第十章 第35讲 原电池 常见化学电源【精讲精练】-2027届高三化学一轮复习讲义●专题突破（新高考通）

该高中化学高考复习讲义聚焦原电池构成及工作原理、常见化学电源等核心考点，按“概念-原理-应用”逻辑梳理知识体系，通过考点突破（含原电池构成条件分析、电极反应式书写指导）、真题再现及限时训练等环节，帮助学生构建电化学知识网络，突破电极判断、反应辨析等难点，体现复习的系统性和针对性。 讲义突出高考导向与核心素养培养，设计二次电池充放电反应对比、燃料电池多介质电极反应书写等针对性训练，通过模型建构和证据推理培养科学思维，结合电子守恒定量计算强化化学观念。分层练习（基础考向到综合应用）配合即时反馈，确保高效复习，助力学生提升应考能力，为教师把控复习节奏提供清晰路径。

第十章　化学反应与能量转化 第35讲　原电池　常见化学电源 【高考考向预测】 原电池依靠自发氧化还原反应实现化学能转化为电能，依据电极活泼性、反应规律判断正负极与电子离子流向，常见化学电源涵盖一次、二次电池及燃料电池，侧重电极反应与工作原理分析；近三年为电化学必考核心内容，选择、填空、大题均高频考查；预测2027 年侧重新型电池情境分析、电极方程式书写，结合充放电过程辨析反应差异，依托电子守恒开展简单定量计算。 【考点突破●明方向】 考点一　原电池的构成及工作原理 1.原电池的概念 原电池是将化学能转化为电能的装置，其反应的实质是自发进行的氧化还原反应。 2.原电池构成条件 下列装置不能构成原电池的是　①③④　(填序号)。 (1)原电池构成的四大基本要素：电极反应、电极材料、离子导体、电子导体。 (2)原电池构成条件： ①两极的电势不同(存在电势差)，有能自发的氧化还原反应。 ②形成闭合回路 ⅰ.外电路：电极材料用导线连接或相接触。 ⅱ.内电路(电解质溶液、熔融电解质、固态离子导体)：提供能使阴、阳离子迁移的环境。 3.原电池的工作原理 (1)原电池模型 (2)以铜锌双液原电池为例分析工作原理(图见2 ⑤)，完成表格。 电极名称 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 Zn-2e-===Zn2+ Cu2++2e-===Cu 反应类型 氧化反应 还原反应 电子流向 由Zn片沿导线 流向Cu片 盐桥中离子移向 盐桥中装有含饱和KCl溶液的琼脂，K+移向正极，Cl-移向负极 盐桥 作用 ①连接内电路，形成闭合回路； ②平衡电荷，使原电池不断产生电流 工作 效率 装置②中有部分Zn与Cu2+直接反应，使电池效率降低；装置⑤中使Zn与Cu2+隔离，电池效率提高，电流稳定 4.原电池原理的应用 (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)。 (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。 (3)应用于金属防护。 (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。 (5)2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2原电池： ①不含盐桥 ②含盐桥 ①不含盐桥 ②含盐桥 负极：Cu-2e-===Cu2+ 正极：Fe3++e-===Fe2+ 1.原电池内部电解质中的阴离子一定移向负极，阳离子一定移向正极(　　) 2.原电池中负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数(　　) 3.图1能验证锌与硫酸铜反应过程中有电子转移(　　) 4.图2能实现Cu+H2SO4===CuSO4+H2↑(　　) 【答案】1.√　2.√　3.√　4.× 【考点突破●明方向】 考向一、原电池的构成及电极判断 1.下列属于原电池装置的是　　　　　　。 对于原电池装置，分别指出各电极的名称：　　　　　　　。 【答案】ABC A装置：Zn是负极，Ag2O是正极 B装置：Pt(a)是负极，Pt(b)是正极 C装置：Li是负极，FeS2是正极 考向二、原电池工作原理与电极反应式书写 2.控制合适的条件，可使反应2Fe3++2I-⥫⥬2Fe2++I2向不同的方向进行，改变电极反应。 (1)反应开始时，乙中石墨电极的名称：　　　，反应类型：　　　　；甲池中发生　　　　(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为　　　　　　　　。 (2)一段时间后，电流表读数为零，在甲中加入FeCl2固体，则乙中的石墨作　　　　(填“正”或“负”)极，该电极的电极反应式为　　　　　　　　。 【答案】(1)负极　氧化反应　还原　Fe3++e-===Fe2+　(2)正　I2+2e-===2I- 3.有如图所示的四个装置，回答相关问题： (1)图①中，Mg作　　　　极。 (2)图②中，Mg作　　　　　极，写出负极反应式：　　　　，正极反应式：　　　　，总反应的离子方程式：　　　　。 (3)图③中，Fe作　　　　　极，写出负极反应式：　　　　　　　　　　　　　，正极反应式：　　　　，总反应的化学方程式：　　　　。 (4)图④装置能否构成原电池？　　　(填“能”或“否”)，若能构成原电池，正极为　　　　　，电极反应式为　　　　(若不能构成原电池，后两问不用回答)。 【答案】(1)负　(2)正　Al+4OH--3e-===[Al(OH)4]-　2H2O+2e-===2OH-+H2↑　2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑　(3)正　Cu-2e-===Cu2+　N+2H++e-===NO2↑+H2O Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O (4)能　Cu　O2+4e-+2H2O===4OH- 电极反应式书写的一般方法 考点二　常见化学电源 1.一次电池(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 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 2.二次电池 铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，总反应： Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。 (1)放电时： 负极反应式：Pb+S-2e-===PbSO4； 正极反应式：PbO2+4H++S+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+S； 阳极反应式：PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++S。 充电一段时间电解质溶液的pH减小(填“增大”“减小”或“不变”)。 提醒：充电时电极的连接：负接负作阴极，正接正作阳极。 3.燃料电池 燃料电池的种类很多。现以氢氧燃料电池(如图)为例来说明其工作原理。完成下表： 介质 酸性 碱性 负极 反应式 H2-2e-===2H+ H2+2OH--2e-===2H2O 正极 反应式 O2+4H++4e-===2H2O O2+2H2O+4e-===4OH- 电池 总反应式 2H2+O2===2H2O 注意：燃料电池的电极不参加电极反应，通入的燃料在负极上发生氧化反应，O2在正极上发生还原反应。 1.可根据电池内的电解质不同将干电池分为酸性电池和碱性电池(　　) 2.铅酸蓄电池放电时，正极与负极质量均增加(　　) 3.二次电池充电时，阴极连接电源的负极，发生还原反应(　　) 4.铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应(　　) 5.在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定发生氧化反应(　　) 【答案】1.√　2.√　3.√　4.×　5.× 【考点突破●明方向】 考向一、二次电池电极反应式的书写 1.已知镍镉二次电池(电解质溶液为KOH溶液)的总反应为Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。则放电时负极反应式为　　　　，正极反应式为　　　　；充电时阳极反应式为　　　　　　　。 【答案】Cd+2OH--2e-===Cd(OH)2　2NiO(OH)+2H2O+2e-===2Ni(OH)2+2OH-　2Ni(OH)2+2OH--2e-===2NiO(OH)+2H2O 2.“超钠F1”二次电池的工作原理是2NaxCy+xMn[Fe(CN)6]xNa2Mn[Fe(CN)6]+2Cy，该二次电池的电极材料为Na2Mn[Fe(CN)6](普鲁士白)和NaxCy(嵌钠硬碳)。 (1)写出放电时的电极反应式：正极　　　　　　　　　　　　　　、负极　　　　　　　　　　　　　　。 (2)写出充电时的电极反应式：阳极　　　　　　　　　　　　　　、阴极　　　　　　　　　　　　　　。 【答案】(1)xMn[Fe(CN)6]+2xe-+2xNa+===xNa2Mn[Fe(CN)6]　2NaxCy-2xe-===2Cy+2xNa+ (2)xNa2Mn[Fe(CN)6]-2xe-===xMn[Fe(CN)6]+2xNa+　2Cy+2xNa++2xe-===2NaxCy 【解析】(1)NaxCy表示嵌入了Na的碳材料，所以Na的化合价为0价。Na失电子后变为Na+，从碳材料中脱嵌。在充、放电过程中，Na+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，利用Na+所带的电荷总数，反推电极反应得失的电子总数。根据题干所给的工作原理信息可知，放电时嵌钠硬碳为原电池负极，Na失电子发生氧化反应，负极电极反应式为2NaxCy-2xe-===2Cy+2xNa+。Mn[Fe(CN)6]为原电池正极，得电子并结合由负极移动至正极的Na+，转化为Na2Mn[Fe(CN)6]，因此正极的电极反应式为xMn[Fe(CN)6]+2xe-+2xNa+===xNa2Mn[Fe(CN)6]。(2)根据题干所给的工作原理信息可知，充电是放电的逆反应，放电时正极的逆反应为充电时阳极的电极反应，放电时负极的逆反应为充电时阴极的电极反应。 二次电池电极反应式的书写方法 (1)将放电时正极电极反应式的反应物与生成物对调，“+ne-”改为“-ne-”，即可写出充电时阳极的电极反应式。 (2)将放电时负极电极反应式的反应物与生成物对调，“-ne-”改为“+ne-”，即可写出充电时阴极的电极反应式。 (3)若已知充电时阳极(或阴极)的电极反应式，也可以同理推出放电时正极(或负极)的电极反应式。 考向二、燃料电池电极反应式的书写 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-===C+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(C) 正极(通入CO2)：O2+4e-+2CO2===2C， 负极：CH3OH-6e-+3C===4CO2+2H2O。 已知总反应式的电极反应式的书写方法 若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。 考向三、化学电源工作原理分析 4.酸性锌锰电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由炭粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物，该电池放电过程产生Mn2O3。下列说法错误的是(　　) A.该电池的负极反应式为Zn-2e-===Zn2+ B.该电池的正极反应式为2MnO2+2e-+2N===Mn2O3+2NH3↑+H2O C.电池工作时，正极周围的pH减小 D.酸性锌锰电池性能不如碱性锌锰干电池，且电解质易泄漏 【答案】C 【解析】酸性锌锰电池中，锌作负极，碳棒是导电正极，MnO2为氧化剂。负极反应为Zn失电子，被氧化为Zn2+，酸性条件下Zn2+不发生后续反应，A选项正确；MnO2在正极得电子被还原为Mn2O3，用N调平电荷，再根据N原子守恒且化合价不变写出产物为NH3，最后用H2O调平H、O原子，B选项正确；根据正极反应可知，正极周围的N(其水解呈酸性)被消耗，生成了碱性气体NH3。因此电池工作时，正极周围的pH应增大，C选项错误；酸性锌锰电池中锌作为外壳，内部酸性物质会缓慢腐蚀锌，因此此类电池容易漏液，D选项正确。 5.(2025·贵阳模拟)一种水性电解液Zn⁃MnO2可充电电池如图所示。下列叙述错误的是(　　) A.放电时，M电极是正极 B.放电时，N电极反应式为Zn-2e-+4OH-===[Zn(OH)4]2- C.充电时，Ⅱ区中K2SO4溶液的浓度减小 D.充电时，转移0.2 mol e-，Ⅲ区溶液质量减少6.5 g 【答案】D 【解析】装置放电时，Zn电极为负极，Zn失电子，生成[Zn(OH)4]2-，负极反应式为Zn+4OH--2e-===[Zn(OH)4]2-，同时K+透过阳离子交换膜向Ⅱ区移动；正极为MnO2，MnO2得电子，生成Mn2+等，正极反应式为MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O，同时S透过阴离子交换膜向Ⅱ区移动。充电时，Ⅲ区电极反应为[Zn(OH)4]2-+2e-===Zn+4OH-，转移0.2 mol e-，K+透过阳离子交换膜向Ⅲ区移动，溶液质量增重0.2 mol×39 g·mol-1-×65 g·mol-1=1.3 g，D错误。 6.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，原电池工作时，阴离子移向负极，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，但题目中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。 7.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电极为电池正极 B.电池工作时，海水中的Na+向a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1 kg Al，电池最多向外提供37 mol电子的电量 【答案】A 【解析】电池工作时，阳离子向正极移动，故海水中的Na+向b电极移动，B错误；电池工作时，a电极反应为铝失去电子生成铝离子：Al-3e-===Al3+，铝离子水解使紧邻a电极区域的海水呈酸性，C错误；每消耗1 kg Al(为 mol)，电池最多向外提供 mol×3= mol电子的电量，D错误。 【真题再现●明考向】 1.(2024·江苏，8)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.电池工作时，MnO2发生氧化反应 B.电池工作时，OH-通过隔膜向正极移动 C.环境温度过低，不利于电池放电 D.反应中每生成1 mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×1023 【答案】C 【解析】电池工作时，Zn为负极，MnO2为正极，MnO2得到电子，发生还原反应，A错误；电池工作时，OH-通过隔膜向负极移动，B错误；环境温度过低，化学反应速率下降，不利于电池放电，C正确；由电极反应式MnO2+e-+H2O===MnOOH+OH-可知，反应中每生成1 mol MnOOH，转移1 mol(即6.02×1023个)电子，D错误。 2.(2025·浙江1月选考，12)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1 mol O2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 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-===，随温度升高Q增大，正极区转化为O2-；充电时，锂电极为阴极，得到电子，多孔功能电极为阳极，或O2-失去电子。电池总反应方程式为O2+2LiLi2O2或O2+4Li2Li2O，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；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；放电时，正极得到电子，中氧元素为-1价，O2-中氧元素为-2价，因此随温度升高Q增大，正极区转化为O2-，C错误；充电时，锂电极为阴极，连接电源负极，D正确。 3.(2025·广东，16)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O2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 【解析】由图a知，电极Ⅰ发生的反应为O2+4H++4e-===2H2O，故电极Ⅰ作正极，由图c知，电极Ⅱ发生的反应为H2-2e-===2H+，故电极Ⅱ作负极。结合上述分析知，正极反应的催化剂是ⅰ，A错误；由O2获得第一个电子的过程最慢知，ⅰ到ⅱ过程的活化能最大，B错误；H2进入负极失电子生成H+，为保持溶液呈电中性，H+通过质子交换膜向正极迁移，故负极室的溶液质量保持不变，C正确；根据正、负极的电极反应式及得失电子守恒知，相同时间内电极Ⅱ上催化循环完成次数为电极Ⅰ上的2倍，D错误。 【限时训练】 （40分钟） (1~10题，每小题3分) 1.(2024·北京，3)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.石墨作电池的负极材料 B.电池工作时，向负极方向移动 C.MnO2发生氧化反应 D.锌筒发生的电极反应为Zn-2e-===Zn2+ 【答案】D 【解析】酸性锌锰干电池，锌筒为负极，石墨棒为正极，A错误；原电池工作时，阳离子向正极(石墨棒电极)方向移动，B错误；MnO2发生还原反应，C错误；锌筒为负极，负极发生氧化反应：Zn-2e-===Zn2+，D正确。 2.某原电池装置如图所示，下列有关叙述正确的是(　　) A.Fe作正极，发生氧化反应 B.工作一段时间后，NaCl溶液中c(Cl-)增大 C.负极反应：2H++2e-===H2↑ D.工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不变 【答案】B 【解析】由题图可知，铁电极为原电池的负极，电极反应式为Fe-2e-===Fe2+，石墨电极是正极，电极反应式为2H++2e-===H2↑，A、C错误；原电池工作时，盐桥中的钾离子向正极移动，氯离子向负极移动，则氯化钠溶液中氯离子浓度增大，B正确；铁电极为原电池的负极，铁失去电子生成的亚铁离子水解使溶液呈酸性，溶液pH减小，石墨电极是正极，放电消耗氢离子，溶液pH增大，D错误。 3.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+2H2OPb+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。 4.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 【解析】根据题干信息可知，放电时总反应为4Na+3CO2===2Na2CO3+C。放电时负极上Na失去电子发生氧化反应生成Na+，故A错误；放电时正极上CO2得到电子生成C，故B正确；放电时阳离子移向正极，故C错误；放电时该装置为原电池，将化学能转化为电能，故D错误。 5.燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4、C2H6等)与氧气(或空气)反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下列关于乙烷(C2H6)燃料电池的说法正确的是(　　) A.通入5.6 L O2完全反应后，有1 mol电子发生转移 B.负极反应式：C2H6+18OH-+14e-===2C+12H2O C.该电池工作时，正极附近溶液的碱性增强 D.燃料电池的优点之一是燃料反应时化学能全部转化为电能 【答案】C 【解析】气体所处的状态未知，不能计算5.6 L O2的物质的量，故A错误；乙烷燃料电池中，负极上乙烷失去电子发生氧化反应，电解质溶液呈碱性，则其电极反应式为C2H6+18OH--14e-===2C+12H2O，故B错误；该电池工作时，正极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-，生成OH-，正极附近溶液的碱性增强，故C正确；燃料的化学能不能全部转化为电能，还转化为热能等其他形式的能量，故D错误。 6.如图 Ⅰ、Ⅱ 分别是甲、乙两组同学将反应“As+2I-+2H+⥫⥬As+I2+H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图 Ⅰ 的烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图 Ⅱ 的B烧杯中逐滴加入适量40% NaOH溶液。 下列叙述正确的是(　　) A.甲组操作时，电流表指针发生偏转 B.甲组操作时，溶液颜色变浅 C.乙组操作时，C2作正极 D.乙组操作时，C1上发生的电极反应式为I2+2e-===2I- 【答案】D 【解析】As+2I-+2H+⥫⥬As+I2+H2O是可逆反应，正向、逆向的氧化剂、还原剂均为溶液。溶液一混合，离子直接发生氧化还原反应，不会在电极上得失电子，无法形成原电池。由于甲组未形成原电池，电流表指针不会发生偏转，A项错误；甲组加入盐酸，使反应As+2I-+2H+⥫⥬As+I2+H2O平衡正向移动，I2增多，颜色加深，B项错误；向图Ⅱ的B烧杯中加入NaOH后，As+2I-+2H+⥫⥬As+I2+H2O平衡逆向移动，此时的氧化剂I2在C1上发生得电子还原反应：I2+2e-===2I-，C1为正极，C项错误、D项正确。 7.CO2电化学传感器是将环境中CO2浓度转变为电信号的装置，工作原理如图所示，其中YSZ是固体电解质，当传感器在一定温度下工作时，在熔融Li2CO3和YSZ之间的界面X会生成固体Li2O。下列说法错误的是(　　) A.C迁移方向为界面X—→电极b B.电极a上消耗的O2和电极b上产生的CO2的物质的量之比为1∶1 C.电极b为负极，发生的电极反应为2C-4e-===O2↑+2CO2↑ D.电池总反应为Li2CO3===Li2O+CO2↑ 【答案】B 【解析】根据图示可知，电极a上O2得到电子生成O2-，则a为正极；电极b上熔融Li2CO3失去电子生成CO2、O2，则b为负极。C会向负极区移动，A正确；依据电子守恒，可知电极a上消耗的O2和电极b上产生的CO2的物质的量之比为1∶2，B错误；电极b为负极，失去电子发生氧化反应，电极反应为2C-4e-===O2↑+2CO2↑，C正确；正极上发生反应：O2+4e-===2O2-，将上述两电极反应式相加可得总反应方程式，D正确。 8.(2024·全国甲卷，12)科学家使用δ⁃MnO2研制了一种MnO2⁃Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是(　　) A.充电时，Zn2+向阳极方向迁移 B.充电时，会发生反应：Zn+2MnO2===ZnMn2O4 C.放电时，正极反应有MnO2+H2O+e-===MnOOH+OH- D.放电时，Zn电极质量减少0.65 g，MnO2电极生成了0.020 mol MnOOH 【答案】C 【解析】充电时该装置为电解池，电解池中阳离子向阴极迁移，即Zn2+向阴极方向迁移，A错误；放电时，Zn电极为负极，电极反应为Zn-2e-===Zn2+，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，B错误；放电时，MnO2电极为正极，正极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4，则正极上主要发生的电极反应为MnO2+H2O+e-===MnOOH+OH-，C正确；放电时，Zn电极质量减少0.65 g(物质的量为0.010 mol)，电路中转移0.020 mol电子，由正极的主要反应MnO2+===MnOOH+OH-可知，若正极上只有MnOOH生成，则生成MnOOH的物质的量为0.020 mol，但正极上还有少量ZnMn2O4生成，因此，MnOOH的物质的量小于0.020 mol，D错误。 9.(2025·厦门高三模拟)NaBH4⁃H2O2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B+8OH--8e-===B+6H2O C.该燃料电池中的离子交换膜为阳离子交换膜 D.高温条件下可以提高工作效率 【答案】D 【解析】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，故A项正确；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B+8OH--8e-===B+6H2O，故B项正确；b极区OH-浓度增大，Na+从a极区移向b极区，则离子交换膜为阳离子交换膜，故C项正确；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。 10.(2024·新课标卷，12)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2C6H12O6+O2===2C6H12O7 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18 mg葡萄糖，理论上a电极有0.4 mmol电子流入 D.两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a 【答案】C 【解析】该装置为原电池，a为正极，电极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-，b为负极，发生反应：Cu2O-2e-+2OH-===2CuO+H2O，在负极区，葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸：C6H12O6+2CuO===C6H12O7+Cu2O；电池的总反应为2C6H12O6+O2===2C6H12O7，A正确；CuO将葡萄糖氧化为葡萄糖酸，自身被还原为Cu2O，Cu2O在b电极上失电子转化成CuO，因此，CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用，B正确；由反应2C6H12O6+O2===2C6H12O7可知，1 mol C6H12O6参加反应时转移2 mol电子，消耗18 mg(0.1 mmol)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向正极迁移，故Na+迁移方向为b→a，D正确。 11.(8分)通过电化学循环法可将H2S转化为H2SO4和H2(如图所示)。其中氧化过程发生如下两步反应：H2S+H2SO4===SO2↑+S↓+2H2O、S+O2===SO2。 (1)电极a上发生的电极反应为　　　　　　　。 (2)理论上1 mol H2S参加反应可产生H2的物质的量为　　　　。 【答案】(1)SO2-2e-+2H2O===4H++S (2)2 mol 【解析】(1)由图可知，该装置为原电池，电极a为电池的负极，通入的二氧化硫气体在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸，电极反应式为SO2-2e-+2H2O===4H++S。(2)由反应H2S+H2SO4===SO2↑+S↓+2H2O、S+O2===SO2可知，1 mol H2S参加反应时，负极上有2 mol二氧化硫参与放电，由得失电子守恒可得2 mol×2=n(H2)×2，解得n(H2)=2 mol。 12.(12分)直接乙醇燃料电池(DEFC)具有很多优点，现有以下三种乙醇燃料电池。 (1)分别写出酸性乙醇燃料电池中负、正极电极反应式：　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　。 (2)分别写出碱性乙醇燃料电池中负、正极电极反应式：　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　。 (3)分别写出熔融碳酸盐乙醇燃料电池中负、正极电极反应式：　　　　　　　　　　、　　　　。 【答案】(1)C2H5OH-12e-+3H2O===2CO2↑+12H+　O2+4e-+4H+===2H2O (2)C2H5OH-12e-+16OH-===2C+11H2O　O2+4e-+2H2O===4OH- (3)C2H5OH-12e-+6C===8CO2↑+3H2O　O2+4e-+2CO2===2C 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十章　化学反应与能量转化 第35讲　原电池　常见化学电源 【高考考向预测】 原电池依靠自发氧化还原反应实现化学能转化为电能，依据电极活泼性、反应规律判断正负极与电子离子流向，常见化学电源涵盖一次、二次电池及燃料电池，侧重电极反应与工作原理分析；近三年为电化学必考核心内容，选择、填空、大题均高频考查；预测2027 年侧重新型电池情境分析、电极方程式书写，结合充放电过程辨析反应差异，依托电子守恒开展简单定量计算。 【考点突破●明方向】 考点一　原电池的构成及工作原理 1.原电池的概念 原电池是将化学能转化为电能的装置，其反应的实质是自发进行的氧化还原反应。 2.原电池构成条件 下列装置不能构成原电池的是　 　(填序号)。 (1)原电池构成的四大基本要素：电极反应、电极材料、离子导体、电子导体。 (2)原电池构成条件： ①两极的电势不同(存在电势差)，有能自发的氧化还原反应。 ②形成闭合回路 ⅰ.外电路：电极材料用导线连接或相接触。 ⅱ.内电路(电解质溶液、熔融电解质、固态离子导体)：提供能使阴、阳离子迁移的环境。 3.原电池的工作原理 (1)原电池模型 (2)以铜锌双液原电池为例分析工作原理(图见2 ⑤)，完成表格。 电极名称 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 Zn-2e-===Zn2+ Cu2++2e-===Cu 反应类型 氧化反应 还原反应 电子流向 由Zn片沿导线 流向Cu片 盐桥中离子移向 盐桥中装有含饱和KCl溶液的琼脂，K+移向正极，Cl-移向负极 盐桥 作用 ①连接内电路，形成闭合回路； ②平衡电荷，使原电池不断产生电流 工作 效率 装置②中有部分Zn与Cu2+直接反应，使电池效率降低；装置⑤中使Zn与Cu2+隔离，电池效率提高，电流稳定 4.原电池原理的应用 (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)。 (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。 (3)应用于金属防护。 (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。 (5)2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2原电池： ①不含盐桥 ②含盐桥 ①不含盐桥 ②含盐桥 负极：Cu-2e-===Cu2+ 正极：Fe3++e-===Fe2+ 1.原电池内部电解质中的阴离子一定移向负极，阳离子一定移向正极(　　) 2.原电池中负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数(　　) 3.图1能验证锌与硫酸铜反应过程中有电子转移(　　) 4.图2能实现Cu+H2SO4===CuSO4+H2↑(　　) 【考点突破●明方向】 考向一、原电池的构成及电极判断 1.下列属于原电池装置的是　　　　　　。 对于原电池装置，分别指出各电极的名称：　　　　　　　。 考向二、原电池工作原理与电极反应式书写 2.控制合适的条件，可使反应2Fe3++2I-⥫⥬2Fe2++I2向不同的方向进行，改变电极反应。 (1)反应开始时，乙中石墨电极的名称：　　　，反应类型：　　　　；甲池中发生　　　　(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为　　　　　　　　。 (2)一段时间后，电流表读数为零，在甲中加入FeCl2固体，则乙中的石墨作　　　　(填“正”或“负”)极，该电极的电极反应式为　　　　　　　　。 3.有如图所示的四个装置，回答相关问题： (1)图①中，Mg作　　　　极。 (2)图②中，Mg作　　　　　极，写出负极反应式：　　　　，正极反应式：　　　　，总反应的离子方程式：　　　　。 (3)图③中，Fe作　　　　　极，写出负极反应式：　　　　　　　　　　　　　，正极反应式：　　　　，总反应的化学方程式：　　　　。 (4)图④装置能否构成原电池？　　　(填“能”或“否”)，若能构成原电池，正极为　　　　　，电极反应式为　　　　(若不能构成原电池，后两问不用回答)。 电极反应式书写的一般方法 考点二　常见化学电源 1.一次电池(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 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 2.二次电池 铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，总反应： Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。 (1)放电时： 负极反应式：Pb+S-2e-===PbSO4； 正极反应式：PbO2+4H++S+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+S； 阳极反应式：PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++S。 充电一段时间电解质溶液的pH减小(填“增大”“减小”或“不变”)。 提醒：充电时电极的连接：负接负作阴极，正接正作阳极。 3.燃料电池 燃料电池的种类很多。现以氢氧燃料电池(如图)为例来说明其工作原理。完成下表： 介质 酸性 碱性 负极 反应式 H2-2e-===2H+ H2+2OH--2e-===2H2O 正极 反应式 O2+4H++4e-===2H2O O2+2H2O+4e-===4OH- 电池 总反应式 2H2+O2===2H2O 注意：燃料电池的电极不参加电极反应，通入的燃料在负极上发生氧化反应，O2在正极上发生还原反应。 1.可根据电池内的电解质不同将干电池分为酸性电池和碱性电池(　　) 2.铅酸蓄电池放电时，正极与负极质量均增加(　　) 3.二次电池充电时，阴极连接电源的负极，发生还原反应(　　) 4.铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应(　　) 5.在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定发生氧化反应(　　) 【考点突破●明方向】 考向一、二次电池电极反应式的书写 1.已知镍镉二次电池(电解质溶液为KOH溶液)的总反应为Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。则放电时负极反应式为　　　　，正极反应式为　　　　；充电时阳极反应式为　　　　　　　。 2.“超钠F1”二次电池的工作原理是2NaxCy+xMn[Fe(CN)6]xNa2Mn[Fe(CN)6]+2Cy，该二次电池的电极材料为Na2Mn[Fe(CN)6](普鲁士白)和NaxCy(嵌钠硬碳)。 (1)写出放电时的电极反应式：正极　　　　　　　　　　　　　　、负极　　　　　　　　　　　　　　。 (2)写出充电时的电极反应式：阳极　　　　　　　　　　　　　　、阴极　　　　　　　　　　　　　　。 二次电池电极反应式的书写方法 (1)将放电时正极电极反应式的反应物与生成物对调，“+ne-”改为“-ne-”，即可写出充电时阳极的电极反应式。 (2)将放电时负极电极反应式的反应物与生成物对调，“-ne-”改为“+ne-”，即可写出充电时阴极的电极反应式。 (3)若已知充电时阳极(或阴极)的电极反应式，也可以同理推出放电时正极(或负极)的电极反应式。 考向二、燃料电池电极反应式的书写 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-===C+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(C) 正极(通入CO2)：O2+4e-+2CO2===2C， 负极：CH3OH-6e-+3C===4CO2+2H2O。 已知总反应式的电极反应式的书写方法 若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。 考向三、化学电源工作原理分析 4.酸性锌锰电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由炭粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物，该电池放电过程产生Mn2O3。下列说法错误的是(　　) A.该电池的负极反应式为Zn-2e-===Zn2+ B.该电池的正极反应式为2MnO2+2e-+2N===Mn2O3+2NH3↑+H2O C.电池工作时，正极周围的pH减小 D.酸性锌锰电池性能不如碱性锌锰干电池，且电解质易泄漏 5.(2025·贵阳模拟)一种水性电解液Zn⁃MnO2可充电电池如图所示。下列叙述错误的是(　　) A.放电时，M电极是正极 B.放电时，N电极反应式为Zn-2e-+4OH-===[Zn(OH)4]2- C.充电时，Ⅱ区中K2SO4溶液的浓度减小 D.充电时，转移0.2 mol e-，Ⅲ区溶液质量减少6.5 g 6.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 7.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电极为电池正极 B.电池工作时，海水中的Na+向a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1 kg Al，电池最多向外提供37 mol电子的电量 【真题再现●明考向】 1.(2024·江苏，8)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.电池工作时，MnO2发生氧化反应 B.电池工作时，OH-通过隔膜向正极移动 C.环境温度过低，不利于电池放电 D.反应中每生成1 mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×1023 2.(2025·浙江1月选考，12)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1 mol O2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 D.充电时，锂电极接电源负极 3.(2025·广东，16)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O2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 【限时训练】 （40分钟） (1~10题，每小题3分) 1.(2024·北京，3)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.石墨作电池的负极材料 B.电池工作时，向负极方向移动 C.MnO2发生氧化反应 D.锌筒发生的电极反应为Zn-2e-===Zn2+ 2.某原电池装置如图所示，下列有关叙述正确的是(　　) A.Fe作正极，发生氧化反应 B.工作一段时间后，NaCl溶液中c(Cl-)增大 C.负极反应：2H++2e-===H2↑ D.工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不变 3.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+2H2OPb+PbO2+2H2SO4 D.铅酸蓄电池的缺点是笨重、比能量低 4.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 5.燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4、C2H6等)与氧气(或空气)反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下列关于乙烷(C2H6)燃料电池的说法正确的是(　　) A.通入5.6 L O2完全反应后，有1 mol电子发生转移 B.负极反应式：C2H6+18OH-+14e-===2C+12H2O C.该电池工作时，正极附近溶液的碱性增强 D.燃料电池的优点之一是燃料反应时化学能全部转化为电能 6.如图 Ⅰ、Ⅱ 分别是甲、乙两组同学将反应“As+2I-+2H+⥫⥬As+I2+H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图 Ⅰ 的烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图 Ⅱ 的B烧杯中逐滴加入适量40% NaOH溶液。 下列叙述正确的是(　　) A.甲组操作时，电流表指针发生偏转 B.甲组操作时，溶液颜色变浅 C.乙组操作时，C2作正极 D.乙组操作时，C1上发生的电极反应式为I2+2e-===2I- 7.CO2电化学传感器是将环境中CO2浓度转变为电信号的装置，工作原理如图所示，其中YSZ是固体电解质，当传感器在一定温度下工作时，在熔融Li2CO3和YSZ之间的界面X会生成固体Li2O。下列说法错误的是(　　) A.C迁移方向为界面X—→电极b B.电极a上消耗的O2和电极b上产生的CO2的物质的量之比为1∶1 C.电极b为负极，发生的电极反应为2C-4e-===O2↑+2CO2↑ D.电池总反应为Li2CO3===Li2O+CO2↑ 8.(2024·全国甲卷，12)科学家使用δ⁃MnO2研制了一种MnO2⁃Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是(　　) A.充电时，Zn2+向阳极方向迁移 B.充电时，会发生反应：Zn+2MnO2===ZnMn2O4 C.放电时，正极反应有MnO2+H2O+e-===MnOOH+OH- D.放电时，Zn电极质量减少0.65 g，MnO2电极生成了0.020 mol MnOOH 9.(2025·厦门高三模拟)NaBH4⁃H2O2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B+8OH--8e-===B+6H2O C.该燃料电池中的离子交换膜为阳离子交换膜 D.高温条件下可以提高工作效率 10.(2024·新课标卷，12)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2C6H12O6+O2===2C6H12O7 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18 mg葡萄糖，理论上a电极有0.4 mmol电子流入 D.两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a 11.(8分)通过电化学循环法可将H2S转化为H2SO4和H2(如图所示)。其中氧化过程发生如下两步反应：H2S+H2SO4===SO2↑+S↓+2H2O、S+O2===SO2。 (1)电极a上发生的电极反应为　　　　　　　。 (2)理论上1 mol H2S参加反应可产生H2的物质的量为　　　　。 12.(12分)直接乙醇燃料电池(DEFC)具有很多优点，现有以下三种乙醇燃料电池。 (1)分别写出酸性乙醇燃料电池中负、正极电极反应式：　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　。 (2)分别写出碱性乙醇燃料电池中负、正极电极反应式：　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　。 (3)分别写出熔融碳酸盐乙醇燃料电池中负、正极电极反应式：　　　　　　　　　　、　　　　。 学科网（北京）股份有限公司 $