne− = 6nCO2↑ + 24nH+ 6．（24-25高一下·四川雅安·期末）下列关于电池的说法正确的是 A．原电池工作时阳离子向负极移动 B．NaOH与H2SO4反应是放热反应，可以设计成原电池 C．若NH4Cl电解质溶液中含有杂质Cu2+，会加速锌锰干电池负极的腐蚀 D．原电池的电极材料一定是两种活泼性不同的金属 7．（24-25高一下·江西景德镇·期末）纸电池像纸一样轻薄柔软，在制作方法和应用范围上与传统电池相比均有很大突破。如图为某种纸电池的结构示意图。隔离膜为浸有氯化钠溶液的滤纸，总反应为：，下列说法不正确的是 A．为负极，发生氧化反应 B．该电池正极反应式为： C．当发生反应时，流经溶液的电子数为 D．若将溶液改为溶液，仍可构成原电池 8．（24-25高一下·甘肃白银·期末）W、X、Y、Z四种金属按如图装置进行实验。下列说法不正确的是 装置 现象或 事实 W上有气体产生 Y不断溶解 H⁺向W极移动 A．装置甲中溶液的酸性减弱 B．装置乙中X电极的质量增大 C．装置丙中W极质量不变 D．四种金属的活动性强弱顺序为Z>Y>X>W 9．（24-25高一下·上海·期末）某课题小组了解了电池历史后，萌生了自己动手做一个电池的想法，为确保实验顺利进行，下列化学反应可以设计成原电池的是 A． B． C． D． 10．（24-25高一下·江苏扬州·期末）某研究小组探究原电池的原理并进行实验。 （1）下列反应通过原电池装置，可实现化学能直接转化为电能的是 (填序号)。 ①  ②  ③ （2）某种燃料电池的工作原理示意如图所示，X、Y均为惰性电极，假设使用的“燃料”是氢气，则通入的电极是 (填“a”或“b”)电极。 （3）有人以化学反应：为基础设计一种原电池，移入人体内作为心脏起搏器的能源，它们靠人体内血液中溶有一定浓度的进行工作，则原电池的负极发生的电极反应式为 。 【强化训练】 1．（24-25高二下·甘肃·期末）下列关于原电池的说法正确的是 A．锂离子电池和碱性锌锰电池都是二次电池 B．铅酸蓄电池放电时，溶液减小 C．燃料电池可将化学能完全转化为电能 D．黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易生成铜绿与电化学原理有关 2．（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 3．（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 4．（2025·四川达州·模拟预测）全碱性多硫化物-空气液流二次电池可用于再生能源储能系统和智能电网的备用电源等，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．放电时，从右往左穿过膜进入电极区域 B．放电时，负极区的电极反应式为 C．充电时，电池总反应方程式为 D．充电时，阴极每消耗电路中理论上转移电子数目为 5．（2025·甘肃白银·模拟预测）钠离子电池相对于锂电池具有更好的安全性能。下图是一种可充电钠离子电池的工作示意图，已知该电池的电解质溶液是溶液，化合物中Ni均显+2价。下列说法正确的是 A．放电过程中，通过阳离子交换膜向N极区移动 B．充电时，M极接电源正极 C．电池工作时，N极的电极反应为 D．若N极质量变化了23 g，则电路中转移的电子数为 6．（2025·宁夏银川·一模）一种双阴极微生物燃料电池的工作原理如图所示(燃料为C2H4O2)。下列说法正确的是 A．放电时，缺氧阴极和好氧阴极相当于原电池的负极 B．若“厌氧阳极”转移1 mol电子，则理论上消耗C2H4O2为7.5 g C．“缺氧阴极”的电极反应式为： D．放电时，“缺氧阴极”区域质量增加，“好氧阴极”区域质量减轻 7．（24-25高一下·广东广州·期中）银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag。其工作示意图如图。下列说法不正确的是 A．电子流向：Zn电极→导线→Ag2O电极 B．Ag2O电极发生还原反应 C．Zn电极的电极反应式：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 D．放电前后电解质溶液的pH保持不变 8．（24-25高一下·陕西渭南·期末）利用如图装置可进行烟气脱硫。下列说法正确的是 A．多孔电极为负极，电极反应式为Fe2++e-=Fe3+ B．烟气脱硫过程可表示为2Fe3++SO2+4H+=2Fe2++SO+2H2O C．理论上,相同条件下吸收SO2和产生H2的体积相同 D．工作一段时间后，左室需要补充Fe2(SO4)3溶液 9．（2025高一下·浙江·学业考试）如图为氢氧燃料电池示意图，下面说法错误的是 A．电极b的电极反应方程式为 B．酸性电解质可以促进电极反应的正向进行 C．该电池工作原理符合绿色化学原理 D．电子流向：H2→电解质→导线→电解质→O2 10．（24-25高一下·北京·期末）一种简单的原电池装置如图所示。据图回答下列问题。 （1）锌是该电池的 (填“正”或“负”)极，发生的电极反应为 。 （2）装置中稀硫酸的作用是 。 a．电极材料    b．电极反应物    c．电子导体    d．离子导体 （3）该原电池外电路中电流方向为 (填“Zn→Cu”或者“Cu→Zn”)。从化学的角度分析，原电池产生电流的原因是： 。 （4）若将稀硫酸换成硫酸铜，电池总反应方程式为 。 （5）下列反应通过原电池装置，可实现化学能直接转化为电能的是 。 a．   b．   c． / 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题02 原电池的原理及应用 1.理解原电池的核心概念，明确原电池是将化学能转化为电能的装置，掌握其本质是自发进行的氧化还原反应。 2.熟练掌握原电池的构成要素，能准确判断给定装置是否为原电池，明确“两电极（活泼性不同的金属或金属与导电非金属）、电解质溶液、闭合回路、自发氧化还原反应”四大关键条件。 3.