第03讲 原电池、常见化学电源 -2026年暑假新高二化学自学提升讲义（全国通用）

第03讲 原电池、常见化学电源 学习目标 1、理解原电池的工作原理，能根据电极反应、电流方向或离子的移动方向判断原电池的正极和负极。 2、掌握一次电池、二次电池的反应原理并能书写电极反应式。 3、理解常见的氢氧燃料电池的工作原理，会书写不同介质条件下，燃料电池的电极反应。 知识导图 新知精讲 【知识点1】原电池的工作原理及应用 1、实验探究铜锌原电池的工作原理 (1)实验现象：两种电池均产生电流，锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，检流计指针发生偏转。 (2)实验结论：两种装置均能构成原电池，将化学能转化成电能。 (3)分析上述原电池的工作原理 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 电池总反应 Zn+Cu2+===Cu+Zn2+ 电子流向 由锌极通过导线流向铜极 离子移向 阳离子移向正极，阴离子移向负极 【温馨提示】 ①盐桥(装有含KCl饱和溶液的琼脂)中离子移动方向：Cl-移向ZnSO4溶液，K+移向CuSO4溶液。盐桥在原电池装置中的作用是形成闭合回路，平衡电荷，产生稳定电流。 ②对比图Ⅰ与图Ⅱ两个装置，能更有效地将化学能转化为电能的是图Ⅱ，其原因是图Ⅰ装置中负极直接与CuSO4溶液接触，导致部分化学能转化为热能，产生的电流强度小。 2、原电池 (1)定义：把化学能转化为电能的装置。 (2)构成条件 (3)原电池中正、负极的判断 判断依据 负极 正极 电子流动方向 电子流出极 电子流入极 电解质溶液中阴、阳离子定向移动的方向 阴离子移向的电极 阳离子移向的电极 电流方向 电流流入极 电流流出极 两极发生的反应 失电子，发生氧化反应 得电子，发生还原反应 电极材料 一般是活动性较强的金属 活动性较弱的金属或能导电的非金属 【特殊情况】活泼性强的金属不一定作负极，对于某些原电池，如镁、铝和NaOH溶液组成的原电池，Al作负极，Mg作正极。原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成思维定式——活泼金属一定是负极，但负极一定发生氧化反应。 Al——Cu (浓硝酸) 总反应 Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O 负极反应 Cu－2e－===Cu2＋ 正极反应 4H＋＋2NO＋2e－===2NO2↑＋2H2O Al——Mg (NaOH溶液) 总反应 2Al＋6H2O＋2OH－===2[Al(OH)4]—＋3H2↑ 负极反应 2Al－6e－＋8OH－===2[Al(OH)4]— 正极反应 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－ 3、原电池工作原理的应用 （1）加快化学反应速率 一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率加快。 例如，当试管a中滴入少量CuSO4溶液后，观察到其中产生气泡的速率较试管b中的快，其原因是CuSO4溶液与锌发生置换反应生成Cu，从而形成微小铜锌原电池，加快产生H2的速率。 （2）比较金属的活动性强弱 原电池的两极为两种不同金属时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼(注意电解质溶液的种类)。 负极：电极质量减少； 正极：有气体生成、电极质量不断增加或不变。 例如，有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A溶解，而B上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，即可以断定金属活动性：A＞B。 （3）设计原电池的一般思路 首先将氧化还原反应拆分成氧化反应和还原反应两个半反应。 其次确定正、负极选择电极材料，还原剂(一般为比较活泼的金属)为负极，比较不活泼的金属或惰性电极为正极。 最后用导线连接两个电极并插入电解质溶液中形成闭合回路，如果两个半反应分别在两个容器中进行，中间应用盐桥连接。 例如，根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计原电池。 ①不含盐桥 ②含盐桥 负极：Cu－2e－===Cu2＋ 正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ 【典例分析】 【例1】某单液原电池的总反应为Cu+2Ag+===Cu2++2Ag，下列关于该反应的电池设计正确的是 A.正极材料为Cu，电解质溶液为CuCl2 B.负极材料为Ag，电解质溶液为AgNO3 C.正极材料为C，电解质溶液为AgNO3 D.负极材料为Cu，电解质溶液为CuSO4 【答案】C 【解析】由总反应式可知，Cu的化合价升高，失电子，Cu作负极，A、B错误；C与AgNO3不反应，电解质溶液中的Ag+在正极得电子生成Ag，符合电池总反应，C正确，D错误。 【例2】将等质量的A、B两份锌粉装入试管中，分别加入过量的稀硫酸，同时向装A的试管中加入少量CuSO4溶液。如图表示产生氢气的体积V与时间t的关系，其中正确的是 【答案】D 【解析】向A中滴加CuSO4溶液发生反应Zn+CuSO4===Cu+ZnSO4，置换出的Cu附着在Zn表面构成原电池，可以加快产生H2的速率，A的斜率要大于B的斜率，B错误；A中部分Zn与CuSO4反应，则与稀硫酸反应的Zn比B中少，产生的H2体积比B中小，A、C错误，D正确。 【例3】某同学在做原电池原理的实验时，有如下实验步骤： ①用导线将灵敏电流表的两端分别与纯净的锌片和铜片相连接(如图1)； ②把一块纯净的锌片插入盛有稀硫酸的烧杯中； ③把一块纯净的铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中； ④用导线把锌片和铜片连接起来后，再平行地插入盛有稀硫酸的烧杯中(如图2)。 (1)实验步骤①中观察到的现象是____________。  (2)实验步骤②中观察到的现象是____________。  (3)实验步骤③中观察到的现象是____________。  (4)实验步骤④中观察到的现象是____________。  (5)通过实验步骤④该同学有了一个猜想，该猜想是____________。  (6)为了证实该猜想，该同学又设计了第⑤步实验，请简要画出第⑤步实验的装置示意图。 【答案】(1)电流表指针不偏转　(2)锌片溶解，锌片上有气泡产生　(3)无明显现象　(4)铜片上有大量气泡产生，锌片上没有气泡或有少量气泡，锌片溶解　(5)有电子从锌片经导线向铜片移动(6) 【知识点2】一次电池及工作原理 1、化学电源及其分类 (1)概念：化学电源是将化学能转化为电能的实用装置。 (2)化学电源的分类 化学电源 一次电池 可充电电池(二次电池) 燃料电池 特点 只能放电，不能充电 可反复充电和放电，充电时是一个电解池；放电时是一个原电池 能量利用率高，可连续使用，污染轻 化学电源也可按其电解质性质分为中性电池、酸性电池、碱性电池。 (3)化学电源的回收利用 使用后的废弃电池中含有大量的重金属和酸碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。废弃电池要进行回收利用。 2、一次电池 电解质溶液制成胶状，不流动的一次电池，也叫干电池。常见的一次电池主要有酸性锌锰干电池、碱性锌锰干电池、银锌电池等。 （1）酸性锌锰干电池 负极材料：锌 正极材料：石墨 电解质：NH4Cl、ZnCl2 和H2O等。 其电极反应如下： 总反应：Zn+2N+2MnO2===Mn2O3+2NH3+Zn2++H2O； 负极：Zn－2e－ ===Zn2+； 正极：2MnO2+2N+2e-===Mn2O3+2NH3+H2O； 优、缺点：制作简单、价格低廉，但新电池较易发生自放电而导致存放时间较短、放电后电压下降较快等。 