专题04 化学电源装置分析（重难点讲义）化学鲁科版选择性必修1

本讲义聚焦化学电源装置分析核心知识点，系统梳理一次、二次、燃料电池的结构识别、电极判断方法，电解质介质对反应的影响及电极反应式书写，结合装置原理分析与电化学定量计算，构建完整知识脉络。 资料以高考考情为导向，设计“典例+对练”分层题型，通过“五步判断法”“三步书写法”培养科学思维，以氢氧燃料电池、锂离子电池等实例强化模型建构，课中辅助教师突破重难，课后助力学生查漏补缺，提升解决真实情境问题的能力。

专题04 化学电源装置分析 重难目标 1.掌握一次电池、二次电池、燃料电池装置结构识别方法，能够依据装置信息准确判断原电池正负极，理清电子、阴阳离子移动规律。 2. 理解电解质介质（酸性、碱性、熔融盐、固态电解质）对电极反应的影响，熟练书写各类电池电极反应式，区分二次电池放电、充电对应电极。 3. 依托装置原理图分析电池工作过程，分析体系pH、粒子浓度变化，结合电极反应开展基础电化学定量计算。 考情分析 在近几年高考试卷中，化学电源在电化学考点中占比约45%~60%，是电化学板块绝对考查重点。具有以下命题特点： 情境新颖化：常以金属 - 空气电池、燃料电池、固态电池等新型化学电源装置为载体。 设问图像化：依托电池结构原理图命题，重点考查电极判断、离子迁移、电极反应正误判断。 陷阱隐蔽化：容易忽视电解质环境、混淆二次电池充放电电极、混淆电子与离子移动方向。 一、原电池电极的判断 1.“五类”依据判断原电池电极： 判断依据 负极 正极 电子流动方向 电子______极 电子______极 电解质溶液中阴、阳离子定向移动的方向 ______离子移向的电极 ______离子移向的电极 电流方向 电流______极 电流______极 两极发生的反应 ______电子，发生______反应 ______电子，发生______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 2.“五类”依据判断电解池电极 判断依据 电极 直流电源 电极反应 电子流向 离子移向 电极现象 阳极 与电源______极相连 ______反应 ______ ______离子移向 电极______或pH______ 阴极 与电源______极相连 ______反应 ______ ______离子移向 电极______或pH______ 【方法技巧】原电池正、负极判断的一般方法 判断角度 负极 正极 电极材料 活泼金属 较不活泼金属或非金属 电极反应 氧化反应 还原反应 电子流向 电子流出 电子流入 电极现象 不断溶解，质量减小 电极增重或质量不变 离子移向 阴离子移向负极 阳离子移向正极 二、化学电源 一次电池 1.化学电源概述 （1） 化学电源的分类 原电池是化学电源的雏形，常分为如下三类： 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______，不能______ 可反复__________，充电时是一个电解池；放电时是一个______ 能量利用率高，可连续使用，污染轻 （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，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。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.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：氢氧化钾 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 电解质 ______________ ________ 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 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 【方法技巧】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。 三、二次电池 1.铅蓄电池 铅蓄电池是常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下： Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋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：____________________________________________________________；  ②正极反应式：____________________________________________________________； 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 __________________________________________________②阳极(氧化反应)反应式是__________________________________________________ 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”。 【方法技巧】 （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 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 ________________________________________________________________________________________ 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。 四、电极反应式书写 1.方法一：直接书写 “三步”突破原电池电极反应式的书写： 第一步：分析氧化还原反应 根据氧化还原反应，分析元素化合价的升降，确定正负极反应物质及电子得失数目 第二步：注意电解质溶液环境 分析电解质溶液的酸碱性及离子参加反应的情况，确定电极反应，写出电极反应式 第三步：合并正、负电极反应 调整两极反应式中得失电子数目相等并叠加，消去电子，得出总反应式 2.电解池电极反应式的书写模式： （1）解题流程 ①看电极：首先注意阳极是活性材料还是惰性材料。 ②定顺序：分析溶液中所有阴、阳离子并确定放电顺序。 ③析变化：根据放电顺序分析两极产物以及电解液的变化。 ④写反应式：根据实际反应物与生成物，写出电极反应式和总反应方程式。 （2）阳极阴离子放电次序： ①阳极 1)活泼金属作电极：电极材料本身失电子被氧化：。 2)惰性电极：溶液中较易失电子的阴离子优先失去电子被氧化。阴离子在阳极上的放电顺序：含氧酸根。 ②阴极 1)溶液中较易得电子的阳离子优先得到电子被还原，。 2)阳离子在阴极上的放电顺序：。 【特别提醒】微粒的浓度也会影响放电的顺序，如电镀锌时，溶液中c(Zn2+)>c(H+)，放电次序 Zn2+>H+。 方法二：间接书写 第一步，写出电池总反应式。 第二步，写出电极的正极反应式。 第三步，负极反应式＝总反应式－正极反应式。 五、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。 电流表的指针______，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：__________。 4.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，只不过条件不同而已。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，且能量转化率超过80%，由燃料电池组合成的发电站被誉为“绿色发电站”。 5.燃料电池电极的书写方法 电极的负极反应物一定是燃料，正极反应物为O2或空气。 据氧化还原反应规律，负极燃料失电子发生氧化反应，正极氧气得电子发生还原反应。 特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电极反应式。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法： 第一步　确定生成物 CH4 故CH4的最终产物为CO和H2O； 第二步　确定价态变化及电子转移 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　最后据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 【方法技巧】燃料电池电极反应式书写的注意事项 （1）燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧，书写总反应方程式时，要注意产物与电解质溶液是否发生反应，若能反应，电解质溶液要写在总反应方程式中。 （2）燃料电池正极反应的本质是氧气得电子发生还原反应，即O2＋4e－===2O2－，产生的O2－存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有着密切的关系。 （3）书写燃料电池的电极反应式，一定要注意电解质的酸碱性。碱性溶液电极反应式不能出现H＋；酸性溶液电极反应式不能出现OH－。 六、新型电池 一、微生物燃料电池 微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是在负极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和负极之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧化剂(如氧气)在正极得到电子被还原。 二、物质循环转化型电池 根据物质转化中，元素化合价的变化或离子的移动(阳离子移向正极区域，阴离子移向负极区域)判断电池的正、负极，是分析该电池的关键。 三、浓差电池 1.在浓差电池中，为了限定某些离子的移动，常涉及到“离子交换膜”。 （1）常见的离子交换膜 阳离子交换膜 只允许__________________________通过 阴离子交换膜 只允许______通过 质子交换膜 只允许____________通过 （2）离子交换膜的作用 ①能将两极区隔离，阻止两极物质发生化学反应。 ②能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 （3）离子交换膜的选择依据 离子的定向移动。 2.“浓差电池”的分析方法 浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，依据阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域判断电池的正、负极，这是解题的关键。 题型01 原电池电极的判断和电极反应式的书写 【典例1】（25-26高二上·甘肃武威·期末）电池在生活中随处可见，下列装置能构成原电池的是 A． B． C． D． 【对练1】如图所示原电池的盐桥中装有饱和溶液，电池工作一段时间后，甲烧杯中溶液颜色不断变浅。下列叙述不正确的是 A．b极是电池的负极 B．甲烧杯中经盐桥流向乙烧杯 C．甲烧杯中溶液的pH逐渐增大 D．电池的总反应离子方程式为 【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02 一次电池 【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 【对练1】（25-26高三上·河南濮阳·阶段检测）酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理，下列说法不正确的是 A．石墨作电池的正极材料 B．电池工作时，向负极方向移动 C．发生还原反应 D．锌筒发生的电极反应为 【对练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 故选C。 题型03 二次电池 【典例1】（25-26高二上·河北保定·期末）铅酸蓄电池(如图所示)在生产、生活中使用广泛，下列说法错误的是 A．充电时，阴极的质量减轻 B．在水溶液中的电离方程式为 C．放电时，每转移0.2mol电子，正极上的质量增加19.2g D．放电时，电解质溶液的增大 【对练1】（25-26高二上·陕西咸阳·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Ⅰ所示电池中，的作用是做催化剂 B．图Ⅱ所示电池放电过程中，溶液的pH不变 C．图Ⅲ所示装置工作过程中，其正极电池反应式： D．图Ⅳ所示电池中，正极的电极反应式为 【对练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 故选B。 题型04 燃料电池 【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 【对练1】乙烯催化氧化成乙醛(CH3CHO)可设计成如图所示的燃料电池，下列说法正确的是 A．每有0.1 mol O2反应，则迁移H＋ 0.4 mol B．正极反应式为CH2=CH2-2e-＋2OH-=CH3CHO＋H2O C．电子移动方向：电极a→导线→电极b→电解质溶液→电极a D．该电池为可充电电池 【对练2】（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氧酸盐(POMs)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 题型05 新型电池 【典例1】（25-26高二上·福建宁德·阶段检测）一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)电池工作时，下列叙述错误的是 A．葡萄糖在b极发生氧化反应，Cu2O为中间产物 B．电池总反应为2C6H12O6+O2=2C6H12O7 C．电子流向：葡萄糖→b极→a极→O2 D．消耗36g葡萄糖，理论上a电极有0.8mol电子转移 【对练1】（24-25高二上·河北石家庄·阶段检测）我国某大学科研团队通过超快电脉冲热还原法开发了一种新型碳载钌镍合金纳米催化剂(RuNi/C)，并基于此催化剂制备出一种极具竞争力的高能量镍氢气(Ni-H2)电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．放电时，OH-向电极a移动 B．放电一段时间后，KOH溶液的浓度增大 C．放电时， D．外电路中每转移2mole-，理论上电极a上消耗2gH2 【对练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 故选B。 一、单选题 1．（25-26高二上·山东济南·阶段检测）用铜片、银片、溶液、溶液、导线和盐桥(装有含KCl饱和溶液的琼胶)构成一个原电池(如下图)。以下有关该原电池的叙述正确的是 ①在外电路中，电子由铜电极流向银电极 ②正极反应为 ③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 ④将铜片浸入溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 A．只有①② B．①②④ C．只有② D．①③④ 2．（25-26高二上·山东淄博·期末）利用微生物电池可将镀铬废水中的催化还原，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．b极为正极 B．微生物促进了反应中电子的转移 C．电池工作时H+通过交换膜从右室移向左室 D．理论上，每处理1 mol 生成1.5 mol CO2 3．（25-26高二上·山东潍坊·阶段检测）某研究团队开发了一种新型水系锌碘电池，正极材料为氧化还原活性封端基团的@MBene-Br(MBene有助于的吸附与的锚定)，电解质为和溶液。放电过程中可能发生两个反应：①，②。下列说法正确的是 A．放电时，负极每消耗6.5 g，始终能生成 B．放电时，的移动方向为：N极→M极 C．深度充电时，N极可发生电极反应 D．深度充电后，再放电时，反应②会在正极发生 4．（25-26高二上·山东·期中）一种基于Cu2O的储氯电池装置如图，放电过程中a、b极均增重。若将b极换成Ag/AgCl电极，b极仍增重。关于图中装置所示电池，下列说法错误的是 A．放电一段时间后NaCl溶液浓度减小 B．当电路中转移2mole-时，理论上a极质量增加70.5 g C．b极电极反应式： D．若将a极换成Ag/AgCl，a极仍为负极 5．（25-26高二上·山东济南·阶段检测）利用热再生氨电池可实现电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。电池总反应为下列说法不正确的是 A．甲室电极为负极 B．隔膜为阳离子膜 C．电池工作时乙池铜电极质量增大 D．扩散到乙室将对电池电动势产生影响 6．（24-25高二上·辽宁·开学考试）如图，b为标准氢电极，可发生还原反应()或氧化反应()，a、c分别为、电极。实验发现：1与2相连a电极质量减小，2与3相连c电极质量增大。下列说法错误的是 A．图中1与2相连，电池反应为 B．图中2与3相连，c电极发生氧化反应 C．图中1与3相连，盐桥1中的阳离子向a电极移动 D．图中1与2或2与3相连时构成的两个原电池装置中，b电极均为电子流出极 7．（25-26高二上·山东泰安·期末）负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是 A．Pt极电势低于Ag极电势 B．电子由Pt经活性炭流向Ag C．Ag表面发生的电极反应： D．每消耗标准状况下11.2 L的，最多去除1 mol 8．（25-26高二上·山东聊城·期末）铁钛液流电池放电时工作原理如图所示(a、b均为石墨电极)。下列说法错误的是 A．放电时，a极为负极，b极是正极 B．放电时，a极生成的Fe3+与b极生成的Ti3+物质的量相等 C．充电时，b极的电极反应式为 D．充电时，外电路转移1 mol e-，同时有1 mol H+由a极区迁移至b极区 9．（25-26高二上·山东青岛·期末）现代生活离不开化学电源，下图为以溴水为载体的电池。下列说法正确的是 A．烧杯A中的石墨电极为负极 B．烧杯B中的电极反应式为 C．烧杯A中每消耗1 mol Br2，理论上烧杯B中消耗0.5 mol D．电池放电结束后，向烧杯A中通入少量O2，可使电池重新产生电流 10．（25-26高二上·山东·阶段检测）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)，已知：，M极为负极。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为阳离子交换膜 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10.8 g，双极膜内有0.05mol解离 11．（25-26高三上·广东惠州·期末）一种锂－空气电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是 A．金属锂作电池的负极 B．电子由金属锂经负载流向石墨烯 C．石墨烯表面发生的电极反应： D．每消耗1molO2，金属锂电极减少28g 12．（25-26高二下·山东聊城·期中）人形机器人再次登上2026年春晚的舞台，在武术节目《武bot》中与少林武僧同台，完成后空翻、耍双节棍、精准走位等高难度动作，将传统武术与智能完美融合，展现中国科技实力与传统文化的创新结合。机器人的制造过程中用到多种材料，下列说法错误的是 A．机身采用复合材料具有高强度、轻量化、耐磨损等特点 B．机器人芯片的成分硅为共价晶体，具有高强度、高熔点的特点 C．选用的锂聚合物电池中电解液为有机液体，难溶于水 D．机身涂层采用的石墨烯是一种良好的导热和绝缘材料 13．（24-25高二上·山东青岛·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铅蓄电池 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：铅蓄电池使用过程中，两电极的质量均增加 D．图Ⅳ：溶液中向负极移动，、向正极移动 二、解答题 14．（24-25高二上·河南南阳·阶段检测）通常氢氧燃料电池有酸性和碱性两种，试回答下列问题： （1）写出在酸性介质中，酸性电池的电极反应负极：___________，正极：___________。工作过程中，电解质溶液中的会___________(填“变大”“变小”或“不变”)。 （2）写出在碱性介质中，碱性电池的电极反应负极：___________，正极：___________。工作过程中，电解质溶液中的会___________(填“变大”“变小”或“不变”)。 （3）一种高效耐用的新型可充电电池，该电池的总反应式为： ①该电池放电时负极反应式为___________。 ②放电时每转移3mol电子，则正极有___________mol被还原。 （4）锰酸锂离子电池在混合动力车等大型蓄电池应用领域占据主导地位。电池工作原理如图所示，电池反应式为：，下列说法不正确的是___________(填字母)。 A．放电时的正极反应式为 B．放电过程中，石墨没有得失电子 C．该电池也能在KOH溶液的环境中正常工作 D．充电时电池上标有“—”标志的电极应与外接电源的负极相连 15．（24-25高二上·山东青岛·期中）研究化学反应中的能量变化对生产、生活有重要的意义。 （1）下表中列出了几种化学键的键能： 化学键 键能/() 799 436 413 346 326 498 根据以上信息写出与反应生成和的热化学方程式为______。 （2）乙硼烷是一种热值很高的燃料，气态乙硼烷在氧气中燃烧，生成固态和气态水，释放的热量。 ①该反应的热化学反应方程式为：______。 ②已知转化为的，则(标准状况)气态乙硼烷完全燃烧生成液态水时释放的热量为______kJ。 （3）向两只烧杯中分别加入溶液和溶液，将用导线与电流计相连接的石墨棒和铜片分别插入溶液和溶液中，将盐桥(装有含饱和溶液的琼脂)两端分别插入两只烧杯内的电解质溶液中，有电流产生，其装置如图所示。 ①“乙”烧杯中加入的溶液为______(填化学式)，“铜”电极上发生的电极反应式为______。 ②“盐桥”中的K+移向______烧杯(填“甲”或“乙”)。 ③电池总反应的离子方程式为______。 （4）一种银锌纽扣电池的电极分别为和，发生氧化还原反应后生成和，其构造示意图如图所示。 该电池的正极反应式为______，电池总反应式为______。 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 $ 专题04 化学电源装置分析 重难目标 1.掌握一次电池、二次电池、燃料电池装置结构识别方法，能够依据装置信息准确判断原电池正负极，理清电子、阴阳离子移动规律。 2. 理解电解质介质（酸性、碱性、熔融盐、固态电解质）对电极反应的影响，熟练书写各类电池电极反应式，区分二次电池放电、充电对应电极。 3. 依托装置原理图分析电池工作过程，分析体系pH、粒子浓度变化，结合电极反应开展基础电化学定量计算。 考情分析 在近几年高考试卷中，化学电源在电化学考点中占比约45%~60%，是电化学板块绝对考查重点。具有以下命题特点： 情境新颖化：常以金属 - 空气电池、燃料电池、固态电池等新型化学电源装置为载体。 设问图像化：依托电池结构原理图命题，重点考查电极判断、离子迁移、电极反应正误判断。 陷阱隐蔽化：容易忽视电解质环境、混淆二次电池充放电电极、混淆电子与离子移动方向。 一、原电池电极的判断 1.“五类”依据判断原电池电极： 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 2.“五类”依据判断电解池电极 判断依据 电极 直流电源 电极反应 电子流向 离子移向 电极现象 阳极 与电源正极相连 氧化反应 流出 阴离子移向 电极溶解或pH减小 阴极 与电源负极相连 还原反应 流入 阳离子移向 电极增重或pH增大 【方法技巧】原电池正、负极判断的一般方法 判断角度 负极 正极 电极材料 活泼金属 较不活泼金属或非金属 电极反应 氧化反应 还原反应 电子流向 电子流出 电子流入 电极现象 不断溶解，质量减小 电极增重或质量不变 离子移向 阴离子移向负极 阳离子移向正极 二、化学电源 一次电池 1.化学电源概述 （1） 化学电源的分类 原电池是化学电源的雏形，常分为如下三类： 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 （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，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。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.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 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 电解质 氯化铵和氯化锌 氢氧化钾 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 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 【方法技巧】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。 三、二次电池 1.铅蓄电池 铅蓄电池是常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下： Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋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：Pb+S-2e-===PbSO4__；  ②正极反应式：PbO2+4H++S+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”。 【方法技巧】 （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 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－xCoO2LiCoO2＋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。 四、电极反应式书写 1.方法一：直接书写 “三步”突破原电池电极反应式的书写： 第一步：分析氧化还原反应 根据氧化还原反应，分析元素化合价的升降，确定正负极反应物质及电子得失数目 第二步：注意电解质溶液环境 分析电解质溶液的酸碱性及离子参加反应的情况，确定电极反应，写出电极反应式 第三步：合并正、负电极反应 调整两极反应式中得失电子数目相等并叠加，消去电子，得出总反应式 2.电解池电极反应式的书写模式： （1）解题流程 ①看电极：首先注意阳极是活性材料还是惰性材料。 ②定顺序：分析溶液中所有阴、阳离子并确定放电顺序。 ③析变化：根据放电顺序分析两极产物以及电解液的变化。 ④写反应式：根据实际反应物与生成物，写出电极反应式和总反应方程式。 （2）阳极阴离子放电次序： ①阳极 1)活泼金属作电极：电极材料本身失电子被氧化：。 2)惰性电极：溶液中较易失电子的阴离子优先失去电子被氧化。阴离子在阳极上的放电顺序：含氧酸根。 ②阴极 1)溶液中较易得电子的阳离子优先得到电子被还原，。 2)阳离子在阴极上的放电顺序：。 【特别提醒】微粒的浓度也会影响放电的顺序，如电镀锌时，溶液中c(Zn2+)>c(H+)，放电次序 Zn2+>H+。 方法二：间接书写 第一步，写出电池总反应式。 第二步，写出电极的正极反应式。 第三步，负极反应式＝总反应式－正极反应式。 五、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.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，只不过条件不同而已。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，且能量转化率超过80%，由燃料电池组合成的发电站被誉为“绿色发电站”。 5.燃料电池电极的书写方法 电极的负极反应物一定是燃料，正极反应物为O2或空气。 据氧化还原反应规律，负极燃料失电子发生氧化反应，正极氧气得电子发生还原反应。 特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电极反应式。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法： 第一步　确定生成物 CH4 故CH4的最终产物为CO和H2O； 第二步　确定价态变化及电子转移 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　最后据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 【方法技巧】燃料电池电极反应式书写的注意事项 （1）燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧，书写总反应方程式时，要注意产物与电解质溶液是否发生反应，若能反应，电解质溶液要写在总反应方程式中。 （2）燃料电池正极反应的本质是氧气得电子发生还原反应，即O2＋4e－===2O2－，产生的O2－存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有着密切的关系。 （3）书写燃料电池的电极反应式，一定要注意电解质的酸碱性。碱性溶液电极反应式不能出现H＋；酸性溶液电极反应式不能出现OH－。 六、新型电池 一、微生物燃料电池 微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是在负极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和负极之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧化剂(如氧气)在正极得到电子被还原。 二、物质循环转化型电池 根据物质转化中，元素化合价的变化或离子的移动(阳离子移向正极区域，阴离子移向负极区域)判断电池的正、负极，是分析该电池的关键。 三、浓差电池 1.在浓差电池中，为了限定某些离子的移动，常涉及到“离子交换膜”。 （1）常见的离子交换膜 阳离子交换膜 只允许阳离子(包括H＋)通过 阴离子交换膜 只允许阴离子通过 质子交换膜 只允许H＋通过 （2）离子交换膜的作用 ①能将两极区隔离，阻止两极物质发生化学反应。 ②能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 （3）离子交换膜的选择依据 离子的定向移动。 2.“浓差电池”的分析方法 浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，依据阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域判断电池的正、负极，这是解题的关键。 题型01 原电池电极的判断和电极反应式的书写 【典例1】（25-26高二上·甘肃武威·期末）电池在生活中随处可见，下列装置能构成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】A．A装置没有形成闭合回路，不能构成原电池，A不符合题意； B．B装置中，酒精是非电解质，所以不能构成原电池，B不符合题意； C．C装置中，铝为负极，镁为正极，氢氧化钠为电解质，形成闭合回路，能构成原电池，C符合题意； D．D装置中，两个电极相同，碳单质不能与氯化铜溶液反应，所以不能构成原电池，D不符合题意； 故选C。 【对练1】如图所示原电池的盐桥中装有饱和溶液，电池工作一段时间后，甲烧杯中溶液颜色不断变浅。下列叙述不正确的是 A．b极是电池的负极 B．甲烧杯中经盐桥流向乙烧杯 C．甲烧杯中溶液的pH逐渐增大 D．电池的总反应离子方程式为 【答案】B 【解析】A．由甲烧杯中溶液颜色不断变浅，可知中元素的化合价降低，得到电子，元素的化合价升高，失去电子， 则b为负极，a为正极，所以总的电池反应式为。由于在b电极失去电子，发生氧化反应，所以b极是电池的负极，A正确； B．K＋向正极移动，所以K＋从盐桥流向甲烧杯，B错误； C．甲烧杯中的电极反应为，消耗，所以甲烧杯中溶液的pH逐渐增大，C正确； D．由总电池反应式知，反应的离子方程式为，D正确。 故选B。 【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； 故选B。 题型02 一次电池 【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 【解析】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。 【对练1】（25-26高三上·河南濮阳·阶段检测）酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理，下列说法不正确的是 A．石墨作电池的正极材料 B．电池工作时，向负极方向移动 C．发生还原反应 D．锌筒发生的电极反应为 【答案】B 【分析】锌锰干电池属于一次电池，其中锌筒为负极，石墨棒为正极，氯化铵糊为电解质溶液，据此回答。 【解析】A．酸性锌锰干电池，锌筒为负极，石墨电极为正极，故A正确； B．原电池工作时，阳离子向正极(石墨电极)方向移动，故B错误； C．发生得电子的还原反应，故C正确； D．锌筒为负极，负极发生失电子的氧化反应，故D正确； 故选B。 【对练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 【解析】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； 故选C。 题型03 二次电池 【典例1】（25-26高二上·河北保定·期末）铅酸蓄电池(如图所示)在生产、生活中使用广泛，下列说法错误的是 A．充电时，阴极的质量减轻 B．在水溶液中的电离方程式为 C．放电时，每转移0.2mol电子，正极上的质量增加19.2g D．放电时，电解质溶液的增大 【答案】C 【分析】铅酸蓄电池的正负极材料（Pb和PbO2）、电解质（H2SO4）以及总反应方程式：，放电时负极（Pb）：，正极（PbO2）：，充电时，上述反应逆向进行，负极变为阴极，正极变为阳极。 【解析】A．铅酸蓄电池充电时的阴极反应： ，可以看出PbSO4转化为Pb，硫酸根离子进入溶液，导致阴极质量减少，A正确； B．硫酸是强酸，在水中完全电离为 和 ，电离方程式为，B正确； C．根据正极反应，每转移2mol电子，正极质量增加，因此转移0.2mol电子时，正极质量增加，而不是19.2 g，C错误； D．铅酸蓄电池放电总反应： ，可以看出 被消耗，溶液中 浓度降低，pH增大，D正确； 故选C。 【对练1】（25-26高二上·陕西咸阳·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Ⅰ所示电池中，的作用是做催化剂 B．图Ⅱ所示电池放电过程中，溶液的pH不变 C．图Ⅲ所示装置工作过程中，其正极电池反应式： D．图Ⅳ所示电池中，正极的电极反应式为 【答案】C 【解析】A．图Ⅰ为碱性锌锰电池，是正极反应物，参与电极反应，不是催化剂，A错误； B．图Ⅱ为铅蓄电池，放电总反应为：，反应消耗，同时生成水，硫酸浓度降低，溶液pH升高，B错误； C．图Ⅲ为酸性氢氧燃料电池，电解质中导电，正极得电子，与结合生成水，电极反应式无误，C正确； D．图Ⅳ为锌银纽扣电池，电解质是碱性溶液，不会存在，其正极反应式为，D错误； 故选C。 【对练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。 【解析】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。 题型04 燃料电池 【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 【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；故选C。 【对练1】乙烯催化氧化成乙醛(CH3CHO)可设计成如图所示的燃料电池，下列说法正确的是 A．每有0.1 mol O2反应，则迁移H＋ 0.4 mol B．正极反应式为CH2=CH2-2e-＋2OH-=CH3CHO＋H2O C．电子移动方向：电极a→导线→电极b→电解质溶液→电极a D．该电池为可充电电池 【答案】A 【分析】乙烯是负极发生氧化反应，电极反应为：CH2=CH2－2e－＋H2O=CH3CHO＋2H＋，正极上氧气得电子，发生还原反应，电极反应式为O2＋4H＋＋4e-=2H2O，聚解答。 【解析】A．根据O2＋4H＋＋4e-=2H2O知，每有0.1 mol O2反应，转移0.4mole-，则迁移H＋0.4 mol，A项正确； B．正极上氧气得电子，发生还原反应，电极反应式为O2＋4H＋＋4e-=2H2O，B项错误； C．放电时电子从电极a沿导线流向电极b，C项错误； D．该电池为燃料电池，不能充电，D项错误； 故选A。 【对练2】（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氧酸盐(POMs)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。 【解析】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。 题型05 新型电池 【典例1】（25-26高二上·福建宁德·阶段检测）一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)电池工作时，下列叙述错误的是 A．葡萄糖在b极发生氧化反应，Cu2O为中间产物 B．电池总反应为2C6H12O6+O2=2C6H12O7 C．电子流向：葡萄糖→b极→a极→O2 D．消耗36g葡萄糖，理论上a电极有0.8mol电子转移 【答案】D 【分析】据图可知，放电时，a电极上得电子和反应生成，电极反应式为，a电极为正极，则b电极为负极，b电极上葡萄糖失电子和反应生成葡萄糖酸，b电极上发生的反应为、，电池总反应为葡萄糖和发生氧化还原反应生成葡萄糖酸，所以电池总反应式为，据此分析解题。 【解析】A．葡萄糖在b极失电子发生氧化反应，反应过程中先生成后被消耗，属于中间产物，A正确； B．由分析得，电池总反应为，B正确； C．原电池中电子由负极经外电路流向正极，葡萄糖失电子给b极，电子经外电路流向a极，最终在a极得电子，该电子流向正确，C正确； D．36 g葡萄糖的物质的量，1 葡萄糖反应转移2 电子，故0.2 葡萄糖反应时，a电极得到0.4 电子，D错误； 故选D。 【对练1】（24-25高二上·河北石家庄·阶段检测）我国某大学科研团队通过超快电脉冲热还原法开发了一种新型碳载钌镍合金纳米催化剂(RuNi/C)，并基于此催化剂制备出一种极具竞争力的高能量镍氢气(Ni-H2)电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．放电时，OH-向电极a移动 B．放电一段时间后，KOH溶液的浓度增大 C．放电时， D．外电路中每转移2mole-，理论上电极a上消耗2gH2 【答案】B 【分析】该原电池中a电极，发生的反应为，失电子为负极；b为正极，电极反应式为，总反应为，由此解答； 【解析】A．由分析可知，放电时电极a为负极，原电池中阴离子向负极移动，故向电极a移动，A正确； B．由分析可知，该电池总反应为，反应中没有消耗或生成和，故溶液浓度不变，B错误； C．由分析可知，放电时电极b为正极，得电子发生还原反应，电极反应为，C正确； D．由分析可知，电极a的反应为，每转移消耗，质量为2g，D正确； 故选B。 【对练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； 【解析】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。 一、单选题 1．（25-26高二上·山东济南·阶段检测）用铜片、银片、溶液、溶液、导线和盐桥(装有含KCl饱和溶液的琼胶)构成一个原电池(如下图)。以下有关该原电池的叙述正确的是 ①在外电路中，电子由铜电极流向银电极 ②正极反应为 ③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 ④将铜片浸入溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 A．只有①② B．①②④ C．只有② D．①③④ 【答案】B 【解析】①Cu的活泼性强于Ag，Cu作负极、Ag作正极，外电路中电子由负极铜电极流向正极银电极，正确； ②正极上得电子发生还原反应，反应为，正确； ③实验过程中取出盐桥，无法形成闭合回路，原电池不能继续工作，错误； ④该原电池总反应为，和铜片浸入溶液的置换反应相同，正确； 符合题意的为①②④，故答案选B。 2．（25-26高二上·山东淄博·期末）利用微生物电池可将镀铬废水中的催化还原，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．b极为正极 B．微生物促进了反应中电子的转移 C．电池工作时H+通过交换膜从右室移向左室 D．理论上，每处理1 mol 生成1.5 mol CO2 【答案】C 【分析】由图可知，在b极被还原生成Cr3+，CH3COOH在a极被氧化生成CO2，则a极为负极，电极反应式为，b极为正极，电极反应式为，据此分析； 【解析】A．由上述分析可知，a为负极，b为正极，A正确； B．在微生物的作用下将化学能转化为电能，形成原电池，有电流产生，所以微生物促进了反应中电子的转移，B正确； C．电池工作时阳离子H+通过交换膜从负极（左室）移向正极（右室），C错误； D．处理1 mol Cr2O时转移6 mol e－，据得失电子守恒可知，负极上生成1.5 mol CO2，D正确； 故选C。 3．（25-26高二上·山东潍坊·阶段检测）某研究团队开发了一种新型水系锌碘电池，正极材料为氧化还原活性封端基团的@MBene-Br(MBene有助于的吸附与的锚定)，电解质为和溶液。放电过程中可能发生两个反应：①，②。下列说法正确的是 A．放电时，负极每消耗6.5 g，始终能生成 B．放电时，的移动方向为：N极→M极 C．深度充电时，N极可发生电极反应 D．深度充电后，再放电时，反应②会在正极发生 【答案】D 【分析】M极（左侧）： 锌板（Zn）在放电过程中，锌作为活泼金属失去电子，发生氧化反应，因此M极为负极，电极反应式为： ；N极（右侧）： 正极材料为，发生还原反应，放电过程中可能发生两个反应：①，②。 【解析】A．放电时负极消耗6.5g Zn，物质的量为=0.1 mol，失去0.2 mol电子。但正极可能同时发生反应①（I2得电子）和反应②（Br2得电子），电子可能分配给两个反应，生成的I-不一定始终为0.2 mol，A错误； B．由分析可知，放电时，M极为负极（Zn板），N极为正极。阳离子（Zn2+）向正极移动，即移动方向为M极→N极，B错误； C．深度充电时，N极（原正极）作阳极，发生氧化反应（失电子），例如，电极反应式是一个得到电子的还原反应，C错误； D．深度充电时，N极（阳极）会将Br-氧化为Br2并被MBene吸附。再放电时，吸附的Br2在正极发生还原反应②（Br2+2e-=2Br-），D正确； 故选D。 4．（25-26高二上·山东·期中）一种基于Cu2O的储氯电池装置如图，放电过程中a、b极均增重。若将b极换成Ag/AgCl电极，b极仍增重。关于图中装置所示电池，下列说法错误的是 A．放电一段时间后NaCl溶液浓度减小 B．当电路中转移2mole-时，理论上a极质量增加70.5 g C．b极电极反应式： D．若将a极换成Ag/AgCl，a极仍为负极 【答案】C 【分析】由题干可知，放电时 a、b 极均增重，电极增重通常是结合阳离子 / 阴离子，可判断：a 极发生氧化反应（储氯）：，为负极；b极发生还原反应：，为正极；据此分析。 【解析】A．放电a、b极分别消耗氯离子和钠离子，一段时间后溶液浓度减小，A正确； B．理论上a极质量增加：，当电路中转移时，a极质量增加，B正确； C．根据分析可知，b极电极反应式为：，C错误； D．以电极代替a极，发生，仍为负极，D正确； 故答案选C。 5．（25-26高二上·山东济南·阶段检测）利用热再生氨电池可实现电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。电池总反应为下列说法不正确的是 A．甲室电极为负极 B．隔膜为阳离子膜 C．电池工作时乙池铜电极质量增大 D．扩散到乙室将对电池电动势产生影响 【答案】B 【分析】由题意可知，是原电池模型。甲通入氨气，氨气和铜离子生成，导致溶液中铜离子浓度减小，则铜电极（甲中）失去电子发生氧化反应生成铜离子，甲电极为负极，电极方程式为：；右侧电极为正极，电极方程式为，最终产物为的高浓度溶液，因此硫酸根离子从乙池进入甲池，隔膜为阴离子交换膜，据此分析。 【解析】A．向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室Cu电极溶解，变为铜离子与氨气形成，因此甲室Cu电极为负极，故A正确； B．在原电池内电路中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。电池工作时，甲室为负极，反应生成；乙室为正极，消耗。为保持电荷守恒，乙室的阴离子需要通过隔膜进入甲室，因此隔膜应为阴离子交换膜，故B错误； C．由分析可知，正极上铜离子得到电子发生还原反应生成铜：，电极质量增大，故C正确； D．NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D正确； 故选B。 6．（24-25高二上·辽宁·开学考试）如图，b为标准氢电极，可发生还原反应()或氧化反应()，a、c分别为、电极。实验发现：1与2相连a电极质量减小，2与3相连c电极质量增大。下列说法错误的是 A．图中1与2相连，电池反应为 B．图中2与3相连，c电极发生氧化反应 C．图中1与3相连，盐桥1中的阳离子向a电极移动 D．图中1与2或2与3相连时构成的两个原电池装置中，b电极均为电子流出极 【答案】D 【分析】1与2相连，左侧两池构成原电池，b电极为负极，a电极为正极，b电极的反应为，a电极上AgCl转化为Ag，电池反应为，因此a电极质量减小；2与3相连，右侧两池构成原电池，c电极质量增大，Ag转化为AgI，说明c电极为负极，发生氧化反应，b电极为正极；图中1与3相连，a电极为正极，c电极为负极，电池反应为，所以盐桥1中的阳离子向a电极移动。 【解析】A．1与2相连，左侧两池构成原电池，b电极的反应为，b电极为负极，a电极上AgCl转化为Ag，a电极为正极，电池反应为，A正确； B．2与3相连，右侧两池构成原电池，c电极质量增大，Ag转化为AgI，说明c电极为负极，发生氧化反应，B正确； C．图中1与3相连，电池反应为，a电极为正极，所以盐桥1中的阳离子向a电极移动，C正确； D．1与2相连，b电极为负极，为电子流出极，2与3相连，b电极为正极，为电子流入极，D错误； 故选D。 7．（25-26高二上·山东泰安·期末）负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是 A．Pt极电势低于Ag极电势 B．电子由Pt经活性炭流向Ag C．Ag表面发生的电极反应： D．每消耗标准状况下11.2 L的，最多去除1 mol 【答案】C 【分析】该装置为原电池，在Pt极发生还原反应，因此Pt为正极，Ag为负极，Ag失电子后结合生成AgCl，实现的去除。 【解析】A．原电池中正极电势高于负极电势，Pt是正极，因此Pt极电势高于Ag极，A错误； B．原电池中电子由负极经外电路流向正极，电子应由Ag经活性炭流向Pt，B错误； C．Ag为负极，Ag失电子后结合生成AgCl，电极反应，C正确； D．标准状况下物质的量为，反应转移电子，因此转移电子，根据电子守恒，最多去除，D错误； 故选C。 8．（25-26高二上·山东聊城·期末）铁钛液流电池放电时工作原理如图所示(a、b均为石墨电极)。下列说法错误的是 A．放电时，a极为负极，b极是正极 B．放电时，a极生成的Fe3+与b极生成的Ti3+物质的量相等 C．充电时，b极的电极反应式为 D．充电时，外电路转移1 mol e-，同时有1 mol H+由a极区迁移至b极区 【答案】D 【分析】放电时，a极（负极）发生氧化反应：，b极（正极）发生还原反应：，总反应为，由a极区向b极区迁移；充电时，a极（阴极）发生还原反应：，b极（阳极）发生氧化反应：，总反应为，由b极区向a极区迁移，据此分析。 【解析】A．放电时，a极为负极，b极是正极，A不符合题意； B．放电时，极反应：，极反应：，转移时，生成与的物质的量均为，B不符合题意； C．充电时，极为阳极，发生氧化反应：，C不符合题意； D．充电时，由极区（阳极）迁移至极区（阴极），D符合题意； 故选D。 9．（25-26高二上·山东青岛·期末）现代生活离不开化学电源，下图为以溴水为载体的电池。下列说法正确的是 A．烧杯A中的石墨电极为负极 B．烧杯B中的电极反应式为 C．烧杯A中每消耗1 mol Br2，理论上烧杯B中消耗0.5 mol D．电池放电结束后，向烧杯A中通入少量O2，可使电池重新产生电流 【答案】D 【分析】烧杯B中被氧化为，反应为，发生氧化反应，为负极；烧杯A中被还原为，反应为，发生还原反应，为正极。总反应为：，据此分析。 【解析】A．烧杯A中得电子被还原，发生还原反应，为正极；烧杯B中失电子被氧化，发生氧化反应，为负极，A不符合题意； B．烧杯B中被氧化为，正确电极反应式为，B不符合题意； C．总反应可知，消耗时，消耗，C不符合题意； D．放电结束后烧杯A中生成，通入少量，发生反应，重新生成，可与烧杯B中剩余再次形成原电池，使电池重新产生电流，D符合题意； 故选D。 10．（25-26高二上·山东·阶段检测）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)，已知：，M极为负极。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为阳离子交换膜 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10.8 g，双极膜内有0.05mol解离 【答案】B 【分析】根据题干信息可知：M极为负极，M电极发生的反应为：，NaCl中的通过a膜进入Ⅰ室，因此，a为阴离子交换膜；双极膜产生的通过双极膜进入Ⅱ室，得到NaOH溶液；N极为正极，电极反应为：，通过c膜进入Ⅳ室，因此，c为阳离子交换膜，双极膜产生的通过双极膜进入Ⅲ室，得到盐酸溶液。 【解析】A.根据分析可知，N极为正极，发生还原反应，故A项错误； B. 根据分析可知，a为阴离子交换膜，c为阳离子交换膜，故B项正确； C. 根据分析可知，a为阴离子交换膜，c为阳离子交换膜，则Ⅱ室得到溶液，Ⅲ室得到盐酸，故C项错误； D. M极为负极， 反应式为，M电极质量每减少10.8 g时转移电子为，因此双极膜内有解离，故D项错误； 故答案为：B。 11．（25-26高三上·广东惠州·期末）一种锂－空气电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是 A．金属锂作电池的负极 B．电子由金属锂经负载流向石墨烯 C．石墨烯表面发生的电极反应： D．每消耗1molO2，金属锂电极减少28g 【答案】C 【分析】Li—空气电池锂作负极，通入空气的一极为正极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，原电池中阳离子移向正极； 【解析】A．锂为活泼金属，锂(Li)—空气电池中，锂作负极，发生氧化反应，A正确； B．原电池中电子由负极流向正极，则电子由金属锂经负载流向石墨烯，B正确； C．通入空气的一极为正极，在碱性条件下氧气被还原生成氢氧根离子，正极的电极反应：，C错误； D．每消耗1mol O2，转移4mol电子，则消耗4mol Li，金属锂电极减少4mol×7g/mol=28g，D正确； 故选C。 12．（25-26高二下·山东聊城·期中）人形机器人再次登上2026年春晚的舞台，在武术节目《武bot》中与少林武僧同台，完成后空翻、耍双节棍、精准走位等高难度动作，将传统武术与智能完美融合，展现中国科技实力与传统文化的创新结合。机器人的制造过程中用到多种材料，下列说法错误的是 A．机身采用复合材料具有高强度、轻量化、耐磨损等特点 B．机器人芯片的成分硅为共价晶体，具有高强度、高熔点的特点 C．选用的锂聚合物电池中电解液为有机液体，难溶于水 D．机身涂层采用的石墨烯是一种良好的导热和绝缘材料 【答案】D 【解析】A．复合材料通常由多种材料复合而成，兼具高强度、轻量化、耐磨损的特性，适合用于机器人机身，A正确； B．硅是共价晶体，原子间以共价键结合，具有高强度、高熔点的特点，是芯片的主要成分，B正确； C．锂性质活泼能与水反应，因此锂聚合物电池采用有机电解液，有机溶剂大多难溶于水，C正确； D．石墨烯是碳单质，具有优良的导热性和导电性，不属于绝缘材料，D错误； 故选D。 13．（24-25高二上·山东青岛·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铅蓄电池 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：铅蓄电池使用过程中，两电极的质量均增加 D．图Ⅳ：溶液中向负极移动，、向正极移动 【答案】A 【解析】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是为：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2，不相同，故A错误； B．酸性锌锰电池中酸性介质对金属Zn有腐蚀，储放时间短，故B正确； C．图Ⅲ铅蓄电池使用过程中，Pb作负极，PbO2作正极，二者最终均转化为PbSO4，两电极的质量均增加，故C正确； D．图Ⅳ溶液中OH-(阴离子)向负极移动，K+、H+(阳离子)向正极移动，故D正确； 答案选A。 二、解答题 14．（24-25高二上·河南南阳·阶段检测）通常氢氧燃料电池有酸性和碱性两种，试回答下列问题： （1）写出在酸性介质中，酸性电池的电极反应负极：___________，正极：___________。工作过程中，电解质溶液中的会___________(填“变大”“变小”或“不变”)。 （2）写出在碱性介质中，碱性电池的电极反应负极：___________，正极：___________。工作过程中，电解质溶液中的会___________(填“变大”“变小”或“不变”)。 （3）一种高效耐用的新型可充电电池，该电池的总反应式为： ①该电池放电时负极反应式为___________。 ②放电时每转移3mol电子，则正极有___________mol被还原。 （4）锰酸锂离子电池在混合动力车等大型蓄电池应用领域占据主导地位。电池工作原理如图所示，电池反应式为：，下列说法不正确的是___________(填字母)。 A．放电时的正极反应式为 B．放电过程中，石墨没有得失电子 C．该电池也能在KOH溶液的环境中正常工作 D．充电时电池上标有“—”标志的电极应与外接电源的负极相连 【答案】（1） 变小 （2） 变小 （3） 1 （4）C 【解析】（1）在酸性氢氧燃料电池中，石墨作电极，负极是氢气失电子生成，电极反应为； 正极是氧气得电子，结合氢离子生成水，电极反应为，由于正、负极消耗与生成的氢离子等量，所以氢离子的总量不变，而总电极反应式为，水的总量增加，则氢离子的浓度减小； （2）在碱式介质中，氢气在负极失去电子，结合氢氧根离子生成水，电极反应式为；氧气在正极得电子生成氢氧根离子，电极反应式为。由于正、负极生成与消耗的氢氧根离子等量，所以氢氧根离子的总量不变，而总电极反应式为，水的总量增加，氢氧根离子的浓度变小； （3）①放电时，负极上锌失电子发生氧化反应，电极反应式为：； ②放电时，正极上1mol得3mol电子发生还原反应生成1mol，所以每转移3mol电子，正极有1mol被还原； （4）根据总反应式可知Li失去电子，负极反应式为，由总反应式减去负极反应式可得放电时的正极反应式为，A正确；放电过程中，根据总反应式可判断石墨没有得失电子，B正确；Li能与KOH溶液中的反应，导致电池无法正常工作，C错误；充电过程是放电的逆向过程，外界电源的负极提供的电子使原电池负极获得电子发生还原反应，所以标有“—”标志的电极应与外接电源的负极相连，D正确。答案选C。 15．（24-25高二上·山东青岛·期中）研究化学反应中的能量变化对生产、生活有重要的意义。 （1）下表中列出了几种化学键的键能： 化学键 键能/() 799 436 413 346 326 498 根据以上信息写出与反应生成和的热化学方程式为______。 （2）乙硼烷是一种热值很高的燃料，气态乙硼烷在氧气中燃烧，生成固态和气态水，释放的热量。 ①该反应的热化学反应方程式为：______。 ②已知转化为的，则(标准状况)气态乙硼烷完全燃烧生成液态水时释放的热量为______kJ。 （3）向两只烧杯中分别加入溶液和溶液，将用导线与电流计相连接的石墨棒和铜片分别插入溶液和溶液中，将盐桥(装有含饱和溶液的琼脂)两端分别插入两只烧杯内的电解质溶液中，有电流产生，其装置如图所示。 ①“乙”烧杯中加入的溶液为______(填化学式)，“铜”电极上发生的电极反应式为______。 ②“盐桥”中的K+移向______烧杯(填“甲”或“乙”)。 ③电池总反应的离子方程式为______。 （4）一种银锌纽扣电池的电极分别为和，发生氧化还原反应后生成和，其构造示意图如图所示。 该电池的正极反应式为______，电池总反应式为______。 【答案】（1）    （2）    1520.4 （3）； 甲 （4）； 【解析】（1）反应热 反应物总键能 生成物总键能。配平反应得 ，根据题干键能计算： 反应物总键能 生成物总键能 ，故答案为： （2）① 放热，则 放热 ，故答案为： ② 由题干信息可知，乙硼烷完全燃烧生成液态水的热化学方程式为，其，即1 mol乙硼烷完全燃烧生成液态水时释放的热量为2172 kJ标况下 物质的量 ，总放热 ，故答案为：1520.4； （3） ① 发生氧化反应，在负极区域，乙烧杯电极为铜（负极），故乙烧杯盛溶液，负极电极反应为，故答案为：；； ②原电池中阳离子向正极移动，甲烧杯石墨为正极（还原），故移向甲烧杯，故答案为：甲； ③总反应离子方程式为。 （4） 银锌纽扣电池电极反应 为正极，碱性条件下得电子被还原为，正极反应为；为负极被氧化为，总反应为，故答案为：；； 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 $