以铜锌原电池为典型模型，能从宏观（电极现象、电流产生）和微观（电子流向、离子迁移）层面分析原电池工作原理，准确区分正、负极并阐述电极反应类型（负极氧化、正极还原）。 4.学会书写典型原电池的电极反应式和总反应方程式，能根据总反应方程式设计简单原电池装置。 5.了解原电池原理的实际应用，如加快化学反应速率、比较金属活动性强弱、化学电源（干电池、燃料电池等）的工作原理初步认知。 一、原电池原理 1．原电池的概念 原电池是把化学能转化为电能的装置；原电池的反应一般是氧化还原反应。 2.原电池的组成条件 （1）一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。 （2）二看两电极：一般是活泼性不同的两电极，提供两个活泼性不同的电极，分别作负极和正极。 【解读】a、负极：活泼性强的金属，该金属失电子，发生氧化反应。 b、正极：活泼性弱的金属或非金属(常用碳棒、石墨)，该电极上得电子，发生还原反应。 c、得失电子的反应为电极反应，上述原电池中的电极反应为： 负极：Zn－2e－＝Zn2+　正极：2H＋＋2e－＝H2↑，总反应：Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑ （3）三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件： ①电解质溶液； ②两电极直接或间接接触； ③两电极插入电解质溶液中。 【解读】电源内部电解质溶液中，阳离子移动的方向即是电流的方向，所以阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 4、原电池的工作原理 （1）反应原理（以锌铜原电池为例） ①电子移动方向：锌失电子逐渐溶解变成Zn2＋进入溶液，电子从负极经导线流入正极，即电子不下水。 ②离子移动方向：阴离子向负极移动(如SO)，阳离子向正极移动(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)，即离子不上岸。 ③电流方向：正极→导线→负极→电解质溶液→正极。 ④两极电极反应式 负极(锌极)：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)。 正极(铜极)：2H＋＋2e－===H2(还原反应)。 总反应：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。 （2）原电池的正、负极的判断方法 ①根据电极材料：较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 ② 根据电流方向或电子流动方向：电流是由正极流向负极的，电子是由负极流向正极的。 ③根据离子移动方向：阳离子移向正极，阴离子移向负极。 ④根据电极反应类型：发生氧化反应的为负极，发生还原反应的为正极。 ⑤根据电极上反应现象：如电极粗细的变化、质量的变化、是否有气泡产生等。 【解读】在判断电流方向时，要注意电源的内电路和外电路的电流方向的不同：在电源的外电路电流由正极流向负极，在电源的内电路电流由负极流向正极。 二、原电池电极反应式的书写 1.书写遵循的原则 原电池的负极和正极分别发生氧化反应和还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒。弱电解质、气体和难溶物均写成化学式，其余的以离子形式表示。正极反应产物、负极反应产物根据题意或化学方程式确定，也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。 2.电极反应式的书写类型 （1）题目给定原电池的装置图，未给总反应式 ①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。 ②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。 ③遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式。(注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如铅蓄电池的负极铅失电子变为Pb2＋，但Pb2＋与硫酸溶液中的SO不共存，因而负极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4) ④将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。 （2）题目给出原电池的总反应式 按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应的规律，根据原电池总反应判断出两极反应的产物，然后结合电解质溶液所能提供的离子，依据质量守恒、电荷守恒配平电极反应式。 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。即列出物质，标出电子得失； ②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。即选离子，配电荷；配个数，巧用水； ③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。 ④两式加，验总式。 （3）电池的电极反应书写要满足所处的电解质溶液的酸碱性环境。例如在氢氧燃料电池的电极反应书写中，在碱性环境中O2得电子后的产物写OH-比写H2O更合适，在传导O2-的固体电解质中，O2得电子后的产物写O2-比写OH-更合适。 （4）电池的电极反应式可以直接写，也可以将总电池反应减去某一极反应得到另一极反应。减的时候要注意不要在负（正）极出现正（负）极得（失）电子的物质。 3.给出电极反应式书写总反应方程式 根据给出的两个电极反应式，写出总反应方程式时，首先要使两个电极反应式得失电子数相等，然后将两式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意：若反应式同侧出现不能共存的离子，如H+和OH-、Pb2+和SO42-要写成反应后的物质H20和PbS04。 