【答案】Zn－2e－ ===Zn2+ 2MnO2+2N+2e-===Mn2O3+2NH3+H2O （2）碱性锌锰干电池 负极反应物：锌粉 正极反应物：二氧化锰 电解质：氢氧化钾 其电极反应如下： 总反应：Zn+2MnO2+H2O===ZnO+2MnOOH； 负极：Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O； 正极：2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-； 优、缺点：单位质量输出的电能多且储存时间长，适用于大电流和连续放电 【答案】Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O 2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH- （3）纽扣式银锌电池 负极反应物：锌 正极反应物：Ag2O 电解质溶液：KOH溶液 其电极反应如下： 总反应：Zn+Ag2O===ZnO+2Ag 负极：Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O； 正极：Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH-； 特点：比能量大、电压稳定、储存时间长。 【答案】Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH- 【归纳总结】已知原电池总反应式，书写电极反应式的方法 (1)分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。 (2)若某一电极反应较难书写，可先写出较简单的电极反应式，然后利用总反应式减去该电极反应式即可得到另一电极反应式。 【典例分析】 【例1】日常所用普通锌锰干电池的电极分别为锌筒和石墨棒，以糊状NH4Cl作电解质，电极反应为Zn-2e-+2N===Zn(NH3+2H+，2MnO2+2H++2e-===2MnOOH。下列有关普通锌锰干电池的叙述正确的是 A.电池中锌筒为正极，石墨棒为负极 B.电池可实现电能向化学能的转化 C.电池长时间连续工作时，糊状物可能流出，腐蚀用电器 D.电池工作时，电流方向是由锌筒经外电路流向石墨棒 【答案】C 【解析】电池中锌筒作负极，石墨棒作正极，A错误；该电池是一次电池，不能实现电能向化学能的转化，B错误；电池工作时，电流由正极石墨棒经外电路流向负极锌筒，D错误。 【例2】高铁电池是一种新型高能高容量电池，某高铁电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A.M极电势高于N极电势 B.电池工作时，电子移动方向为M→A→N→M C.N极的电极反应为Fe+3e-+4H2O===Fe(OH)3+5OH- D.电池工作一段时间后，正极区H+的浓度增大 【答案】C 【解析】由题图可知，Fe失电子结合氢氧根离子生成氢氧化亚铁，所以M极为负极，N极为正极，在N极上，Fe得电子与水反应生成氢氧化铁。M极为负极，N极为正极，M极电势低于N极电势，A错误；原电池中，电子由负极经过外电路流向正极，不经过电解质溶液，电子移动方向为M→A→N，B错误；N极为正极，电极反应为Fe+3e-+4H2O===Fe(OH)3+5OH-，生成氢氧根离子，正极区H+的浓度减小，C正确，D错误。 【例3】热激活电池(又称热电池)可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl⁃KCl混合物一旦受热熔融，电池瞬间即可输出电能。该电池总反应为PbSO4+2LiCl+Ca===CaCl2+Li2SO4+Pb。 根据示意图解答： (1)负极反应物为________，发生____________。 反应，电极反应式为____________。  (2)正极反应物为______，发生______反应，电极反应式为_________________。  (3)电池工作时Li+向______________移动。  (4)常温时，电池不能释放电能的原因是____________________。  【答案】(1)Ca　氧化　Ca-2e-===Ca2+　(2)PbSO4 还原　PbSO4+2e-===Pb+S　(3)正极(硫酸铅电极)　(4)常温下，电解质不是熔融态，离子不能移动，不能产生电流 【知识点3】二次电池 1、二次电池：又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。 2、实例分析——铅蓄电池 (1)电池构造(如图) 放电反应和充电反应总反应式表示如下： 总反应：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。 放电时的反应 （原电池） 负极：Pb＋SO－2e－===PbSO4 正极：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O 放电过程中，负极的质量增大，稀H2SO4的浓度减小。 充电时的反应 （电解池） 阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO 阳极：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO 充电过程中，负极的质量减小，稀H2SO4的浓度增大。 【答案】Pb＋SO－2e－===PbSO4 PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O PbSO4＋2e－===Pb＋SO PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO (2)充电反应原理：充电过程与其放电过程相反。 (3)铅蓄电池的优缺点 ①优点：性能优良、造价低、可多次充放电。 ②缺点：单位质量电池释放的电能少。 3、实例分析——锂离子电池 一种锂离子电池，其负极材料为嵌锂石墨(LixCy)，正极材料为LiCoO2(钴酸锂)，电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水)。 总反应：LixCy＋Li1－xCoO2LiCoO2＋Cy 放电时的反应 （原电池） 负极：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy 正极：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 充电时的反应 （电解池） 阴极：xLi＋＋Cy+xe－===LixCy 阳极：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋ 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。 【归纳总结】 (1)二次电池充电时的电极连接方法——正接正，负接负。 (2)充电时的电极反应式的书写 放电时的负极反应式充电时的阴极反应式 放电时的正极反应式充电时的阳极反应式 【典例分析】 【例1】铅蓄电池是一种常见的电池，下列说法不正确的是 A.铅蓄电池是二次电池，充电时电能转化为化学能 B.放电时，外电路中电子由Pb流向PbO2 C.放电时，负极反应为Pb-2e-===Pb2+ D.放电时，H+移向PbO2 【答案】C 【解析】放电时，Pb作负极，PbO2作正极，外电路中电子由Pb流向PbO2，B正确；放电时，负极Pb发生氧化反应生成PbSO4，电极反应为Pb+S-2e-===PbSO4，C错误。 