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第02讲 原电池、化学电源
目录
01 考情透视·目标导航
02 知识导图·思维引航
03考点突破·考法探究
考点一 原电池的工作原理
知识点1 原电池的概念及构成条件
知识点2 原电池的应用
考向1 原电池的工作原理
考向2 原电池电极判断及电极反应的书写
考向3 “盐桥”的作用与化学平衡的移动
考点二 化学电源
知识点1 一次电池、二次电池电极反应式的书写
知识点2 燃料电池
考向1 一次电池
考向2 二次电池
考向3 燃料电池
04真题练习·命题洞见
04真题练习·命题洞见
考点要求 考题统计 考情分析
原电池原理综合应用 2024·江苏卷8题，3分；2024·北京卷3题，3分；2023广东卷6题，2分；2023山东卷11题，4分；2022全国甲卷12题，6分；2022山东卷13题，4分；2021广东卷9题，2分；2021山东卷10题，2分； 电化学知识是中学化学中的重要基本概念，也是近年来高考化学的持续热点，在复杂、陌生、新颖的研究对象和真实问题情境下，体现了对电化学知识基础性、综合性、创新性和应用性的考查。近年高考中对电化学的考查出现了新的变化，以装置图为载体来考查电化学的相关知识，成为近年高考的新亮点，考查的关键能力侧重于两个方面：一是理解与辨析能力，要求学生能够从图示电化学装置中提取有效信息，判断装置种类、辨别电极名称等；二是分析与推理能力，要求学生能够根据图示信息和电解池的工作原理，分析电极反应的类型、电解质的作用、离子的移动方向以及定量分析转移电子的物质的量等。
新型二次电池 2024·安徽卷11题，3分；2024·全国甲卷6题，3分；2024·河北卷13题，3分；2023辽宁卷11题，3分；2023全国甲卷10题，6分；2022辽宁卷14题，3分；2022福建卷9题，4分；2021河北卷9题，3分；2021辽宁卷10题，3分；2021浙江1月选考22题，2分；2021浙江6月选考22题，2分；2021湖南卷10题，3分；
燃料电池 2024·全国新课标卷6题，3分
复习目标： 1．理解原电池的构成、工作原理及应用，正确判断原电池的两极，能书写电极反应式和总反应方程式。 2．了解常见化学电源的种类及其工作原理；了解燃料电池的应用。体会研制新型电池的重要性。 3．能够认识和书写新型化学电源的电极反应式。
考点一 原电池的工作原理
知识点1 原电池的概念及构成条件
1．定义：把化学能转化为电能的装置。
2．原电池的形成条件
（1）能自发进行的氧化还原反应。
（2）两个金属活动性不同的电极(燃料电池的两个电极可以相同)。
（3）形成闭合回路，需满足三个条件：a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入电解质溶液或熔融电解质中。
3．工作原理(以锌铜原电池为例)
【名师提醒】
1．根据内电路中的离子流向判断正、负极，在内电路中，阳离子由负极区流向正极区，阴离子由正极区流向负极区。
2．盐桥主要作用就是构建闭合的内电路，但不影响反应的实质。盐桥内常为饱和氯化钾、硝酸钾等溶液。
知识点2 原电池的应用
1．设计制作化学电源
2．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)。
3．加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。
4．用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。
考向1 原电池的工作原理
【例1】某小组利用下列装置进行电化学实验，下列实验操作及预期现象正确的是 ( )
A．X和Y与电流表连接，电子由Cu极流向Zn极
B．X和Y与电流表连接，将Zn换成Fe测得电流更大
C．X和Y分别与电源“－”、“＋”极相连，Cu极质量减轻
D．X和Y分别与电源“－”、“＋”极相连，Zn极质量减轻
【答案】C
【解析】A项，Zn作负极，电子由Zn极流向Cu极，错误；B项，Fe、Cu的活动性相差小，测得电流也小，错误；C项，X为Zn、Y为Cu，Cu作阳极，Cu被电解，质量减轻，C正确，D错误。
【名师点睛】
1．判断电极名称的基本方法是看电极反应物的反应类型，若电极反应物失去电子，发生氧化反应则为负极，反之为正极。
2．双液铜、锌原电池(带盐桥)与单液原电池相比，最大的优点是Zn与氧化剂(Cu2＋)不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，放电时间长。
3．无论是原电池还是电解池，电子均不能通过电解质溶液，即电子不下水，离子不上线。
【变式训练】（2024·四川省大数据精准教学联盟高三第二次统一监测）通过测定下图电池的标准电动势(V)，可计算电池总反应的平衡常数。已知：，该电池z=1；盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子可在其中自由移动。下列说法错误的是( )
A．正极反应为AgCl+e-=Ag+Cl-
B．反应后，右侧烧杯中c(AgNO3)增大
C．每转移1mole-，两个电极的质量共减少143.5g
D．若，Ag+(aq)+ Cl-(aq)AgCl(s)的平衡常数为
【答案】B
【解析】原电池Ag电极为负极，发生反应：Ag-e-=Ag+，电极做正极，电极反应为：AgCl+e-=Ag+ Cl-。原电池反应过程中Cl-向右侧烧杯迁移，K+向左侧迁移。A项，正极反应为AgCl+e-=Ag+ Cl-，负极反应为Ag-e-=Ag+，A正确； B项，原电池反应过程中Cl-向右侧烧杯迁移，与2H2O-4e- =O2↑＋4H＋生成AgCl沉淀，右侧烧杯中AgNO3浓度保持不变，B错误；C项，正极反应为AgCl+e-=Ag+ Cl-，负极反应为Ag-e-=Ag+，每转移1mole-时，负极质量减少108g，正极质量减少35.5g，两极共减少143.5g，C正确；D项，z=1，代入，，这是电池总反应AgCl(s) Ag+(aq)+ Cl-(aq)的平衡常数，则Ag+(aq)+ Cl-(aq)AgCl(s)平衡常数，D正确；故选B。
考向2 原电池电极判断及电极反应的书写
【例2】分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( )