4．燃料电池的电极反应式的书写 （1）写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。 （2）写出电池的正极反应式 无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正极一般都是O2发生还原反应，若在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性条件下，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 （3）写出电池的负极反应式 负极反应式＝总反应式－正极反应式。 【特别提醒】书写电极反应式时应注意： （1）两极得失电子数相等。 （2）电极反应常用“=”，不用“→” （3）电极反应中若有气体生成，需加“↑”；若有固体生成，一般不标“↓”。 三、原电池原理的应用 1.制作化学电源 人们利用原电池原理，将化学能直接转化为电能，制作了多种电池，如干电池、蓄电池、充电电池、高能燃料电池等，以满足不同的需要。 从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池制作化学电源。 ①拆分反应：将自发的氧化还原反应分成两个半反应。 ②选择电极材料：将还原剂（一般为比较活泼的金属）作负极，活泼性比负极弱的金属或非金属导体作正极。如果还原剂不是金属而是其它还原性物质，可选择惰性电极——石墨棒、铂片作负极。 ③构成闭合回路：电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。如果两个半反应分别在两个容器进行（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的阳离子。 ④画装置图：结合要求及反应特点，画出原电池装置图，标出电极材料名称、正负极、电解质溶液等。 2.比较金属的活动性：原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。例如，有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，A为负极，B为正极，金属活动性A＞B。 3.加快氧化还原反应速率：实验室用Zn和稀H2SO4（或稀HCl）反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快，原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4的溶液形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。如果用纯锌，可以在稀H2SO4溶液中加入少量的CuSO4溶液，也同样会加快产生H2的速率，原因是Cu2++Zn=Cu+Zn2+，生成的Cu和Zn在稀H2SO4溶液中形成原电池，加快了锌的腐蚀，产生H2的速率加快。 注：原电池为什么能加快化学反应速率？ 以Fe与稀H2SO4溶液的反应为例说明。如下图所示： 　　　　　　　　　　　　　　　 　　甲中，Fe失去e－，变为Fe2+，Fe2+进入溶液，排斥了Fe片周围的H+，H+欲得电子须突破Fe2+形成的屏障，因而受到阻碍。乙中，Fe失去e－，e－转移到Cu片上，Cu片一侧没有Fe2+屏障，H+得e－不受阻碍，故其化学反应速率较快。 4.金属防腐蚀：使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。 题型01 考查原电池的构成条件 【典例】（24-25高一下·江苏扬州·期中）下列装置能构成原电池的是 A．B．C． D． 【答案】C 【解析】A．稀硫酸分装在两个容器中，不能形成闭合电路，不能构成原电池，A错误；B．酒精是非电解质，不能导电，不能构成原电池，B错误；C．Fe、C用导线连接，形成闭合回路，Fe和稀硫酸能发生氧化还原反应，能形成原电池，属于原电池装置，C正确；D．Cu和稀硫酸不反应，没有自发的氧化还原反应，不能构成原电池，D错误；故选C。 【变式】（24-25高一下·云南昭通·期中）化学电源在生活、生产和科研中得到广泛的应用，下列装置能产生电流的是 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】A．Al能与NaOH溶液反应，但Mg和Al未用导线连接，不能形成闭合的回路，所以不能产生电流，A不合题意；B．无水乙醇为非电解质，不导电，不能形成闭合的回路，所以不能产生电流，B不合题意；C．已知铁比银活泼，能与硝酸银反应，且形成了闭合回路，则能够形成原电池即产生电流，C符合题意；D．两电极均为石墨电极，没有自发进行的氧化还原反应，不能产生电流，D不合题意；故选C。 题型02 分析原电池工作原理 【典例】（24-25高一下·广东广州·期中）根据原电池原理，下列有关如图装置的说法正确的是 A．若a为Ag，b为Cu，c为FeCl3溶液，则a电极质量减轻 B．若a为Zn，b为Cu，c为稀H2SO4，则b电极上没有气泡生成 C．若a为Zn，b为Ag，c为CuSO4溶液，每转移0.2mol电子，b电极质量增加6.4g D．若a为Mg，b为Al，c为NaOH溶液，则电子由a经导线流向b 【答案】C 【解析】A．还原性银小于铜，总反应为铁离子和铜生成铜离子和亚铁离子，则b为负极、a为正极，若a为Ag，b为Cu，正极铁离子被还原为亚铁离子，则a极质量不变，故A错误；B．Zn比Cu活泼，故Zn做负极，Cu做正极，正极发生还原反应氢离子被还原为氢气，故B错误；C．锌比银活泼，锌为负极，银为正极，负极反应式为Zn-2e-=Zn2+，正极反应式为Cu2++2e-=Cu，转移0.2mol电子，生成0.1molCu，即正极质量增加0.1mol×64g/mol=6.4g，故C正确；D．镁和氢氧化钠不反应，铝和氢氧化钠生成四羟基合铝酸钠，铝为负极、镁为正极，则电子由b经导线流向a，故D错误；故选C。 【变式】（24-25高一下·北京丰台·期末）某小组进行了如图两组对比实验，下列说法中不正确的是 A．甲装置中锌片上的电极反应： B．甲、乙装置中的能量转化形式不同 C．甲、乙装置中铜表面均产生气泡 D．一段时间后，甲、乙装置中的氢离子浓度均减小 【答案】C 【分析】甲图是Zn-Cu原电池，Zn为负极，电极反应式为，Cu为正极，电解质是硫酸溶液，故电极反应式为。乙图没有用导线连接两个金属，无法形成原电池，则Zn直接与稀硫酸反应产生气泡，Cu与稀硫酸不反应，无现象。 【解析】A．根据分析，甲装置中锌片上的电极反应为，A正确；B．甲装置是原电池，化学能转化为电能，乙装置没有形成原电池，化学能转化为热能，B正确；C．根据分析，甲装置中铜电极上得电子产生氢气，乙装置得铜与硫酸不反应无现象，C错误；D．根据分析，一段时间后，两装置都消耗硫酸，甲、乙装置中的氢离子浓度均减小，D正确；故选C。 题型03 书写原电池的电极反应式 【典例】（24-25高一下·湖南益阳·期末）银锌纽扣电池的内部构造如图所示，下列关于该电池的说法正确的是 A．负极电极反应为：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2 B．正极电极反应为：Ag2O+2e-=2Ag+O2- C．电池工作时，正极附近pH减小 D．电池工作时K+向Zn一极移动 【答案】A 【解析】A．银锌纽扣电池中，Zn为负极，发生氧化反应，在KOH溶液中，负极反应为Zn失去电子结合OH⁻生成Zn(OH)2，电极反应式为Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2，A正确；B．正极Ag2O发生还原反应，Ag⁺得电子生成Ag，电极反应式为Ag2O+H2O+2e-═2Ag+2OH-，B错误；C．电池工作时，正极的电极反应式为：Ag2O+H2O+2e-═2Ag+2OH-，生成氢氧根离子，正极附近pH增大，C错误；D．电池工作时，阳离子(K+)向正极(Ag2O)移动，D错误；故选A。 【变式】（24-25高一下·湖北武汉·期末）尿素燃料电池既能去除城市废水中的尿素，又能发电。尿素燃料电池结构如下图所示，下列说法正确的是 A．电解质溶液可以是溶液 B．每理论上可净化 C．从乙电极附近向甲电极附近迁移 D．甲电极是正极，电极反应 【答案】B 【分析】燃料电池中，燃料在负极失去电子发生氧化反应生成CO2和N2，电子从负极流出沿着导线流向正极，正极上氧气得到电子发生还原反应，据此分析回答； 【解析】A．从甲电极的电极反应式知，生成物有二氧化碳，电解质溶液不可以是NaOH溶液，A错误；B．由电荷守恒知：，则每理论上可净化，B正确；C．阳离子移向正极，甲电极为负极、乙电极为正极，则从甲电极附近向乙电极附近迁移，C错误；D．甲电极电极反应式为：，是氧化反应，甲电极是负极，D错误；答案选B。 题型04 利用原电池装置判断金属的活泼性 【典例】（24-25高一下·上海·期末）有a、b、c、d四个金属电极，将有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验装置 部分现象 a极质量减小；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． B． C． D． 【答案】C 【解析】a极质量减小，b极质量增加，该原电池中a为负极，b为正极，活泼性：a>b；b极有气体产生，c极无变化，b能与硫酸反应而c不能，说明活泼性：b>c；d极溶解，c极有气体产生，该原电池中d为负极，c为正极，活泼性：d>c；电流从a极流向d极，该原电池中a为正极，d为负极，活泼性：d>a，综上：这四种金属的活动性顺序是：d>a>b>c，故选C。 【变式】（24-25高一下·河南南阳·期末）将A、B、C、D四种金属按如图装置进行实验，由部分实验现象判断四种金属的活动性顺序是 实验装置 部分实验现象 甲：电极A逐渐溶解 乙：电极C的质量增加 丙：电极A上产生气泡 A．D>B>A>C B．D>A>B>C C．A>B>D>C D．D>A>C>B 【答案】B 【解析】根据装置甲现象，电极A逐渐溶解，A为负极，B为正极，则活动性：A>B；装置乙中，C的质量增加，说明C电极上溶液中铜离子得电子生成铜，则C为正极、B为负极，则活动性：B>C；装置丙中A极有气体产生，则氢离子在A极得电子生成氢气，A为正极、D为负极，则活动性：D>A，因此四种金属的活动性由强到弱的顺序是D>A>B>C；选B。 题型05 利用原电池装置加快反应速率 【典例】（24-25高一下·福建漳州·期末）少量铁粉与100mL 稀盐酸反应，为了加快此反应速率且不改变生成的总量，以下方法可行的是 A．再加入100mL稀盐酸 B．滴入几滴硫酸铜溶液 C．适当升高温度 D．加入少量醋酸钠固体 【答案】C 【解析】A．再加入100mL同浓度稀盐酸，溶液体积增大但H+浓度不变，反应速率不变，A不符合题意；B．滴加硫酸铜溶液，Fe置换出Cu形成原电池加快反应速率，但消耗Fe导致生成氢气总量减少，B不符合题意；C．升高温度加快反应速率，且铁完全反应时氢气总量不变，C符合题意；D．醋酸钠与H+反应降低H+浓度，反应速率减慢，D不符合题意；故选C。 【变式】（24-25高一下·河北邢台·期中）6.5g锌粒与足量2mol·L-1稀硫酸反应生成H2，下列措施可以加快反应速率，但减少H2的最终生成量的是 A．将锌粒换成等质量的锌粉 B．向稀硫酸中加入少量K2SO4溶液 C．向稀硫酸中加入少量CuSO4固体 D．将该稀硫酸换成足量0.5mol·L-1稀硫酸 【答案】C 【解析】A．将锌粒换成锌粉增大了接触面积，反应速率加快，锌的总量未变，H2的生成量不变，故不选A；B．加入K2SO4溶液稀释了硫酸，H⁺浓度降低，反应速率减慢，锌的总量未变，H2的生成量不变，故不选B；C．加入CuSO4固体后，锌置换出Cu，消耗部分锌，与硫酸反应的锌减少，H2生成量减少，同时形成Cu-Zn原电池，加快反应速率，故选C；D．换成低浓度硫酸会减慢反应速率，且H2的总量由锌的量决定(硫酸足量)，放出氢气的量不变，故不选D；选C。 