【例2】为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D⁃Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D⁃Zn⁃NiOOH二次电池，结构如图所示。 电池反应为Zn+2NiOOH+H2OZnO+2Ni(OH)2。 下列说法错误的是(　　) A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高 B.充电时阳极反应为Ni(OH)2+OH--e-===NiOOH+H2O C.放电时负极反应为Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区 【答案】D 【解析】电池反应为Zn+2NiOOH+H2OZnO+2Ni(OH)2，Zn发生失电子的氧化反应，则3D⁃Zn为负极，负极反应式为Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O，NiOOH为正极，正极反应式为NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-，据此分析作答。三维多孔海绵状Zn为多孔结构，具有较高的表面积，可以高效沉积，则所沉积的ZnO分散度高，A正确；放电时3D ⁃Zn为负极，NiOOH为正极，阴离子移向负极，即OH-通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。 【例3】如图为AgCl⁃Sb二次电池的放电过程示意图。 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Ag-e-+Cl-===AgCl C.充电时，消耗4 mol Ag的同时将消耗1 mol Sb4O5Cl2 D.充电时，M极上反应为Sb4O5Cl2+12e-+10H+===4Sb+2Cl-+5H2O 【答案】D 【解析】由图可知，放电时，N电极上AgCl→Ag，发生得电子的还原反应，为正极，电极反应为AgCl+e-===Ag+Cl-，M电极为负极，电极反应为4Sb-12e-+2Cl-+5H2O===Sb4O5Cl2+10H+，A、B错误；根据得失电子守恒，建立电子转移关系式：Sb4O5Cl2~12e-~12Ag，由此可知，消耗4 mol Ag，同时消耗mol Sb4O5Cl2，C错误；充电时，M极为阴极，电极反应：Sb4O5Cl2+12e-+10H+===4Sb+2Cl-+5H2O，D正确。 【知识点4】燃料电池 1、燃料电池的概念：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。 2、燃料电池的特点 (1)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出。 (2)能量转换率高(>80%)，排放的废弃物少。 3、制作简易氢氧燃料电池 设计如表中的装置图，试管A、B中的电极为多孔的石墨惰性电极。 实验操作 实验装置 实验现象与结论 闭合K1，断开K2，通入电流，电解水制备H2和O2。KOH溶液的作用：增强导电性 A、B两试管中均产生无色气体，且B中气体体积较大。 结论：A中为O2，B中为H2 电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极，切断K1，闭合K2 电流表的指针偏转，A、B两试管中气体体积逐渐减小。 结论：H2和O2发生原电池反应产生电流 分析该氢氧燃料电池的工作原理： 电池反应：2H2+O2===2H2O； 负极：2H2-4e-+4OH-===4H2O； 正极：O2+4e-+2H2O===4OH-； 离子导体：KOH溶液。 4、氢氧燃料电池：目前最成熟的燃料电池，其中电解质溶液可以是酸性的、碱性的。 种类 酸性 碱性 负极反应式 2H2－4e－===4H＋　 2H2＋4OH－－4e－===4H2O　 正极反应式 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－　 电池总反应式 2H2＋O2===2H2O 5、燃料电池电极反应式书写的方法 第一步：写出燃料电池的总反应式 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，则总反应为加和后的反应。 第二步：写出电池的正极反应式 正极反应物一般为氧气得电子，介质不同时其电极反应式有所不同，如： 酸性电解质溶液：O2+4H++4e-===2H2O； 碱性电解质溶液：O2+2H2O+4e-===4OH-； 固体电解质(高温下能传导O2-)：O2+4e-===2O2-； 熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2+2CO2+4e-===2C。 第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式。电池反应的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。 6、其他常见燃料电池举例 在酸性介质和碱性介质中甲烷燃料电池的总反应不同，酸性条件下，+4价碳元素全部转化为CO2，碱性条件下，+4价碳元素全部转化为C。 电池类型 导电介质 反应式 甲烷(CH4) 燃料电池 酸性介质 (H＋) 总反应 CH4＋2O2===CO2＋2H2O 负极反应 CH4－8e－＋2H2O===8H＋＋CO2 正极反应 2O2＋8H＋＋8e－===4H2O 乙醇(C2H5OH) 燃料电池 碱性介质 (OH－) 总反应 C2H5OH＋3O2＋4OH－===2CO＋5H2O 负极反应 C2H5OH－12e－＋16OH－===2CO＋11H2O 正极反应 3O2＋6H2O＋12e－===12OH－ 丙烷(C3H8) 燃料电池 熔融碳酸盐 (CO) 总反应 C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O 负极反应 C3H8－20e－＋10CO===13CO2＋4H2O 正极反应 5O2＋10CO2＋20e－===10CO 甲醇(CH3OH) 燃料电池 固态氧化物 (O2－) 总反应 2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O 负极反应 2CH3OH－12e－＋6O2－===2CO2＋4H2O 正极反应 3O2＋12e－===6O2－ 肼(N2H4)燃料电池 (生成氮气和水) 碱性介质 (OH－) 总反应 N2H4＋O2===N2＋2H2O 负极反应 N2H4－4e－＋4OH－===4H2O＋N2 正极反应 O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 【典例分析】 【例1】某学习小组以肼(N2H4)为原料设计了一种燃料电池，构造如图所示。其中两个电极均为铂电极，电池的总反应方程式为N2H4+O2===N2+2H2O。下列说法错误的是 A.通入N2H4的一极是电池的负极 B.通入O2的电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH- C.电池工作一段时间后电解质溶液的pH将变大 D.若消耗16 g N2H4，则理论上转移2 mol电子 【答案】C 【解析】通入O2的一极为正极，O2得电子与水反应生成OH-，电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-，B正确；电池工作时，总反应方程式为N2H4+O2===N2+2H2O，一段时间后电解质溶液中OH-的物质的量不变，但水的质量增加，则c(OH-)减小，pH将变小，C错误；由总反应式可建立如下关系式：N2H4~4e-，若消耗16 g N2H4，则理论上转移×4=2 mol电子，D正确。 【例2】工业上，常用微生物燃料电池处理废水中的有机物，达标后才排放。