A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极
B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
【答案】B
【解析】②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。
【思维建模】
1．原电池电极判断
说明：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，不要形成活泼电极一定作负极的固定思维。
2．电极反应的书写
（1）一般电极反应的书写
（2）复杂电极反应的书写。复杂电极反应等于总反应减去较简单一极的电极反应。
考向3 “盐桥”的作用与化学平衡的移动
【例3】(2024·浙江省宁波市高三下学期二模)利用下图电池装置可验证不同化合价铁元素的相关性质。
已知：电池装置中，盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(如下表)应尽可能地相近；两烧杯中溶液体积相等。
离子 Li+ Na+ Ca2+ K+ HCO3- NO3- Cl- SO42-
4.07 5.19 6.59 7.62 4.61 7.40 7.91 8.27
下列说法正确的是( )
A．根据上表数据，盐桥中应选择KNO3作为电解质
B．石墨电极上对应的电极反应式为：Fe2+-e-=Fe3+
C．反应一段时间后，当右池中c(Fe2+)：c(Fe3+)=3：2时，左池中c(Fe2+)=0.15mol·L－1
D．盐桥中的阴离子进入石墨电极一侧溶液中
【答案】C
【解析】由题意和图知，铁电极为负极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，石墨电极为正极，电极反应式为Fe3++e-=Fe2+。A项，Fe2＋、Fe3＋能与HCO3-反应，Ca2＋与SO42-不能大量共存，FeSO4、Fe2(SO4)3都属于强酸弱碱盐，水溶液呈酸性，酸性条件下NO3-能与Fe2＋反应，根据题意“盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应”，盐桥中阴离子不可以选择HCO3-、NO3-，阳离子不可以选择Ca2＋，盐桥中阴、阳离子的迁移率(u∞)应尽可能地相近，根据表中数据，盐桥中应选择KCl作为电解质，A错误；B项，石墨电极为正极，电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，B错误；C项，由图知，右池中原c(Fe2+)：c(Fe3+)=0.05：0.20，发生反应为Fe3++e-=Fe2+，现c(Fe2+)：c(Fe3+)=3：2，即c(Fe2+)：c(Fe3+)=0.15：0.10，在此过程中c(Fe2+)增加了0.10mol/L，转移的电子数为0.10mol/L，则由负极反应式Fe-2e-=Fe2+知，左池中c(Fe2+)增加了0.05mol/L，即左池中c(Fe2+)=0.15mol·L－1，C正确；D项，盐桥中的阴离子流向负极，由分析知，进入铁电极一侧溶液中，D错误； 故选C。
【思维建模】
1．把氧化剂、还原剂均为溶液状态的氧化还原反应设计成原电池时，必须使用盐桥才能实现氧化剂与还原剂的分离，否则不会有明显的电流出现。
2．电子流向的分析方法：①改变条件，平衡移动；②平衡移动，电子转移；③电子转移，判断区域；④根据区域，判断流向；⑤根据流向，判断电极。
【变式训练】控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是 ( )
A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原
C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极
【答案】D
【解析】由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流计读数为零时Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态；D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。
考点二 化学电源
知识点1 一次电池、二次电池电极反应式的书写
1．新型一次电池
Mg－H2O2电池 总反应：H2O2＋2H＋＋Mg===Mg2＋＋2H2O
正极 H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O
负极 Mg－2e－===Mg2＋
Mg－AgCl电池 总反应：Mg＋2AgCl===2Ag＋MgCl2
正极 2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag
负极 Mg－2e－===Mg2＋
钠硫电池 总反应：2Na＋xS===Na2Sx
正极 xS＋2e－===S
负极 2Na－2e－===2Na＋
锂－铜电池 总反应：2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－
正极 Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－
负极 2Li－2e－===2Li＋
锂钒氧化物电池 总反应：xLi＋LiV3O8===Li1＋xV3O8
正极 xLi＋＋LiV3O8＋xe－===Li1＋xV3O8
负极 xLi－xe－===xLi＋
2．新型充电(可逆)电池
锌银 电池 总反应：Ag2O＋Zn＋H2O2Ag＋Zn(OH)2
正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 阳极：2Ag＋2OH－－2e－===Ag2O＋H2O 阴极：Zn(OH)2＋2e－===Zn＋2OH－
镍电池 镍铁电池 总反应：NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2