题型06 利用原电池原理设计化学电源 【典例】（24-25高一下·上海·期中）某课题小组了解了电池历史后，萌生了自己动手做一个电池的想法，为确保实验顺利进行，下列化学反应可以设计成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】A．反应CaO+H2O=Ca(OH)2中无元素化合价的变化，属于非氧化还原反应，不能设计为原电池反应，故A不选；B．NaOH+HCl=NaCl+H2O为中和反应，无元素的化合价变化，不能设计为原电池反应，故B不选；C．为吸热的分解反应，无元素的化合价变化，不能设计为原电池反应，故C不选；D．Fe+CuCl2=FeCl2+Cu为置换反应，属于氧化还原反应，且放热，可设计为原电池反应，故D选；故答案为：D。 【变式】（24-25高一下·广东汕头·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 A B C D 电极材料 Cu、Zn Cu、Fe Cu、C Fe、Zn 电解质溶液 FeCl3 FeSO4 Fe(NO3)3 Fe2(SO4)3 【答案】C 【分析】反应中铜为还原剂，铁离子为氧化剂，设计原电池时铜做负极，铁盐溶液为电解质溶液，正极材料活性比铜弱的金属单质或石墨电极。 【解析】A．电极材料为Cu、Zn，Zn比Cu活泼，Zn作负极被氧化，总反应中Cu未被氧化，A不符合题意；B．电解质为FeSO4，不含Fe3+，无法发生Fe3+的还原反应，B不符合题意；C．电极材料为Cu、C，Cu作负极被氧化，C为正极，电解质Fe(NO3)3含Fe3+，Fe3+在正极被还原，C符合题意；D．电极材料为Fe、Zn，Zn作负极被氧化，总反应中无Zn参与，D不符合题意；故选C。 题型07 有关原电池原理的计算 【典例】（24-25高一下·上海·期末）把铁棒和锌棒用导线连接后插入硫酸铜溶液中，当有0.2mol电子通过时，负极的质量变化为 A．减少0.1g B．减少6.5g C．减少5.6g D．增加6.4g 【答案】B 【解析】锌为负极，发生反应：Zn -2e⁻ = Zn2+。每转移2mol电子，消耗1mol Zn（质量减少65g）。当转移0.2mol电子时，消耗0.1mol锌，减少质量为65g × 0.1mol= 6.5g。选项B正确。 【变式】（24-25高一下·广东清远·期末）如图是中科院研制的双碳双离子电池，其反应机理为充电时，电解液中的运动到MCMB电极表面，同时运动到石墨电极中；放电时从MCMB电极中脱出，同时石墨电极中的回到电解液中。下列说法正确的是 A．该电池为二次电池，充电时MCMB电极与电源正极相连 B．放电时，电路中每通过1mol电子，MCMB电极质量增加39g C．放电过程中，电解质的导电能力降低 D．放电时正极反应式是 【答案】D 【解析】A．MCMB电极为电池负极，充电时与电源负极相连，A错误；B．放电时从MCMB电极中脱出，质量减小，B错误；C．放电时，电解质溶液中离子浓度增多，导电能力升高，C错误；D．放电时正极反应式是，D正确。故选D。 【巩固训练】 1．（2025高一下·吉林·学业考试）某小组为研究电化学原理，设计如图所示装置。下列叙述不正确的是 A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu2++2e-=Cu C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色 D．a和b用导线连接时，铁片上发生还原反应，溶液中向铜电极移动 【答案】D 【分析】a和b不连接时，不能构成原电池，铁与硫酸铜发生置换反应生成硫酸亚铁和铜；a和b用导线连接时，构成原电池，铁是负极，铜是正极。 【解析】A．a和b不连接时，由于金属活动性Fe＞Cu，所以在铁片上会发生反应：Fe+Cu2+=Fe2++Cu，在铁片上有金属铜析出，A正确；B．a和b用导线连接时，形成了原电池，Cu作原电池的正极，在铜片上发生的反应为：Cu2++2e-=Cu，B正确；C．无论a和b是否连接，Fe都会失去电子，变为Fe2+，而Cu2+会得到电子变为Cu，所以铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色，C正确；D．a和b用导线连接后，铁作负极，铁片上发生氧化反应，原电池中阴离子向负极移动，故溶液中向铁电极移动，D错误；故选D。 2．（2025高一下·全国·学业考试）下列装置能构成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】A．两个电极都是铜电极，电极材料相同，不符合构成原电池的条件，该装置不能形成原电池，A不符合题意；B．锌和铜是活动性不同的电极，稀硫酸是电解质溶液，两电极用导线相连，插入稀硫酸里，构成闭合回路，符合原电池构成条件，该装置可以形成原电池，B符合题意；C．酒精不属于电解质，同时电极与酒精不能自发发生氧化还原反应，不符合原电池构成条件，该装置不能形成原电池，C不符合题意；D．该装置没有形成闭合回路，该装置不能形成原电池，D不符合题意；故选B。 3．（24-25高一下·北京通州·期末）某小组同学设计原电池进行如下实验： 实验序号 实验Ⅰ 实验Ⅱ 实验装置 实验现象 溶液颜色无明显变化，锌片表面有气泡，铜片表面没有气泡 溶液颜色无明显变化，锌片和铜片表面均有气泡 下列说法正确的是 A．实验Ⅱ中电子移动方向：铜片→导线→锌片 B．实验Ⅰ和实验Ⅱ均能实现化学能到电能的转化 C．实验Ⅰ和实验Ⅱ中得电子的位置完全相同 D．实验Ⅰ和实验Ⅱ均发生反应： 【答案】D 【分析】实验Ⅰ中锌与稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，铜不与稀硫酸反应；实验Ⅱ中锌、铜在稀硫酸中构成原电池，锌为原电池的负极，失去电子发生氧化反应生成锌离子，铜为正极，氢离子在正极得电子发生还原反应生成氢气。 【解析】A．原电池中电子由负极经导线转移到正极，则实验Ⅱ中电子移动方向：锌片→导线→铜片，A错误；B．根据分析，实验Ⅰ不构成原电池，不能实现化学能到电能的转化，B错误；C．实验Ⅰ中锌片表面有气泡，铜片表面没有气泡，说明铜不与稀硫酸反应，得电子的位置为锌片；实验Ⅱ中锌、铜在稀硫酸中构成原电池，则得电子的位置为铜片，故得电子的位置不同，C错误；D．实验Ⅰ中锌与稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，实验Ⅱ中锌、铜在稀硫酸中构成原电池，则均发生反应：，D正确；答案选D。 4．（24-25高一下·广西南宁·期末）科研人员设计了一种利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO浓度的装置，其工作原理如图所示，已知该装置在工作时，可以在固溶体中移动。下列说法错误的是 A．该装置工作时，多孔电极b发生还原反应 B．该装置工作时，多孔电极a为正极 C．该装置工作时，电子由多孔电极a经导线流向多孔电极b D．该装置工作时，向多孔电极a移动 【答案】B 【分析】该原电池装置中通入空气的电极为正极，即多孔电极b为正极，电极反应为：O2+4e-=2O2-，通入CO的电极为负极，即多孔电极a为负极，电极反应为：CO+O2--2e-=CO2。 【解析】A．根据分析，多孔电极b为正极，发生还原反应，A正确；B．根据分析，该装置工作时，多孔电极a为负极，B错误；C．原电池中电子由负极沿导线流向正极，即由多孔电极a经导线流向多孔电极b，C正确；D．原电池工作时阴离子移向负极，故O2-向多孔电极a移动，D正确；故选B。 5．（24-25高一下·重庆九龙坡·期末）某微生物燃料电池可处理废水中的有机物[主要成分是(C6H10O5)n]，工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．N极是电池正极 B．该装置能将化学能转化为电能 C．工作时，H+从N极透过质子交换膜迁移到M极 D．M极电极反应：(C6H10O5)n + 7nH2O-24ne− = 6nCO2↑ + 24nH+ 【答案】C 【分析】燃料电池中，氧气通入的电极反应为：，因此N极为正极，M极为负极，根据图中物质可知，发生的电极反应为：(C6H10O5)n + 7nH2O-24ne− = 6nCO2↑ + 24nH+，据此作答。 【解析】A．根据分析可知，N为正极，故A正确；B．该装置为原电池装置，将化学能转化为电能，故B正确；C．氢离子带正电，移动到正极，该装置的交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，因此工作时，H+从M极通过质子交换膜迁移到N极，故C错误；D．根据分析可知，M极为负极，电极反应为：(C6H10O5)n + 7nH2O-24ne− = 6nCO2↑ + 24nH+，故D正确；故答案选C。 6．（24-25高一下·四川雅安·期末）下列关于电池的说法正确的是 A．原电池工作时阳离子向负极移动 B．NaOH与H2SO4反应是放热反应，可以设计成原电池 C．若NH4Cl电解质溶液中含有杂质Cu2+，会加速锌锰干电池负极的腐蚀 D．原电池的电极材料一定是两种活泼性不同的金属 【答案】C 【解析】A．原电池工作时，阳离子应移向正极，A错误；B．NaOH与H2SO4的中和反应放热，但无元素化合价变化，无法设计成原电池，B错误；C．Cu2+会与锌反应生成Cu，形成微型原电池加速锌的腐蚀，C正确；D．原电池电极材料可为金属和导电非金属(如石墨)，不一定是两种金属，D错误；答案选C。 7．（24-25高一下·江西景德镇·期末）纸电池像纸一样轻薄柔软，在制作方法和应用范围上与传统电池相比均有很大突破。如图为某种纸电池的结构示意图。隔离膜为浸有氯化钠溶液的滤纸，总反应为：，下列说法不正确的是 A．为负极，发生氧化反应 B．该电池正极反应式为： C．当发生反应时，流经溶液的电子数为 D．若将溶液改为溶液，仍可构成原电池 【答案】C 【分析】根据题意知总反应2Mg+O2+2H2O=2Mg(OH)2，该原电池中氯化钠溶液为电解液，活泼金属Mg为负极，发生氧化反应，正极上O2得电子发生还原反应。 【解析】A．根据分析可知，Mg失去电子作负极，发生氧化反应，A正确；B．根据分析可知，正极上O2得电子发生还原反应，反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，B正确；C．电子不能流经溶液，C错误；D．若将电解液改为CuSO4，Mg与CuSO4会发生氧化还原反应，反应离子方程式为：Cu2++Mg=Mg2++Cu，能构成原电池，D正确；故选C。 8．（24-25高一下·甘肃白银·期末）W、X、Y、Z四种金属按如图装置进行实验。下列说法不正确的是 装置 现象或 事实 W上有气体产生 Y不断溶解 H⁺向W极移动 A．装置甲中溶液的酸性减弱 B．装置乙中X电极的质量增大 C．装置丙中W极质量不变 D．四种金属的活动性强弱顺序为Z>Y>X>W 【答案】D 【解析】A．装置甲中W上有气体产生，则W为正极，氢离子在W极得电子生成氢气，溶液的酸性减弱，A正确；B．Y不断溶解，说明Y为负极，X为正极，X的电极反应为，X极质量增大，B正确；C．溶液中氢离子向正极移动，H⁺移向W极，说明W为正极，W极质量不变，C正确；D．活动性较强的金属在原电池中一般发生氧化反应为负极，甲中活泼性X>W，乙中活泼性Y>X，丙中活泼性Z>W，所以四种金属的活动性关系为Y>X>W、Z>W，但Z与Y、X的活泼性关系无法确定，D错误。故选D。 9．（24-25高一下·上海·期末）某课题小组了解了电池历史后，萌生了自己动手做一个电池的想法，为确保实验顺利进行，下列化学反应可以设计成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】D 【分析】根据原电池原理，自发的氧化还原反应可被设计为原电池。 【解析】A．CaO与H2O反应生成Ca(OH)2，各元素化合价均未变化，属于非氧化还原反应，无法设计为原电池，A错误；B．NaOH与HCl的中和反应无元素化合价变化，属于非氧化还原反应，不能作为原电池反应，B错误；C．CaCO3高温分解为CaO和CO2，各元素化合价均未变化，属于非氧化还原反应，不符合原电池构成条件，C错误；D．Fe与CuCl2反应生成Cu和FeCl2，Fe元素化合价升高，Cu元素化合价降低，属于氧化还原反应，可设计为原电池，D正确；故选D。 10．（24-25高一下·江苏扬州·期末）某研究小组探究原电池的原理并进行实验。 （1）下列反应通过原电池装置，可实现化学能直接转化为电能的是 (填序号)。 ①  ②  ③ （2）某种燃料电池的工作原理示意如图所示，X、Y均为惰性电极，假设使用的“燃料”是氢气，则通入的电极是 (填“a”或“b”)电极。 （3）有人以化学反应：为基础设计一种原电池，移入人体内作为心脏起搏器的能源，它们靠人体内血液中溶有一定浓度的进行工作，则原电池的负极发生的电极反应式为 。 【答案】（1）①② （2）a （3） 【解析】（1）能实现化学能直接转化为电能是自发进行的氧化还原反应，①②是自发进行的氧化还原反应，③是非氧化还原反应，答案选①②。 （2）根据电子转移方向可知，X为负极，Y为正极，燃料电池中燃料氢气失去电子，为负极反应物，则通入氢气的电极是a电极。 （3）根据总反应可知，锌化合价升高，失去电子发生氧化反应，作原电池的负极，电极反应式为。 【强化训练】 1．（24-25高二下·甘肃·期末）下列关于原电池的说法正确的是 A．锂离子电池和碱性锌锰电池都是二次电池 B．铅酸蓄电池放电时，溶液减小 C．燃料电池可将化学能完全转化为电能 D．黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易生成铜绿与电化学原理有关 【答案】D 【解析】A．锂离子电池是二次电池，而碱性锌锰电池是一次电池，不可充电，A错误；B．铅酸蓄电池放电时，硫酸（H2SO4）被消耗生成水，溶液中H+浓度降低，pH增大，B错误；C．燃料电池存在能量损耗（如热能），无法将化学能完全转化为电能，C错误；D．黄铜中锌比铜活泼，形成原电池时锌作为负极被腐蚀，保护铜不被氧化，因此铜锣不易生成铜绿，D正确；故选D。 2．（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】A．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；B．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；C．质子交换膜只允许H+通过，C错误；D．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。 3．（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】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。 4．（2025·四川达州·模拟预测）全碱性多硫化物-空气液流二次电池可用于再生能源储能系统和智能电网的备用电源等，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．放电时，从右往左穿过膜进入电极区域 B．放电时，负极区的电极反应式为 C．充电时，电池总反应方程式为 D．充电时，阴极每消耗电路中理论上转移电子数目为 【答案】C 【分析】由图分析可知，电极A为碳电极，放电时，氧气发生还原反应生成氢氧根离子，电极B为正极，则电极A为负极，据此分析。 【解析】A．放电时为原电池，阳离子（）向正极移动。电极A为负极，电极B为正极，应从左（电极A区域）向右（电极B区域）穿过膜b，A错误；B．放电时负极发生氧化反应，应失去电子，电极方程式为：2-2e-=，B错误；C．放电时，正极发生还原反应，反应为O2+2H2O+4e-=4OH-；负极发生氧化反应，反应为2-2e-=；放电总反应为，充电时总反应为放电的逆反应，即，C正确；D．充电时阴极反应为+2e-=2，Na2S4摩尔质量为174g/mol，261g Na2S4的物质的量为=1.5mol，转移电子为1.5mol×2=3NA，D错误；故选C。 5．（2025·甘肃白银·模拟预测）钠离子电池相对于锂电池具有更好的安全性能。下图是一种可充电钠离子电池的工作示意图，已知该电池的电解质溶液是溶液，化合物中Ni均显+2价。下列说法正确的是 A．放电过程中，通过阳离子交换膜向N极区移动 B．充电时，M极接电源正极 C．电池工作时，N极的电极反应为 D．若N极质量变化了23 g，则电路中转移的电子数为 【答案】B 【分析】分析Ti、Fe元素化合价易得出，Ti化合价降低，得电子，故M极区化合价降低为正极，其电极反应为：NaTi2(PO4)3+e−+Na+=Na2Ti2(PO4)3，N极区Fe化合价升高为负极，其电极反应为：Na2NiFe(CN)6−e−=NaNiFe(CN)6+Na+，以此解答。 【解析】A．由分析可知，放电时为原电池，M极为正极，N极为负极，阳离子向正极移动，通过阳离子交换膜向M极区移动，A错误；B．充电时为电解池，原电池正极（M极）作阳极，接电源正极，B正确；C．N极为负极，发生氧化反应（失电子），正确反应式应为Na2NiFe(CN)6−e−=NaNiFe(CN)6+Na+，C错误；D．N极区Fe化合价升高为负极，其电极反应为：Na2NiFe(CN)6−e−=NaNiFe(CN)6+Na+，N极每转移1mol e-，失去1mol Na+（质量减少23g），故质量变化23g时转移电子数为，D错误；故选B。 6．（2025·宁夏银川·一模）一种双阴极微生物燃料电池的工作原理如图所示(燃料为C2H4O2)。下列说法正确的是 A．放电时，缺氧阴极和好氧阴极相当于原电池的负极 B．若“厌氧阳极”转移1 mol电子，则理论上消耗C2H4O2为7.5 g C．“缺氧阴极”的电极反应式为： D．放电时，“缺氧阴极”区域质量增加，“好氧阴极”区域质量减轻 【答案】B 【解析】A．原电池中，阴极发生还原反应（得电子），为正极；负极发生氧化反应（失电子）。缺氧阴极和好氧阴极均为得电子的正极，A错误；B．厌氧阳极中C2H4O2（摩尔质量60 g/mol）氧化为CO2，C元素从0价升至+4价，1分子C2H4O2含2个C，共失8e-。转移1mol电子时，消耗C2H4O2的物质的量为mol，质量为，B正确；C．缺氧阴极还原为N2，N从+5价降为0价，2个N得10e-，结合质子交换膜（H+移动），反应式应为，而非生成OH-（碱性条件），C错误；D．缺氧阴极：反应式应为，即进入，逸出气体，质量减轻；好氧阴极：O2和H+结合生成H2O，质量增加，D错误；故答案选B。 7．（24-25高一下·广东广州·期中）银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag。其工作示意图如图。下列说法不正确的是 A．电子流向：Zn电极→导线→Ag2O电极 B．Ag2O电极发生还原反应 C．Zn电极的电极反应式：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 D．放电前后电解质溶液的pH保持不变 【答案】D 【分析】活泼金属Zn为负极，电极反应式为：Zn－2e－＋2OH－＝Zn(OH)2，Ag2O为正极，电极反应式为：Ag2O+2e－＋H2O＝2Ag＋2OH－，据此分析； 【解析】A．活泼金属Zn为负极，Ag2O为正极，A正确；B．Ag2O电极为正极，正极上得到电子，发生还原反应，B正确；C．Zn为负极，电极反应式为：Zn－2e－＋2OH－＝Zn(OH)2，C正确；D．电极总反应式为：Zn＋Ag2O＋H2O＝Zn(OH)2＋2Ag，放电后水消耗了，氢氧化钾的浓度增大，电解质溶液的pH增大，D错误；故选D。 8．（24-25高一下·陕西渭南·期末）利用如图装置可进行烟气脱硫。下列说法正确的是 A．多孔电极为负极，电极反应式为Fe2++e-=Fe3+ B．烟气脱硫过程可表示为2Fe3++SO2+4H+=2Fe2++SO+2H2O C．理论上,相同条件下吸收SO2和产生H2的体积相同 D．工作一段时间后，左室需要补充Fe2(SO4)3溶液 【答案】C 【分析】该装置为原电池原理，多孔电极处Fe2+失去电子被氧化为Fe3+，发生氧化反应，故为负极；光催化电极表面氢离子得电子产生氢气，作原电池的正极。 【解析】A.多孔电极处Fe2+失去电子被氧化为Fe3+，发生氧化反应，故为负极，但电极反应式应为Fe2+ - e- = Fe3+，选项中电极反应式电荷不守恒且电子得失方向错误，A错误；B.烟气脱硫时，SO2被Fe3+氧化为SO，Fe3+被还原为Fe2+，酸性条件下正确的离子方程式为2Fe3++ SO2+ 2H2O = 2Fe2+ + SO + 4H+，选项中H+和H2O的位置及系数错误，B错误；C.吸收SO2时，S元素从+4价升至+6价，每个SO2失去2e⁻；产生H2时，H⁺从+1价降至0价，每个H2得到2e-。根据电子守恒，SO2与H2的物质的量相等，相同条件下体积相同，C正确；D.左室中Fe2+在多孔电极被氧化为Fe3+，Fe3+又氧化SO2生成Fe2+，形成循环，Fe3+作为总反应的催化剂，总的物质的量不变，无需补充Fe2 (SO4)3溶液，D错误；故选C。 9．（2025高一下·浙江·学业考试）如图为氢氧燃料电池示意图，下面说法错误的是 A．电极b的电极反应方程式为 B．酸性电解质可以促进电极反应的正向进行 C．该电池工作原理符合绿色化学原理 D．电子流向：H2→电解质→导线→电解质→O2 【答案】D 【解析】A．由图可知，b电极上氧气得电子生成水，故电极反应方程式为，A正确；B．酸性介质能提供足量的氢离子，能促进电极正向进行，B正确；C．该电池产物只有水，无污染物生成，符合绿色化学原理，C正确；D．电子不经过电解质，D错误。 故答案选D。 10．（24-25高一下·北京·期末）一种简单的原电池装置如图所示。据图回答下列问题。 （1）锌是该电池的 (填“正”或“负”)极，发生的电极反应为 。 （2）装置中稀硫酸的作用是 。 a．电极材料    b．电极反应物    c．电子导体    d．离子导体 （3）该原电池外电路中电流方向为 (填“Zn→Cu”或者“Cu→Zn”)。从化学的角度分析，原电池产生电流的原因是： 。 （4）若将稀硫酸换成硫酸铜，电池总反应方程式为 。 （5）下列反应通过原电池装置，可实现化学能直接转化为电能的是 。 a．   b．   c． 【答案】（1）负 （2）bd （3）Cu→Zn 原电池将氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，并通过能导电的物质形成闭合回路，产生电流 （4） （5）ab 【分析】小问1：根据原电池中活泼金属作负极，负极发生氧化反应失电子，直接写出电极反应式。 小问2：结合电极材料定义、电解质作用（参与反应、传导离子），排除错误选项。 小问3：依据电流方向与电子流向相反的规律，结合正负极反应解释电流产生原因。 小问4：判断正负极不变，总反应为锌与铜离子的反应，写出离子方程式。 小问5：根据原电池反应需为自发的氧化还原反应这一条件，筛选符合的选项。 【解析】（1）在原电池中，锌比铜活泼，活泼金属作负极。锌失去电子发生氧化反应，电极反应为； （2）a．稀硫酸不是电极材料，电极材料是锌和铜，a错误；b．选项：稀硫酸中的H+在正极得到电子发生反应，是电极反应物，b正确；c．选项：电子在导线中传导，稀硫酸不是电子导体，c错误；d．选项：稀硫酸在溶液中电离出离子，能够传导离子，是离子导体 ，d正确； （3）外电路中电流方向与电子流动方向相反，在原电池中，电子从负极（锌）流出经导线流向正极（铜），所以电流方向为Cu→Zn。原电池产生电流的原因是原电池将氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，并通过能导电的物质形成闭合回路，产生电流； （4）若将稀硫酸换成硫酸铜，锌依然作负极，碳棒作正极，电池总反应是锌与硫酸铜的反应，方程式为；（5）原电池反应必须是自发进行的氧化还原反应。a．是氧化还原反应，且能自发进行，可以通过原电池装置实现化学能直接转化为电能，a正确；b．是氧化还原反应，且能自发进行，可以通过原电池装置实现化学能直接转化为电能，b正确；c．不是氧化还原反应，不能通过原电池装置实现化学能直接转化为电能，c错误。故选ab。 / 学科网（北京）股份有限公司 $