1.2 化学能转化为电能——电池（题型专练）化学鲁科版选择性必修1

第二节 化学能转化为电能——电池 （题型突破·举一反三） 题型01 原电池的工作原理 题型02 原电池中正、负极的判断 题型03 原电池工作原理的应用 题型04 原电池有关的计算 题型05 一次电池 题型06 二次电池 题型07 燃料电池 题型08 新型化学电源 ▌题型01 原电池的工作原理 1．反应原理 (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。 (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)。 (3)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．单液原电池和双液原电池对比 比较项目 单液原电池 双液原电池 相同点 正负极，电极反应，总反应式，电极现象 不 同 点 能量 变化 化学能转化为电能和热能 化学能只转化为电能 反应 区域 两极反应在相同区域 两极反应在不同区域 3．双液原电池中盐桥的组成和作用 ①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。 ②盐桥中离子移向：盐桥含饱和KCl(KNO3)溶液，K＋移向正极，Cl－(NO3－)移向负极。 ③盐桥的作用： a.连接内电路，形成闭合回路； b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。 c.减少能量损耗。 【典例1】（25-26高一下·广西柳州·阶段检测）下列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．原电池中，负极发生还原反应 C．构成原电池的两个电极必须是两种不同的金属 D．原电池中，电子从负极经导线流向正极 【答案】D 【详解】A．原电池是将化学能转化为电能的装置，将电能转化为化学能的装置为电解池，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，B错误； C．构成原电池的两个电极不一定是两种不同金属，也可以是金属与导电非金属（如石墨），燃料电池中两极还可以都是惰性电极，C错误； D．原电池中负极失电子，电子从负极经外电路导线流向正极，D正确； 故答案为D。 【典例2】（22-23高二上·四川遂宁·开学考试）下列装置能构成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．两个电极分在两个独立烧杯，电解质没有连通，不能形成闭合回路，不能构成原电池，A错误； B．两个电极都是Cu，活泼性完全相同，没有电势差，无法发生电子转移，不能构成原电池，B错误； C．Fe（活泼金属负极）、石墨（惰性正极）活泼性不同；同一 U 型管稀硫酸电解质连通；导线形成闭合回路；Fe与稀硫酸能自发发生氧化还原反应，全部满足条件，可以构成原电池，C正确； D．乙醇是非电解质，不能电离导电，不属于电解质溶液，不能构成原电池，D错误； 故答案选C。 【变式1-1】理论上不能设计为原电池的化学反应是 A． B．     C． D． 【答案】B 【详解】A．该反应是甲烷的燃烧，属于氧化还原反应，有电子转移，且自发放热，能设计成原电池，A不符合题意； B．该反应是酸碱中和反应，属于复分解反应，无电子转移，非氧化还原反应，虽自发放热，但不能设计成原电池，B符合题意； C．该反应是氢气的燃烧，属于氧化还原反应，有电子转移，且自发放热，能设计成原电池，C不符合题意； D．该反应中铁单质与发生氧化还原反应，有电子转移，且自发放热，能设计成原电池，D不符合题意； 故答案选B。 【变式1-2】某小组为研究Fe、Cu与稀硫酸间的反应，设计如图装置。下列叙述正确的是 A．a和b不连接时，铜片上发生还原反应 B．无论a和b是否连接，铁片均会溶解 C．a和b用导线连接时，电子按Fe→稀硫酸→Cu方向流动 D．a和b用导线连接时，铜片上会有气泡冒出，则铜可与稀硫酸反应 【答案】B 【详解】 A．a和b不连接时，铜与稀硫酸不反应，A错误； B．a和b不连接时，铁片和稀硫酸发生置换反应，a和b用导线连接时，形成了原电池，加快了铁与稀硫酸的反应，无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液由硫酸的无色变成硫酸亚铁的浅绿色，B正确； C．a和b用导线连接时，形成了原电池，较活泼的铁片为负极，铜片为正极，电子从负极流出，经导线流入正极，即电子按Fe→导线→Cu方向流动，C错误； D．a和b用导线连接时，形成了原电池，较活泼的铁片为负极，铁失去电子发生氧化反应，电极反应为Fe-2e-=Fe2+，铜片为正极，溶液中的氢离子在正极得电子发生还原反应，电极反应为2H++2e-=H2↑，铜片上有气泡产生，铜与硫酸不反应，D错误。 答案选B。 【变式1-3】如图所示，将镁片、铝片平行插入一定浓度的NaOH溶液中，用导线连成闭合回路，该装置在工作时，下列叙述中正确的是    A．镁比铝活泼，镁失去电子被氧化成Mg2+ B．铝是电池的负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀生成 C．该装置的内、外电路中，均是电子的定向移动形成 D．该装置开始工作时，铝片表面的氧化膜可不必处理 【答案】D 【详解】A．在NaOH溶液中，铝能与NaOH溶液发生氧化还原反应，在该反应中，铝失电子作原电池的负极，而镁和氢氧化钠溶液不能发生氧化还原反应，故A错误； B．在NaOH溶液中，铝能与NaOH溶液发生氧化还原反应，在该反应中，铝失电子作原电池的负极，由于电池开始工作时，生成的铝离子的量较少，NaOH过量，此时不会有Al(OH)3白色沉淀生成，故B错误； C．该装置外电路，是由电子的定向移动形成电流，而内电路，则是由溶液中自由移动的离子的定向移动形成电流，故C错误； D．由于铝片表面的氧化膜也能与NaOH溶液反应，故其不必处理，故D正确； 故答案为D。 ▌题型02 原电池中正、负极的判断 常见判断依据 判断依据 负极 正极 1 依据电极材料 一般为活动性较强的金属 活动性较弱的金属或能导电的非金属 2 依据电子/电流流动方向 电子流出极/电流流入极 电子流入极/电流流出极 3 依据电解质离子流动方向 阴离子移向的电极 阳离子移向的电极 4 依据电极反应 氧化反应 还原反应 5 依据电极质量变化 减小 可能增大 6 依据有无气泡产生 无气泡放出 可能有气泡放出（H2） 7 依据电极附近PH变化 —— PH增大 【典例1】（25-26高二下·广东惠州·期末）一种镁合金空气电池结构如图所示。下列说法不正确的是 A．镁合金发生氧化反应 B．电子由镁合金经负载流向石墨 C．石墨表面发生的电极反应为 D．负极生成的Mg2+转化为Mg(OH)2，可处理加工为镁锭，实现循环利用 【答案】C 【详解】A．镁合金为原电池负极，失电子发生氧化反应，A正确； B．原电池中电子由负极经外电路负载流向正极，镁合金是负极、石墨是正极，故电子由镁合金经负载流向石墨，B正确； C．电解液为中性NaCl溶液，石墨表面得电子应和水反应生成，正确电极反应为，选项给出的是酸性条件下的正极反应，C错误； D．负极生成的与正极生成的结合为，可处理加工为镁锭实现循环利用，D正确； 故选C。 【典例2】（25-26高二上·湖南长沙·阶段检测）化学学习小组设计下图装置进行实验。下列说法中错误的是 A．打开开关，观察到锌上有气体产生，铜上无现象 B．接通开关，形成原电池，锌为负极，铜为正极 C．接通开关，形成原电池，电子由锌电极流出经过溶液流向铜片 D．接通开关，铜片上有气体产生，电极反应式为 【答案】C 【详解】A．打开开关，锌较活泼，铜不活泼，锌与稀硫酸直接反应，则可以观察到锌上有气体产生，铜上无现象，A正确； B．接通开关，形成原电池，锌较活泼，铜不活泼，则锌为负极，铜为正极，B正确； C．接通开关，形成原电池，锌较活泼，铜不活泼，则锌为负极，铜为正极，则电子由锌电极流出经过导线流向铜片，C错误； D．接通开关，锌较活泼，铜不活泼，则锌为负极，铜为正极，铜片上有气体产生，电极反应式为，D正确。 故选C。 【变式2-1】锌空气电池具有蓄电量大、充电循环次数多等优点。下列有关说法错误的是 A．电池放电时电极逐渐溶解 B．石墨为正极 C．电子由石墨经导线流向片 D．电池放电时实现了化学能向电能的转化 【答案】C 【分析】锌空气电池，较活泼的锌作负极，石墨作正极，据此分析解答。 【详解】A．锌电极为原电池负极，放电时Zn发生氧化反应失去电子转化为离子进入电解质溶液，电极逐渐溶解，A正确； B．石墨电极处通入空气，其中的氧气在石墨上发生得电子的还原反应，故石墨为正极，B正确； C．原电池中电子由负极经外电路流向正极，该电池中Zn为负极、石墨为正极，因此电子应由Zn经导线流向石墨，C错误； D．电池放电过程为原电池工作过程，可将化学能转化为电能，D正确； 故选C。 【变式2-2】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。 【变式2-3】化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法正确的是 A．图甲：锌铜原电池工作时，电流由铜经电流表流向锌 B．图乙：纽扣式银锌电池中，正极的电极反应式为 C．图丙：锌锰干电池中，锌筒作负极，发生还原反应，且外电路中每转移2mol电子消耗锌65g D．图丁：铅蓄电池为二次电池，其负极的电极反应式为 【答案】A 【详解】A．锌铜原电池中Zn为负极、Cu为正极，外电路电流由正极（铜）经电流表流向负极（锌），A正确； B．纽扣式银锌电池电解质为KOH碱性溶液，不存在大量，正极反应式应为，B错误； C．锌锰干电池中锌筒作负极，发生失电子的氧化反应，不是还原反应，C错误； D．铅蓄电池电解质为硫酸，负极Pb失电子后与结合生成，电极反应式为，D错误； 故选A。 ▌题型03 原电池工作原理的应用 1．比较金属的活动性强弱： 原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。 2．加快化学反应速率 一个自发进行的氧化还原反应，创造多个微电池反应环境，使反应速率增大。如在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液构成原电池，反应速率增大。 3．用于金属的防护 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。 4．设计制作化学电源 ①拆分反应：将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。 【典例1】（25-26高二下·黑龙江哈尔滨·期末）下列事实不用原电池原理解释的是 A．轮船水线以下的船壳上装一定数量的锌块 B．烧过菜的铁锅加入清水放置，出现红棕色的锈斑 C．纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量CuSO4溶液后反应速率加快 D．红热的铁丝与冷水接触，表面形成蓝黑色保护层 【答案】D 【详解】A．轮船水线下的锌块、铁与海水构成原电池，锌作负极被腐蚀、铁作正极被保护，用到原电池原理，A不符合题意； B．烧过菜的铁锅残留电解质溶液，同铁锅的铁、碳构成原电池，铁发生吸氧腐蚀生成红棕色锈斑，用到原电池原理，B不符合题意； C．锌置换出中的铜，锌、铜与稀硫酸构成原电池，加快了反应速率，用到原电池原理，C不符合题意； D．红热铁丝与冷水接触，是铁和水蒸气直接发生化学反应生成四氧化三铁，无原电池结构形成，不用原电池原理解释，D符合题意； 答案选D。 【典例2】（25-26高二上·黑龙江鸡西·开学考试）有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀溶液中，电流由D流向C；③A、C相连后，同时浸入稀溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀溶液中，D极发生氧化反应。据此，判断四种金属的活动性顺序是 A．A>B>C>D B．A>C>D>B C．C>A>B>D D．B>D>C>A 【答案】B 【详解】①中形成原电池，A为负极，活动性；②中电流由D流向C，说明C为负极，活动性；③中C极产生气泡，说明C为正极，活动性；④中D极发生氧化反应，说明D为负极，活动性，故活动性：，选B。 【变式3-1】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。 【变式3-2】一种锌-空气电池的简易装置结构如图所示。下列说法错误的是 A．石墨板为正极 B．电子流动方向：板凝胶→石墨板 C．电池工作时，凝胶中的数目保持不变 D．空气中的等酸性气体会影响电池的性能 【答案】B 【分析】该装置为原电池，比石墨活泼，作负极，石墨作正极，碱性条件下，负极反应式为，正极反应式为。据此分析。 【详解】A．比石墨活泼，作负极，石墨作正极，A正确； B．电子只能沿外电路（导线）移动，不能通过电解质（凝胶，电解质靠离子导电），正确的电子流动方向为：板导线（电流表）石墨板，B错误； C．根据分析可知正极反应式为，负极反应式为，故总反应为，不参与电极反应，整个凝胶中总数保持不变，C正确； D．是酸性气体，会和电解质反应，改变电解质碱性，会影响电池性能，D正确； 故答案选B。 【变式34-3】一种新型微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化，其工作原理如图所示，下列说法正确的是。 A．该电池能在高温下工作 B．a极为电池的正极 C．有机废水处理后pH降低 D．处理的电极反应为 【答案】C 【分析】该电池在b电极硝酸根被还原为氮气b是正极，a为负极在a极有机物被氧化为二氧化碳。 【详解】A．该电池是微生物燃料电池，高温条件下微生物死亡，因此不能在高温条件下工作，故A错误； B．据分析，a极发生氧化反应，因此a极为电池的负极，故B错误； C．有机废水在a极被氧化后，生成二氧化碳，参与反应的还有水，生成物除了二氧化碳还有氢离子，因此处理后溶液pH降低，故C正确； D．b为正极，处理的电极反应为，故D错误； 故选C。 ▌题型04 原电池有关的计算 【典例1】（25-26高二上·江苏连云港·阶段检测）一种熔融碳酸盐燃料电池的原理示意图如下。 下列有关说法正确的是 A．电极A为负极，消耗CO和H2的物质的量之比为1：1 B．催化重整反应每消耗1 mol CH4理论上转移3 mol e- C．电池工作时，CO向电极A移动 D．电极A上生成CO2的量等于电极B上消耗CO2的量 【答案】C 【详解】A．电极A为通入燃料的负极，但催化重整反应生成CO和H₂的物质的量之比为1:3，因此消耗二者的比为1:3，不是1:1，A错误； B．催化重整反应为，C元素从-4价升高到+2价，每消耗1mol CH4转移6mol e-，B错误； C．原电池工作时阴离子向负极移动，电极A为负极，因此向电极A移动，C正确； D．负极（A）每转移4mol电子生成3mol CO2，正极（B）每转移4mol电子消耗2mol CO2，二者量不相等，D错误； 故答案选C。 【典例2】（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。 【变式4-1】盐酸羟胺(NH3OHCl)是一种常见的显像剂，性质与NH4Cl类似。工业上主要采用图1的方法制备NH3OHCl，电池装置中含Pt-Rh(用M表示)的催化电极的电极反应机理如图2所示。下列说法正确的是 A．Pt电极作正极，发生还原反应 B．图2中A表示H+和e-，B表示NH3OH+ C．电池放电时，左侧溶液的pH减小 D．当外电路中通过3 mol电子时，电池质量增加33 g 【答案】D 【详解】A．由图2可知，含M的催化电极得电子，为原电池的正极，Pt电极为负极，发生氧化反应，A项错误；　 B．与性质类似，则能与反应生成，此反应属于非氧化还原反应，所以A表示，B表示，B项错误； C．电池放电时，含M的催化电极的电极反应为，原电池中阳离子（）经质子交换膜移向正极，当转移3 mol电子时，负极生成3 mol ，全部移到左侧，而正极共消耗4 mol ，因此左侧净消耗1 mol ，反应过程中消耗，则溶液的pH增大，C项错误； D．放电过程的总反应为，当外电路中通过3 mol电子时，Pt电极吸收1.5 mol ，含M的催化电极吸收1 mol NO，所以电池增加的质量为，D项正确； 故选D。 【变式4-2】一种微生物光电化学法去除溶液中的装置如图所示，下列相关说法正确的是 A．该装置工作时只存在光能转化为化学能 B．通过质子交换膜从左室移向右室 C．电极a上发生还原反应生成 D．外电路每通过0.1 mol电子，电极b上得到 【答案】B 【分析】电极a：光照下光电极失去电子，发生氧化反应，作负极；电极b：被还原为，发生还原反应，作正极。由此解题。 【详解】A．该装置为光电化学电池，工作时存在光能→电能→化学能的转化，同时微生物作用还伴随化学能的转化，并非 “只存在光能转化为化学能”，A错误； B．原电池工作时，阳离子向正极移动，电极a在左室，电极b在右室，因此通过质子交换膜从左室移向右室，B正确； C．电极a为负极，发生氧化反应而非还原反应，发生氧化反应生成，C错误； D．电极b的电极反应为，根据电子守恒，每转移10 mol电子，生成1 mol，则外电路通过0.1 mol电子时，电极b上最初生成0.01 mol，但部分发生还原反应，因此不能得到0.01 mol，D错误； 故答案选B。 【变式4-3】利用微生物脱盐燃料电池，可同时淡化盐水和处理氨氮废水(主要含)，原理如图所示，下列说法正确的是 A．处理氨氮废水的过程实现了氮的固定 B．M膜为阴离子交换膜 C．负极的电极反应式为： D．外电路转移，脱盐室质量减少58.5g 【答案】C 【分析】由题意可知，该装置是原电池，据图可知右侧电极上C6H12O6被氧化生成CO2，所以右边为负极，左边为正极，硝酸根被还原生成氮气。 【详解】A．氮的固定是指将空气中游离态的氮（主要是N2）转化为化合态氮（如氨、硝酸盐等含氮化合物）的过程，题中处理氨氮废水最后转化为氮气，不属于氮的固定，A错误； B．脱盐室中Na+向正极移动，Cl-向负极移动。因此M需允许Na+通过，应为阳离子交换膜，B错误； C．负极C6H12O6被氧化生成CO2，电极反应式为：，C正确； D．外电路转移1 mol e-时，脱盐室中Na+和（共1mol）向正极移动、1molCl-向负极移动，脱盐室质量减少无法计算，D错误； 故答案选C。 ▌题型05 一次电池 1．普通锌锰干电池 正极材料：MnO2 正极：2MnO2＋2NH＋2e－===2NH3＋Mn2O3＋H2O。 负极材料：Zn 负极：Zn－2e－===Zn2＋； 总反应：Zn＋2MnO2＋2NH4Cl===ZnCl2＋Mn2O3＋2NH3＋H2O； 2．碱性锌锰干电池 正极材料：MnO2 正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－； 负极材料：Zn 负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。 3．银锌电池 正极材料：Ag2O 正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－； 负极材料：Zn 负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。 4．锂电池 Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。 负极材料：锂 电极反应：8Li－8e－===8Li＋。 正极材料：SOCl2 正极反应：3SOCl2＋8e－===2S＋SO＋6Cl－。 总反应：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。 【典例1】（25-26高二上·河北石家庄·期末）普通锌锰电池的构造如图。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．碱性锌锰电池比普通锌锰电池的比能量和可存储时间均有所提高 【答案】D 【详解】A．锌是活泼金属，普通锌锰电池锌作电池负极材料，A错误； B．电池工作时，阳离子向正极方向移动，B错误； C．得电子，发生还原反应，C错误； D．碱性锌锰电池比能量高，可存储时间也更长，性能比普通锌锰电池更优，D正确； 故选D。 【典例2】（25-26高二上·天津武清·阶段检测）碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是 A．电池工作时，发生氧化反应 B．电池工作时，通过隔膜向正极移动 C．该电池比普通锌锰电池性能好，它的比能量和可储存时间均有所提高 D．反应中每生成，转移电子数为 【答案】C 【详解】A．中Mn元素化合价从+4价降低为MnOOH中的+3价，得电子发生还原反应，A错误； B．原电池工作时，阴离子向负极移动，应向负极移动，B错误； C．碱性锌锰电池以KOH为电解质，锌采用锌粉，反应更充分，相比普通锌锰电池，比能量和可储存时间均有提高，性能更好，C正确； D．每生成1 mol MnOOH，Mn元素化合价降低1价，转移1 mol电子，转移电子数为，D错误； 故答案选C。 【变式5-1】锌银纽扣电池构造示意图如下。下列有关说法错误的是 A．正极反应为： B．纤维膜中的OH-流向电解液a C．放电时锌粉发生氧化反应 D．钢壳起到导电与支撑的作用 【答案】B 【分析】根据锌银纽扣电池构造示意图可知，Zn粉是电池的负极失电子形成，氧化银粉是电池正极，得电子生成Ag。 【详解】A．根据分析和电池中含有KOH可知，正极反应为：，A正确； B．该装置是原电池，由正极移向负极，即流向电解液b，B错误； C．放电时锌粉在负极反应，发生氧化反应，C正确； D．钢壳没有参与电极反应，起导电于支撑的作用，D正确； 故选B。 【变式5-2】一种用于心脏起搏器的微型电池，其电极材料是石墨和锂，电解质溶液为等物质的量的LiCl、AlCl3溶解在SOCl2中形成的溶液。这种电池的总反应为＋2S，下列说法不正确的是 A．该电池具有容量大、寿命长和电压稳定等特点 B．电池工作时，向石墨电极方向移动 C．可以用来代替 D．正极反应式为 【答案】C 【分析】根据电池的总的反应为：8Li+3SOCl2═6LiCl+Li2SO3+2S，可知负极为锂，负极反应为8Li-8e-=8Li+，正极为石墨，电极反应为：，据此分析作答即可。 【详解】A．该电池用于心脏起搏器，应具有容量大、寿命长和电压稳定等特点，A正确； B．石墨是正极，Li+作为阳离子应向正极(石墨电极)移动，B正确； C．锂是活泼金属，与水剧烈反应，不能用水代替SOCl2，C不正确； D．由分析可知，该正极反应式正确，符合电子转移和原子守恒，D正确； 故选C。 【变式5-3】“大气固碳”锂电池原理，装置如图所示。下列说法错误的是 A．充电时，电极A接电源的正极 B．充电时，左室锂电极的质量增加 C．放电时，锂离子通过聚合物电解质膜进入右室 D．放电时，电极B的电极反应为 【答案】A 【分析】根据图示，放电时二氧化碳进入电池，发生反应，Li失电子发生氧化反应，则A电极为负极、B电极为正极；充电时，A是阴极、B是阳极。 【详解】A．充电时，A是阴极、B是阳极，电极A接电源的负极，故A错误； B．充电时，A是阴极、B是阳极，锂离子由右室向左室移动，左室锂电极的质量增加，故B正确； C．放电时，A电极为负极、B电极为正极，阳离子由负极向正极移动，锂离子通过聚合物电解质膜进入右室，故C正确； D．放电时，B电极为正极，正极二氧化碳得电子生成单质碳，电极B的电极反应为，故D正确； 选A。 ▌题型06 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——铅蓄电池 (1)电池构造 放电反应和充电反应总反应式表示如下： Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。 (2)放电反应原理 ①负极反应式：Pb+S-2e-===PbSO4 ；  ②正极反应式：PbO2+4H++S+2e-===PbSO4+2H2O ；  ③放电过程中，负极的质量增大，稀H2SO4的浓度减小。 (3)充电反应原理：充电过程与其放电过程相反。 (4)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。 【典例1】（25-26高二下·甘肃白银·期末）铅酸蓄电池放电时的工作原理为。铅酸蓄电池放电时，下列说法正确的是 A．电解质溶液中的往电极方向迁移 B．一段时间后，和电极的质量均增大 C．负极上发生还原反应，失去电子 D．一段时间后，电解质溶液的减小 【答案】B 【详解】A．放电时为负极，阳离子向正极迁移，应向电极方向移动，A错误； B．负极失电子转化为难溶的附着在电极上，质量增大；正极得电子也转化为附着在电极上，质量同样增大，B正确； C．负极上物质失去电子，发生的是氧化反应，不是还原反应，C错误； D．反应消耗且生成，溶液中浓度降低，pH增大，D错误； 故选B。 【典例2】（25-26高二上·湖南常德·期末）平板电脑使用的某种聚合物锂离子电池的工作原理如图所示，该电池的总反应为：Li1- xCoO2+LixC6LiCoO2+ C6(LixC6表示锂嵌入石墨形成的复合材料)。下列说法正确的是 A．放电时，A电极作电池的负极 B．K与N相连接时，B极区的Li+通过隔膜向A极区迁移 C．为了增强导电性，电解质可以配成水溶液 D．K与M相连接时，阳极反应式为LixC6 -xe-=xLi++ C6 【答案】B 【分析】该聚合物锂离子电池总反应为，放电时（原电池），A为正极，B为负极；负极氧化：，正极还原，由B向A迁移，充电时（电解池），A接电源正极作阳极氧化，B作阴极还原，由A向B迁移，据此分析。 【详解】A．由图示可知，充电时A极与电源正极相连，则放电时A极为正极，A不符合题意； B．K与N相连接时，为原电池，A极为正极，B极区的通过隔膜向A极区迁移，B符合题意； C．中嵌有活泼金属锂，遇水发生反应，C不符合题意； D．K与M相连接时，为电解池，依据总反应可知，充电时的阳极反应式为，D不符合题意； 故选B。 【变式6-1】我国科学家研发了一种二次电池。将溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为。下列说法中错误的是 A．放电时，向负极移动 B．充电时释放，放电时吸收 C．放电时，正极反应为 D．充电时，阳极反应为 【答案】D 【分析】由总反应可知，钠电极失去电子发生氧化反应，为负极，则镍电极为正极； 【详解】A．电池放电时，阴离子向负极移动，A项正确； B．放电时Na作负极、Ni作正极，充电时Na作阴极、Ni作阳极，则放电时电池反应为，充电时电池反应为，所以充电时释放，放电时吸收，B项正确； C．放电时，正极反应为得到电子被还原为C，结合质量守恒，反应为：，C项正确； D．充电时，电池的正极与外接电源的正极相连，即作阳极，发生失电子的氧化反应，应为碳失电子生成：，D项错误； 故选D。 【变式6-2】水系钠离子二次电池的放电过程示意图如图所示，下列说法正确的是 A．放电时，电极b为负极 B．充、放电时，均向电势更高的电极移动 C．放电时，总反应为 D．外电路通过2mol电子时，理论上两电极区域质量变化的差值为92g 【答案】D 【分析】由图可知，水系钠离子二次电池的放电过程钠离子向右移动，故电极b为正极，正极反应式为，电极a为负极，负极反应式为，充电时为电解池，原电池的负极作阴极、原电池的正极作阳极，电极反应相反，据此分析解答。 【详解】A．放电时为原电池，电极b为正极，A错误； B．充电时，阳离子移向阴极，即均向电势更低的电极移动，B错误； C．放电时，正极反应式为，负极反应式为，故总反应为，而选项C的反应为充电时的总反应，C错误； D．放电时，正极反应式为，负极反应式为，则外电路通过2mol电子时，由电荷守恒可知，通过交换膜的钠离子为2mol，负极区质量减少，正极区质量增加，理论上两电极区域质量变化的差值为，D正确； 故答案选D。 【变式6-3】我国科研人员研制出的可充电“Na-CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应方程式为4Na+3CO22Na2CO3+C。放电时该电池“吸入”CO2，生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面。其工作原理如右图所示。下列说法正确的是 A．充电时，钠箔与外电源正极相连 B．可用乙醇代替四甘醇二甲醚 C．放电时，正极的电极反应式为：3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C D．放电时，电路中转移4mol电子时，正极质量增加12克 【答案】C 【分析】由题干反应方程式4Na+3CO22Na2CO3+C可知，放电时，Na发生氧化反应，钠箔是负极，电极反应为：Na-e-=Na+，MWCNT电极是正极，电极反应为：3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C，据此分析解题。 【详解】A．由分析可知，放电时钠箔是负极，充电时钠箔为阴极，与外电源的负极相连，A错误； B．钠为活泼金属，乙醇会与钠反应生成氢气，不能用乙醇代替四甘醇二甲醚作电解质，B错误； C．由分析可知，放电时正极发生还原反应，总反应中CO2得电子生成Na2CO3和C，结合电子守恒、电荷守恒及原子守恒，正极反应式为3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C，C正确； D．由题干方程式可知，放电时转移4mol电子，正极生成2mol Na2CO3和1mol C，质量增加2×106g+12g=224g，D错误； 故答案为：C。 ▌题型07 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 检流计的指针偏转，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。 【典例1】（23-24高一下·北京·期中）下图为氢氧燃料电池构造示意图，按照此图的提示，下列叙述正确的是 A．a电极是正极 B．气体B是H2 C．b电极的反应方程式为 D．电子由a经过灯泡流向b 【答案】D 【分析】由题给示意图可知，氢离子向b极移动，则通入氢气的a电极为燃料电池的负极，氢气在负极失去电子发生氧化反应生成氢离子，通入空气的b极为正极，酸性条件下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成水； 【详解】A．氢离子从a极向b极移动，则通入氢气的a电极为燃料电池的负极，氢气在负极失去电子发生氧化反应生成氢离子，a极是负极，故A错误； B．a极是负极氢气，则b极为正极氧气，在酸性条件下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，所以气体B是氧气，故B错误； C．b电极的反应方程式为：，故C错误； D．电池工作时，电子由负极通过灯泡流向正极，则电子由a极通过灯泡流向b极，故D正确； 答案选D。 【典例2】（25-26高二上·重庆·期中）某氢氧燃料电池工作示意图如图。下列说法中，正确的是 A．电极a为电池的正极 B．电极b表面反应为：O2+4e-+4H+=2H2O C．电池工作过程中OH-向b电极迁移 D．氢氧燃料电池将化学能转化为电能的转化率高于火力发电，提高了能源利用率 【答案】D 【分析】由图可知，电极a为负极，电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O，电极b为正极，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，据此作答。 【详解】A．由分析可知，电极a为电池的负极，A错误； B．已知电解质溶液为KOH溶液，故电极b表面反应为：O2+4e-+2H2O=4OH-，B错误； C．原电池工作工作时，电解质溶液中阳离子移向正极，阴离子移动负极，结合分析电极a为负极，电极b为正极，故电池工作过程中OH-向a电极迁移，C错误； D．氢氧燃料电池将化学能直接转化为电能，能量的转化率高于火力发电，提高了能源利用率，D正确； 故答案为：D。 【变式7-1】为既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，合作小组利用反应设计如图所示电池（离子交换膜为阴离子交换膜）。下列说法正确的是 A．电流不可以通过离子交换膜 B．电子由电极经负载流向电极 C．相同状况下，左右两侧电极室中产生的气体体积比为 D．负极反应式为 【答案】D 【分析】由可知，中N元素化合价升高，中N元素化合价降低，所以在电极A发生氧化反应，电极A为负极，电极反应式为；在电极B发生还原反应，电极B为正极，电极反应式为，据此回答。 【详解】A．离子交换膜允许阴离子通过，阴离子定向移动可形成电流，所以电流可以通过离子交换膜，A错误； B．在反应中，中N元素化合价升高，中N元素化合价降低，所以在电极A发生氧化反应，电极A为负极；在电极B发生还原反应，电极B为正极。电子由负极（电极A ）经负载流向正极（电极B ），B错误； C．根据电池总反应，相同状况下，左右两侧电极室中产生的体积比等于物质的量之比为4:3，C错误； D．负极上发生氧化反应，电解质溶液为KOH溶液，根据电荷守恒和原子守恒，负极反应式为，D正确； 故选D。 【变式7-2】一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是 A．催化重整制和时，使用催化剂可以提高反应的焓变 B．电极A上参与的电极反应为： C．电池工作时，向电极A移动 D．电极B上发生的电极反应为： 【答案】C 【分析】燃料电池中，通入燃料的一极为负极，还原剂失去电子发生氧化反应，电子沿着导线流向正极，通入氧化剂的一极为正极，正极上发生还原反应，则A为负极、B为正极，内电路中阴离子移向负极、阳离子移向正极； 【详解】A．焓变(ΔH)由反应物和生成物的总能量决定，催化剂只能降低反应活化能、加快反应速率，不能改变焓变，A错误； B．该电池为熔融碳酸盐燃料电池，电解质中无OH⁻，电极A（负极）上CO失去电子被氧化生成二氧化碳，，B错误； C．电池工作时，阴离子向负极移动，电极A为负极，故向电极A移动，C正确； D．电极B为正极，氧气发生还原反应，得到电子生成碳酸根离子，，D错误； 故选C。 【变式7-3】近年来我国燃料电池技术取得重大突破。下列物质不宜作为电池燃料的是 A．氦气 B．氢气 C．甲烷 D．一氧化碳 【答案】A 【详解】燃料电池的燃料需具备可被氧化的性质以释放电子。氦气（A）化学性质稳定，无法参与氧化还原反应、无法作为燃料；氢气（选项B）、甲烷（选项C）、一氧化碳（选项D）均可通过氧化反应提供电子，适合作为燃料。 答案选A。 ▌题型08 新型化学电源 1. 原电池工作原理的新认识 (1)相同的金属插入相同的电解质溶液中，由于电解质溶液浓度不同，导致两极上氧化反应或还原反应的程度不同，可形成原电池，如浓差电池。 (2)惰性电极材料也可能是原电池的正、负极，只要在电极表面能发生电子的交换就能构成原电池，能向外输出电子的电极为负极，能从电极上获取电子的为正极反应物，该电极为正极。 (3)能源物质（燃料）不一定将电子直接传给负极，可能与电催化剂（电子传递体）进行电子交换，因而要特别关注催化循环中物质的变化、电子的转移方向及反应类型。 (4)储能（充电）过程，不一定是电能转化为化学能，也可能是光能直接转化为化学能。 2. 解答思路 【典例1】（25-26高二下·广东揭阳·期末）某理论研究认为：锌—空气电池放电时如图 1，石墨复合材料电极上所发生反应的催化机理示意图如图2。由此可知，理论上不正确的是 A．放电时，正极附近溶液的pH增大 B．正极反应的催化剂是i C．每消耗22.4 L(标准状况)空气，电路中约转移4 mol电子 D．将KOH溶液换成酸性溶液，图2对应的反应历程改变 【答案】C 【详解】A．放电时正极反应为，反应生成，因此正极附近溶液的pH增大，A正确； B．由催化机理示意图可知，i在反应前存在，参与反应后最终又生成，是正极反应的催化剂，B正确； C．标准状况下22.4 L空气的总物质的量为1 mol，其中体积占比约为1/5，即物质的量约为0.2 mol，1 mol 参与反应转移4 mol电子，故电路中转移电子约为0.8 mol，不是4 mol，C错误； D．换成酸性溶液后，正极反应物为，反应为，不存在类中间产物，反应历程发生改变，D正确； 故选C。 【典例2】（25-26高二下·广东广州·期末）含有乙酸钠和对氯苯酚()的废水可以通过膜电池除去，其原理如图所示，下列说法错误的是 A．a为电池的正极，发生还原反应 B．反应过程中，负极区pH不断减小 C．该电池工作时受环境温度的影响 D．b极的电极反应式为 【答案】B 【分析】由阳离子移动方向，a极为正极、b极为负极； 【详解】A．原电池中阳离子向正极移动，向a极移动，故a为正极，得电子发生还原反应，A正确； B．负极发生反应为乙酸根离子失去电子被氧化为二氧化碳：，每转移8mol电子，负极生成7mol ，同时有8mol 通过质子交换膜移向正极，负极区浓度降低，pH增大，B错误； C．该电池含微生物膜，微生物的活性受温度影响，故电池工作时受环境温度的影响，C正确； D．b为负极，失电子被氧化为二氧化碳，电极反应式为，D正确； 故选B。 【变式8-1】一种高容量水系电池工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．电极a为电池的负极 B．电子流向：电极b→离子交换膜→电极a C．电极b的电极反应式： D．理论上每消耗1 mol ，有2 mol 从右池进入左池 【答案】C 【分析】该水系原电池中b极Zn失电子被氧化为ZnO，作负极，a极得电子被还原为，作正极，可通过离子交换膜在两极间迁移，外电路电子由b极经灯泡流向a极。 【详解】A．电极a上转化为，发生还原反应，为电池正极，A错误； B．电子仅能在外电路中定向移动，无法通过离子交换膜，B错误； C．电极b为负极，失电子发生氧化反应，碱性环境下电极反应式为，C正确； D．阴离子向负极（b极）移动，从左池进入右池，D错误； 答案选C。 【变式8-2】“新能源汽车、锂电池、光伏产品给中国制造增添了新亮色”。氢燃料电池被誉为氢能源汽车的心脏。某种氢燃料电池的内部结构如图所示。下列说法错误的是 A．左侧的电极反应式为 B．电池工作一段时间后，电解质溶液中的浓度会增大 C．该装置实现了化学能转化为电能 D．电解质溶液中无电子通过 【答案】B 【详解】A．左侧为氢燃料电池的负极，通入发生失电子的氧化反应，电极反应式为，A正确； B．电池总反应为，工作过程中生成水会稀释电解质溶液，且反应中负极生成的会迁移到正极被消耗，总数不变，因此浓度会减小，B错误； C．该装置为氢氧燃料电池，属于原电池，实现了化学能向电能的转化，C正确； D．电子仅能在外电路的导线中定向移动，电解质溶液依靠阴阳离子定向移动导电，无电子通过，D正确； 故答案选B。 【变式8-3】辅助电池捕获利用。电池原理如图所示，多孔碳电极上产物为，作为催化剂，催化过程分2步进行，反应I：，下列说法不正确的是 A．电池工作时，阳离子移向多孔碳电极 B．催化反应的反应II： C．常用的离子液体是，阳离子以单个形式存在具有良好的溶解性能，则与N原子相连的、被H原子替换后溶解性能更佳 D．使用多孔碳电极可加快反应速率 【答案】C 【分析】多孔碳电极为正极，CO2被还原为，电极反应为，铝电极为负极，电极反应为Al-3e-=Al3+，生成的Al3+通过阳离子交换膜向正极移动，据此解答。 【详解】A．电池工作时，多孔碳电极为正极，阳离子向正极移动，A正确； B．根据正极反应式和反应I可得，反应II为，B正确； C．原阳离子含有的甲基与乙基可以降低离子的极性，提升在离子液体中的溶解性，而被H替换后极性增强，离子间作用力增大，溶解性下降，C错误； D．多孔碳电极具有高比表面积，可以提供更多活性位点，促进CO2/O2吸附，加快反应速率，D正确； 故选C。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二节 化学能转化为电能——电池 （题型突破·举一反三） 题型01 原电池的工作原理 题型02 原电池中正、负极的判断 题型03 原电池工作原理的应用 题型04 原电池有关的计算 题型05 一次电池 题型06 二次电池 题型07 燃料电池 题型08 新型化学电源 ▌题型01 原电池的工作原理 1．反应原理 (1)电子移动方向：锌失电子逐渐溶解变成Zn2＋进入溶液， 从负极经导线流入正极。 (2)离子移动方向：阴离子向 移动(如SO)，阳离子向 移动(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在 上得电子形成氢气在铜片上冒出)。 (3)两极电极反应式 负极(锌极)： 。 正极(铜极) 。 总反应： 。 2．单液原电池和双液原电池对比 比较项目 单液原电池 双液原电池 相同点 正负极，电极反应，总反应式，电极现象 不 同 点 能量 变化 化学能转化为 能和热能 化学能只转化为 能 反应 区域 两极反应在 区域 两极反应在 区域 3．双液原电池中盐桥的组成和作用 ①盐桥中装有饱和的 等溶液和琼胶制成的胶冻。 ②盐桥中离子移向：盐桥含饱和KCl(KNO3)溶液，K＋移向 ，Cl－(NO3－)移向 。 ③盐桥的作用： a.连接内电路，形成 ； b.平衡电荷，使原电池 产生电流。 c.减少 。 【典例1】（25-26高一下·广西柳州·阶段检测）下列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．原电池中，负极发生还原反应 C．构成原电池的两个电极必须是两种不同的金属 D．原电池中，电子从负极经导线流向正极 【典例2】（22-23高二上·四川遂宁·开学考试）下列装置能构成原电池的是 A． B． C． D． 【变式1-1】理论上不能设计为原电池的化学反应是 A． B．     C． D． 【变式1-2】某小组为研究Fe、Cu与稀硫酸间的反应，设计如图装置。下列叙述正确的是 A．a和b不连接时，铜片上发生还原反应 B．无论a和b是否连接，铁片均会溶解 C．a和b用导线连接时，电子按Fe→稀硫酸→Cu方向流动 D．a和b用导线连接时，铜片上会有气泡冒出，则铜可与稀硫酸反应 【变式1-3】如图所示，将镁片、铝片平行插入一定浓度的NaOH溶液中，用导线连成闭合回路，该装置在工作时，下列叙述中正确的是    A．镁比铝活泼，镁失去电子被氧化成Mg2+ B．铝是电池的负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀生成 C．该装置的内、外电路中，均是电子的定向移动形成 D．该装置开始工作时，铝片表面的氧化膜可不必处理 ▌题型02 原电池中正、负极的判断 常见判断依据 判断依据 负极 正极 1 依据电极材料 一般为活动性较强的金属 活动性较弱的金属或能导电的非金属 2 依据电子/电流流动方向 电子流出极/电流流入极 电子流入极/电流流出极 3 依据电解质离子流动方向 阴离子移向的电极 阳离子移向的电极 4 依据电极反应 反应 反应 5 依据电极质量变化 减小 可能增大 6 依据有无气泡产生 无气泡放出 可能有气泡放出（H2） 7 依据电极附近PH变化 —— PH 【典例1】（25-26高二下·广东惠州·期末）一种镁合金空气电池结构如图所示。下列说法不正确的是 A．镁合金发生氧化反应 B．电子由镁合金经负载流向石墨 C．石墨表面发生的电极反应为 D．负极生成的Mg2+转化为Mg(OH)2，可处理加工为镁锭，实现循环利用 【典例2】（25-26高二上·湖南长沙·阶段检测）化学学习小组设计下图装置进行实验。下列说法中错误的是 A．打开开关，观察到锌上有气体产生，铜上无现象 B．接通开关，形成原电池，锌为负极，铜为正极 C．接通开关，形成原电池，电子由锌电极流出经过溶液流向铜片 D．接通开关，铜片上有气体产生，电极反应式为 【变式2-1】锌空气电池具有蓄电量大、充电循环次数多等优点。下列有关说法错误的是 A．电池放电时电极逐渐溶解 B．石墨为正极 C．电子由石墨经导线流向片 D．电池放电时实现了化学能向电能的转化 【变式2-2】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 【变式2-3】化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法正确的是 A．图甲：锌铜原电池工作时，电流由铜经电流表流向锌 B．图乙：纽扣式银锌电池中，正极的电极反应式为 C．图丙：锌锰干电池中，锌筒作负极，发生还原反应，且外电路中每转移2mol电子消耗锌65g D．图丁：铅蓄电池为二次电池，其负极的电极反应式为 ▌题型03 原电池工作原理的应用 1．比较金属的活动性强弱： 原电池中，负极一般是 的金属，正极一般是 的金属(或非金属)。 2．加快化学反应速率 一个自发进行的氧化还原反应，创造多个 反应环境，使反应速率增大。如在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液构成 ，反应速率 。 3．用于金属的防护 使被保护的金属制品作原电池 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 。 4．设计制作化学电源 ①拆分反应：将氧化还原反应分成两个 。 ②选择电极材料：将还原剂(一般为比较活泼的金属)作 极，活泼性比负极弱的金属或非金属导体作 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—— 作负极。 ③构成闭合回路：电解质溶液一般要能够与 发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与 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 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。 【典例1】（25-26高二下·黑龙江哈尔滨·期末）下列事实不用原电池原理解释的是 A．轮船水线以下的船壳上装一定数量的锌块 B．烧过菜的铁锅加入清水放置，出现红棕色的锈斑 C．纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量CuSO4溶液后反应速率加快 D．红热的铁丝与冷水接触，表面形成蓝黑色保护层 【典例2】（25-26高二上·黑龙江鸡西·开学考试）有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀溶液中，电流由D流向C；③A、C相连后，同时浸入稀溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀溶液中，D极发生氧化反应。据此，判断四种金属的活动性顺序是 A．A>B>C>D B．A>C>D>B C．C>A>B>D D．B>D>C>A 【变式3-1】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 【变式3-2】一种锌-空气电池的简易装置结构如图所示。下列说法错误的是 A．石墨板为正极 B．电子流动方向：板凝胶→石墨板 C．电池工作时，凝胶中的数目保持不变 D．空气中的等酸性气体会影响电池的性能 【变式3-3】一种新型微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化，其工作原理如图所示，下列说法正确的是。 A．该电池能在高温下工作 B．a极为电池的正极 C．有机废水处理后pH降低 D．处理的电极反应为 ▌题型04 原电池有关的计算 【典例1】（25-26高二上·江苏连云港·阶段检测）一种熔融碳酸盐燃料电池的原理示意图如下。 下列有关说法正确的是 A．电极A为负极，消耗CO和H2的物质的量之比为1：1 B．催化重整反应每消耗1 mol CH4理论上转移3 mol e- C．电池工作时，CO向电极A移动 D．电极A上生成CO2的量等于电极B上消耗CO2的量 【典例2】（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 【变式4-1】盐酸羟胺(NH3OHCl)是一种常见的显像剂，性质与NH4Cl类似。工业上主要采用图1的方法制备NH3OHCl，电池装置中含Pt-Rh(用M表示)的催化电极的电极反应机理如图2所示。下列说法正确的是 A．Pt电极作正极，发生还原反应 B．图2中A表示H+和e-，B表示NH3OH+ C．电池放电时，左侧溶液的pH减小 D．当外电路中通过3 mol电子时，电池质量增加33 g 【变式4-2】一种微生物光电化学法去除溶液中的装置如图所示，下列相关说法正确的是 A．该装置工作时只存在光能转化为化学能 B．通过质子交换膜从左室移向右室 C．电极a上发生还原反应生成 D．外电路每通过0.1 mol电子，电极b上得到 【变式4-3】利用微生物脱盐燃料电池，可同时淡化盐水和处理氨氮废水(主要含)，原理如图所示，下列说法正确的是 A．处理氨氮废水的过程实现了氮的固定 B．M膜为阴离子交换膜 C．负极的电极反应式为： D．外电路转移，脱盐室质量减少58.5g ▌题型05 一次电池 1．普通锌锰干电池 正极材料：MnO2 正极：2MnO2＋2NH＋2e－=== 。 负极材料：Zn 负极：Zn－2e－=== ； 总反应：Zn＋2MnO2＋2NH4Cl===ZnCl2＋Mn2O3＋2NH3＋H2O； 2．碱性锌锰干电池 正极材料：MnO2 正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－=== ； 负极材料：Zn 负极反应：Zn＋2OH－－2e－=== 2； 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。 3．银锌电池 正极材料：Ag2O 正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－=== ； 负极材料：Zn 负极反应：Zn＋2OH－－2e－=== ； 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。 4．锂电池 Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。 负极材料：锂 电极反应：8Li－8e－=== 。 正极材料：SOCl2 正极反应：3SOCl2＋8e－=== 。 总反应：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。 【典例1】（25-26高二上·河北石家庄·期末）普通锌锰电池的构造如图。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．碱性锌锰电池比普通锌锰电池的比能量和可存储时间均有所提高 【典例2】（25-26高二上·天津武清·阶段检测）碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是 A．电池工作时，发生氧化反应 B．电池工作时，通过隔膜向正极移动 C．该电池比普通锌锰电池性能好，它的比能量和可储存时间均有所提高 D．反应中每生成，转移电子数为 【变式5-1】锌银纽扣电池构造示意图如下。下列有关说法错误的是 A．正极反应为： B．纤维膜中的OH-流向电解液a C．放电时锌粉发生氧化反应 D．钢壳起到导电与支撑的作用 【变式5-2】一种用于心脏起搏器的微型电池，其电极材料是石墨和锂，电解质溶液为等物质的量的LiCl、AlCl3溶解在SOCl2中形成的溶液。这种电池的总反应为＋2S，下列说法不正确的是 A．该电池具有容量大、寿命长和电压稳定等特点 B．电池工作时，向石墨电极方向移动 C．可以用来代替 D．正极反应式为 【变式5-3】“大气固碳”锂电池原理，装置如图所示。下列说法错误的是 A．充电时，电极A接电源的正极 B．充电时，左室锂电极的质量增加 C．放电时，锂离子通过聚合物电解质膜进入右室 D．放电时，电极B的电极反应为 ▌题型06 二次电池 1.二次电池 又称 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——铅蓄电池 (1)电池构造 放电反应和充电反应总反应式表示如下： Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。 (2)放电反应原理 ①负极反应式： ；  ②正极反应式： ；  ③放电过程中，负极的质量 ，稀H2SO4的浓度 。 (3)充电反应原理：充电过程与其放电过程相反。 (4)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。 【典例1】（25-26高二下·甘肃白银·期末）铅酸蓄电池放电时的工作原理为。铅酸蓄电池放电时，下列说法正确的是 A．电解质溶液中的往电极方向迁移 B．一段时间后，和电极的质量均增大 C．负极上发生还原反应，失去电子 D．一段时间后，电解质溶液的减小 【典例2】（25-26高二上·湖南常德·期末）平板电脑使用的某种聚合物锂离子电池的工作原理如图所示，该电池的总反应为：Li1- xCoO2+LixC6LiCoO2+ C6(LixC6表示锂嵌入石墨形成的复合材料)。下列说法正确的是 A．放电时，A电极作电池的负极 B．K与N相连接时，B极区的Li+通过隔膜向A极区迁移 C．为了增强导电性，电解质可以配成水溶液 D．K与M相连接时，阳极反应式为LixC6 -xe-=xLi++ C6 【变式6-1】我国科学家研发了一种二次电池。将溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为。下列说法中错误的是 A．放电时，向负极移动 B．充电时释放，放电时吸收 C．放电时，正极反应为 D．充电时，阳极反应为 【变式6-2】水系钠离子二次电池的放电过程示意图如图所示，下列说法正确的是 A．放电时，电极b为负极 B．充、放电时，均向电势更高的电极移动 C．放电时，总反应为 D．外电路通过2mol电子时，理论上两电极区域质量变化的差值为92g 【变式6-3】我国科研人员研制出的可充电“Na-CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应方程式为4Na+3CO22Na2CO3+C。放电时该电池“吸入”CO2，生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面。其工作原理如右图所示。下列说法正确的是 A．充电时，钠箔与外电源正极相连 B．可用乙醇代替四甘醇二甲醚 C．放电时，正极的电极反应式为：3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C D．放电时，电路中转移4mol电子时，正极质量增加12克 ▌题型07 燃料电池 1.燃料电池的概念 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。 2.燃料电池的特点 (1)工作时， 和 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 (>80%)，排放的废弃物 。 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 ，B中为 电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极，切断K1，闭合K2 检流计的指针 ，A、B两试管中气体体积逐渐 。 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： ； 正极： ； 离子导体： 。 【典例1】（23-24高一下·北京·期中）下图为氢氧燃料电池构造示意图，按照此图的提示，下列叙述正确的是 A．a电极是正极 B．气体B是H2 C．b电极的反应方程式为 D．电子由a经过灯泡流向b 【典例2】（25-26高二上·重庆·期中）某氢氧燃料电池工作示意图如图。下列说法中，正确的是 A．电极a为电池的正极 B．电极b表面反应为：O2+4e-+4H+=2H2O C．电池工作过程中OH-向b电极迁移 D．氢氧燃料电池将化学能转化为电能的转化率高于火力发电，提高了能源利用率 【变式7-1】为既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，合作小组利用反应设计如图所示电池（离子交换膜为阴离子交换膜）。下列说法正确的是 A．电流不可以通过离子交换膜 B．电子由电极经负载流向电极 C．相同状况下，左右两侧电极室中产生的气体体积比为 D．负极反应式为 【变式7-2】一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是 A．催化重整制和时，使用催化剂可以提高反应的焓变 B．电极A上参与的电极反应为： C．电池工作时，向电极A移动 D．电极B上发生的电极反应为： 【变式7-3】近年来我国燃料电池技术取得重大突破。下列物质不宜作为电池燃料的是 A．氦气 B．氢气 C．甲烷 D．一氧化碳 ▌题型08 新型化学电源 1. 原电池工作原理的新认识 (1)相同的金属插入相同的电解质溶液中，由于电解质溶液浓度不同，导致两极上氧化反应或还原反应的程度不同，可形成原电池，如浓差电池。 (2)惰性电极材料也可能是原电池的正、负极，只要在电极表面能发生电子的交换就能构成原电池，能向外输出电子的电极为负极，能从电极上获取电子的为正极反应物，该电极为正极。 (3)能源物质（燃料）不一定将电子直接传给负极，可能与电催化剂（电子传递体）进行电子交换，因而要特别关注催化循环中物质的变化、电子的转移方向及反应类型。 (4)储能（充电）过程，不一定是电能转化为化学能，也可能是光能直接转化为化学能。 2. 解答思路 【典例1】（25-26高二下·广东揭阳·期末）某理论研究认为：锌—空气电池放电时如图 1，石墨复合材料电极上所发生反应的催化机理示意图如图2。由此可知，理论上不正确的是 A．放电时，正极附近溶液的pH增大 B．正极反应的催化剂是i C．每消耗22.4 L(标准状况)空气，电路中约转移4 mol电子 D．将KOH溶液换成酸性溶液，图2对应的反应历程改变 【典例2】（25-26高二下·广东广州·期末）含有乙酸钠和对氯苯酚()的废水可以通过膜电池除去，其原理如图所示，下列说法错误的是 A．a为电池的正极，发生还原反应 B．反应过程中，负极区pH不断减小 C．该电池工作时受环境温度的影响 D．b极的电极反应式为 【变式8-1】一种高容量水系电池工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．电极a为电池的负极 B．电子流向：电极b→离子交换膜→电极a C．电极b的电极反应式： D．理论上每消耗1 mol ，有2 mol 从右池进入左池 【变式8-2】“新能源汽车、锂电池、光伏产品给中国制造增添了新亮色”。氢燃料电池被誉为氢能源汽车的心脏。某种氢燃料电池的内部结构如图所示。下列说法错误的是 A．左侧的电极反应式为 B．电池工作一段时间后，电解质溶液中的浓度会增大 C．该装置实现了化学能转化为电能 D．电解质溶液中无电子通过 【变式8-3】辅助电池捕获利用。电池原理如图所示，多孔碳电极上产物为，作为催化剂，催化过程分2步进行，反应I：，下列说法不正确的是 A．电池工作时，阳离子移向多孔碳电极 B．催化反应的反应II： C．常用的离子液体是，阳离子以单个形式存在具有良好的溶解性能，则与N原子相连的、被H原子替换后溶解性能更佳 D．使用多孔碳电极可加快反应速率 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $可学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 第二节 化学能转化为电能 电池（题型突破举一反三） 题型01原电池的工作原理 典例精析 【典例1】D 【典例2】C 举一反三 【变式1-1】B 【变式1-2】B 【变式1-3】D 题型02原电池中正、负极的判断 典例精析 【典例1】C 【典例2】C 举一反三 【变式2-1】C 【变式2-2】C 【变式2-3】A 题型03原电池工作原理的应用 典例精析 【典例1】D 【典例2】B 上举一反 【变式3-1】D 【变式3-2】B 【变式3-3】C 1/3 可学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 题型04原电池有关的计算 典例精析 【典例1】c 【典例2】C 举一反三 【变式4-1】D 【变式4-2】B 【变式43】C 题型05一次电池 E 典例精析 【典例1】D 【典例2】C 三举一反目 【变式5-1】B 【变式5-2】C 【变式5-3】A 题型06二次电池 典例精析 【典例1】B 【典例2】B 举一反三 【变式6-1】D 【变式6-2】D 【变式6-3】C 题型07燃料电池 典例精析 2/3 可学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 【典例1】D 【典例2】D 举一反三 【变式7-1】D 【变式7-2】C 【变式7-3】A 题型08新型化学电源 典例精析 【典例1】C 【典例2】B 举一反三 【变式8-1】C 【变式8-2】B 【变式8-3】C 3/3