某废水含醋酸盐，利用微生物燃料电池处理废水原理如图所示，下列叙述正确的是 A.装置工作时，电流由b极经用电器流向a极 B.高温下该装置处理废水的效率高于低温 C.b极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-===2CO2↑+7H+ D.11.2 L O2反应时有2 mol质子向a极区迁移 【答案】C 【解析】由图可知，左侧a电极为燃料电池的正极，电极反应式为O2+4H++4e-===2H2O，右侧b电极为负极，电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-===2CO2↑+7H+，则装置工作时，电流由a极经用电器流向b极，故A错误、C正确；高温条件微生物的主要成分蛋白质会变性失去活性，导致处理废水的效率降低，故B错误；未说明O2所处的外界条件，无法计算11.2 L氧气的物质的量和质子转移数目，故D错误。 【例3】(1)燃料电池有节能、超低污染、噪声低、使用寿命长等优点。某甲醇燃料电池工作原理如图1所示。Pt电极是电池的________极，Pt电极反应式为__________。如果该电池工作时电路中通过2 mol电子，则消耗的CH3OH的物质的量为__________mol。  (2)一氧化氮⁃空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时，实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合，其工作原理如图2所示，写出放电过程中负极的电极反应式： ，若过程中产生2 mol HNO3，则消耗标准状况下O2的体积为__________L。  【答案】(1)负　O2+4H++4e-===2H2O　 (2)NO-3e-+2H2O===+4H+　33.6 【解析】(2)由原电池的工作原理图示可知，左端的铂电极为负极，其电极反应式为NO-3e-+2H2O=== +4H+,当过程中产生2 mol HNO3时转移6 mol e-,需要 1.5 mol O2参与反应，标准状况下的体积为33.6 L。 课后精练 1、有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验装置 部分实验现象 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____________。  【答案】d>a>b>c 【解析】由第一个装置a极质量减小可知，a极是负极，金属活动性：a>b；第二个装置依据氧化性、还原性的规律推出金属活动性：b>c；第三个装置的金属活动性：d>c；由第四个装置电流流向：a→d，故金属活动性：d>a。综上所述，这四种金属的活动性顺序是d>a>b>c。 2、下列有关原电池的说法不正确的是 A.图甲所示装置中，盐桥中的K+向盛有ZnSO4溶液的烧杯中移动 B.图乙所示装置中，正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH- C.图丙所示装置中，使用一段时间后，锌筒会变薄 D.图丁所示装置中，使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降 【答案】A 【解析】甲装置构成原电池，锌作负极，铜作正极，钾离子移向正极，即装有硫酸铜溶液的烧杯，A错误；乙装置中正极氧化银得电子发生还原反应，即Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH-，B正确；丙装置中锌筒作负极被消耗，故使用一段时间后，锌筒会变薄，C正确；丁装置中铅蓄电池总反应式为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O，消耗了硫酸同时生成水和难溶的硫酸铅，故电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，D正确。 3、实验探究是提高学习效果的有力手段。某同学用如图所示装置研究原电池原理，下列说法错误的是 A.若将图1装置的Zn、Cu下端接触，Zn片逐渐溶解，Cu片上能看到气泡产生 B.图2中H+向Cu片移动 C.若将图2中的Zn片改为Mg片，Cu片上产生气泡的速率加快 D.图2与图3中，Zn片减轻的质量相等时，正极产物的质量比为32∶1 【答案】D 【解析】Zn、Cu直接接触能构成闭合回路而形成原电池，稀硫酸作电解质溶液，所以Cu片上可看到有气泡产生，A正确；H+带正电荷，向正极移动，即向Cu片移动，B正确；由于Mg失电子能力强于Zn，所以将Zn片改为Mg片时，电子转移速率加快，生成H2的速率也加快，C正确；若两装置负极消耗Zn的质量均为65 g，图2正极产生2 g H2，图3正极上析出64 g Cu，正极产物的质量比为1∶32，D错误。 4、最近，我国科学工作者制备了一种Ni⁃CuO电催化剂，并将其与金属铝组装成可充电电池，用于还原污水中的N为NH3，其工作原理如图所示。研究证明，电池放电时，水中的氢离子在电催化剂表面获得电子成为氢原子，氢原子再将吸附在电催化剂表面的N逐步还原为NH3。 下列说法错误的是 A.放电时，负极区游离的OH-数目保持不变 B.放电时，还原1.0 mol N为NH3，理论上需要8.0 mol氢原子 C.充电时，OH-从阴极区穿过离子交换膜进入阳极区 D.充电时，电池总反应为4[Al(OH)4]-===4Al+6H2O+4OH-+3O2↑ 【答案】A 【解析】放电时，负极铝失去电子和氢氧根离子结合生成四羟基合铝酸根离子：Al-3e-+4OH-===，正极水中的氢离子在电催化剂表面获得电子成为氢原子，氢原子再将吸附在电催化剂表面的N逐步还原为NH3，正极区发生反应为N+8e-+6H2O===NH3+9OH-(注意此反应不是电极反应)，充电时，金属铝为阴极，Ni⁃CuO电极为阳极，据此解答。放电时，当转移3 mol电子时，负极消耗4 mol OH-，同时正极区会有3 mol OH-通过OH-离子交换膜进行补充，OH-净消耗1 mol，故负极区游离的OH-数目会减少，A错误；还原1.0 mol N为NH3，由化合价变化可知，需得到8 mol电子，所以理论上需要8.0 mol氢原子，B正确；充电时，OH-从阴极区穿过OH-离子交换膜进入阳极区，C正确；充电时，电池阴极反应式为[Al(OH)4]-+3e-===Al+4OH-，阳极反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O，总反应为4[Al(OH)4]-===4Al+6H2O+ 4OH-+3O2↑，D正确。 5、甲醇是重要的工业原料，利用甲醇设计的燃料电池具有启动快、效率高等优点，该电池的电解质为H2SO4溶液。下列说法正确的是 A.负极区溶液的pH减小 B.溶液中S向正极移动 C.正极反应式为2H++2e-===H2↑ D.该电池工作时，消耗1 mol CH3OH的同时生成11.2 L CO2(标准状况) 【答案】A 【解析】酸性甲醇燃料电池中，O2在正极发生还原反应：O2+4H++4e-===2H2O，CH3OH在负极发生氧化反应：CH3OH+H2O-6e-===CO2↑+6H+，负极生成H+，溶液pH减小，A正确、C错误；原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则溶液中S向负极移动，B错误；由负极反应式可知，消耗1 mol CH3OH的同时生成1 mol CO2，标准状况下体积为22.4 L，D错误。 6、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.装置丙中溶液中的S移向A极 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极移动，C错误。 7、某学习小组设计如图所示原电池装置，该电池总反应为Cl-+Ag+===AgCl↓。下列说法正确的是 A.放电时，X电极发生还原反应 B.放电时，Y电极的电极反应式为Ag++e-===Ag C.放电时，盐桥中的K+向盛有NaCl溶液的烧杯中移动 D.外电路中每通过0.1 mol电子，X电极质量增加14.35 g 【答案】B 【解析】放电时，X电极为负极，发生氧化反应，电极反应式为Ag+Cl--e-===AgCl，A错误；放电时，Y电极为正极，Ag+在Y电极得到电子发生还原反应，电极反应式为Ag++e-===Ag，B正确；放电时，阳离子向正极移动，所以盐桥中的K+向盛有AgNO3溶液的烧杯中移动，C错误；由X电极反应Ag+Cl--e-===AgCl可知,外电路中每通过0.1 mol电子，生成0.1 mol AgCl，增加的质量为0.1 mol×(143.5 g·mol-1-108 g·mol-1) =3.55 g(增加的是Cl元素的质量)，D错误。 8、一种液态肼(N2H4)燃料电池被广泛应用于发射通信卫星、战略导弹等的运载火箭中。该燃料电池以固体氧化物为电解质，生成物为无毒无害的物质。下列有关该电池的说法正确的是 A.电子沿“电极a→用电器→电极b→电解质→电极a”的路径流动 B.电极a上的电极反应式为N2H4+2O2-+4e-===N2↑+2H2O C.当电极a上消耗1 mol N2H4时，电极b上被氧化的O2在标准状况下的体积约为22.4 L D.该电池常温时不能工作 【答案】D 【解析】燃料电池工作时，电子不能经过电解质，A错误；由图可知，通入N2H4的一极为负极，在氧离子参与下，N2H4在负极上失去电子发生氧化反应生成氮气和水，B错误；通入O2的一极为正极，O2在正极得到电子发生还原反应生成氧离子，电极反应式为O2+4e-===2O2-，电池总反应为N2H4+O2===N2+2H2O，当电极a上消耗1 mol N2H4时，电极b上有1 mol O2被还原，在标准状况下的体积约为22.4 L，C错误；该燃料电池以固体氧化物为电解质，需要高温条件，该电池在常温下不能工作，D正确。 9、节能减排是保护环境的有力手段，利用如图所示的装置处理工业尾气中的硫化氢具有明显优势。下列有关说法错误的是 A.该装置可将化学能转化为电能 B.在Fe3+存在的条件下可获得硫单质 C.该装置工作时，H+从甲电极移到乙电极 D.甲电极上的电极反应式为H2S+2H2O-6e-===SO2+6H+ 【答案】B 【解析】由装置图可知，此装置为原电池，乙极为正极，电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O，甲极为负极，电极反应式为H2S+2H2O-6e-===SO2+6H+，据此分析解答。 10、金属锂燃料电池是一种新型电池，比锂离子电池具有更高的能量密度，它无电时无需充电，只需更换其中的某些材料即可，其工作示意图如图。下列说法正确的是 A.有机电解液可以是乙醇等无水有机物 B.放电时，锂电极发生还原反应 C.放电时，消耗1 mol O2，则锂电极质量减少28 g D.在更换锂、多孔碳电极的同时，不需要更换水性电解液 【答案】C 【解析】放电时，通入空气的一极为正极，氧气得电子发生还原反应，锂作负极，发生氧化反应，锂能与乙醇反应，有机电解液不能是乙醇，故A、B错误；负极的电极反应式为Li-e-===Li+，正极的电极反应式为2H2O+O2+4e-===4OH-,消耗1 mol氧气转移4 mol电子，锂电极反应4 mol Li，减少质量为4 mol×7 g·mol-1 =28 g，故C正确；由于水性电解液的成分也发生了变化，在更换锂电极的同时，也要更换水性电解液，D错误。 11、某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，有甲、乙两位同学均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6 mol·L-1稀硫酸中，乙同学将电极放入6 mol·L-1 NaOH溶液中，如图所示。 (1)如果甲与乙两位同学均认为“构成原电池的电极材料若是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出__________(填写元素符号，下同)活动性更强，而乙会判断出________活动性更强。  由此实验，可得到的结论是______________________。  (2)上述实验也反过来证明了“利用金属活动性顺序直接判断原电池中正、负极”的做法__________(填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，则请你提出另一个判断原电池正、负极可行的实验方案：______________________。  【答案】(1)Mg　Al　利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的电解质 (2)不可靠　在两电极之间连上一个电流表，测电流方向，判断原电池的正、负极 12、锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入MnO2中生成LiMnO2。回答下列问题： (1)外电路的电流方向是由________(填字母，下同)极流向________极。  (2)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？______(填“是”或“否”)，原因是_______。 (3)电池b极反应式为____________。  【答案】(1)b　a　(2)否　电极Li是活泼金属，能与水反应　(3)MnO2+e-+Li+===LiMnO2 13、甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图所示： (1)甲醚由__________(填“b”或“c”)通入。  (2)该电池负极的电极反应式为__________。  (3)工作一段时间后，当9.2 g的甲醚完全反应时，有__________mol电子转移。  【答案】(1)b　(2)CH3OCH3-12e-+3H2O===2CO2+12H+　(3)2.4 【解析】(1)燃料电池中通燃料的一极为负极，通氧气或空气的一极为正极，H+从左端移向右端，即左边电极为负极，右边电极为正极，甲醚从b口通入。(3)根据负极电极反应式CH3OCH3-12e-+3H2O===2CO2+12H+，9.2 g甲醚参与反应转移电子的物质的量为×12=2.4 mol。 14、高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池放电时的总反应式为 3Zn+2K2FeO4+8H2O===3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。 请回答下列问题： (1)高铁电池的负极材料是__________，放电时负极反应式为____________。  (2)放电时，正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应；正极反应式为______________。放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。  【答案】(1)Zn　Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2 (2)还原　Fe+3e-+4H2O===Fe(OH)3+5OH-　正 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 第03讲 原电池、常见化学电源 学习目标 1、理解原电池的工作原理，能根据电极反应、电流方向或离子的移动方向判断原电池的正极和负极。 2、掌握一次电池、二次电池的反应原理并能书写电极反应式。 3、理解常见的氢氧燃料电池的工作原理，会书写不同介质条件下，燃料电池的电极反应。 知识导图 新知精讲 【知识点1】原电池的工作原理及应用 1、实验探究铜锌原电池的工作原理 (1)实验现象：两种电池均产生电流，锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，检流计指针发生偏转。 (2)实验结论：两种装置均能构成原电池，将化学能转化成电能。 (3)分析上述原电池的工作原理 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 电池总反应 Zn+Cu2+===Cu+Zn2+ 电子流向 由锌极通过导线流向铜极 离子移向 阳离子移向正极，阴离子移向负极 【温馨提示】 ①盐桥(装有含KCl饱和溶液的琼脂)中离子移动方向：Cl-移向ZnSO4溶液，K+移向CuSO4溶液。盐桥在原电池装置中的作用是形成闭合回路，平衡电荷，产生稳定电流。 ②对比图Ⅰ与图Ⅱ两个装置，能更有效地将化学能转化为电能的是图Ⅱ，其原因是图Ⅰ装置中负极直接与CuSO4溶液接触，导致部分化学能转化为热能，产生的电流强度小。 2、原电池 (1)定义：把化学能转化为电能的装置。 (2)构成条件 (3)原电池中正、负极的判断 判断依据 负极 正极 电子流动方向 电子流出极 电子流入极 电解质溶液中阴、阳离子定向移动的方向 阴离子移向的电极 阳离子移向的电极 电流方向 电流流入极 电流流出极 两极发生的反应 失电子，发生氧化反应 得电子，发生还原反应 电极材料 一般是活动性较强的金属 活动性较弱的金属或能导电的非金属 【特殊情况】活泼性强的金属不一定作负极，对于某些原电池，如镁、铝和NaOH溶液组成的原电池，Al作负极，Mg作正极。原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成思维定式——活泼金属一定是负极，但负极一定发生氧化反应。 Al——Cu (浓硝酸) 总反应 负极反应 正极反应 Al——Mg (NaOH溶液) 总反应 负极反应 正极反应 3、原电池工作原理的应用 （1）加快化学反应速率 一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率加快。 例如，当试管a中滴入少量CuSO4溶液后，观察到其中产生气泡的速率较试管b中的快，其原因是CuSO4溶液与锌发生置换反应生成Cu，从而形成微小铜锌原电池，加快产生H2的速率。 （2）比较金属的活动性强弱 原电池的两极为两种不同金属时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼(注意电解质溶液的种类)。 负极：电极质量减少； 正极：有气体生成、电极质量不断增加或不变。 例如，有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A溶解，而B上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，即可以断定金属活动性：A＞B。 （3）设计原电池的一般思路 首先将氧化还原反应拆分成氧化反应和还原反应两个半反应。 其次确定正、负极选择电极材料，还原剂(一般为比较活泼的金属)为负极，比较不活泼的金属或惰性电极为正极。 最后用导线连接两个电极并插入电解质溶液中形成闭合回路，如果两个半反应分别在两个容器中进行，中间应用盐桥连接。 例如，根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计原电池。 ①不含盐桥 ②含盐桥 负极：Cu－2e－===Cu2＋ 正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ 【典例分析】 【例1】某单液原电池的总反应为Cu+2Ag+===Cu2++2Ag，下列关于该反应的电池设计正确的是 A.正极材料为Cu，电解质溶液为CuCl2 B.负极材料为Ag，电解质溶液为AgNO3 C.正极材料为C，电解质溶液为AgNO3 D.负极材料为Cu，电解质溶液为CuSO4 【例2】将等质量的A、B两份锌粉装入试管中，分别加入过量的稀硫酸，同时向装A的试管中加入少量CuSO4溶液。如图表示产生氢气的体积V与时间t的关系，其中正确的是 【例3】某同学在做原电池原理的实验时，有如下实验步骤： ①用导线将灵敏电流表的两端分别与纯净的锌片和铜片相连接(如图1)； ②把一块纯净的锌片插入盛有稀硫酸的烧杯中； ③把一块纯净的铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中； ④用导线把锌片和铜片连接起来后，再平行地插入盛有稀硫酸的烧杯中(如图2)。 (1)实验步骤①中观察到的现象是____________。  (2)实验步骤②中观察到的现象是____________。  (3)实验步骤③中观察到的现象是____________。  (4)实验步骤④中观察到的现象是____________。  (5)通过实验步骤④该同学有了一个猜想，该猜想是____________。  (6)为了证实该猜想，该同学又设计了第⑤步实验，请简要画出第⑤步实验的装置示意图。 【知识点2】一次电池及工作原理 1、化学电源及其分类 (1)概念：化学电源是将化学能转化为电能的实用装置。 (2)化学电源的分类 化学电源 一次电池 可充电电池(二次电池) 燃料电池 特点 只能放电，不能充电 可反复充电和放电，充电时是一个电解池；放电时是一个原电池 能量利用率高，可连续使用，污染轻 化学电源也可按其电解质性质分为中性电池、酸性电池、碱性电池。 (3)化学电源的回收利用 使用后的废弃电池中含有大量的重金属和酸碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。废弃电池要进行回收利用。 2、一次电池 电解质溶液制成胶状，不流动的一次电池，也叫干电池。常见的一次电池主要有酸性锌锰干电池、碱性锌锰干电池、银锌电池等。 （1）酸性锌锰干电池 负极材料：锌 正极材料：石墨 电解质：NH4Cl、ZnCl2 和H2O等。 其电极反应如下： 总反应：Zn+2N+2MnO2===Mn2O3+2NH3+Zn2++H2O； 负极： ； 正极： ； 优、缺点：制作简单、价格低廉，但新电池较易发生自放电而导致存放时间较短、放电后电压下降较快等。 （2）碱性锌锰干电池 负极反应物：锌粉 正极反应物：二氧化锰 电解质：氢氧化钾 其电极反应如下： 总反应：Zn+2MnO2+H2O===ZnO+2MnOOH； 负极： ； 正极： ； 优、缺点：单位质量输出的电能多且储存时间长，适用于大电流和连续放电 （3）纽扣式银锌电池 负极反应物：锌 正极反应物：Ag2O 电解质溶液：KOH溶液 其电极反应如下： 总反应：Zn+Ag2O===ZnO+2Ag 负极： ； 正极： ； 特点：比能量大、电压稳定、储存时间长。 【归纳总结】已知原电池总反应式，书写电极反应式的方法 (1)分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。 (2)若某一电极反应较难书写，可先写出较简单的电极反应式，然后利用总反应式减去该电极反应式即可得到另一电极反应式。 【典例分析】 【例1】日常所用普通锌锰干电池的电极分别为锌筒和石墨棒，以糊状NH4Cl作电解质，电极反应为Zn-2e-+2N===Zn(NH3+2H+，2MnO2+2H++2e-===2MnOOH。下列有关普通锌锰干电池的叙述正确的是 A.电池中锌筒为正极，石墨棒为负极 B.电池可实现电能向化学能的转化 C.电池长时间连续工作时，糊状物可能流出，腐蚀用电器 D.电池工作时，电流方向是由锌筒经外电路流向石墨棒 【例2】高铁电池是一种新型高能高容量电池，某高铁电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A.M极电势高于N极电势 B.电池工作时，电子移动方向为M→A→N→M C.N极的电极反应为Fe+3e-+4H2O===Fe(OH)3+5OH- D.电池工作一段时间后，正极区H+的浓度增大 【例3】热激活电池(又称热电池)可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl⁃KCl混合物一旦受热熔融，电池瞬间即可输出电能。该电池总反应为PbSO4+2LiCl+Ca===CaCl2+Li2SO4+Pb。 根据示意图解答： (1)负极反应物为________，发生____________。 反应，电极反应式为____________。  (2)正极反应物为______，发生______反应，电极反应式为_________________。  (3)电池工作时Li+向______________移动。  (4)常温时，电池不能释放电能的原因是____________________。  【知识点3】二次电池 1、二次电池：又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。 2、实例分析——铅蓄电池 (1)电池构造(如图) 放电反应和充电反应总反应式表示如下： 总反应：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。 放电时的反应 （原电池） 负极： ； 正极： ； 放电过程中，负极的质量增大，稀H2SO4的浓度减小。 充电时的反应 （电解池） 阴极： ； 阳极： ； 充电过程中，负极的质量减小，稀H2SO4的浓度增大。 (2)充电反应原理：充电过程与其放电过程相反。 (3)铅蓄电池的优缺点 ①优点：性能优良、造价低、可多次充放电。 ②缺点：单位质量电池释放的电能少。 3、实例分析——锂离子电池 一种锂离子电池，其负极材料为嵌锂石墨(LixCy)，正极材料为LiCoO2(钴酸锂)，电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水)。 总反应：LixCy＋Li1－xCoO2LiCoO2＋Cy 放电时的反应 （原电池） 负极： ； 正极： ； 充电时的反应 （电解池） 阴极： ； 阳极： ； 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。 【归纳总结】 (1)二次电池充电时的电极连接方法——正接正，负接负。 (2)充电时的电极反应式的书写 放电时的负极反应式充电时的阴极反应式 放电时的正极反应式充电时的阳极反应式 【典例分析】 【例1】铅蓄电池是一种常见的电池，下列说法不正确的是 A.铅蓄电池是二次电池，充电时电能转化为化学能 B.放电时，外电路中电子由Pb流向PbO2 C.放电时，负极反应为Pb-2e-===Pb2+ D.放电时，H+移向PbO2 【例2】为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D⁃Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D⁃Zn⁃NiOOH二次电池，结构如图所示。 电池反应为Zn+2NiOOH+H2OZnO+2Ni(OH)2。 下列说法错误的是(　　) A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高 B.充电时阳极反应为Ni(OH)2+OH--e-===NiOOH+H2O C.放电时负极反应为Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区 【例3】如图为AgCl⁃Sb二次电池的放电过程示意图。 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Ag-e-+Cl-===AgCl C.充电时，消耗4 mol Ag的同时将消耗1 mol Sb4O5Cl2 D.充电时，M极上反应为Sb4O5Cl2+12e-+10H+===4Sb+2Cl-+5H2O 【知识点4】燃料电池 1、燃料电池的概念：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。 2、燃料电池的特点 (1)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出。 (2)能量转换率高(>80%)，排放的废弃物少。 3、制作简易氢氧燃料电池 设计如表中的装置图，试管A、B中的电极为多孔的石墨惰性电极。 实验操作 实验装置 实验现象与结论 闭合K1，断开K2，通入电流，电解水制备H2和O2。KOH溶液的作用：增强导电性 A、B两试管中均产生无色气体，且B中气体体积较大。 结论：A中为O2，B中为H2 电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极，切断K1，闭合K2 电流表的指针偏转，A、B两试管中气体体积逐渐减小。 结论：H2和O2发生原电池反应产生电流 分析该氢氧燃料电池的工作原理： 电池反应：2H2+O2===2H2O； 负极：2H2-4e-+4OH-===4H2O； 正极：O2+4e-+2H2O===4OH-； 离子导体：KOH溶液。 4、氢氧燃料电池：目前最成熟的燃料电池，其中电解质溶液可以是酸性的、碱性的。 种类 酸性 碱性 负极反应式 正极反应式 电池总反应式 2H2＋O2===2H2O 5、燃料电池电极反应式书写的方法 第一步：写出燃料电池的总反应式 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，则总反应为加和后的反应。 第二步：写出电池的正极反应式 正极反应物一般为氧气得电子，介质不同时其电极反应式有所不同，如： 酸性电解质溶液：O2+4H++4e-===2H2O； 碱性电解质溶液：O2+2H2O+4e-===4OH-； 固体电解质(高温下能传导O2-)：O2+4e-===2O2-； 熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2+2CO2+4e-===2C。 第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式。电池反应的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。 6、其他常见燃料电池举例 在酸性介质和碱性介质中甲烷燃料电池的总反应不同，酸性条件下，+4价碳元素全部转化为CO2，碱性条件下，+4价碳元素全部转化为C。 电池类型 导电介质 反应式 甲烷(CH4) 燃料电池 酸性介质 (H＋) 总反应 负极反应 正极反应 乙醇(C2H5OH) 燃料电池 碱性介质 (OH－) 总反应 负极反应 正极反应 丙烷(C3H8) 燃料电池 熔融碳酸盐 (CO) 总反应 负极反应 正极反应 甲醇(CH3OH) 燃料电池 固态氧化物 (O2－) 总反应 负极反应 正极反应 肼(N2H4)燃料电池 (生成氮气和水) 碱性介质 (OH－) 总反应 负极反应 正极反应 【典例分析】 【例1】某学习小组以肼(N2H4)为原料设计了一种燃料电池，构造如图所示。其中两个电极均为铂电极，电池的总反应方程式为N2H4+O2===N2+2H2O。下列说法错误的是 A.通入N2H4的一极是电池的负极 B.通入O2的电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH- C.电池工作一段时间后电解质溶液的pH将变大 D.若消耗16 g N2H4，则理论上转移2 mol电子 【例2】工业上，常用微生物燃料电池处理废水中的有机物，达标后才排放。某废水含醋酸盐，利用微生物燃料电池处理废水原理如图所示，下列叙述正确的是 A.装置工作时，电流由b极经用电器流向a极 B.高温下该装置处理废水的效率高于低温 C.b极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-===2CO2↑+7H+ D.11.2 L O2反应时有2 mol质子向a极区迁移 【例3】(1)燃料电池有节能、超低污染、噪声低、使用寿命长等优点。某甲醇燃料电池工作原理如图1所示。Pt电极是电池的________极，Pt电极反应式为__________。如果该电池工作时电路中通过2 mol电子，则消耗的CH3OH的物质的量为__________mol。  (2)一氧化氮⁃空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时，实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合，其工作原理如图2所示，写出放电过程中负极的电极反应式： ，若过程中产生2 mol HNO3，则消耗标准状况下O2的体积为__________L。  课后精练 1、有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验装置 部分实验现象 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____________。  2、下列有关原电池的说法不正确的是 A.图甲所示装置中，盐桥中的K+向盛有ZnSO4溶液的烧杯中移动 B.图乙所示装置中，正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH- C.图丙所示装置中，使用一段时间后，锌筒会变薄 D.图丁所示装置中，使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降 3、实验探究是提高学习效果的有力手段。某同学用如图所示装置研究原电池原理，下列说法错误的是 A.若将图1装置的Zn、Cu下端接触，Zn片逐渐溶解，Cu片上能看到气泡产生 B.图2中H+向Cu片移动 C.若将图2中的Zn片改为Mg片，Cu片上产生气泡的速率加快 D.图2与图3中，Zn片减轻的质量相等时，正极产物的质量比为32∶1 4、最近，我国科学工作者制备了一种Ni⁃CuO电催化剂，并将其与金属铝组装成可充电电池，用于还原污水中的N为NH3，其工作原理如图所示。研究证明，电池放电时，水中的氢离子在电催化剂表面获得电子成为氢原子，氢原子再将吸附在电催化剂表面的N逐步还原为NH3。 下列说法错误的是 A.放电时，负极区游离的OH-数目保持不变 B.放电时，还原1.0 mol N为NH3，理论上需要8.0 mol氢原子 C.充电时，OH-从阴极区穿过离子交换膜进入阳极区 D.充电时，电池总反应为4[Al(OH)4]-===4Al+6H2O+4OH-+3O2↑ 5、甲醇是重要的工业原料，利用甲醇设计的燃料电池具有启动快、效率高等优点，该电池的电解质为H2SO4溶液。下列说法正确的是 A.负极区溶液的pH减小 B.溶液中S向正极移动 C.正极反应式为2H++2e-===H2↑ D.该电池工作时，消耗1 mol CH3OH的同时生成11.2 L CO2(标准状况) 6、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.装置丙中溶液中的S移向A极 D.四种金属的活动性由强到弱的顺序是D>A>B>C 7、某学习小组设计如图所示原电池装置，该电池总反应为Cl-+Ag+===AgCl↓。下列说法正确的是 A.放电时，X电极发生还原反应 B.放电时，Y电极的电极反应式为Ag++e-===Ag C.放电时，盐桥中的K+向盛有NaCl溶液的烧杯中移动 D.外电路中每通过0.1 mol电子，X电极质量增加14.35 g 8、一种液态肼(N2H4)燃料电池被广泛应用于发射通信卫星、战略导弹等的运载火箭中。该燃料电池以固体氧化物为电解质，生成物为无毒无害的物质。下列有关该电池的说法正确的是 A.电子沿“电极a→用电器→电极b→电解质→电极a”的路径流动 B.电极a上的电极反应式为N2H4+2O2-+4e-===N2↑+2H2O C.当电极a上消耗1 mol N2H4时，电极b上被氧化的O2在标准状况下的体积约为22.4 L D.该电池常温时不能工作 9、节能减排是保护环境的有力手段，利用如图所示的装置处理工业尾气中的硫化氢具有明显优势。下列有关说法错误的是 A.该装置可将化学能转化为电能 B.在Fe3+存在的条件下可获得硫单质 C.该装置工作时，H+从甲电极移到乙电极 D.甲电极上的电极反应式为H2S+2H2O-6e-===SO2+6H+ 10、金属锂燃料电池是一种新型电池，比锂离子电池具有更高的能量密度，它无电时无需充电，只需更换其中的某些材料即可，其工作示意图如图。下列说法正确的是 A.有机电解液可以是乙醇等无水有机物 B.放电时，锂电极发生还原反应 C.放电时，消耗1 mol O2，则锂电极质量减少28 g D.在更换锂、多孔碳电极的同时，不需要更换水性电解液 11、某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，有甲、乙两位同学均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6 mol·L-1稀硫酸中，乙同学将电极放入6 mol·L-1 NaOH溶液中，如图所示。 (1)如果甲与乙两位同学均认为“构成原电池的电极材料若是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出__________(填写元素符号，下同)活动性更强，而乙会判断出________活动性更强。  由此实验，可得到的结论是______________________。  (2)上述实验也反过来证明了“利用金属活动性顺序直接判断原电池中正、负极”的做法__________(填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，则请你提出另一个判断原电池正、负极可行的实验方案：______________________。  12、锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入MnO2中生成LiMnO2。回答下列问题： (1)外电路的电流方向是由________(填字母，下同)极流向________极。  (2)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？______(填“是”或“否”)，原因是_______。 (3)电池b极反应式为____________。  13、甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图所示： (1)甲醚由__________(填“b”或“c”)通入。  (2)该电池负极的电极反应式为__________。  (3)工作一段时间后，当9.2 g的甲醚完全反应时，有__________mol电子转移。  14、高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池放电时的总反应式为 3Zn+2K2FeO4+8H2O===3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。 请回答下列问题： (1)高铁电池的负极材料是__________，放电时负极反应式为____________。  (2)放电时，正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应；正极反应式为______________。放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。  第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $