专题03 化学电源装置分析（重难点讲义）化学苏教版选择性必修1

本讲义聚焦化学电源装置分析核心知识点，从原电池通用模型（本质、电极判断、三流方向）切入，系统梳理一次电池、二次电池、燃料电池的结构与原理，衔接电极反应式书写方法、离子交换膜作用及通用分析步骤，构建递进式学习支架。 该资料突出“证据推理与模型认知”“科学思维”素养，通过构建通用电池分析模型适配新型情境，结合高考典例（如锌-空气电池、熔融碳酸盐燃料电池）培养迁移能力。课中辅助教师系统教学，课后题型练习助学生查漏补缺，强化应用能力。

专题03 化学电源装置分析 重难目标 1.知识目标 ①掌握原电池核心工作原理，明确正负极判断、电子与离子移动规律、能量转化形式。 ②熟练区分一次电池、二次电池、燃料电池的结构与工作特点，熟记常见经典电池反应原理。 ③掌握不同电解质体系（水溶液、熔融盐、固体电解质）、离子交换膜条件下的电极反应书写规则。 ④理解二次电池充、放电的可逆逻辑，明确充电、放电过程电极对应关系与反应差异。 2. 能力目标 ①能结合电池装置图、题干信息，快速判断电极类型、分析微观反应过程与粒子迁移规律。 具备陌生新型化学电源的原理迁移分析能力，精准书写电极反应式与总反应方程式。 ③能完成电池相关定量计算，解决电子转移、产物量、能量转化等基础计算问题。 ④能分析离子交换膜的作用，规避电化学常见陷阱，规范答题逻辑。 3. 素养目标 ①建立宏观辨识与微观探析思维，从电子转移、离子迁移视角理解电池工作本质。 ②培养证据推理与模型认知素养，构建通用电池分析模型，适配各类新型电池情境。 ③结合新能源电池应用，树立绿色化学理念，体会化学技术在能源领域的应用价值。 考情分析 1.本专题为高考高频必考考点，题型涵盖选择题与原理综合填空题，分值稳定。 2.命题多以新能源、新型储能电池、燃料电池等真实工业情境为载体，结合装置结构图创设陌生情境，规避传统固化考法。 3.核心考查电极判断、粒子迁移规律、电极反应式书写、电池定量计算等核心内容，侧重考查学生信息提取与原理迁移能力。 4.试题陷阱集中在电解质体系差异、离子交换膜作用、二次电池充放电辨析，综合性强、区分度高，常结合氧化还原、能量变化综合设问，注重理论与实际应用的结合。 一、原电池通用模型 1.原电池的本质：自发进行的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能。 2.电极万能判断规律 （1）负极：失电子、发生氧化反应、化合价升高、电极被消耗； （2）正极：得电子、发生还原反应、化合价降低、电极被保护。 3.“三流方向”绝对规律 （1）电子流向：负极 → 导线 → 正极（电子不下水，不进入电解质溶液）； （2）电流方向：正极 → 导线 → 负极（与电子流向相反）； （3）离子迁移：阳离子移向正极，阴离子移向负极（正正负负）。 二、三类化学电源 1.一次电池——放电后不可再充电的电池,特点：放电不可逆，反应物消耗完全后电池报废。 （1）普通锌锰干电池 ①正极材料：MnO2 ②正极反应：2MnO2＋2NH＋2e－===2NH3＋Mn2O3＋H2O。 ③负极材料：Zn ④负极反应：Zn－2e－===Zn2＋； ⑤总反应：Zn＋2MnO2＋2NH4Cl===ZnCl2＋Mn2O3＋2NH3＋H2O； （2）碱性锌锰干电池 ①正极材料：MnO2 ②正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－； ③负极材料：Zn ④负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； ⑤总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。 （3）银锌电池 ①正极材料：Ag2O ②正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－； ③负极材料：Zn ④负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； ⑤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。 ①负极材料：锂 ②电极反应：8Li－8e－===8Li＋。 ③正极材料：SOCl2 ④正极反应：3SOCl2＋8e－===2S＋SO＋6Cl－。 ⑤总反应：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。 2.二次电池——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 1）特点及工作原理 （1）特点：放电后能充电复原继续使用，两个电极均参与电极反应，“放电”为原电池原理，“充电”为电解池原理。 （2）铅蓄电池工作原理： 铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。 铅酸蓄电池总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。 ①放电时的反应 a．负极反应：Pb＋SO－2e－===PbSO4； b．正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O； c．总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。 ②充电时的反应 a．阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO； b．阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO； c．总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。 ③关键现象：放电消耗硫酸，溶液pH升高；充电生成硫酸，溶液pH降低。 （3）纳米硅基锂电池 一种新型二次电池，电池装置如图所示，电池反应式为xFeS2＋4LixSixFe＋2xLi2S＋4Si。 （1）电池放电时，Li＋由b极移向a极，电子不能(填“能”或“不能”)通过聚合物隔膜。 （2）电池充电时，a极反应式为xFe＋2xLi2S－4xe－===4xLi＋＋xFeS2。 2）图解二次电池的充放电 3）二次电池的充放电规律 （1）充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后作阴极，正接正后作阳极。 （2）工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。 3.燃料电池——将燃料燃烧的化学能直接转化为电能的装置 （1）氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。 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 备注 燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用 （2）甲烷燃料电池 ①酸性介质(如H2SO4)或传导质子（H＋）固体介质 总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O。 负极反应式：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。 正极反应式：2O2＋8e－＋8H＋===4H2O。 ②碱性介质(如KOH) 总反应式：CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O。 负极反应式：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 正极反应式：2O2＋8e－＋4H2O===8OH－。 ③熔融盐介质(如K2CO3) 总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O。 负极反应式：CH4－8e－＋4CO32-===5CO2＋2H2O。 正极反应式：2O2＋8e－＋4CO2===4CO32-。 ④用能传导氧离子(熔融的金属氧化物作介质，高温下能传导O2-)的固体作介质 总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O。 负极反应式：CH4－8e－＋4O2-===CO2＋2H2O。 正极反应式：2O2＋8e－===4O2-。 （3）解答燃料电池题目的思维模型 （4）解答燃料电池题目的几个关键点 ①要注意介质是什么？是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 ②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。 ③通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。 三、化学电源中电极反应式书写的一般方法 1.定得失：明确两极的反应物，判断电极反应、化合价升降，确定得失电子数； 2.定产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物；根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物（酸碱环境产物不同）； 3.配电荷：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式，酸性补H+、碱性补OH-、熔融盐补对应酸根/氧离子； 4.配原子：最后补水配平氢、氧原子。 四、化学电源中的离子交换膜——四大类离子交换膜 1.阳离子交换膜：只允许阳离子（H+、Na+、Li+等）通过，阴离子、分子无法通过。适用范围：酸性电池、锂电池、需要迁移阳离子平衡电荷的体系。 2.阴离子交换膜：只允许阴离子（SO42-、OH-、Cl-等）通过，阳离子无法通过。 3.质子交换膜：属于特殊阳离子膜，只允许H+通过，其他离子全部截留。多用于氢氧燃料电池、酸性介质电池。 4.双极膜：可在电场下解离水分子产生H+和OH-，多用于新型储能、废水处理电池装置。 五、化学电源装置通用分析方法 步骤1：判体系，看装置是否外接电源： （1）无外接电源 → 原电池（放电），自发氧化还原； （2）有外接电源 → 电解池（充电），被动氧化还原。 步骤2：判正负电极，原电池四判据，任意一条即可锁定： （1）材料活泼性：活泼金属 → 负极；不活泼金属/石墨 → 正极； （2）反应类型：氧化反应 → 负极；还原反应 → 正极； （3）化合价：升价 → 负极；降价 → 正极； （4）粒子移动：阴离子走向=负极；阳离子走向=正极。 步骤3：判三流方向,严格遵守三句话： （1）电子：负极 → 导线 → 正极（不入溶液、不过膜）； （2）电流：正极 → 导线 → 负极； （3）离子：阳离子移正极、阴离子移负极（正正负负）。 步骤4：判电解质环境（决定电极反应产物）,写电极反应前必须先看介质，产物完全不同： （1）酸性介质：只能出现H+、H2O，OH-； （2）碱性介质：只能出现OH-、H2O，无H+； （3）熔融盐/固体氧化物：以体系特有离子配平； （4）带交换膜：只允许指定离子迁移参与反应。 步骤5：书写电极反应（四步配平法）：定得失→定产物→配电荷→配原子。 步骤6：装置综合判断，综合判断四点，做题全部覆盖： （1）电极质量变化：负极通常溶解减重；正极通常析出增重； （2）溶液pH变化：看总反应消耗/生成H+、OH-、H2O； （3）离子交换膜作用：平衡电荷、隔离防副反应、定向迁移； （4）电子转移计算：两极电子转移总数相等。 题型01 常规一次电池装置分析 【典例1】（24-25高二上·江苏南京·期末）碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法不正确的是 A．负极的电极反应式： 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1molMnOOH，转移电子数为 【答案】D 【分析】Zn为负极，电极反应式为：，MnO2为正极，电极反应式为：。 【解析】A．由以上分析可知负极的电极反应式：，故A正确；B．原电池中阴离子向负极移动，则通过隔膜向负极移动，故B正确；C．环境温度过低，反应速率减慢，不利于电池放电，故C正确；D．由上述电极反应可知每生成1molMnOOH，转移1mol电子，转移电子数目为，故D错误；故选：D。 【对练1】（24-25高二上·江苏盐城·阶段检测）我国首创的海洋电池是以铝板为负极、铂网为正极，如图所示。电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，下列说法错误的是 A．海水为电解质溶液 B．电池工作时铝板逐渐被消耗 C．电池工作时氧气失去电子 D．铂电极成网状，增大与O2的接触面积 【答案】C 【分析】电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，根据图示，Al是负极，Al失电子发生氧化反应；铂网是正极，正极上氧气得电子发生还原反应；海水为电解质溶液。 【解析】A．根据以上分析，海水为电解质溶液，故A正确；B．Al是负极，电池工作时，铝板自身放电被消耗，故B正确；C．电池工作时氧气得电子发生还原反应，故C错误； D．氧气在铂网上得电子发生还原反应，铂电极成网状，增大与O2的接触面积，故D正确；选C。 【对练2】（24-25高二下·江苏盐城·期末）一种可植入人体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化血糖反应，从而控制血糖浓度。下列有关说法正确的是 A．电池工作时，化学能全部转化为电能 B．在反应过程中血液中葡萄糖被氧化为葡萄糖酸 C．a电极反应式为 D．电池工作时，电子由a电极沿导线流向b电极 【答案】B 【分析】由工作原理可知，该装置为原电池，左侧通入氧气，转化成氢氧根离子，化合价降低，得电子，作正极，电极方程式为，右侧氧化亚铜转化成氧化铜，化合价升高，失电子，作负极，原电池工作时，化学能转化成电能，但能量有损耗，不能全部转化，电子从负极经导线流到正极，据此解答。 【解析】A．电池工作时，化学能转化为电能、热能等，A错误；B．电极a通入氧气，为正极，则电极b为负极，失电子，发生氧化反应，所以在反应过程中血液中葡萄糖被氧化为葡萄糖酸，B正确；C．电极a通入氧气，为正极，得电子，电解质溶液为碱性，所以a电极反应式为，C错误；D．电池工作时，电极a为正极，电极b为负极，电子经过导线从负极流向正极，则电子由b电极沿导线流向a电极，D错误；故选B。 题型02 二次电池（可充电电池）装置分析 【典例2】（25-26高二上·江苏连云港·阶段检测）锌-空气电池可用作电动车的动力电源。该电池的电解质溶液为KOH溶液，总反应为： 2Zn + O2 + 4OH- + 2H2O = 2[Zn(OH)4] 2-，下列说法中正确的是 A．充电时，电解质溶液中K+ 向阳极移动 B．充电时，电解质溶液中c(OH- )逐渐减小 C．放电时，负极反应为 Zn + 4OH- - 2e - =[Zn(OH)4] 2- D．放电时，电路中通过1 mol电子，消耗氧气11.2 L(标准状况) 【答案】C 【解析】A．充电时装置为电解池，电解质溶液中阳离子向阴极移动，因此K+向阴极移动，A错误；B．充电时总反应为放电总反应的逆反应，反应过程生成OH-，因此电解质溶液中逐渐增大，B错误；C．放电时Zn在负极失电子发生氧化反应，结合OH-生成，电极反应为，书写正确，C正确；D．放电时O2在正极得电子，1mol O2反应转移4mol电子，电路中通过1mol电子时，消耗O2的物质的量为，标准状况下体积为，D错误；故答案选C。 【对练1】（25-26高二下·江苏常州·期末）一种可充电电池用于处理污水中的工作原理如图所示。电池放电时，水中的在电催化剂表面转化为，再将吸附在电催化剂表面的还原为。下列说法正确的是 A．放电时，金属铝为正极 B．还原为的反应为 C．充电时，每生成1 mol，另一极同时生成2 mol D．充电时，从装置左侧透过离子交换膜进入右侧 【答案】D 【解析】A．放电时金属铝失电子转化为，发生氧化反应，为负极，A错误；B．该反应式电荷不守恒（左边总电荷为-1，右边总电荷为0），配平后应为，B错误；C．充电时生成的一极为阳极，每生成1 mol 转移4 mol电子，另一极为阴极，发生的反应，无生成，C错误；D．充电时为电解池，阴离子向阳极（右侧电极）移动，故从左侧透过离子交换膜进入右侧，D正确；故答案选D。 【对练2】（25-26高二下·江苏扬州·阶段检测）一种新型的4-硝基苯甲醇(4-NBA，结构如图)在NiSe-Cu2Se/NF双功能电催化剂作用下在整个放电/充电过程中可实现氧化还原转化(-NO2→-NH2、-CH2OH→-COOH)。其工作原理如图所示。 下列说法正确的是 A．充电时，Zn/ZnO发生氧化反应 B．放电时，OH¯经离子交换膜a向Zn/ZnO极 C．放电时，负极每生成24.3 g ZnO，正极生成0.1 mol有机产物 D．充电时，M极的电极反应式为 【答案】C 【分析】放电过程（原电池）：负极为Zn/ZnO极，Zn失去电子被氧化为ZnO；正极为N极，硝基得电子被还原为氨基；阴离子（OH-）向负极移动。 充电过程（电解池）：阴极接电源负极，即Zn/ZnO 极，发生还原反应，ZnO被还原为Zn；阳极接电源正极，即M极，发生氧化反应，醇羟基被氧化为羧基。 【解析】A．充电时，该装置为电解池，Zn/ZnO 极连接电源的负极，作为阴极，发生还原反应，A错误；B．放电时，Zn/ZnO 极作为负极，N极为正极，在原电池中，阴离子向负极移动，因此，OH⁻的迁移方向是从中间室向负极室（Zn/ZnO）移动，需通过离子交换膜b，而非a，B错误；C．负极反应：，ZnO的摩尔质量为81 g/mol，生成24.3 g ZnO的物质的量为0.3 mol，转移电子数为0.6 mol；正极反应：，即每生成1mol有机产物，转移6mol电子，根据电子守恒，，C正确；D．充电时，M极连接电源正极，作为阳极，发生氧化反应，D错误；因此答案选C。 题型03 燃料电池装置分析 【典例3】（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 【解析】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。 【对练1】（25-26高二下·江苏·阶段检测）以甲烷为燃料，空气为助燃剂可以设计熔融碳酸盐燃料电池，其工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．电极B为正极，发生还原反应 B．电极A的反应为： C．电池工作时从电极A向电极B迁移 D．理论上每转移，负极消耗标准状况下的气体11.2L 【答案】C 【分析】电极A通入甲烷，甲烷被氧化为二氧化碳，碳元素化合价升高，失电子，则为负极，电极反应式为；电极B通入二氧化碳和氧气的混合气体，氧气被还原，氧元素化合价降低，得电子，则为正极，电极反应式为； 【解析】A．据分析，电极B为正极，发生氧气的还原反应，A正确；B．据分析，电极A的反应为，B正确；C．阴离子向负极移动，即从电极B向电极A迁移，C错误；D．根据得失电子守恒有：，则每转移，负极消耗气体0.5 mol，标准状况下的体积为11.2 L，D正确；答案选C。 【对练2】（25-26高二下·陕西汉中·期末）科学家研发了一种可植入体内的燃料电池，血糖(葡萄糖)过高时会激活电池产生电能，刺激人工模拟胰岛B细胞释放胰岛素，降低血糖水平。电池工作原理的模拟装置如图(G-CHO代表葡萄糖)。下列说法错误的是 A．血糖正常时，该燃料电池不工作 B．理论上，电路中通过的与消耗的物质的量之比为1:2 C．电流方向：纳米Cu（1）电极→胰岛B细胞→纳米Cu（2）电极 D．纳米Cu（2）电极发生的反应： 【答案】B 【解析】A．题干信息显示血糖过高时才会激活电池产生电能，因此血糖正常时，该燃料电池不工作，A正确；B．正极得电子发生还原反应，反应为，1 mol 参与反应转移4 mol ，故电路中通过的与消耗的物质的量之比为，不是，B错误；C．外电路中电流从正极流向负极，纳米上得电子为正极，纳米上葡萄糖失电子为负极，故电流方向：纳米电极→胰岛B细胞→纳米电极，C正确；D．纳米为负极，失电子被氧化为，电极反应为，D正确；故答案选B。 题型04 新型化学电源 【典例4】（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。 【解析】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。 【对练1】（25-26高三下·江苏南京·阶段检测）科学家设计的一种Li-CO2二次电池装置如下图所示，总反应为。下列说法正确的是 A．X可以是H2O B．放电时，Li+通过交换膜从右室移向左室 C．充电时，碳纳米管接电源正极 D．充电时，外电路每转移0.4 mol电子，出气口放出6.72 L CO2 【答案】C 【分析】放电时为原电池，充电时为电解池。根据总反应，放电时Li被氧化，CO2被还原，Li电极为负极，碳纳米管是正极；充电时，C被氧化，Li2CO3被还原，分别生成CO2和Li，Li电极是阴极，碳纳米管是阳极。 【解析】A．电极材料Li非常活泼，能与水发生剧烈反应，会导致电池无法正常工作，甚至可能引发危险。因此，X溶液不能是水溶液，必须是非水溶剂，A错误；B．放电时，Li电极是负极，发生氧化反应： ，生成的Li+需要通过Li+交换膜迁移到正极(右室)，以维持电荷平衡。因此，Li+应从左室(负极区)移向右室(正极区)，而不是从右室移向左室，B错误；C．由分析可知，充电时，原电池的正极(碳纳米管电极)变为阳极，需要连接电源的正极，C正确；D．题目未给出气体所处的状态为标准状况，无法计算CO2的体积，D错误；故选C。 【对练2】（24-25高二下·江苏南京·期中）某浓差电池可将海水中的NaCl转化为NaOH和HCl，装置如图所示。M、N均为AgCl/Ag电极，a、c为选择性离子交换膜，b为双极膜(双极膜中催化层可将水解离为和，并实现其定向移动)。下列说法正确的是 A．电池工作时，N极发生氧化反应 B．a为阴离子交换膜，c是阳离子交换膜 C．Ⅱ室中得到盐酸，Ⅲ室中得到NaOH溶液 D．M电极质量每减少10.8g，双极膜内有解离 【答案】B 【分析】I室通入足量的NH3发生反应为，Ⅰ室中浓度减小，M电极反应为，故M为负极；N为正极，电极反应为，可知双极膜产生的OH-进入Ⅱ室，H+进入Ⅲ室；又知该浓差电池可将海水中的NaCl转化为NaOH和HCl，故Ⅱ室中的Cl-进入I室，Ⅲ室中的Na+进入Ⅳ室，故a 、c分别是阴离子交换膜和阳离子交换膜。 【解析】A．由上述分析可知，N为正极，发生还原反应，故A错误；B．由上述分析可知，a是阴离子交换膜，c是阳离子交换膜，故B正确；C．由分析可推断出Ⅱ室中得到NaOH溶液，Ⅲ室中得到HCl溶液，故C错误；D．M电极质量每减少10.8g，即负极参与反应的Ag为0.1mol，则有0.1mol OH-定向移动到Ⅱ室，故双极膜内解离的H2O为0.1mol，故D错误；故答案选B。 1．（24-25高二下·江苏无锡·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。下列说法正确的是 A．图甲：锂电池放电时，电解质中向锂电极迁移 B．图乙：负极的电极反应式为 C．图丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D．图丁：铅作负极，电极反应式为 【答案】C 【解析】A．原电池中阳离子向正极迁移，甲为锂电池，负极为锂，Li+向正极多孔碳材料迁移，故A错误；B．乙为纽扣电池，正极为Ag2O得电子发生还原反应，反应式为，负极为活泼金属锌单质，故B错误；C．丙为锌锰干电池，锌筒作负极，发生氧化反应被溶解，导致锌筒变薄，故C正确；D．铅蓄电池为二次电池，Pb为负极失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，电极反应为Pb-2e-+=PbSO4↓，D错误；故答案为C。 2.（25-26高二上·江苏·期末）K2FeO4和Zn在碱性条件下组成原电池，放电原理如图所示。下列说法正确的是 A．在放电时，化学能全部转化成电能 B．在放电时，电子通过离子交换膜从右向左运动 C．在放电时，石墨电极上的电极反应式为： D．在放电时，电流从锌电极出发经用电器流向石墨电极 【答案】C 【分析】石墨电极在电池中作正极，K2FeO4在正极反应，电极反应式为：；Zn电极在电池中作负极，电极反应式为：；据此作答。 【解析】A．原电池放电时，化学能大部分转化为电能，还有一部分转化为热能，不可能全部转化为电能，A错误；B．电子只在外电路的导线中移动，不能通过离子交换膜，离子交换膜只允许离子通过，且电子方向是从负极（左）经外电路流向正极（右），B错误；C．石墨电极为正极，得电子生成，碱性条件下配平后电极反应式为：，C正确；D．放电时电流从正极（石墨电极）出发，经用电器流向负极（锌电极），D错误；故选C。 3.（24-25高二下·江苏·期末）微酸性次氯酸水广泛应用于果蔬、医疗器械等的消毒，具有安全环保的特点。市面上出现一种家用电解装置制备微酸性次氯酸水的电解设备(装置如图所示)。电解过程中，下列说法正确的是 A．电极N上发生还原反应 B．a、b均为阳离子交换膜 C．电极M的电极反应式：2H++2e-=H2↑ D．反应中每生成1 mol HClO，转移电子数约为2×6.02×1023 【答案】D 【分析】由图可知，右室的电解质是水，制备的产品是微酸性次氯酸水，说明氯离子向右室迁移，故电极N为阳极，电极反应式为2Cl--2e-═Cl2↑，后发生反应Cl2+H2O=H++Cl-+HClO，电极M为阴极，电极反应式为2H2O+2e-═H2↑+2OH-，据此作答。 【解析】A．由分析可知，电极N为阳极，发生氧化反应，A错误；B．氯离子要向右侧移动，则b为阴离子交换膜，B错误；C．电极M为阴极，水在阴极放电，电极反应式为：2H2O+2e-═H2↑+2OH-，C错误；D．结合分析可知每生成1mol次氯酸转移2mol电子，即转移电子数为2×6.02×1023，D正确；故选D。 4.（2026·江苏苏州·三模）某光电催化反应器如图所示，光解水的同时可由制得异丙醇()。下列说法不正确的是 A．电极A上发生的反应为 B．电子由电极A经过用电器流向电极B C．外电路每通过0.18 mol电子，电极B上产生0.01 mol异丙醇 D．B电极选用高选择性的电化学催化剂能有效抑制析氢反应 【答案】C 【分析】根据图示，电极A处H2O发生氧化反应生成氧气，A为负极；电极B处发生还原反应生成H2、异丙醇，B为正极。 【解析】A．电极A上发生氧化反应，电极反应为，A正确；B．原电池工作时，电子从负极流出，经导线、用电器流向正极，故电子由电极A经过用电器流向电极B，B正确；C．中C为+4价，中C平均化合价为-2价，可得，由于电极B上除了生成外，还有H+得电子生成H2，所以外电路每通过0.18 mol电子，电极B上产生异丙醇的物质的量小于0.01 mol，C错误；D．B电极选用高选择性的电化学催化剂加快的生成速率，能有效抑制析氢反应，D正确；故选C。 5.（2026·江苏盐城·模拟预测）一种微生物电池可用于净化污水和淡化海水，工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．电极上发生氧化反应 B．海水中通过离子交换膜移向右室 C．外电路每通过，电极上产生(标况下) D．左室的降低 【答案】C 【分析】电极a区域葡萄糖转化为，碳元素化合价升高，失电子，故电极a为负极，发生氧化反应；电极b区域转化为，氮元素化合价降低，得电子，故电极b为正极。原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。负极反应式为，正极反应式为。 【解析】A．电极a为负极，失电子发生氧化反应，A正确；B．阳离子向正极移动，右室电极为正极，故海水中通过离子交换膜移向右室，B正确；C．根据正极反应式，每生成1mol 转移10mol电子，外电路通过2mol 时，生成的物质的量为，标况下体积为，C错误；D．左室负极反应生成，氢离子浓度增大，pH降低，D正确；故选C。 6.（25-26高三下·江苏常州·阶段检测）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 注：是阳光照射半导体材料，电子获得能量跃迁后留下的空穴。 A．该装置工作时只存在光能转化为化学能 B．外电路每通过0.1 mol电子，电极b上得到 C．电极a上发生还原反应生成 D．通过质子交换膜从左室移向右室 【答案】D 【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。 【解析】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．电极b上发生两个还原反应： 和 。由于外电路通过的电子被这两个反应共同消耗，且生成的也会被消耗，因此最终得到的的物质的量小于，B错误；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．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，D正确；故选D。 7.（2026·江苏·一模）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。 【解析】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。 8.（2026·江苏镇江·模拟预测）尿素燃料电池既能去除城市废水中的尿素，又能发电。其工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．利用此工作原理，也可以除去废水中的苯酚 B．每理论上可净化 C．X膜为阴离子交换膜 D．甲电极是正极，电极反应式为： 【答案】A 【分析】燃料在甲电极产生和，氮元素化合价升高，发生氧化反应，故甲电极为电池的负极，乙电极通入氧气产生水，氧元素化合价降低，发生还原反应，故乙电极为电池的正极； 【解析】A．将废水通入负极室(左室)，其中的苯酚能在负极发生氧化反应转化为无害物质而被除去：，故利用此工作原理，可以除去废水中的苯酚，A说法正确；B．因未指明是标准状况下的气体体积，故无法计算，B说法错误；C．甲电极产生二氧化，电极反应式为：，甲电极失去的电子通过导线转移到乙电极，乙电极为正极，电极反应式为：，故左室中产生的氢离子将通过离子交换膜进入到右室，X膜不是阴离子交换膜，C说法错误；D. 甲电极是负极，在电极上失去电子，产生二氧化碳和氮气，故电极反应式应为：，D说法错误；答案选A。 9.（25-26高三上·江苏·阶段检测）利用电化学原理既能输出电能，又能合成有机物。如图所示装置在输出电能的同时可合成苯胺。该电池工作时，下列说法错误的是 A．Al电极为负极 B．H+从负极区经过高分子电解质膜向正极区迁移 C．多孔惰性电极的电极反应式为 D．每转移3 mol电子，理论上可消耗27 g Al 【答案】C 【分析】由图可知，左侧硝基苯生成苯胺，硝基苯被还原，则多孔惰性电极为正极，电极反应式为，右侧失电子生成，电极为负极，电池工作时，H+从负极区经过高分子电解质膜向正极区迁移； 【解析】A．由分析可知，电极为负极，A项正确；B．由分析可知，电池工作时，阳离子移向电池正极，从负极区经过高分子电解质膜向正极区迁移，B项正确；C．由分析可知多孔惰性电极的电极反应式为，C项错误；D．由分析可知，电池工作时，负极失电子生成，每转移3 mol电子，理论上消耗1 mol，质量为27 g，D项正确；故答案选C。 10.（2025·浙江嘉兴·一模）低品位热(温度低于)是一种丰富且广泛存在的可持续能源，一种新型的热富集铂电极电池利用从热区至冷区的梯度驱动对苯醌()和对苯二酚()的转换。下列说法不正确的是 A．该装置可实现热能转化为电能 B．电池左侧电极为热端电极 C．正极电极反应式为+2H++2e−= D．保持冷热端温差恒定，该电池可持续放电 【答案】B 【分析】由图可知，聚合物（含多个羧基）向左侧电极移动时，遇冷膨胀，释放出H+，对苯醌在左侧电极得到电子，并结合H+，转化为对苯二酚，左侧电极为正极；聚合物（含多个羧酸根）向右侧电极移动时，遇热收缩，重新结合H+，对苯二酚在右侧电极失去电子，并释放H+，转化为对苯醌，右侧电极为负极。 【解析】A．该装置中含羧酸的纳米颗粒在不同温度下溶胀或收缩，从而释放或吸收驱动电极反应发生，可实现热能转化为电能，A正确；B．由图可知，聚合物（含多个羧基）向左侧电极移动时，遇冷膨胀，释放出H+，可见左侧电极为冷端电极，B错误；C．由分析可知，对苯醌在左侧电极（正极）得到电子，并结合H+，转化为对苯二酚，电极方程式为：+2H++2e-= ，C正确；D．该电池实质是将热能（低品位热）转化为电能，保持冷热端温差恒定，该电池可持续放电，D正确；故选B。 11.（24-25高二下·江苏·期中）已知：。下列说法正确的是 A．电极b上发生的电极反应为 B．电极a发生还原反应 C．每参与反应，有经固体电解质膜进入正极区 D．电子由电极b流向电极a 【答案】A 【分析】该装置为原电池装置，根据反应方程式分析，O2发生还原反应，故通入氧气的电极为正极，即b为正极，H2S发生氧化反应，故通入H2S的电极为负极，即a为负极，据此分析。 【解析】A．O2在电极b得电子，质子固体作电解质，电极反应O2+4H++4e-=2H2O，A正确；B．电极a为负极，发生氧化反应，B错误；C．未指明标况，无法计算H2S的物质的量，无法计算进入正极区的氢离子的物质的量，C错误；D．根据分析，a为负极，b为正极，电子由电极a流向电极b，D错误；故选A。 12.（24-25高二下·江苏·期中）碱性锌锰干电池的电池构造示意图如下图所示，其总反应为。下列有关说法错误的是 A．电池工作时，氢氧根离子通过隔膜向负极移动 B．电池工作时，发生还原反应 C．为利于电池放电可选择低温环境 D．反应中每生成1molMnOOH，转移电子1mol 【答案】C 【分析】电池工作时，MnO2为正极，得到电子，发生还原反应，Zn为负极，发生氧化反应，据此分析； 【解析】A．电池工作时，阴离子向负极移动，故OH-通过隔膜向负极移动，A正确；B．电池工作时，MnO2为正极，得到电子，发生还原反应，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，故C错误；D．反应中锰元素的化合价由+4价降低到+3价，则每生成1molMnOOH，移电子数为1mol，D正确；答案选C。 13.（2025·江苏南京·二模）暖贴是一种便捷的自发热保暖产品，具有发热快、持续时间久等优点。它主要由铁粉、活性炭、食盐、水等成分组成，如图所示。下列有关说法不正确的是 A．暖贴生效时，将化学能转化为热能 B．水与食盐、活性炭共同作用可加快铁粉的腐蚀速率 C．正极反应式为 D．透气膜的透氧速率可控制暖贴的发热时间和温度 【答案】C 【分析】自热贴发热料中的铁粉、活性炭、食盐及水之间能形成数目庞大的微型原电池，铁作负极，活性炭做正极，据此分析； 【解析】A．暖贴生效时，将化学能转化为热能，A正确；B．铁粉、水与食盐、活性炭共同作用形成原电池，可加快的腐蚀速率，B正确；C．该装置为原电池装置，铁作负极，活性炭做正极，正极反应式为，C错误；D．透气膜的透氧速率可控制氧气浓度，故可控制暖贴的发热时间和温度，D正确；故选C。 14.（24-25高三上·江西·阶段检测）一种新型电池既可以实现海水淡化，又可以处理含的废水，装置如图(模拟海水由溶液替代)。下列说法不正确的是 A．a极为负极，发生氧化反应 B．隔膜Ⅱ为阴离子交换膜 C．a极电极反应为 D．理论上除去模拟海水中的，可得 【答案】B 【分析】由图可知，CH3COO-在a极附近转化成CO2，其中碳元素化合价升高，发生氧化反应，所以a极为负极，则b极为正极。 【解析】A．由分析可知，a极为负极，发生氧化反应，A正确；B．原电池中，阴离子移向负极，所以Cl-通过隔膜I进入左室，隔膜I为阴离子交换膜，钠离子向右室移动，故隔膜Ⅱ为阳离子交换膜，B错误；C．负极附近CH3COO-失电子被氧化生成CO2和H+，正确的电极反应式为：，C正确；D．当电路中转移1mol电子时，根据电荷守恒可知，海水中有1mol Cl-移向负极，同时有1mol Na+移向正极，即除去1mol NaCl，理论上除去模拟海水中的NaCl351g，即，则转移6mol电子，根据负极反应式可知，，当转移6mol电子时，可得CO2，D正确；答案选B。 15.（24-25高二上·江苏连云港·期中）化学能转化为电能对生产生活具有巨大作用。 （1）Fe-Cu原电池装置如图所示，正极反应式为_______。若Cu电极质量增加3.2g理论上Fe电极质量减少_______g。 （2）双液电池装置如图所示，相同条件下，电能转化效率：原电池_______双液电池(填“高于”或“低于”)。若起始两侧溶液的体积均为100mL，(放电过程中的体积变化忽略不计)，当左侧消耗5.6gFe时，左侧溶液中_______。 （3）燃料电池的结构如图所示(两电极均为惰性电极)。 ①b电极上发生_______(填“氧化”或“还原”)反应。 ②电池工作时，a电极上的电极反应式为_______。 （4）一种新型“短路膜”电池可以缓解温室效应，其装置如图所示。 ①短路膜的作用是传递_______，使电池形成闭合回路，转移反应所需物质。 ②电池的总反应为_______。 【答案】（1）Cu2++2e-=Cu 2.8 （2）低于 2mol/L （3）还原 CH3OH-6e-+8OH-=CO+6H2O （4）离子和电子 2H2+O2=2H2O 【解析】（1）由图可知，铁铜原电池中，金属性强于铜的铁电极做原电池的负极，铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，铜电极是正极，铜离子在正极得到电子发生还原反应生成铜，电极反应式为Cu2++2e-=Cu，由得失电子数目守恒可知，铜电极质量增加3.2g时，铁电极减少的质量为×56g/mol=2.8g； （2）与铁铜原电池相比，铁铜双液原电池中阴离子交换膜只允许阴离子通过，可以避免铁电极和铜离子直接接触，避免了在负极表面上直接置换，提高电能转化效率，所以铁铜原电池的电能转化效率低于铁铜双液原电池；双液原电池工作时，铁电极做原电池的负极，铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，铜电极是正极，铜离子在正极得到电子发生还原反应生成铜，电极反应式为Cu2++2e-=Cu，硫酸根离子通过阴离子交换膜由右侧移向左侧，则左侧消耗5.6g铁时，左侧溶液中硫酸根离子浓度为=2mol/L； （3）由图可知，通入甲醇的电极a是燃料电池的负极，碱性条件下甲醇失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO+6H2O；通入氧气的电极b为正极，水分子作用下氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2+4e-+2H2O =4OH-； （4）由图可知，通入氢气的电极为“短路膜”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，通入空气的电极为正极，电子通过短路膜移向正极，水分子作用下氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，生成的氢氧根离子与二氧化碳反应生成碳酸根离子，碳酸根离子通过短路膜移向负极，与负极生成的氢离子先反应生成碳酸氢根离子，碳酸氢根离子与氢离子反应生成二氧化碳和水，则电池工作时，短路膜的作用是传递离子和电子，使电池形成闭合回路，转移反应所需物质，二氧化碳从正极通入，从负极流出，电池的总反应为氢气和氧气反应生成水，反应的化学方程式为2H2+O2=2H2O。 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1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题03 化学电源装置分析 重难目标 1.知识目标 ①掌握原电池核心工作原理，明确正负极判断、电子与离子移动规律、能量转化形式。 ②熟练区分一次电池、二次电池、燃料电池的结构与工作特点，熟记常见经典电池反应原理。 ③掌握不同电解质体系（水溶液、熔融盐、固体电解质）、离子交换膜条件下的电极反应书写规则。 ④理解二次电池充、放电的可逆逻辑，明确充电、放电过程电极对应关系与反应差异。 2. 能力目标 ①能结合电池装置图、题干信息，快速判断电极类型、分析微观反应过程与粒子迁移规律。 具备陌生新型化学电源的原理迁移分析能力，精准书写电极反应式与总反应方程式。 ③能完成电池相关定量计算，解决电子转移、产物量、能量转化等基础计算问题。 ④能分析离子交换膜的作用，规避电化学常见陷阱，规范答题逻辑。 3. 素养目标 ①建立宏观辨识与微观探析思维，从电子转移、离子迁移视角理解电池工作本质。 ②培养证据推理与模型认知素养，构建通用电池分析模型，适配各类新型电池情境。 ③结合新能源电池应用，树立绿色化学理念，体会化学技术在能源领域的应用价值。 考情分析 1.本专题为高考高频必考考点，题型涵盖选择题与原理综合填空题，分值稳定。 2.命题多以新能源、新型储能电池、燃料电池等真实工业情境为载体，结合装置结构图创设陌生情境，规避传统固化考法。 3.核心考查电极判断、粒子迁移规律、电极反应式书写、电池定量计算等核心内容，侧重考查学生信息提取与原理迁移能力。 4.试题陷阱集中在电解质体系差异、离子交换膜作用、二次电池充放电辨析，综合性强、区分度高，常结合氧化还原、能量变化综合设问，注重理论与实际应用的结合。 一、原电池通用模型 1.原电池的本质：自发进行的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能。 2.电极万能判断规律 （1）负极：失电子、发生氧化反应、化合价升高、电极被消耗； （2）正极：得电子、发生还原反应、化合价降低、电极被保护。 3.“三流方向”绝对规律 （1）电子流向：负极 → 导线 → 正极（电子不下水，不进入电解质溶液）； （2）电流方向：正极 → 导线 → 负极（与电子流向相反）； （3）离子迁移：阳离子移向正极，阴离子移向负极（正正负负）。 二、三类化学电源 1.一次电池——放电后不可再充电的电池,特点：放电不可逆，反应物消耗完全后电池报废。 （1）普通锌锰干电池 ①正极材料：MnO2 ②正极反应：2MnO2＋2NH＋2e－===2NH3＋Mn2O3＋H2O。 ③负极材料：Zn ④负极反应：Zn－2e－===Zn2＋； ⑤总反应：Zn＋2MnO2＋2NH4Cl===ZnCl2＋Mn2O3＋2NH3＋H2O； （2）碱性锌锰干电池 ①正极材料：MnO2 ②正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－； ③负极材料：Zn ④负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； ⑤总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。 （3）银锌电池 ①正极材料：Ag2O ②正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－； ③负极材料：Zn ④负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； ⑤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。 ①负极材料：锂 ②电极反应：8Li－8e－===8Li＋。 ③正极材料：SOCl2 ④正极反应：3SOCl2＋8e－===2S＋SO＋6Cl－。 ⑤总反应：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。 2.二次电池——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 1）特点及工作原理 （1）特点：放电后能充电复原继续使用，两个电极均参与电极反应，“放电”为原电池原理，“充电”为电解池原理。 （2）铅蓄电池工作原理： 铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。 铅酸蓄电池总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。 ①放电时的反应 a．负极反应：Pb＋SO－2e－===PbSO4； b．正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O； c．总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。 ②充电时的反应 a．阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO； b．阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO； c．总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。 ③关键现象：放电消耗硫酸，溶液pH升高；充电生成硫酸，溶液pH降低。 （3）纳米硅基锂电池 一种新型二次电池，电池装置如图所示，电池反应式为xFeS2＋4LixSixFe＋2xLi2S＋4Si。 （1）电池放电时，Li＋由b极移向a极，电子不能(填“能”或“不能”)通过聚合物隔膜。 （2）电池充电时，a极反应式为xFe＋2xLi2S－4xe－===4xLi＋＋xFeS2。 2）图解二次电池的充放电 3）二次电池的充放电规律 （1）充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后作阴极，正接正后作阳极。 （2）工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。 3.燃料电池——将燃料燃烧的化学能直接转化为电能的装置 （1）氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。 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 备注 燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用 （2）甲烷燃料电池 ①酸性介质(如H2SO4)或传导质子（H＋）固体介质 总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O。 负极反应式：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。 正极反应式：2O2＋8e－＋8H＋===4H2O。 ②碱性介质(如KOH) 总反应式：CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O。 负极反应式：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 正极反应式：2O2＋8e－＋4H2O===8OH－。 ③熔融盐介质(如K2CO3) 总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O。 负极反应式：CH4－8e－＋4CO32-===5CO2＋2H2O。 正极反应式：2O2＋8e－＋4CO2===4CO32-。 ④用能传导氧离子(熔融的金属氧化物作介质，高温下能传导O2-)的固体作介质 总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O。 负极反应式：CH4－8e－＋4O2-===CO2＋2H2O。 正极反应式：2O2＋8e－===4O2-。 （3）解答燃料电池题目的思维模型 （4）解答燃料电池题目的几个关键点 ①要注意介质是什么？是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 ②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。 ③通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。 三、化学电源中电极反应式书写的一般方法 1.定得失：明确两极的反应物，判断电极反应、化合价升降，确定得失电子数； 2.定产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物；根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物（酸碱环境产物不同）； 3.配电荷：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式，酸性补H+、碱性补OH-、熔融盐补对应酸根/氧离子； 4.配原子：最后补水配平氢、氧原子。 四、化学电源中的离子交换膜——四大类离子交换膜 1.阳离子交换膜：只允许阳离子（H+、Na+、Li+等）通过，阴离子、分子无法通过。适用范围：酸性电池、锂电池、需要迁移阳离子平衡电荷的体系。 2.阴离子交换膜：只允许阴离子（SO42-、OH-、Cl-等）通过，阳离子无法通过。 3.质子交换膜：属于特殊阳离子膜，只允许H+通过，其他离子全部截留。多用于氢氧燃料电池、酸性介质电池。 4.双极膜：可在电场下解离水分子产生H+和OH-，多用于新型储能、废水处理电池装置。 五、化学电源装置通用分析方法 步骤1：判体系，看装置是否外接电源： （1）无外接电源 → 原电池（放电），自发氧化还原； （2）有外接电源 → 电解池（充电），被动氧化还原。 步骤2：判正负电极，原电池四判据，任意一条即可锁定： （1）材料活泼性：活泼金属 → 负极；不活泼金属/石墨 → 正极； （2）反应类型：氧化反应 → 负极；还原反应 → 正极； （3）化合价：升价 → 负极；降价 → 正极； （4）粒子移动：阴离子走向=负极；阳离子走向=正极。 步骤3：判三流方向,严格遵守三句话： （1）电子：负极 → 导线 → 正极（不入溶液、不过膜）； （2）电流：正极 → 导线 → 负极； （3）离子：阳离子移正极、阴离子移负极（正正负负）。 步骤4：判电解质环境（决定电极反应产物）,写电极反应前必须先看介质，产物完全不同： （1）酸性介质：只能出现H+、H2O，OH-； （2）碱性介质：只能出现OH-、H2O，无H+； （3）熔融盐/固体氧化物：以体系特有离子配平； （4）带交换膜：只允许指定离子迁移参与反应。 步骤5：书写电极反应（四步配平法）：定得失→定产物→配电荷→配原子。 步骤6：装置综合判断，综合判断四点，做题全部覆盖： （1）电极质量变化：负极通常溶解减重；正极通常析出增重； （2）溶液pH变化：看总反应消耗/生成H+、OH-、H2O； （3）离子交换膜作用：平衡电荷、隔离防副反应、定向迁移； （4）电子转移计算：两极电子转移总数相等。 题型01 常规一次电池装置分析 【典例1】（24-25高二上·江苏南京·期末）碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法不正确的是 A．负极的电极反应式： 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1molMnOOH，转移电子数为 【对练1】（24-25高二上·江苏盐城·阶段检测）我国首创的海洋电池是以铝板为负极、铂网为正极，如图所示。电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，下列说法错误的是 A．海水为电解质溶液 B．电池工作时铝板逐渐被消耗 C．电池工作时氧气失去电子 D．铂电极成网状，增大与O2的接触面积 【对练2】（24-25高二下·江苏盐城·期末）一种可植入人体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化血糖反应，从而控制血糖浓度。下列有关说法正确的是 A．电池工作时，化学能全部转化为电能 B．在反应过程中血液中葡萄糖被氧化为葡萄糖酸 C．a电极反应式为 D．电池工作时，电子由a电极沿导线流向b电极 题型02 二次电池（可充电电池）装置分析 【典例2】（25-26高二上·江苏连云港·阶段检测）锌-空气电池可用作电动车的动力电源。该电池的电解质溶液为KOH溶液，总反应为： 2Zn + O2 + 4OH- + 2H2O = 2[Zn(OH)4] 2-，下列说法中正确的是 A．充电时，电解质溶液中K+ 向阳极移动 B．充电时，电解质溶液中c(OH- )逐渐减小 C．放电时，负极反应为 Zn + 4OH- - 2e - =[Zn(OH)4] 2- D．放电时，电路中通过1 mol电子，消耗氧气11.2 L(标准状况) 【对练1】（25-26高二下·江苏常州·期末）一种可充电电池用于处理污水中的工作原理如图所示。电池放电时，水中的在电催化剂表面转化为，再将吸附在电催化剂表面的还原为。下列说法正确的是 A．放电时，金属铝为正极 B．还原为的反应为 C．充电时，每生成1 mol，另一极同时生成2 mol D．充电时，从装置左侧透过离子交换膜进入右侧 【对练2】（25-26高二下·江苏扬州·阶段检测）一种新型的4-硝基苯甲醇(4-NBA，结构如图)在NiSe-Cu2Se/NF双功能电催化剂作用下在整个放电/充电过程中可实现氧化还原转化(-NO2→-NH2、-CH2OH→-COOH)。其工作原理如图所示。 下列说法正确的是 A．充电时，Zn/ZnO发生氧化反应 B．放电时，OH¯经离子交换膜a向Zn/ZnO极 C．放电时，负极每生成24.3 g ZnO，正极生成0.1 mol有机产物 D．充电时，M极的电极反应式为 题型03 燃料电池装置分析 【典例3】（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 【对练1】（25-26高二下·江苏·阶段检测）以甲烷为燃料，空气为助燃剂可以设计熔融碳酸盐燃料电池，其工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．电极B为正极，发生还原反应 B．电极A的反应为： C．电池工作时从电极A向电极B迁移 D．理论上每转移，负极消耗标准状况下的气体11.2L 【对练2】（25-26高二下·陕西汉中·期末）科学家研发了一种可植入体内的燃料电池，血糖(葡萄糖)过高时会激活电池产生电能，刺激人工模拟胰岛B细胞释放胰岛素，降低血糖水平。电池工作原理的模拟装置如图(G-CHO代表葡萄糖)。下列说法错误的是 A．血糖正常时，该燃料电池不工作 B．理论上，电路中通过的与消耗的物质的量之比为1:2 C．电流方向：纳米Cu（1）电极→胰岛B细胞→纳米Cu（2）电极 D．纳米Cu（2）电极发生的反应： 题型04 新型化学电源 【典例4】（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 【对练1】（25-26高三下·江苏南京·阶段检测）科学家设计的一种Li-CO2二次电池装置如下图所示，总反应为。下列说法正确的是 A．X可以是H2O B．放电时，Li+通过交换膜从右室移向左室 C．充电时，碳纳米管接电源正极 D．充电时，外电路每转移0.4 mol电子，出气口放出6.72 L CO2 【对练2】（24-25高二下·江苏南京·期中）某浓差电池可将海水中的NaCl转化为NaOH和HCl，装置如图所示。M、N均为AgCl/Ag电极，a、c为选择性离子交换膜，b为双极膜(双极膜中催化层可将水解离为和，并实现其定向移动)。下列说法正确的是 A．电池工作时，N极发生氧化反应 B．a为阴离子交换膜，c是阳离子交换膜 C．Ⅱ室中得到盐酸，Ⅲ室中得到NaOH溶液 D．M电极质量每减少10.8g，双极膜内有解离 1．（24-25高二下·江苏无锡·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。下列说法正确的是 A．图甲：锂电池放电时，电解质中向锂电极迁移 B．图乙：负极的电极反应式为 C．图丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D．图丁：铅作负极，电极反应式为 2.（25-26高二上·江苏·期末）K2FeO4和Zn在碱性条件下组成原电池，放电原理如图所示。下列说法正确的是 A．在放电时，化学能全部转化成电能 B．在放电时，电子通过离子交换膜从右向左运动 C．在放电时，石墨电极上的电极反应式为： D．在放电时，电流从锌电极出发经用电器流向石墨电极 3.（24-25高二下·江苏·期末）微酸性次氯酸水广泛应用于果蔬、医疗器械等的消毒，具有安全环保的特点。市面上出现一种家用电解装置制备微酸性次氯酸水的电解设备(装置如图所示)。电解过程中，下列说法正确的是 A．电极N上发生还原反应 B．a、b均为阳离子交换膜 C．电极M的电极反应式：2H++2e-=H2↑ D．反应中每生成1 mol HClO，转移电子数约为2×6.02×1023 4.（2026·江苏苏州·三模）某光电催化反应器如图所示，光解水的同时可由制得异丙醇()。下列说法不正确的是 A．电极A上发生的反应为 B．电子由电极A经过用电器流向电极B C．外电路每通过0.18 mol电子，电极B上产生0.01 mol异丙醇 D．B电极选用高选择性的电化学催化剂能有效抑制析氢反应 5.（2026·江苏盐城·模拟预测）一种微生物电池可用于净化污水和淡化海水，工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．电极上发生氧化反应 B．海水中通过离子交换膜移向右室 C．外电路每通过，电极上产生(标况下) D．左室的降低 6.（25-26高三下·江苏常州·阶段检测）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 注：是阳光照射半导体材料，电子获得能量跃迁后留下的空穴。 A．该装置工作时只存在光能转化为化学能 B．外电路每通过0.1 mol电子，电极b上得到 C．电极a上发生还原反应生成 D．通过质子交换膜从左室移向右室 7.（2026·江苏·一模）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 8.（2026·江苏镇江·模拟预测）尿素燃料电池既能去除城市废水中的尿素，又能发电。其工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．利用此工作原理，也可以除去废水中的苯酚 B．每理论上可净化 C．X膜为阴离子交换膜 D．甲电极是正极，电极反应式为： 9.（25-26高三上·江苏·阶段检测）利用电化学原理既能输出电能，又能合成有机物。如图所示装置在输出电能的同时可合成苯胺。该电池工作时，下列说法错误的是 A．Al电极为负极 B．H+从负极区经过高分子电解质膜向正极区迁移 C．多孔惰性电极的电极反应式为 D．每转移3 mol电子，理论上可消耗27 g Al 10.（2025·浙江嘉兴·一模）低品位热(温度低于)是一种丰富且广泛存在的可持续能源，一种新型的热富集铂电极电池利用从热区至冷区的梯度驱动对苯醌()和对苯二酚()的转换。下列说法不正确的是 A．该装置可实现热能转化为电能 B．电池左侧电极为热端电极 C．正极电极反应式为+2H++2e−= D．保持冷热端温差恒定，该电池可持续放电 11.（24-25高二下·江苏·期中）已知：。下列说法正确的是 A．电极b上发生的电极反应为 B．电极a发生还原反应 C．每参与反应，有经固体电解质膜进入正极区 D．电子由电极b流向电极a 12.（24-25高二下·江苏·期中）碱性锌锰干电池的电池构造示意图如下图所示，其总反应为。下列有关说法错误的是 A．电池工作时，氢氧根离子通过隔膜向负极移动 B．电池工作时，发生还原反应 C．为利于电池放电可选择低温环境 D．反应中每生成1molMnOOH，转移电子1mol 13.（2025·江苏南京·二模）暖贴是一种便捷的自发热保暖产品，具有发热快、持续时间久等优点。它主要由铁粉、活性炭、食盐、水等成分组成，如图所示。下列有关说法不正确的是 A．暖贴生效时，将化学能转化为热能 B．水与食盐、活性炭共同作用可加快铁粉的腐蚀速率 C．正极反应式为 D．透气膜的透氧速率可控制暖贴的发热时间和温度 14.（24-25高三上·江西·阶段检测）一种新型电池既可以实现海水淡化，又可以处理含的废水，装置如图(模拟海水由溶液替代)。下列说法不正确的是 A．a极为负极，发生氧化反应 B．隔膜Ⅱ为阴离子交换膜 C．a极电极反应为 D．理论上除去模拟海水中的，可得 15.（24-25高二上·江苏连云港·期中）化学能转化为电能对生产生活具有巨大作用。 （1）Fe-Cu原电池装置如图所示，正极反应式为_______。若Cu电极质量增加3.2g理论上Fe电极质量减少_______g。 （2）双液电池装置如图所示，相同条件下，电能转化效率：原电池_______双液电池(填“高于”或“低于”)。若起始两侧溶液的体积均为100mL，(放电过程中的体积变化忽略不计)，当左侧消耗5.6gFe时，左侧溶液中_______。 （3）燃料电池的结构如图所示(两电极均为惰性电极)。 ①b电极上发生_______(填“氧化”或“还原”)反应。 ②电池工作时，a电极上的电极反应式为_______。 （4）一种新型“短路膜”电池可以缓解温室效应，其装置如图所示。 ①短路膜的作用是传递_______，使电池形成闭合回路，转移反应所需物质。 ②电池的总反应为_______。 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1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $