第11讲 原电池（暑假培优讲义）新高二化学人教版

第11讲 原电池 内容导航 暑期启航·目标明确：暑期提前规划学习任务，明确阶段目标与提升路径 新知先修·体系构建：提前预习核心知识内容，梳理知识脉络，搭建完整框架 重点突破·方法培优：聚焦重难点知识突破，提炼解题思路，培养高效方法 典例精研·即时提升：精选典型例题深度讲解，掌握解题规律，实现即时提升 分层精练·培优拓展：基础巩固与培优拓展结合，分层训练提升综合应用能力 1.宏观辨识与微观探析：以锌铜原电池为例，从宏观和微观的角度，分析理解原电池的工作原理，能正确判断原电池的正极和负极，会书写其电极反应式。 2.变化观念与平衡思想：进一步理解化学能与电能的相互转化，认识从简单原电池发展到带有盐桥原电池的变化过程，并能理解带有盐桥原电池的实用性。 3.证据推理与模型认知：通过对常见化学电源的分析，建立对原电池过程系统认识的思维模型，提高对原电池本质的认识。 4.科学态度与社会责任：增强科技意识，不断研发新型电池，满足人类社会发展的需求。积极回收利用废旧电池，减少其对环境的污染。 重点01原电池的工作原理 一、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 的装置。 (2)构成条件： 2．实验探究：锌铜原电池的工作原理(含盐桥) 装置示意图 注：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶 现象 锌片逐渐溶解，铜片上有 物质生成，电流表指针发生偏转 能量转换 化学能转化为电能 微观探析 在硫酸锌溶液中，负极一端的Zn失去电子形成 进入溶液 在硫酸铜溶液中，正极一端的 获得电子变成Cu沉积在铜片上 电子或离子 移动方向 电子：负极流向正极 盐桥：Cl—移向 溶液，K＋移向 溶液 工作原理， 电极反应式 负极： (氧化反应) 正极： (还原反应) 总反应： 3．原电池工作原理示意图 【特别提醒】 (1)盐桥作用：离子通道，形成闭合回路。避免电极与电解质溶液直接反应，减少电流的衰减。 (2)原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。 【归纳总结】原电池的工作原理 二、原电池的应用 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 溶液， 与锌发生置换反应生成Cu，从而形成 微小原电池，加快产生H2的速率。 2．比较金属活动性强弱 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 。 (a)外电路 负极——化合价 的物质 正极——活泼性 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 三．设计原电池 理论上，任何一个 的 反应，都可以设计成原电池。 (1)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 (2)内电路：化合价降低的物质作 。 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 【方法技巧】 设计原电池时电解质溶液和电极材料的选择 (1)电解质溶液一般要能够与负极材料发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则烧杯中的电解质溶液应有与电极材料相同元素的阳离子。 (2)电池的电极材料必须能导电。 重点02 化学电源 一、化学电源概述　一次电池 1．化学电源概述 (1)化学电源的分类 是各种化学电源的雏形，常分为如下三类： ①一次电池：也叫做 ，放电后不可再充电的电池。 ②二次电池：又称 或 ，放电后可以再充电而反复使用的电池。 ③燃料电池：一种连续地将 和 的化学能直接转化为电能的化学电源。 (2)判断电池优劣的主要标准 ①比能量： 或 所能输出 的多少，单位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。 ②比功率： 或 所能输出 的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。 ③电池可储存时间的长短。 (3)化学电池的回收利用 使用后的废弃电池中含有大量的 、酸和碱等有害物质，随处丢弃会对生态环境和人体健康造成危害。废弃电池要进行 利用。 (4)化学电源的发展方向 小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐，如 电池、 电池等。 2．一次电池：锌锰干电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 示意图 构造 负极： 正极： 电解质溶液：氯化铵和氯化锌 负极反应物： 正极反应物： 电解质溶液： 工作原理 负极： 正极： 总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 负极： 正极： 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 二、二次电池 1．铅酸蓄电池 铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电过程表示如下： Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O (1)负极是 ，正极是 ，电解质溶液是 。 (2)放电反应原理 ①负极反应式是Pb＋SO－2e－===PbSO4 ； ②正极反应式是PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ； ③放电过程中，负极质量的变化是 ，H2SO4溶液的浓度 。 (3)充电反应原理 ①阴极(还原反应)反应式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ； ②阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ； ③充电时，铅蓄电池正极与直流电源 相连，负极与直流电源 相连。即“负极接负极，正极接正极”。 铅酸蓄电池的充电过程与其放电过程相反。 2．锂离子电池 电极 电极反应 负极 嵌锂石墨(LixCy)： 正极 钴酸锂(LiCoO2)： 总反应 LixCy＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋Cy 反应过程：放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向 ，嵌入钴酸锂晶体中，充电时，Li＋从 晶体中脱嵌，由 极回到 极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间完成化学能与电能的相互转化。 【方法技巧】 【归纳总结】化学电源电极反应式的书写 (1)根据电源总反应式或装置确定正、负极的反应物；原电池的正极大多数只起导电作用，而化学电源的正极材料得电子参与电极反应。 (2)根据电源总反应式的产物或装置中微粒的种类确定稳定的产物。特别注意溶液的酸碱性和离子共存问题。 (3)利用氧化还原配平方法配平电极反应式，运用原子守恒和电荷守恒进行检查。 三、燃料电池 1．燃料电池 燃料电池是一种连续地将 和 的化学能直接转化为 的化学电源。电极本身不包含 ，只是一个催化转化元件。 2．氢氧燃料电池 (1)基本构造 (2)工作原理 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 正极反应 总反应 2H2＋O2===2H2O 3.能量转换 所有的燃烧均为 反应，若能量以电的形式向外释放，则形成燃料电池，所以燃料电池的总方程式类似燃烧的总方程式，条件不同。 理论上来说，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，所以燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等气体或液体，且能量转化率超高。 4．燃料电池电极反应式的书写方法 负极为燃料失电子发生氧化反应。 正极为O2得电子发生还原反应。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法： 第一步：确定生成物 CH4 第二步：确定电子转移和变价元素原子守恒 H4－8e－―→O＋H2O； 第三步：依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； 第四步：依据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 【方法技巧】 【归纳总结】常见燃料电池 (1)H2、CH4、N2H4、CH3OH、NH3、煤气等均可作为燃料电池的燃料。 (2)电解液可以是酸(如H2SO4)、碱(如KOH)也可以是熔融盐(如Li2CO3-Na2CO3混合物)。 (3)燃料电池电极反应式的书写与电解质溶液有密切关系，酸性溶液中电极反应式不能出现OH－，碱性溶液中电极反应式不能出现H＋ 四、新型化学电源 1．常见考查方向 ①电极的判断，②电子或电流的流向，③溶液中离子的流向，④电极的反应类型，⑤pH的变化，⑥电子的转移数目，⑦电极反应式的书写。 2．正、负极的判断 (1)根据装置图判断：①电子流向或电流流向，②电解质溶液中离子流向，③加入或生成物质的化合价变化。 (2)根据总方程式判断：根据化合价变化，化合价升高的为负极，化合价降低的为正极。 3．电极反应式的书写 (1)放电时电极反应式的书写 根据电极反应中化合价变化的物质，找出反应物和生成物，然后利用氧化还原反应的配平方法，写出电极反应式。 (2)充电时的电极反应式，利用放电时电极反应的逆方向书写。 4．常见新型化学电源类型 (1)新型燃料电池，如肼、Li­Cu空气电池、有机物等。 (2)新型熔融盐电池。 (3)新型元素形成的电池，如B、V。 (4)浓差电池。 考向01 原电池的工作原理 【典例01】（25-26高二下·吉林通化·开学考试）关于原电池的说法正确的是 A．原电池是将电能转化为化学能的装置 B．负极发生还原反应，正极发生氧化反应 C．构成原电池的两个电极必须是不同的金属 D．原电池的工作原理是氧化还原反应中的电子转移 【即时提升1-1】（25-26高二上·江苏连云港·阶段检测）某原电池结构如图所示。下列有关该原电池的说法不正确的是 A．Zn为负极 B．Cu表面有气泡产生 C．电子由Cu经导线流向Zn D．该装置可将化学能转化为电能 【即时提升1-2】．（25-26高二上·上海·阶段检测）1836年丹尼尔发明了世界上第一个实用电池，下图是实验室模拟原电池原理组装的丹尼尔电池，盐桥中装有饱和KCl溶液的琼脂，回答下列问题。 (1)上图装置中能量的转化形式为___________能转化为___________能； (2)当该原电池开始工作时，盐桥中的的移动方向是___________(请在下列选项中选择)。 A．流向硫酸锌溶液        B．流向硫酸铜溶液 (3)该原电池的正极电极反应式为___________，当电路中转移时，锌片溶解的质量为___________g。 考向02 化学电源 【典例02】（25-26高二下·山西朔州·阶段检测）化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法错误的是 A．甲：电池工作时，向电极移动 B．乙：正极反应式为 C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性增强 【即时提升2-1】（25-26高二上·福建宁德·期中）化学电源在生活中应用广泛。下列说法错误的是 图Ⅰ酸性锌锰电池 图Ⅱ碱性锌锰电池 图Ⅲ氢氧燃料电池 图Ⅳ银锌纽扣电池 A．图Ⅰ和图Ⅱ中的负极反应式相同 B．图Ⅰ和图Ⅱ比较，酸性锌锰电池易发生自放电而导致存放时间较短 C．图Ⅲ：通氢气的一极为负极 D．图Ⅳ：溶液中向负极移动，向正极移动 【即时提升2-2】（25-26高二上·吉林四平·阶段检测）化学电池在日常生活中有着广泛的应用。回答下列问题： (1)下列相关说法正确的是___________(填字母)。 A．单位质量或单位体积所能输出能量的多少，可以作为判断该电池的优劣的指标之一 B．二次电池又称充电电池或蓄电池，这类电池可无限次重复使用 C．电能属于一次能源 D．原电池正极和负极必须是金属 (2)纯电动车采用了高效耐用的新型可充电电池，该电池的总反应式为。 ①该电池放电时负极的电极反应式为___________。 ②如图所示是一种锌—空气电池，适宜用作城市电动车的动力电源。该电池放电时Zn转化为[电极反应]。每转移0.1mol电子，消耗标准状况下空气的体积为___________L(假设占空气体积的)，溶液pH___________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)利用电池原理治理各种污染是科研工作人员致力研究的重要课题之一：硫化氢是一种具有臭鸡蛋气味的有毒气体，我国在太阳能光电催化—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。 ①a极名称为___________，b极电极反应式为___________。 ②气体去除的原理为___________(语言叙述)。 基础巩固 1．（25-26高二上·广东·期末）将汽车尾气(、)转化为的装置原理如图所示(两电极均为惰性电极)，该装置工作时，下列说法正确的是 A．能量转化形式主要为电能转化为化学能 B．R电极上的反应式为 C．M电极上发生氧化反应，得到电子 D．电解质溶液中的由右侧往左侧迁移 2．（25-26高二上·天津和平·期末）根据乙醇在酸性电解质溶液中与氧气生成二氧化碳和水的反应，设计一种燃料电池。该燃料电池工作时，负极上发生的反应为 A．CH3CH2OH+2O2-4e-=H2O+2CO2+4H+ B．O2+4H++4e-=2H2O C．CH3CH2OH-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+ D．4OH--4e-=O2↑+2H2O 3．（25-26高二上·四川凉山·期末）我国科研工作者设计了一种Mg-海水电池驱动海水()电解系统(如图所示)。在电池和电解池中同时产生氢气。下列关于该系统的说法错误的是 A．在外电路中，电子从电极3流向电极2 B．电极3的反应为 C．理论上每通过2 mol电子，共产生 D．若用铅酸蓄电池代替左侧装置驱动海水电解，电极4应与Pb电极相连 4．（25-26高二上·新疆巴州·期末）碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法错误的是 A．电池工作时，Zn发生氧化反应 B．电池工作时，通过隔膜向负极移动 C．环境温度过低，不利于电池放电 D．反应中每生成88 g MnO(OH)，转移电子数为2×6.02×1023 5．（25-26高二上·辽宁·期末）化学电源在生活中应用广泛，各种电池的示意图如下。下列有关说法正确的是 甲：碱性锌锰电池 乙：锌银纽扣电池 丙：铅酸蓄电池 丁：锂电池 A．图甲中：该电池为一次电池，的作用是催化剂 B．图乙中：负极的电极反应式为 C．图丙中：铅酸蓄电池放电时负极板的质量增加，正极板的质量减小 D．图丁中：锂电池放电时，向多孔碳材料一极移动 6．（2025高二上·江苏南通·学业考试）我国科学家发明的一种可控锂水电池的工作原理如图所示，电池工作时的总反应为：。下列关于该电池工作时的说法不正确的是 A．该装置可将化学能转化为电能 B．石墨是该电池的正极 C．发生还原反应 D．电子由锂有机电解质固体电解质水溶液石墨 7．（25-26高二上·黑龙江绥化·期末）如图是某同学设计的原电池装置。下列叙述中不正确的是 A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的正极 B．电极Ⅱ发生的反应式为：Cu-2e-=Cu2+ C．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其中移向溶液 D．该原电池的总反应为： 8．（25-26高二上·甘肃庆阳·期末）某学生设计并制作了一个水果电池，结构如图所示。下列说法正确的是 A．电池工作结束后柠檬的酸性减弱 B．铜片作正极，发生氧化反应 C．电池工作时，电子从锌片经柠檬流向铜片 D．该装置只实现了化学能转化为电能 9．（25-26高二下·江苏·阶段检测）微生物法可将高浓度苯酚废水和高浓度酸性NO废水的化学能直接转化为电能，装置如图所示。电池工作时，下列说法正确的是 A．a极的电极反应式为 B．通过离子交换膜向左室移动 C．一段时间后，右室的溶液pH增大 D．用电器流过时，b电极产生 10．（25-26高二下·江苏南京·阶段检测）某乙烯燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．放电时，电子由电极经外电路流向电极 B．电极的电极反应式为 C．当有通过质子交换膜时，电极表面理论上消耗的体积为 D．验证生成的操作：取反应后的左室溶液，加入银氨溶液，水浴加热，观察现象 11．（25-26高二下·云南昭通·阶段检测）海底沉积层微生物燃料是一种新型海洋可再生能源，用该燃料设计的原电池产电原理如图所示。下列说法正确的是 A．有机物在微生物作用下发生了还原反应 B．海底沉积层产生的通过海水向a极移动 C．a极的电极反应式为 D．理论上海底沉积层中消耗，则极消耗 12．（25-26高二下·江苏盐城·阶段检测）化学电源在日常生活和高科技领域都有广泛应用。下列说法不正确的是 A．图甲：锂电池放电时，电解质中Li+向锂电极迁移 B．图乙：正极的电极反应式为：Ag2O + 2e- + H2O = 2Ag + 2OH- C．图丙：使用一段时间后，锌筒会变薄 D．图丁：充电时，每消耗2 mol PbSO4，转移电子数为 13．（25-26高二下·河北石家庄·期中）海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造装置如图所示。该装置工作时，下列说法错误的是 A．M电极上的电极反应式为 B．N电极上发生还原反应 C．电子流动方向为M→用电器→N→海水→玻璃陶瓷→隔膜→M D．能量的转化形式主要是化学能转化为电能 14．（25-26高二下·山东·课前预习）某种聚合物锂离子电池放电时的反应为，其电池如图所示。 (1)放电过程 ①放电时，两极材料分别是什么_______？ ②电池放电前后两极材料在成分上分别发生了什么变化_______？ ③放电过程电池中移动的阳离子是什么_______？向哪个方向移动_______？ (2)充电过程 ①电池充电过程中该电池的两极与外电源的两极如何连接_______？ ②充电前后电池的两极材料发生了哪些变化_______？ (3)从上述可以看出，该电池在选择电解质溶液时有什么要求_______？ (4)结合上述分析，试仅从物质变化角度来分析两极材料在成分上的变化_______。 15．（25-26高二上·天津静海·阶段检测）电化学技术在处理污染气体领域的应用广泛。 (1)利用反应构成电池的方法，能实现有效消除氮氧化物的排放，装置如图所示。写出电极B的电极反应为______。 (2)以含废气为原料，用电化学法制硫酸。装置如图所示，写出负极电极反应式______。 (3)镍镉电池是二次电池，电解质为KOH溶液，总反应：，写出放电时的负极反应式______。 (4)以Al和为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时转化为，写出负极电极反应式______。 培优拓展 16．（25-26高二下·江苏扬州·阶段检测）一种高容量水系电池如图，以酸性MnSO4溶液作电解质，放电时，电极Ⅱ上MnO2减少。下列说法正确的是 A．充电时电极Ⅰ发生氧化反应 B．放电时Ⅱ极室中溶液的pH降低 C．放电时电子由电极Ⅱ经外电路流向电极Ⅰ D．理论上充电时每转移2 mol e-电极Ⅰ质量增加55 g 17．（25-26高二下·湖南郴州·期中）25℃时，将的稀溶液与的稀硫酸充分反应。已知，且。下列说法错误的是(忽略混合溶液体积和温度的变化) A．理论上，该反应不能设计成原电池 B．充分反应后所得混合溶液中： C．该反应的离子方程式为 D．往充分反应后所得溶液中滴入适量的溶液，并微热，产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝 18．（25-26高二下·广东深圳·期中）我国科研工作者建立了一种新型双功能辅助Li—N2电池系统，总反应为：6Li+N2=2Li3N，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．Li电极为电池的正极 B．光电电极中N2发生氧化反应 C．该电池工作时Li+从左往右迁移 D．该电池实现了电能转化为化学能 19．（25-26高二下·河南许昌·期中）火星探测器采用电池供电，该电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．通过离子交换膜向Li电极移动 B．催化电极上的还原产物和无机碳可吸附，减小电阻 C．可采用含的水溶液作电解质溶液 D．若将装置中的Li电极改为Na电极，电池的比能量降低 20．（25-26高二下·河南郑州·期中）科学家发明了一种生物质燃料电池，工作原理如图所示，以两种不同的多金属含氧酸盐(POM)作电解质溶液，左槽充满POM①和生物质(成分是纤维素)，右槽持续通入氧气，电池在光照下就可以放电。下列说法错误的是 A．左侧电极电势低于右侧电极电势 B．， C．交换膜为质子交换膜，且随着反应进行，交换膜右侧溶液降低 D．消耗生物质的同时，理论上有标准状况下参与反应 21．（25-26高二下·陕西西安·期中）用热再生氨电池处理含电镀废液的装置如图。该装置由电池部分和热再生部分组成：电池部分中，a极室为混合液，b极室为溶液；热再生部分加热a极室流出液，使分解。下列说法错误的是 A．电池部分能产生电流的直接驱动力是结合，导致两极区产生浓度差 B．电池部分的总反应为 C．装置中的离子交换膜为阳离子交换膜 D．外电路通过时，理论上两电极质量变化相差128 g 22．（25-26高二上·黑龙江哈尔滨·期末）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，则下列说法正确的是 A．负极反应的催化剂为ⅰ B．该电池的正极反应方程式为 C．电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变 D．电极Ⅰ和电极Ⅱ上的气体完成一次催化循环转移的电子数相同 23．（25-26高三下·河南郑州·阶段检测）近日，我国科学家成功研发出新型氢负离子原电池，其利用氢负离子的移动来存储和释放能量，放电时总反应方程式为：。 下列说法错误的是 A．电流方向：CeH2→固态电解质→NaAlH4→导线→CeH2 B．该装置存储能量时，H-由NaAlH4电极移向CeH2电极 C．放电时，正极的电极反应式为 D．理论上，当有1mol CeH3生成时，两极的质量变化差值为2 g 24．（25-26高二上·河北廊坊·期末）电化学原理在生产、生活、科学研究中有重要的应用。 I．2025年诺贝尔化学奖授予了三位科学家，表彰他们在开发金属有机框架材料方面的开创性工作。其中一种MOF-2D材料Cu-BHT，能够高效、高选择性的将CO2催化还原为HCOOH，反应原理如图所示，已知双极膜可将H2O解离为H+和OH-。 (1)放电时，Zn电极为___________极，电极反应式为___________。 (2)充电时，OH-由双极膜移向___________电极(填“Zn”“Cu-BHT”)。 (3)当外电路通过1 mol电子时，双极膜中解离H2O的物质的量为___________mol。 (4)Cu-BHT电极得到4.6 g HCOOH时，理论上电路中转移的电子数为___________。 Ⅱ．汽车尾气中含有大量的氮氧化物，为减少汽车尾气的污染，应逐步向新能源汽车方向发展。其中肼—空气燃料电池是一种碱性电池，无污染、能量高，其工作原理如图所示。 (5)该燃料电池中正极通入的物质是___________，负极上的电极反应式为___________。 (6)电池工作时，负极区溶液pH___________(填“增大”“不变”“减小”)。 25．（25-26高二上·河南南阳·期末）工业上运用电化学的原理能有效地帮助我们研究物质的性质和帮助我们节约资源、保护环境。回答下列问题： (1)某原电池装置初始状态如图1所示： 交换膜两侧的溶液体积均为2 L，正极的电极反应为_______，当电路中转移2 mol电子时，交换膜右侧溶液中_______(忽略溶液体积变化和溶于水)。 (2)利用电化学原理去除天然气中的，总反应为，装置如图2所示： ①装置中NaCl溶液的作用是_______。 ②一段时间后，电流减小，单位时间内的去除率降低，除了生成的FeS附着在铁碳填料表面，使负极表面积减小，去除率降低，还可能的原因是_______。 (3)我国科学家设计出一种微生物脱盐电池，实现了同时产电脱盐并去除污水，其工作原理如图3所示： ①该电池的负极反应式为_______。 ②离子交换膜1是_______(填“阴”或“阳”，下同)离子交换膜，离子交换膜2是_______离子交换膜。 ③当III室消耗1.12 L(标准状况下)氧气时，理论上II室可脱去_______mol NaCl。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第11讲 原电池 内容导航 暑期启航·目标明确：暑期提前规划学习任务，明确阶段目标与提升路径 新知先修·体系构建：提前预习核心知识内容，梳理知识脉络，搭建完整框架 重点突破·方法培优：聚焦重难点知识突破，提炼解题思路，培养高效方法 典例精研·即时提升：精选典型例题深度讲解，掌握解题规律，实现即时提升 分层精练·培优拓展：基础巩固与培优拓展结合，分层训练提升综合应用能力 1.宏观辨识与微观探析：以锌铜原电池为例，从宏观和微观的角度，分析理解原电池的工作原理，能正确判断原电池的正极和负极，会书写其电极反应式。 2.变化观念与平衡思想：进一步理解化学能与电能的相互转化，认识从简单原电池发展到带有盐桥原电池的变化过程，并能理解带有盐桥原电池的实用性。 3.证据推理与模型认知：通过对常见化学电源的分析，建立对原电池过程系统认识的思维模型，提高对原电池本质的认识。 4.科学态度与社会责任：增强科技意识，不断研发新型电池，满足人类社会发展的需求。积极回收利用废旧电池，减少其对环境的污染。 重点01原电池的工作原理 一、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：锌铜原电池的工作原理(含盐桥) 装置示意图 注：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶 现象 锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，电流表指针发生偏转 能量转换 化学能转化为电能 微观探析 在硫酸锌溶液中，负极一端的Zn失去电子形成 Zn2＋进入溶液 在硫酸铜溶液中，正极一端的Cu2＋获得电子变成Cu沉积在铜片上 电子或离子 移动方向 电子：负极流向正极 盐桥：Cl—移向 ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液 工作原理， 电极反应式 负极：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应) 正极： Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应) 总反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 3．原电池工作原理示意图 【特别提醒】 (1)盐桥作用：离子通道，形成闭合回路。避免电极与电解质溶液直接反应，减少电流的衰减。 (2)原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。 【归纳总结】原电池的工作原理 二、原电池的应用 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， 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 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 三．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。 (1)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 (2)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 【方法技巧】 设计原电池时电解质溶液和电极材料的选择 (1)电解质溶液一般要能够与负极材料发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则烧杯中的电解质溶液应有与电极材料相同元素的阳离子。 (2)电池的电极材料必须能导电。 重点02 化学电源 一、化学电源概述　一次电池 1．化学电源概述 (1)化学电源的分类 原电池是各种化学电源的雏形，常分为如下三类： ①一次电池：也叫做干电池，放电后不可再充电的电池。 ②二次电池：又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电而反复使用的电池。 ③燃料电池：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。 (2)判断电池优劣的主要标准 ①比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。 ②比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。 ③电池可储存时间的长短。 (3)化学电池的回收利用 使用后的废弃电池中含有大量的重金属、酸和碱等有害物质，随处丢弃会对生态环境和人体健康造成危害。废弃电池要进行回收利用。 (4)化学电源的发展方向 小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐，如镍氢电池、锂离子电池等。 2．一次电池：锌锰干电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 示意图 构造 负极：锌筒 正极：石墨棒 电解质溶液：氯化铵和氯化锌 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－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋ 正极：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH) 总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 二、二次电池 1．铅酸蓄电池 铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电过程表示如下： Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O (1)负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是H2SO4溶液。 (2)放电反应原理 ①负极反应式是Pb＋SO－2e－===PbSO4 ； ②正极反应式是PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ； ③放电过程中，负极质量的变化是增大，H2SO4溶液的浓度减小。 (3)充电反应原理 ①阴极(还原反应)反应式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ； ②阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ； ③充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。即“负极接负极，正极接正极”。 铅酸蓄电池的充电过程与其放电过程相反。 2．锂离子电池 电极 电极反应 负极 嵌锂石墨(LixCy)：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy 正极 钴酸锂(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 总反应 LixCy＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋Cy 反应过程：放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中，充电时，Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间完成化学能与电能的相互转化。 【方法技巧】 【归纳总结】化学电源电极反应式的书写 (1)根据电源总反应式或装置确定正、负极的反应物；原电池的正极大多数只起导电作用，而化学电源的正极材料得电子参与电极反应。 (2)根据电源总反应式的产物或装置中微粒的种类确定稳定的产物。特别注意溶液的酸碱性和离子共存问题。 (3)利用氧化还原配平方法配平电极反应式，运用原子守恒和电荷守恒进行检查。 三、燃料电池 1．燃料电池 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。电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。 2．氢氧燃料电池 (1)基本构造 (2)工作原理 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 2H2－4e－===4H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正极反应 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 2H2＋O2===2H2O 3.能量转换 所有的燃烧均为放热反应，若能量以电的形式向外释放，则形成燃料电池，所以燃料电池的总方程式类似燃烧的总方程式，条件不同。 理论上来说，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，所以燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等气体或液体，且能量转化率超高。 4．燃料电池电极反应式的书写方法 负极为燃料失电子发生氧化反应。 正极为O2得电子发生还原反应。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法： 第一步：确定生成物 CH4 第二步：确定电子转移和变价元素原子守恒 H4－8e－―→O＋H2O； 第三步：依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； 第四步：依据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 【方法技巧】 【归纳总结】常见燃料电池 (1)H2、CH4、N2H4、CH3OH、NH3、煤气等均可作为燃料电池的燃料。 (2)电解液可以是酸(如H2SO4)、碱(如KOH)也可以是熔融盐(如Li2CO3-Na2CO3混合物)。 (3)燃料电池电极反应式的书写与电解质溶液有密切关系，酸性溶液中电极反应式不能出现OH－，碱性溶液中电极反应式不能出现H＋ 四、新型化学电源 1．常见考查方向 ①电极的判断，②电子或电流的流向，③溶液中离子的流向，④电极的反应类型，⑤pH的变化，⑥电子的转移数目，⑦电极反应式的书写。 2．正、负极的判断 (1)根据装置图判断：①电子流向或电流流向，②电解质溶液中离子流向，③加入或生成物质的化合价变化。 (2)根据总方程式判断：根据化合价变化，化合价升高的为负极，化合价降低的为正极。 3．电极反应式的书写 (1)放电时电极反应式的书写 根据电极反应中化合价变化的物质，找出反应物和生成物，然后利用氧化还原反应的配平方法，写出电极反应式。 (2)充电时的电极反应式，利用放电时电极反应的逆方向书写。 4．常见新型化学电源类型 (1)新型燃料电池，如肼、Li­Cu空气电池、有机物等。 (2)新型熔融盐电池。 (3)新型元素形成的电池，如B、V。 (4)浓差电池。 考向01 原电池的工作原理 【典例01】（25-26高二下·吉林通化·开学考试）关于原电池的说法正确的是 A．原电池是将电能转化为化学能的装置 B．负极发生还原反应，正极发生氧化反应 C．构成原电池的两个电极必须是不同的金属 D．原电池的工作原理是氧化还原反应中的电子转移 【答案】D 【详解】A．原电池是将化学能转化为电能的装置，A错误； B．原电池中负极失去电子，发生氧化反应，正极得到电子，发生还原反应，选项描述颠倒，B错误； C．构成原电池的两个电极不一定是不同的金属，也可以是金属和导电非金属（如石墨），燃料电池也可使用两个相同的惰性电极，C错误； D．原电池将氧化还原反应的两个半反应分开在两极进行，通过外电路转移电子形成电流，工作原理本质是氧化还原反应中的电子转移，D正确； 故答案选D。 【即时提升1-1】（25-26高二上·江苏连云港·阶段检测）某原电池结构如图所示。下列有关该原电池的说法不正确的是 A．Zn为负极 B．Cu表面有气泡产生 C．电子由Cu经导线流向Zn D．该装置可将化学能转化为电能 【答案】C 【分析】锌与硫酸自发发生氧化还原反应，故Zn为负极，Cu为正极，硫酸为电解质溶液。 【详解】A．根据分析可知，Zn为负极，A正确； B．Cu为正极，正极上得电子生成，因此Cu表面有气泡产生，B正确； C．电子由负极经导线流向正极，Zn为负极，Cu为正极，电子应从Zn经导线流向Cu，C错误； D．原电池是将化学能转化为电能的装置，该装置符合原电池构成条件，D正确； 故答案为C。 【即时提升1-2】．（25-26高二上·上海·阶段检测）1836年丹尼尔发明了世界上第一个实用电池，下图是实验室模拟原电池原理组装的丹尼尔电池，盐桥中装有饱和KCl溶液的琼脂，回答下列问题。 (1)上图装置中能量的转化形式为___________能转化为___________能； (2)当该原电池开始工作时，盐桥中的的移动方向是___________(请在下列选项中选择)。 A．流向硫酸锌溶液        B．流向硫酸铜溶液 (3)该原电池的正极电极反应式为___________，当电路中转移时，锌片溶解的质量为___________g。 【答案】(1) 化学 电 (2)A (3) 6.5 【详解】（1）该装置为原电池，能把化学能转化为电能的装置。 （2）原电池总反应为，Zn比Cu活泼，Zn作负极，发生失电子、氧化反应，Cu作正极，正极发生得电子、还原反应，电子由负极沿导线移向正极，盐桥中的阴离子移向负极，即Zn电极硫酸锌溶液，盐桥中的阳离子移向正极，即Cu电极硫酸铜溶液；故答案为：A。 （3）Cu作正极，正极发生得电子、还原反应，电极反应式为；根据负极电极反应式，当电路中转移时，溶解的锌片物质的量为，质量为。 考向02 化学电源 【典例02】（25-26高二下·山西朔州·阶段检测）化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法错误的是 A．甲：电池工作时，向电极移动 B．乙：正极反应式为 C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性增强 【答案】D 【详解】A．甲为锌铜原电池，Zn为负极，Cu为正极，原电池工作时阳离子向正极移动，故向电极移动，A正确； B．乙为银锌纽扣电池，电解质为溶液，正极得电子被还原为，同时生成，电极反应式为，B正确； C．丙为锌锰干电池，锌筒作负极，发生失电子的氧化反应，锌逐渐溶解，故锌筒会变薄，C正确； D．丁为铅蓄电池，放电时总反应为，使用过程中被消耗且生成水，导致溶液中浓度降低，电解质溶液的酸性减弱，D错误； 故选D。 【即时提升2-1】（25-26高二上·福建宁德·期中）化学电源在生活中应用广泛。下列说法错误的是 图Ⅰ酸性锌锰电池 图Ⅱ碱性锌锰电池 图Ⅲ氢氧燃料电池 图Ⅳ银锌纽扣电池 A．图Ⅰ和图Ⅱ中的负极反应式相同 B．图Ⅰ和图Ⅱ比较，酸性锌锰电池易发生自放电而导致存放时间较短 C．图Ⅲ：通氢气的一极为负极 D．图Ⅳ：溶液中向负极移动，向正极移动 【答案】A 【详解】A．图Ⅰ酸性锌锰电池的负极反应式为：Zn-2e-=Zn2+，图Ⅱ碱性锌锰电池的负极反应式为：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2，不相同，A错误； B．酸性锌锰电池中酸性介质对金属Zn有腐蚀，存放时间短，B正确； C．图Ⅲ通氢气的一极为负极，发生氧化反应，C正确； D．图Ⅳ银锌纽扣电池，溶液中OH-(阴离子)向负极移动，K+(阳离子)向正极移动，D正确； 故选A。 【即时提升2-2】（25-26高二上·吉林四平·阶段检测）化学电池在日常生活中有着广泛的应用。回答下列问题： (1)下列相关说法正确的是___________(填字母)。 A．单位质量或单位体积所能输出能量的多少，可以作为判断该电池的优劣的指标之一 B．二次电池又称充电电池或蓄电池，这类电池可无限次重复使用 C．电能属于一次能源 D．原电池正极和负极必须是金属 (2)纯电动车采用了高效耐用的新型可充电电池，该电池的总反应式为。 ①该电池放电时负极的电极反应式为___________。 ②如图所示是一种锌—空气电池，适宜用作城市电动车的动力电源。该电池放电时Zn转化为[电极反应]。每转移0.1mol电子，消耗标准状况下空气的体积为___________L(假设占空气体积的)，溶液pH___________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)利用电池原理治理各种污染是科研工作人员致力研究的重要课题之一：硫化氢是一种具有臭鸡蛋气味的有毒气体，我国在太阳能光电催化—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。 ①a极名称为___________，b极电极反应式为___________。 ②气体去除的原理为___________(语言叙述)。 【答案】(1)A (2) Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 2.8 减小 (3) 负极 2H++2e-=H2↑ Fe2+失去电子转化为Fe3+，Fe3+氧化H2S生成S单质而除去 【详解】（1）A．电池单位质量或单位体积所能输出能量的多少即为比能量，它反映了电池在单位质量或单位体积下所能输出的能量，比能量是衡量电池性能的重要指标之一，故A正确； B．二次电池可以多次使用，随着使用，电极和电解质溶液消耗，不能无限次重复使用，故B错误； C．一次能源是直接来自自然界而未经加工转换的能源，二次能源是由一次能源直接或间接转换而来的能源，电能属于二次能源，故C错误； D．原电池的正极和负极可以是两种活动性不同的金属，也可以一种是金属，一种为非金属，如石墨，故D错误； 故答案为：A； （2）①该电池放电时负极为锌失电子生成Zn(OH)2，电极反应式为：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2； ②放电时Zn转化为，可得Zn失去电子，发生氧化反应，为负极，石墨为正极，正极反应式为：，电路中流过0.1mol电子时，消耗O2的物质的量为0.025mol，则消耗标准状况下O2的体积为0.56L，假设O2占空气体积的，则消耗标准状况下空气的体积为=2.8L，每转移0.1mol电子，正极将产生0.1mol OH-，负极电极反应式：，可知，负极将消耗0.2mol OH-，因此溶液中c(OH-)减小，pH减小； （3）①电子从a极出发，故a极为负极，电极反应式为 Fe2+-e-=Fe3+；b极为正极，电极反应式为2H++2e-=H2↑； ②除去H2S的过程涉及两个反应步骤，第一步Fe2+在电极上发生反应Fe2+-e-=Fe3+；第二步，生成的Fe3+氧化硫化氢生成硫单质。 基础巩固 1．（25-26高二上·广东·期末）将汽车尾气(、)转化为的装置原理如图所示(两电极均为惰性电极)，该装置工作时，下列说法正确的是 A．能量转化形式主要为电能转化为化学能 B．R电极上的反应式为 C．M电极上发生氧化反应，得到电子 D．电解质溶液中的由右侧往左侧迁移 【答案】B 【分析】由题意，、失去电子发生氧化反应转化为，M为负极；R极氧气得到电子发生还原反应，R为正极； 【详解】A．能量转化形式主要为化学能转化为电能，A错误； B．R电极上氧气得到电子发生还原反应，反应式为，B正确； C．M电极上发生氧化反应，失去电子，C错误； D．原电池电解质溶液中的阳离子由负极移向正极，故由左侧往右侧迁移，D错误； 故选B。 2．（25-26高二上·天津和平·期末）根据乙醇在酸性电解质溶液中与氧气生成二氧化碳和水的反应，设计一种燃料电池。该燃料电池工作时，负极上发生的反应为 A．CH3CH2OH+2O2-4e-=H2O+2CO2+4H+ B．O2+4H++4e-=2H2O C．CH3CH2OH-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+ D．4OH--4e-=O2↑+2H2O 【答案】C 【详解】乙醇在酸性条件下被氧化为二氧化碳，负极发生氧化反应，所以负极的电极反应式为正确选项C修改为“，故选C。 3．（25-26高二上·四川凉山·期末）我国科研工作者设计了一种Mg-海水电池驱动海水()电解系统(如图所示)。在电池和电解池中同时产生氢气。下列关于该系统的说法错误的是 A．在外电路中，电子从电极3流向电极2 B．电极3的反应为 C．理论上每通过2 mol电子，共产生 D．若用铅酸蓄电池代替左侧装置驱动海水电解，电极4应与Pb电极相连 【答案】C 【详解】A．外电路中，电子从电解池阳极（电极3）流向原电池正极（电极2），A正确； B．电极3为电解池阳极，海水呈碱性（pH=8.2），阳极发生氧化反应，可能为OH⁻放电：4OH⁻-4e⁻=O2↑+2H2O，B正确； C．原电池正极（电极2）反应：2H2O+2e⁻=H2↑+2OH⁻，每2mol电子生成1mol H2；电解池阴极（电极4）反应：2H2O+2e⁻=H2↑+2OH⁻，每2mol电子也生成1mol H2。理论上每通过2mol电子，共产生2mol H2，C错误； D．铅酸蓄电池放电时Pb为负极，电解池阴极（电极4）需连接电源负极，故电极4应与Pb电极相连，D正确； 故选C。 4．（25-26高二上·新疆巴州·期末）碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法错误的是 A．电池工作时，Zn发生氧化反应 B．电池工作时，通过隔膜向负极移动 C．环境温度过低，不利于电池放电 D．反应中每生成88 g MnO(OH)，转移电子数为2×6.02×1023 【答案】D 【分析】根据总反应式可知，Zn为负极，电极反应式为：，MnO2为正极，电极反应式为：； 【详解】A．电池工作时，Zn为负极，失去电子，发生氧化反应，A正确； B．电池工作时，阴离子向负极移动，则通过隔膜向负极移动，B正确； C．环境温度过低，化学反应速率下降，不利于电池放电，C正确； D．根据正极反应式，反应中每生成88 g MnO(OH)（物质的量为1 mol），转移1 mol电子，即电子数为6.02×1023，D错误； 故答案选D。 5．（25-26高二上·辽宁·期末）化学电源在生活中应用广泛，各种电池的示意图如下。下列有关说法正确的是 甲：碱性锌锰电池 乙：锌银纽扣电池 丙：铅酸蓄电池 丁：锂电池 A．图甲中：该电池为一次电池，的作用是催化剂 B．图乙中：负极的电极反应式为 C．图丙中：铅酸蓄电池放电时负极板的质量增加，正极板的质量减小 D．图丁中：锂电池放电时，向多孔碳材料一极移动 【答案】D 【详解】A．碱性锌锰电池为一次电池，锌作负极，失去电子发生氧化反应，作正极，得到电子，不是催化剂，A错误； B．图乙纽扣电池中，锌作负极失去电子发生氧化反应，碱性条件下生成氢氧化锌，而不是锌离子，B错误； C．铅酸蓄电池放电时铅电极和二氧化铅电极反应均生成硫酸铅，两极质量均增加，C错误； D．锂电池放电时，锂作负极，失去电子发生氧化反应生成锂离子，氧气在正极（多孔碳材料）发生还原反应得到电子，阳离子移向正极（多孔碳材料），D正确； 故选D。 6．（2025高二上·江苏南通·学业考试）我国科学家发明的一种可控锂水电池的工作原理如图所示，电池工作时的总反应为：。下列关于该电池工作时的说法不正确的是 A．该装置可将化学能转化为电能 B．石墨是该电池的正极 C．发生还原反应 D．电子由锂有机电解质固体电解质水溶液石墨 【答案】D 【分析】Li是活泼金属，锂失去电子发生氧化反应，锂是负极、石墨是正极，水在正极得电子发生还原反应生成氢气。 【详解】A．该装置为原电池装置，可将化学能转化为电能，故A正确； B．由分析，石墨是该电池的正极，故B正确； C．水在正极得电子发生还原反应生成氢气，故C正确； D．原电池中电子不能通过电解质溶液，故D错误； 故选D。 7．（25-26高二上·黑龙江绥化·期末）如图是某同学设计的原电池装置。下列叙述中不正确的是 A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的正极 B．电极Ⅱ发生的反应式为：Cu-2e-=Cu2+ C．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其中移向溶液 D．该原电池的总反应为： 【答案】C 【分析】据图可知，原电池的总反应为，负极失电子，发生氧化反应，电极反应式为，正极得电子，发生还原反应，电极反应式为；据此作答。 【详解】A．依据分析，电极Ⅰ为正极，发生还原反应，A正确； B．电极Ⅱ为负极，电极反应式为，B正确； C．原电池中盐桥的作用是连通电路，平衡电荷；盐桥中的阴离子移向负极，阳离子移向正极，则K+移向FeCl3溶液，C错误； D．该电池的总反应为，D正确； 故答案选C。 8．（25-26高二上·甘肃庆阳·期末）某学生设计并制作了一个水果电池，结构如图所示。下列说法正确的是 A．电池工作结束后柠檬的酸性减弱 B．铜片作正极，发生氧化反应 C．电池工作时，电子从锌片经柠檬流向铜片 D．该装置只实现了化学能转化为电能 【答案】A 【分析】相对活泼金属作负极，则水果电池中锌片为负极，铜片为正极，柠檬中的酸为电解质，据此解答。 【详解】A．电池的总反应是锌和柠檬中的酸反应，即酸被消耗，则电池工作结束后柠檬的酸性减弱，A正确； B．铜为正极，发生还原反应，B错误； C．锌片为负极，铜片为正极，电池工作时，电子从锌片经导线流向铜片，C错误； D．该装置中实现了化学能转化为电能，电能转化为光能，D错误； 故选A。 9．（25-26高二下·江苏·阶段检测）微生物法可将高浓度苯酚废水和高浓度酸性NO废水的化学能直接转化为电能，装置如图所示。电池工作时，下列说法正确的是 A．a极的电极反应式为 B．通过离子交换膜向左室移动 C．一段时间后，右室的溶液pH增大 D．用电器流过时，b电极产生 【答案】C 【分析】a电极：图示表明，高浓度的含苯酚废水在a电极处反应后，生成了。在这个过程中，碳元素的化合价升高，发生氧化反应。在原电池中，发生氧化反应的电极是负极。b电极：图示表明，高浓度的废水在b电极处反应后，生成了。在这个过程中，氮元素的化合价从+5价降低到0价，发生还原反应。在原电池中，发生还原反应的电极是正极。 【详解】A．由分析可知，a极为负极，苯酚发生失电子的氧化反应生成，电极反应式为，A错误； B．原电池中阳离子向正极移动，b为正极，应向右室移动，B错误； C．由分析可知，右室b极得到电子发生还原反应生成，电极反应式为，消耗，溶液减小，pH增大，C正确； D．题目未给出标准状况条件，无法计算的体积，D错误； 故选C。 10．（25-26高二下·江苏南京·阶段检测）某乙烯燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．放电时，电子由电极经外电路流向电极 B．电极的电极反应式为 C．当有通过质子交换膜时，电极表面理论上消耗的体积为 D．验证生成的操作：取反应后的左室溶液，加入银氨溶液，水浴加热，观察现象 【答案】B 【分析】乙烯燃料电池中，燃料在电极发生氧化反应，因此为负极；在电极b发生还原反应，因此为正极。 【详解】A．放电时电子由负极（电极a）经外电路流向正极（电极b），并非由电极b流向电极a，A错误； B．电极a为负极，乙烯发生氧化反应，两个C元素化合价共升高2价，失去，酸性条件下配平可得电极反应式为，B正确； C．题目未指明气体处于标准状况，无法计算消耗的体积，C错误； D．左室溶液为酸性，银镜反应需要在碱性条件下进行，需先加过量碱中和硫酸后再加入银氨溶液水浴加热，D错误； 故答案选B。 11．（25-26高二下·云南昭通·阶段检测）海底沉积层微生物燃料是一种新型海洋可再生能源，用该燃料设计的原电池产电原理如图所示。下列说法正确的是 A．有机物在微生物作用下发生了还原反应 B．海底沉积层产生的通过海水向a极移动 C．a极的电极反应式为 D．理论上海底沉积层中消耗，则极消耗 【答案】B 【分析】由图可知，a极氧气得电子生成水，发生还原反应，则a是正极；b极HS-失电子生成S单质和氢离子，发生氧化反应，b是负极； 【详解】A．由图可知，有机物在微生物作用下生成，化合价升高，发生氧化反应，A错误； B．原电池中，阳离子向正极移动，a是正极，故海底沉积层产生的H+通过海水向a极移动，B正确； C．a极的电极反应式为 =，C错误； D．由图可知，理论上海底沉积层中消耗，生成1 mol HS−，在b极失去2 mol电子，则电路中转移2 mol电子，a极消耗，D错误； 故答案选B。 12．（25-26高二下·江苏盐城·阶段检测）化学电源在日常生活和高科技领域都有广泛应用。下列说法不正确的是 A．图甲：锂电池放电时，电解质中Li+向锂电极迁移 B．图乙：正极的电极反应式为：Ag2O + 2e- + H2O = 2Ag + 2OH- C．图丙：使用一段时间后，锌筒会变薄 D．图丁：充电时，每消耗2 mol PbSO4，转移电子数为 【答案】A 【详解】A．锂电池放电时，阳离子向正极迁移，应向多孔碳电极迁移，A错误； B．正极得电子发生还原反应，碱性环境下电极反应为，B正确； C．锌筒为锌锰干电池的负极，放电时Zn失电子被氧化消耗，使用一段时间后锌筒会变薄，C正确； D．充电时总反应中每消耗2 mol ，生成1 mol 和1 mol ，转移电子的物质的量为2 mol，对应电子数为，D正确； 故选A。 13．（25-26高二下·河北石家庄·期中）海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造装置如图所示。该装置工作时，下列说法错误的是 A．M电极上的电极反应式为 B．N电极上发生还原反应 C．电子流动方向为M→用电器→N→海水→玻璃陶瓷→隔膜→M D．能量的转化形式主要是化学能转化为电能 【答案】C 【分析】M电极（左侧）： 由金属锂（Li）构成。锂是一种非常活泼的金属，极易失去电子。在原电池中，活泼金属通常作负极。N电极（右侧）： 浸泡在海水中，作为正极。隔膜与玻璃陶瓷： 起到隔离和离子传导的作用，防止锂直接与水剧烈反应，同时允许特定离子通过以形成闭合回路。 【详解】A．由分析可知， M是负极，发生氧化反应。锂原子失去一个电子变成锂离子，电极反应式为：，A正确； B．由分析可知，N是正极，发生还原反应，B正确； C．由分析可知，M是负极，N是正极，电子从负极（M）流向正极（N），但电子不能通过溶液，C错误； D．这是一个原电池装置，可以将化学能转化为电能的装置，D正确； 故选C。 14．（25-26高二下·山东·课前预习）某种聚合物锂离子电池放电时的反应为，其电池如图所示。 (1)放电过程 ①放电时，两极材料分别是什么_______？ ②电池放电前后两极材料在成分上分别发生了什么变化_______？ ③放电过程电池中移动的阳离子是什么_______？向哪个方向移动_______？ (2)充电过程 ①电池充电过程中该电池的两极与外电源的两极如何连接_______？ ②充电前后电池的两极材料发生了哪些变化_______？ (3)从上述可以看出，该电池在选择电解质溶液时有什么要求_______？ (4)结合上述分析，试仅从物质变化角度来分析两极材料在成分上的变化_______。 【答案】(1) 负极材料为，正极材料为； 负极反应变为C，正极反应变为； ； 由负极向正极移动 (2) 原电池的负极接外电源的负极，原电池的正极接外电源的正极； 负极C又变为，正极又变为 (3)不能是水溶液，能够溶解并传导 (4)放电时，负极脱嵌变为C，正极嵌变为；充电时，负极C嵌变为，正极脱嵌变为，两极成分变化本质为的脱嵌过程 【详解】（1）①放电时，电子从电极流出，故为负极，为正极；②负极失电子，释放，反应变为C；正极得电子，结合，反应变为；③放电过程中，电池中的阳离子为，原电池中阳离子向正极移动，故由负极向正极移动。 （2）①充电时，电池作为电解池，原电池的负极接外电源的负极，原电池的正极接外电源的正极；②充电为放电的逆过程，负极C结合又变为，正极释放又变为。 （3）是活泼金属，能与水发生反应，故电解质溶液不能是水溶液；电解质的作用是溶解并传导，保证电池充放电时的迁移，因此电解质需能溶解并传导。 （4）从物质变化角度，放电时，负极发生脱嵌反应，释放，自身变为C；正极发生嵌锂反应，结合，自身变为。充电时，负极C发生嵌锂反应，结合变为；正极发生脱嵌反应，释放变为。两极成分的变化本质是在两极间的脱嵌过程。 15．（25-26高二上·天津静海·阶段检测）电化学技术在处理污染气体领域的应用广泛。 (1)利用反应构成电池的方法，能实现有效消除氮氧化物的排放，装置如图所示。写出电极B的电极反应为______。 (2)以含废气为原料，用电化学法制硫酸。装置如图所示，写出负极电极反应式______。 (3)镍镉电池是二次电池，电解质为KOH溶液，总反应：，写出放电时的负极反应式______。 (4)以Al和为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时转化为，写出负极电极反应式______。 【答案】(1) (2) (3) (4) 【详解】（1）由方程式可知，电极B为原电池的正极，水分子作用下二氧化氮在正极得到电子发生还原反应生成氮气和氢氧根离子，电极反应式为：； （2）由图可知，电极A为原电池的负极，水分子作用下二氧化硫在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子和氢离子，电极反应式为：； （3）由方程式可知，放电时，镉电极为原电池的负极，碱性条件下镉在负极失去电子发生氧化反应生成氢氧化镉，电极反应式为：； （4）由题意可知，放电时，铝电极是原电池的负极，碱性条件下铝在负极失去电子发生氧化反应生成四羟基合铝酸根离子，电极反应式为：。 培优拓展 16．（25-26高二下·江苏扬州·阶段检测）一种高容量水系电池如图，以酸性MnSO4溶液作电解质，放电时，电极Ⅱ上MnO2减少。下列说法正确的是 A．充电时电极Ⅰ发生氧化反应 B．放电时Ⅱ极室中溶液的pH降低 C．放电时电子由电极Ⅱ经外电路流向电极Ⅰ D．理论上充电时每转移2 mol e-电极Ⅰ质量增加55 g 【答案】D 【分析】放电时电极II上减少，说明得电子发生还原反应，故放电时电极II为正极，电极I为负极。放电时正极反应为，负极反应为。充电时装置为电解池，电极I为阴极，电极II为阳极，充电时阴极反应为，阳极反应为。 【详解】A．充电时电极I为阴极，得到电子发生还原反应，A错误； B．放电时II极发生反应消耗，溶液中浓度减小，pH升高，B错误； C．放电时电子由负极电极I经外电路流向正极电极II，C错误； D．充电时电极I发生反应，每转移2mol电子，生成1mol，固体增加的质量为1mol的质量，即，D正确； 故选 D。 17．（25-26高二下·湖南郴州·期中）25℃时，将的稀溶液与的稀硫酸充分反应。已知，且。下列说法错误的是(忽略混合溶液体积和温度的变化) A．理论上，该反应不能设计成原电池 B．充分反应后所得混合溶液中： C．该反应的离子方程式为 D．往充分反应后所得溶液中滴入适量的溶液，并微热，产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝 【答案】B 【详解】A．该反应为酸碱中和反应，属于非氧化还原反应，无电子转移，理论上不能设计成原电池，A不符合题意； B．反应后溶液呈碱性，根据电荷守恒，因，推导可得，B符合题意； C．该反应是强酸与强碱的中和反应，离子方程式为，C不符合题意； D．反应后溶液中存在过量的，加入微热会反应生成，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，D不符合题意； 故选B。 18．（25-26高二下·广东深圳·期中）我国科研工作者建立了一种新型双功能辅助Li—N2电池系统，总反应为：6Li+N2=2Li3N，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．Li电极为电池的正极 B．光电电极中N2发生氧化反应 C．该电池工作时Li+从左往右迁移 D．该电池实现了电能转化为化学能 【答案】C 【分析】左侧电极Li失电子生成Li+，则Li电极为负极，电极反应式为，Li+透过隔膜进入光电电极区，则光电电极为正极，电极反应式为：，据此回答。 【详解】A．由分析知，Li的化合价升高，发生了氧化反应，为电池的负极，A错误； B．由分析知，光电电极为正极，电极反应式为：，发生还原反应，B错误； C．由分析知，Li+透过隔膜进入光电电极区，即Li+从左往右迁移，C正确； D．由分析知，该电池为原电池，实现了化学能转化为电能，D错误； 故选C。 19．（25-26高二下·河南许昌·期中）火星探测器采用电池供电，该电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．通过离子交换膜向Li电极移动 B．催化电极上的还原产物和无机碳可吸附，减小电阻 C．可采用含的水溶液作电解质溶液 D．若将装置中的Li电极改为Na电极，电池的比能量降低 【答案】D 【分析】Li为活泼金属，作原电池的负极，催化电极为原电池的正极，结合原电池规律逐一分析。 【详解】A．该电池中，负极失电子生成，需要透过离子交换膜移向正极平衡电荷，因此该膜为阳离子交换膜，不能通过，无法移向电极，A错误； B．是不导电物质，生成后会沉积在催化电极表面，覆盖催化活性位点，会增大电池电阻，B错误； C．是活泼金属，能与水直接反应（），因此不能采用水溶液作电解质，C错误； D．比能量指单位质量电极材料能输出的电能，转移电子，消耗，消耗；相同质量的比转移电子数更少，输出电能更少，因此改为电极后，电池比能量降低，D正确； 故答案选D。 20．（25-26高二下·河南郑州·期中）科学家发明了一种生物质燃料电池，工作原理如图所示，以两种不同的多金属含氧酸盐(POM)作电解质溶液，左槽充满POM①和生物质(成分是纤维素)，右槽持续通入氧气，电池在光照下就可以放电。下列说法错误的是 A．左侧电极电势低于右侧电极电势 B．， C．交换膜为质子交换膜，且随着反应进行，交换膜右侧溶液降低 D．消耗生物质的同时，理论上有标准状况下参与反应 【答案】C 【分析】由电子转移方向可知，左侧为原电池负极，发生失去电子的氧化反应，电极反应为，右侧为正极，电极反应为，据此分析。 【详解】A．由电子转移方向可知，左侧为原电池负极，右侧为正极，左侧电极电势低于右侧电极电势，A正确； B．左槽中纤维素失去电子，发生氧化反应，所以，右槽中氧气得到电子，发生还原反应，所以，B正确； C．由分析可知，负极反应，负极会产生，负极产生的通过交换膜移动到正极，则中间的交换膜为质子交换膜；根据正极反应式为，当电路转移电子时，该反应消耗，有通过质子交换膜进入正极区的溶液中，不变，因此随着反应进行，交换膜右侧溶液保持不变，C错误； D．根据负极反应，列出关系式：，消耗生物质54g，转移8mol的电子；结合正极反应可知，转移的电子，理论上消耗，标准状况下的体积为，D正确； 故选C。 21．（25-26高二下·陕西西安·期中）用热再生氨电池处理含电镀废液的装置如图。该装置由电池部分和热再生部分组成：电池部分中，a极室为混合液，b极室为溶液；热再生部分加热a极室流出液，使分解。下列说法错误的是 A．电池部分能产生电流的直接驱动力是结合，导致两极区产生浓度差 B．电池部分的总反应为 C．装置中的离子交换膜为阳离子交换膜 D．外电路通过时，理论上两电极质量变化相差128 g 【答案】C 【分析】a极室铜失去电子发生氧化反应，结合生成，则a极为负极，电极反应为， b极室铜离子得到电子发生还原反应生成铜，则b极为正极，电极反应为：，以此进行分析。 【详解】A．根据分析可知电池部分能产生电流的直接驱动力是结合，导致两极区产生浓度差，A正确； B．根据分析可知，电池部分的总反应为，B正确； C．a极室溶液中生成的导致正电荷增加，b极室消耗，导致正电荷减少，需由 b极室迁移到a极室，才能维持两室溶液中的电荷呈电中性，使电池反应能不断进行，故装置中的离子交换膜为阴离子交换膜，C错误； D．外电路通过时，a电极发生质量减少，b电极发生质量增加，两电极质量变化相差，D正确； 故选C。 22．（25-26高二上·黑龙江哈尔滨·期末）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，则下列说法正确的是 A．负极反应的催化剂为ⅰ B．该电池的正极反应方程式为 C．电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变 D．电极Ⅰ和电极Ⅱ上的气体完成一次催化循环转移的电子数相同 【答案】C 【分析】该装置为氢氧燃料电池，通入的电极Ⅰ为正极，对应催化机理为图a；通入的电极Ⅱ为负极，对应催化机理为图c，膜为质子交换膜，电池为酸性环境，逐一分析选项： 【详解】A．ⅰ是正极（电极Ⅰ）的催化物种，负极（电极Ⅱ）的催化剂在图c中，A错误； B．质子交换膜为酸性环境，不会生成，正极反应为，B错误； C．负极反应为，生成的会通过质子交换膜迁移到正极室，因此理论上负极室溶液质量不变，C正确； D．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，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的气体完成一次催化循环转移的电子数不相同，D错误； 故选C。 23．（25-26高三下·河南郑州·阶段检测）近日，我国科学家成功研发出新型氢负离子原电池，其利用氢负离子的移动来存储和释放能量，放电时总反应方程式为：。 下列说法错误的是 A．电流方向：CeH2→固态电解质→NaAlH4→导线→CeH2 B．该装置存储能量时，H-由NaAlH4电极移向CeH2电极 C．放电时，正极的电极反应式为 D．理论上，当有1mol CeH3生成时，两极的质量变化差值为2 g 【答案】B 【分析】放电时总反应方程式为：，Ce元素化合价由+2升高为+3，CeH2失电子发生氧化反应，CeH2是负极；Al元素化合价由+3降低为0，NaAlH4是正极； 【详解】A．原电池放电时，电流由正极经外电路流入负极，电流方向：CeH2→固态电解质→NaAlH4→导线→CeH2，故A正确； B．该装置存储能量时为电解池，阴离子移向阳极，CeH2为阴极、NaAlH4为阳极，H-由CeH2电极移向NaAlH4电极，故B错误； C．放电时，正极NaAlH4得电子生成Al，正极的电极反应式为，故C正确； D．放电时负极反应式为CeH2-e-+H-=CeH3，理论上，当有1mol CeH3生成时，电路中转移1mol电子，负极消耗1molH-，负极质量增加1g，正极生成1molH-，正极质量减少1g，两极的质量变化差值为2 g，故D正确； 选B。 24．（25-26高二上·河北廊坊·期末）电化学原理在生产、生活、科学研究中有重要的应用。 I．2025年诺贝尔化学奖授予了三位科学家，表彰他们在开发金属有机框架材料方面的开创性工作。其中一种MOF-2D材料Cu-BHT，能够高效、高选择性的将CO2催化还原为HCOOH，反应原理如图所示，已知双极膜可将H2O解离为H+和OH-。 (1)放电时，Zn电极为___________极，电极反应式为___________。 (2)充电时，OH-由双极膜移向___________电极(填“Zn”“Cu-BHT”)。 (3)当外电路通过1 mol电子时，双极膜中解离H2O的物质的量为___________mol。 (4)Cu-BHT电极得到4.6 g HCOOH时，理论上电路中转移的电子数为___________。 Ⅱ．汽车尾气中含有大量的氮氧化物，为减少汽车尾气的污染，应逐步向新能源汽车方向发展。其中肼—空气燃料电池是一种碱性电池，无污染、能量高，其工作原理如图所示。 (5)该燃料电池中正极通入的物质是___________，负极上的电极反应式为___________。 (6)电池工作时，负极区溶液pH___________(填“增大”“不变”“减小”)。 【答案】(1) 负 (2)Cu-BHT (3)1 (4) (5) 空气 N2H4+4OH--4e-=N2↑+4H2O (6)减小 【分析】I.由图可知放电时，锌片为原电池的负极，碱性条件下锌失去电子发生氧化反应生成，Cu-BHT电极为正极，酸性条件下CO2在正极得到电子发生还原反应生成甲酸，双极膜中的H+移向Cu-BHT电极、OH-移向锌片。 II. 由图可知，a电极发生氧化反应，a为负极；b电极为正极。 【详解】（1）由上述分析可知，放电时Zn为负极；碱性条件下锌失去电子发生氧化反应生成，电极反应为； （2）放电时OH-定向移动到Zn极，则充电时，OH-会定向移动到Cu-BHT电极； （3）双极膜电离出的H+和OH-定向移动到两极，根据溶液呈电中性可知，当外电路通过1 mol电子时，双极膜中解离H2O的物质的量为1mol； （4）正极的电极反应为，故当生成4.6g(0.1mol)HCOOH时，转移0.2mol电子，即0.2NA； （5）由图可知，空气通入b电极，b电极为正极；负极区N2H4转化成N2，电极反应为N2H4+4OH--4e-=N2↑+4H2O； （6）由分析可知，负极区消耗OH-，负极区溶液pH减小。 25．（25-26高二上·河南南阳·期末）工业上运用电化学的原理能有效地帮助我们研究物质的性质和帮助我们节约资源、保护环境。回答下列问题： (1)某原电池装置初始状态如图1所示： 交换膜两侧的溶液体积均为2 L，正极的电极反应为_______，当电路中转移2 mol电子时，交换膜右侧溶液中_______(忽略溶液体积变化和溶于水)。 (2)利用电化学原理去除天然气中的，总反应为，装置如图2所示： ①装置中NaCl溶液的作用是_______。 ②一段时间后，电流减小，单位时间内的去除率降低，除了生成的FeS附着在铁碳填料表面，使负极表面积减小，去除率降低，还可能的原因是_______。 (3)我国科学家设计出一种微生物脱盐电池，实现了同时产电脱盐并去除污水，其工作原理如图3所示： ①该电池的负极反应式为_______。 ②离子交换膜1是_______(填“阴”或“阳”，下同)离子交换膜，离子交换膜2是_______离子交换膜。 ③当III室消耗1.12 L(标准状况下)氧气时，理论上II室可脱去_______mol NaCl。 【答案】(1) 2 (2) 作电解质溶液(增加导电性) 铁的量因消耗而减少，形成微小的原电池的数量减少，化学反应速率减慢 (3) 阴 阳 0.2 【详解】（1）由图可知，通入的一极为正极，Ag为负极，正极的电极反应为；每转移2 mol的电子，右侧氢离子与氯离子都增加2 mol，则右侧总的HCl的物质的量为，则盐酸的浓度为； （2）①NaCl溶液的作用是，作电解质溶液(增加导电性) ；②铁的量因消耗而减少，形成微小的原电池的数量减少，化学反应速率减慢 （3）①由图示可知，Ⅲ室通入氧气，则电极B为电池的正极，正极反应式为，所以电极A为电池的负极，负极反应式为； ②由原电池可同时产电脱盐并去除污水，可知Ⅱ室中，阴离子（）移向负极区（Ⅰ室），阳离子（）移向正极区（Ⅲ室），则离子交换膜1是阴离子交换膜，离子交换膜2是阳离子交换膜； ③当Ⅲ室消耗标准状况下1.12 L（0.05 mol）氧气时，根据电极反应式可知，外电路转移。根据电荷守恒原则，则有通过离子交换膜1移向Ⅰ室，通过离子交换膜2移向Ⅲ室，所以理论上Ⅱ室可脱去0.2 mol NaCl。 / 学科网（北京）股份有限公司 $