正极：NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－ 负极：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 阳极：Ni(OH)2＋2OH－－2e－===NiO2＋2H2O 阴极：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－
镍镉电池 总反应：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2 说明：参考镍铁电池自行书写。
高铁 电池 总反应：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH
正极：2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－ 负极：3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2 阳极：2Fe(OH)3＋10OH－－6e－===2FeO＋8H2O 阴极：3Zn(OH)2＋6e－===3Zn＋6OH－
锂离子 电池 总反应：Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋C6(x<1)
正极：Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2 负极：LixC6－xe－===xLi＋＋C6 阳极：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋ 阴极：xLi＋＋xe－＋C6===LixC6
钠电池 钠硫蓄电池 总反应：2Na2S2＋NaBr3Na2S4＋3NaBr
正极：NaBr3＋2e－＋2Na＋===3NaBr 负极：2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋ 阳极：3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋ 阴极：Na2S4＋2Na＋＋2e－===2Na2S2
钠离子电池 总反应：Na1－mCoO2＋NamCnNaCoO2＋Cn
正极：Na1－mCoO2＋me－＋mNa＋===NaCoO2 负极：NamCn－me－===mNa＋＋Cn 阳极：NaCoO2－me－===Na1－mCoO2＋mNa＋ 阴极：mNa＋＋Cn＋me－===NamCn
全钒液 流电池 总反应：VO＋2H＋＋V2＋V3＋＋VO2＋＋H2O
正极：VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O 负极：V2＋－e－===V3＋ 阳极：VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋ 阴极：V3＋＋e－===V2＋
【方法技巧】
化学电源电极反应的书写、、书写电极反应时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质溶液的环境确定电极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。
(1)拆分法。①写出原电池的总反应；②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，注明正、负极，并依据质量守恒、电荷守恒及得失电子守恒配平两个半反应。
(2)加减法。①写出总反应；②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)；③利用总反应与写出的一极反应相减，即得另一个电极的反应。
知识点2 燃料电池
燃料电池(以CH3OH燃料电池为例，体会不同介质对电极反应的影响)
质子交换膜(酸性) H＋ 总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
正极 O2＋4e－＋4H＋===2H2O
负极 CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋
碱性燃料电池 OH－ 总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O
正极 O2＋4e－＋2H2O===4OH－
负极 CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
固态氧化物燃 料电池 O2－ 总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
正极 O2＋4e－===2O2－
负极 CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O
【名师点晴】
1．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．书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸碱性，溶液的酸碱性对电极反应和总反应都会产生影响。
考向1 一次电池
【例1】(2024·江苏卷，8)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O= ZnO+2MnOOH，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，MnO2发生氧化反应
B．电池工作时，OH-通过隔膜向正极移动
C．环境温度过低，不利于电池放电
D．反应中每生成1mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×10-23
【答案】C
【解析】Zn为负极，电极反应式为：Zn-2e-+2OH-= ZnO+H2O，MnO2为正极，电极反应式为：MnO2+ e-+H2O= MnOOH+OH-。A项，电池工作时，MnO2为正极，得到电子，发生还原反应，故A错误；B项，电池工作时，OH-通过隔膜向负极移动，故B错误；C项，环境温度过低，化学反应速率下降，不利于电池放电，故C正确；D项，由电极反应式MnO2+ e-+H2O= MnOOH+OH-可知，反应中每生成1mol MnOOH，转移电子数为6.02×10-23，故D错误；故选C。
【变式训练】(2024·北京市西城区高三一模)我国科学家设计可同时实现H2制备和海水淡化的新型电池，装置示意图如图。
下列说法不正确的是( )
A．电极a是正极
B．电极b的反应式：N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O
C．每生成1molN2，有2molNaCl发生迁移
D．离子交换膜c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜
【答案】C
【解析】该装置为原电池，电极a上氢离子得电子生成氢气，则a为正极，电极反应为2H++2e-=H2↑，电极b上，N2H4在碱性条件下失去电子生成N2，b为负极，电极反应为N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，根据电解池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，则钠离子经c移向左侧（a），氯离子经d移向右侧（b），c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜。A项，电极a是正极，A正确；B项，电极b的反应式：N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，B正确；C项，根据N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，每生成1molN2，转移4mol电子，根据电荷守恒，有4molNaCl发生迁移，C错误；D项，离子交换膜c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜，D正确；故选C。
考向2 二次电池
【例2】(2024·安徽卷，11)我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP (局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是( )
A．标注框内所示结构中存在共价键和配位键
B．电池总反应为：I3-+ZnZn2++3I-
C．充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPP
D 放电时，消耗0.65 g Zn，理论上转移0.02 mol电子
【答案】C
【解析】由图中信息可知，该新型水系锌电池的负极是锌、正极是超分子材料；负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2＋，则充电时，该电极为阴极，电极反应式为Zn2++2e-=Zn；正极上发生3I3-+2e-=3I-，则充电时，该电极为阳极，电极反应式为3I--2e-=I3-。A项，标注框内所示结构属于配合物，配位体中存在碳碳单键、碳碳双键、碳氮单键、碳氮双键和碳氢键等多种共价键，还有由N提供孤电子对、Zn2+提供空轨道形成的配位键，A正确；B项，该电池总反应为I3-+ZnZn2++3I-，B正确；C项，充电时，阴极电极反应式为Zn2++2e-=Zn，被还原的Zn2+主要来自电解质溶液，C错误；D项，放电时，负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2＋，因此消耗0.65 g Zn(物质的量为0.01mol)，理论上转移0.02 mol电子，D正确；故选C。
【思维建模】
思维模型
解题模型 例：xMg＋Mo3S4MgxMo3S4
【变式训练】(2024·安徽省马鞍山市高三第二次教学质量检测)磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的使用寿命，放电时的反应为：LixC6+Li1-xFePO4= 6C+LiFePO4。图1为某磷酸铁锂电池的切面，图2为LiFePO4晶胞充放电时Li+脱出和嵌入的示意图。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。下列说法不正确的是( )
A．放电时，负极反应： LixC6- xe- = xLi++6C
B．(a)过程中1mol晶胞转移的电子数为NA
C．(b)代表放电过程， Li+脱离石墨，经电解质嵌入正极
D．充电时的阳极反应： LiFePO4- xe-= Li1-xFePO4+xLi+
【答案】B
【解析】从总反应分析， LixC6变为C和Li+为氧化反应，该极为原电池的负极。而Li1-xFePO4变为LiFePO4发生还原反应，它为原电池的正极。A项，放电的负极为 LixC6- xe- = xLi++6C，A正确；B项，a过程由于Fe2+化合价升高为Fe3+，为了平衡电荷Li+脱嵌减少。从图看晶胞中减少了棱上1个和面心的一个Li+总共减少，所以1mol晶体中转移NA电子，B错误；C项，放电时，该材料在正极发生还原反应，即Fe由+2变为+3为b过程，Li+嵌入正极，C正确；D项，充电时的总反应为 6C+LiFePO4= LixC6+Li1-xFePO4，阳极发生氧化反应为 LiFePO4- xe-= Li1-xFePO4+xLi+，D正确；故选B。
考向3 燃料电池
【例3】(2024·全国新课标卷，6)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．电池总反应为2C6H12O6+O2=2C6H12O7
B．b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用
C．消耗18mg葡萄糖，理论上a电极有0.4mmol电子流入
D．两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a
【答案】C
【解析】由题中信息可知，b电极为负极，发生反应Cu2O+2OH--2e-=2CuO+H2O，然后再发生C6H12O6+2CuO= C6H12O7+Cu2O；a电极为正极，发生反应O2+2H2O+4e-=4OH-，在这个过程中发生的总反应为2C6H12O6+O2=2C6H12O7。A项，由题中信息可知，当电池开始工作时，a电极为电池正极，血液中的O2在a电极上得电子生成OH-，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-；b电极为电池负极， Cu2O在b电极上失电子转化成CuO，电极反应式为Cu2O+2OH--2e-=2CuO+H2O，然后葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸，CuO被还原为Cu2O，则电池总反应为2C6H12O6+O2=2C6H12O7，A正确；B项，b电极上CuO将葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸后被还原为Cu2O，Cu2O在b电极上失电子转化成CuO，在这个过程中CuO的质量和化学性质保持不变，因此，CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用，B正确；C项，根据反应2C6H12O6+O2=2C6H12O7可知，1mol C6H12O6参加反应时转移2 mol电子，18 mg C6H12O6的物质的量为0.1 mmol，则消耗18 mg葡萄糖时，理论上a电极有0.2 mmol电子流入，C错误；D项，原电池中阳离子从负极移向正极迁移，故Na＋迁移方向为b→a，D正确。故选C。
【方法技巧】
(1)注意介质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(或其他氧化剂)。
(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。
(4)零价法秒杀负极反应的书写。若负极有机物燃料为CxHyOz，产物中C元素为+4 价的C或HC，则转移电子数为C数×4+H数×1+O数×(-2)，若有机阴离子在负极反应(如CH3COO-)，转移电子数则为C数×4+H数×1+O数×(-2)+电荷数。
【变式训练】(2024·浙江省Z20名校联盟高三联考)一种三室微生物燃料电池的工作原理如图所示，该电池能同时去除有机物、脱氮形成无害气体和水。下列说法不正确的是( )
A．X、Y交换膜均为质子交换膜
B．电极室C中溶液经灭菌后通入电极室A
C．b电极反应式：
D．电极室C中仅发生还原反应
【答案】D
【解析】根据图中电子的流向和电极上的变化可判断电极b电极上发生的反应为：，电极a上的反应为，而电池c上有两个变化过程分别为：，。A项，结合电极反应可判断X、Y交换膜均为质子交换膜，故A正确； B项，结合分析可知电极室C中溶液经灭菌后通入电极室A，故B正确；C项，b电极反应式：，故C正确；D项，结合电极上的变化，可知电极室C中既发生还原反应又发生了氧化反应，故D错误；故选D。
1．(2024·北京卷，3，3分)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，下列说法正确的是( )
A．石墨作电池的负极材料 B．电池工作时，NH4+向负极方向移动
C．MnO2发生氧化反应 D．锌筒发生的电极反应为Zn-2e-=Zn2＋
【答案】D
【解析】A项，酸性锌锰干电池，锌筒为负极，石墨电极为正极，故A错误；B项，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项，MnO2发生得电子的还原反应，故C错误；D项，锌筒为负极，负极发生失电子的氧化反应Zn-2e-=Zn2＋，故D正确；故选D。
2．(2024·全国甲卷，6，3分)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是( )
A．充电时，Zn2+向阳极方向迁移
B．充电时，会发生反应Zn+2MnO2=ZnMn2O4
C．放电时，正极反应有MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-
D．放电时，Zn电极质量减少0.65g，MnO2电极生成了0.020molMnOOH
【答案】C
【解析】Zn具有比较强的还原性，MnO2具有比较强的氧化性，自发的氧化还原反应发生在Zn与MnO2之间，所以MnO2电极为正极，Zn电极为负极，则充电时MnO2电极为阳极、Zn电极为阴极。A项，充电时该装置为电解池，电解池中阳离子向阴极迁移，即Zn2+向阴极方向迁移，A不正确；B项，放电时，负极的电极反应为Zn-2e-=Zn2＋，则充电时阴极反应为Zn2++2e-=Zn，即充电时Zn元素化合价应降低，而选项中Zn元素化合价升高，B不正确；C项，放电时MnO2电极为正极，正极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4，则正极上主要发生的电极反应是MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-，C正确；D项，放电时，Zn电极质量减少0.65g(物质的量为0.010mol)，电路中转移0.020mol电子，由正极的主要反应MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-可知，若正极上只有MnOOH生成，则生成MnOOH的物质的量为0.020mol，但是正极上还有ZnMn2O4生成，因此，MnOOH的物质的量小于0.020mol，D不正确；故选C。
3．(2024·河北卷，13，3分)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池，以Mg(TFSI)2为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺()以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2+的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。
下列说法错误的是( )
A．放电时，电池总反应为Mg+2CO2= MgC2O4
B．充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C．充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2+向阴极迁移
D．放电时，每转移1mol电子，理论上可转化1mol CO2
【答案】C
【解析】放电时CO2转化为MgC2O4，碳元素化合价由+4价降低为+3价，发生还原反应，所以放电时，多孔碳纳米管电极为正极、Mg电极为负极，则充电时多孔碳纳米管电极为阳极、Mg电极为阴极：
电极 过程 电极反应式
Mg电极 放电 Mg-2e-=Mg2+
充电 Mg2++2e-= Mg
多孔碳纳米管电极 放电 Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4
充电 MgC2O4-2e-= Mg2++2CO2↑
A项，放电时正极反应式为Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4、负极反应式为Mg-2e-=Mg2+，将放电时正、负电极反应式相加，可得放电时电池总反应：Mg+2CO2= MgC2O4，A正确；B项，充电时，多孔碳纳米管电极上发生失电子的氧化反应，则多孔碳纳米管在充电时是阳极，与电源正极连接，B正确；C项，充电时，Mg电极为阴极，电子从电源负极经外电路流向Mg电极，同时Mg2+向阴极迁移，C错误；D项，根据放电时的电极反应式Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4可知，每转移2mol电子，有2mol CO2参与反应，因此每转移1mol电子，理论上可转化1mol CO2，D正确；故选C。
4．(2023 广东卷，6)负载有和的活性炭，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．Ag作原电池正极
B．电子由Ag经活性炭流向Pt
C．Pt表面发生的电极反应：O2+2H2O+4e-= 4OH-
D．每消耗标准状况下11.2L的O2，最多去除1mol Cl-
【答案】B
【解析】O2在Pt得电子发生还原反应，Pt为正极，Cl-在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极。A项， Cl-在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；B项，电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；C项，溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为O2+4H++4e-= 2H2O，C错误；D项，每消耗标准状况下11.2L的O2，转移电子2mol，而2 mol Cl-失去2mol电子，故最多去除2mol Cl-，D错误。 故选B。
5．(2023 辽宁省选择性考试，11)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时负极质量减小
B．储能过程中电能转变为化学能
C．放电时右侧通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：Pb+SO42-+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+
【答案】B
【解析】该储能电池放电时，Pb为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，则多孔碳电极为正极，正极上Fe3+得电子转化为Fe2+，充电时，多孔碳电极为阳极，Fe2+失电子生成Fe3+，PbSO4电极为阴极，PbSO4得电子生成Pb和硫酸。A项，放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误；B项，储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；C项，放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H+通过质子交换膜移向右侧，C错误；D项，充电时，总反应为PbSO4+2Fe2+=Pb+SO42-+2Fe3+，D错误；故选B。
6．(2023 全国乙卷，12)室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：S8+e-→S，S+e-→S，2Na++S+2(1-)e-→Na2Sx
下列叙述错误的是( )
A．充电时Na+从钠电极向硫电极迁移
B．放电时外电路电子流动的方向是a→b
C．放电时正极反应为：2Na++S8+2e-→Na2Sx
D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
【答案】A
【解析】由题意可知放电时硫电极得电子，硫电极为原电池正极，钠电极为原电池负极。A项，充电时为电解池装置，阳离子移向阴极，即钠电极，故充电时，Na+由硫电极迁移至钠电极，A错误；B项，放电时Na在a电极失去电子，失去的电子经外电路流向b电极，硫黄粉在b电极上得电子与a电极释放出的Na+结合得到Na2Sx，电子在外电路的流向为a→b，B正确；C项，由题给的的一系列方程式相加可以得到放电时正极的反应式为2Na++S8+2e-→Na2Sx，C正确；D项，炭化纤维素纸中含有大量的炭，炭具有良好的导电性，可以增强硫电极的导电性能，D正确；故选A。
7．(2022 全国甲卷，10)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH) 42-存在)。电池放电时，下列叙述错误的是( )
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO42-通过隔膜向Ⅱ区迁移
C． MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH) 42-+Mn2++2H2O
【答案】A
【解析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH) 42-，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO42-向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH) 42-，Ⅱ区的SO42-向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。A项，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；B项，Ⅰ区的SO42-向Ⅱ区移动，B正确；C项，MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；D项，电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH) 42-+Mn2++2H2O，D正确；故选A。
8．(2022 福建卷，9)一种化学“自充电”的锌-有机物电池，电解质为KOH和Zn(CH3COO)2水溶液。将电池暴露于空气中，某电极无需外接电源即能实现化学自充电，该电极充放电原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．化学自充电时，c(OH―)增大
B．化学自充电时，电能转化为化学能
C．化学自充电时，锌电极反应式：Zn2++2e-=Zn
D．放电时，外电路通过电子，正极材料损耗
【答案】A
【解析】A项，由图可知，化学自充电时，消耗O2，该反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，c(OH―)增大，故A正确；B项，化学自充电时，无需外接电源即能实现化学自充电，该过程不是电能转化为化学能，故B错误；C项，由图可知，化学自充电时，锌电极作阴极，该电极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故C错误；D项，放电时，1mol转化为 ，消耗2mol K+，外电路通过0.02 mol电子时，正极物质增加0.02mol K+，增加的质量为0.02mol×39g/mol =0.78g，故D错误；故选A。
9．(2022 广东选择性考试，16)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为：NaTi2(PO4)3+2Na++2e-= Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是( )
A．充电时电极b是阴极
B．放电时NaCl溶液的pH减小
C．放电时NaCl溶液的浓度增大
D．每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g
【答案】C
【解析】A项，由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；B项，放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-= NaTi2(PO4)3+2Na+可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误；C项，放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-= NaTi2(PO4)3+2Na+，正极反应为Cl2+2e-=2Cl-，反应后Na+和Cl-浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确；D项，充电时阳极反应为2Cl- -2e-= Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-= Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g/mol2mol=46g，故D错误；故选C。
10．(2021 辽宁选择性考试，10)如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是( )
A．放电时，M电极反应为
B．放电时，Li+由M电极向N电极移动
C．充电时，M电极的质量减小
D．充电时，N电极反应为Li3Bi+3e-=3Li++Bi
【答案】B
【解析】由题干信息可知，放电时，M极由于Li比Ni更活泼，也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼，故M极作负极，电极反应为：Li-e-=Li+，N极为正极，电极反应为：3Li++3e-+Bi=Li3Bi。A项，放电时，M电极反应为Li-e-=Li+，A错误；B项，放电时，M极为负极，N极为正极，故Li+由M电极向N电极移动，B正确；C项，由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，M电极的电极反应为：Li++e-= Li，故电极质量增大，C错误；D项，由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，充电时，N电极反应为Li3Bi-3e-=3Li++Bi，D错误；故选B。
11．(2021 浙江1月选考，22)镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L 为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极)。
下列说法不正确的是( )
A．断开K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能
B．断开K1、合上K2，电极A为阴极，发生还原反应
C．电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变
D．镍镉二次电池的总反应式：Cd+ 2NiOOH+2H2OCa(OH)2+2Ni(OH)2
【答案】C
【解析】根据图示，电极A充电时为阴极，则放电时电极A为负极，负极上Cd失电子发生氧化反应生成Cd(OH)2，负极反应式为Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2，电极B充电时为阳极，则放电时电极B为正极，正极上NiOOH得电子发生还原反应生成Ni(OH)2，正极反应式为2NiOOH+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-，放电时总反应为Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2。A项，断开K2、合上K1，为放电过程，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能，A正确；B项，断开K1、合上K2，为充电过程，电极A与直流电源的负极相连，电极A为阴极，发生还原反应，电极反应式为Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-，B正确；C项，电极B发生氧化反应的电极反应式为2Ni(OH)2-2e-+2OH-=2NiOOH+2H2O，则电极A发生还原反应的电极反应式为Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-，此时为充电过程，总反应为Cd(OH)2+2Ni(OH)2Cd+2NiOOH+2H2O，溶液中KOH浓度减小，C错误；D项，根据分析，放电时总反应为Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2，则镍镉二次电池总反应式为Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2，D正确；故选C。
12．(2021 湖南选择性考试，10)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：
下列说法错误的是( )
A．放电时，N极为正极
B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C．充电时，M极的电极反应式为Zn2++2e-═Zn
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
【答案】B
【解析】锌溴液流电池总反应为：Zn+Br2═ZnBr2，其中N为正极，发生还原反应，电极反应方程式为Br2+2e-＝2Br-，M为负极，发生氧化反应，电极反应方程式为Zn﹣2e-＝Zn2+，放电过程中，左侧Zn2+流向右侧，左侧ZnBr2的浓度不断减少，充电过程中，发生反应ZnBr2Zn+Br2。A项，依据分析可知，N为正极，故A正确；B项，放电时，左侧为负极，发生氧化反应，电极反应方程式为Zn﹣2e-＝Zn2+，左侧生成的Zn2+流向右侧，故左侧ZnBr2的浓度不变，右侧ZnBr2的浓度变大，故B错误；C项，放电时，M为负极，充电时，M及为阴极，发生还原反应，电极反应式为Zn2++2e-═Zn，故C正确；D项，中间沉积锌位置的作用为提供电解液，故其隔膜既可以允许阳离子通过，也允许阴离子通过，故D正确；故选B。
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第02讲 原电池、化学电源
目录
01 考情透视·目标导航
02 知识导图·思维引航
03考点突破·考法探究
考点一 原电池的工作原理
知识点1 原电池的概念及构成条件
知识点2 原电池的应用
考向1 原电池的工作原理
考向2 原电池电极判断及电极反应的书写
考向3 “盐桥”的作用与化学平衡的移动
考点二 化学电源
知识点1 一次电池、二次电池电极反应式的书写
知识点2 燃料电池
考向1 一次电池
考向2 二次电池
考向3 燃料电池
04真题练习·命题洞见
04真题练习·命题洞见
考点要求 考题统计 考情分析
原电池原理综合应用 2024·江苏卷8题，3分；2024·北京卷3题，3分；2023广东卷6题，2分；2023山东卷11题，4分；2022全国甲卷12题，6分；2022山东卷13题，4分；2021广东卷9题，2分；2021山东卷10题，2分； 电化学知识是中学化学中的重要基本概念，也是近年来高考化学的持续热点，在复杂、陌生、新颖的研究对象和真实问题情境下，体现了对电化学知识基础性、综合性、创新性和应用性的考查。近年高考中对电化学的考查出现了新的变化，以装置图为载体来考查电化学的相关知识，成为近年高考的新亮点，考查的关键能力侧重于两个方面：一是理解与辨析能力，要求学生能够从图示电化学装置中提取有效信息，判断装置种类、辨别电极名称等；二是分析与推理能力，要求学生能够根据图示信息和电解池的工作原理，分析电极反应的类型、电解质的作用、离子的移动方向以及定量分析转移电子的物质的量等。
新型二次电池 2024·安徽卷11题，3分；2024·全国甲卷6题，3分；2024·河北卷13题，3分；2023辽宁卷11题，3分；2023全国甲卷10题，6分；2022辽宁卷14题，3分；2022福建卷9题，4分；2021河北卷9题，3分；2021辽宁卷10题，3分；2021浙江1月选考22题，2分；2021浙江6月选考22题，2分；2021湖南卷10题，3分；
燃料电池 2024·全国新课标卷6题，3分
复习目标： 1．理解原电池的构成、工作原理及应用，正确判断原电池的两极，能书写电极反应式和总反应方程式。 2．了解常见化学电源的种类及其工作原理；了解燃料电池的应用。体会研制新型电池的重要性。 3．能够认识和书写新型化学电源的电极反应式。
考点一 原电池的工作原理
知识点1 原电池的概念及构成条件
1．定义：把__________转化为__________的装置。
2．原电池的形成条件
（1）能自发进行的____________________。
（2）两个金属活动性不同的电极(燃料电池的两个电极可以相同)。
（3）形成__________，需满足三个条件：a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入电解质溶液或熔融电解质中。
3．工作原理(以锌铜原电池为例)
【名师提醒】
1．根据内电路中的离子流向判断正、负极，在内电路中，阳离子由负极区流向正极区，阴离子由正极区流向负极区。
2．盐桥主要作用就是构建闭合的内电路，但不影响反应的实质。盐桥内常为饱和氯化钾、硝酸钾等溶液。
知识点2 原电池的应用
1．设计制作化学电源
2．比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性__________的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。
3．加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率__________。
4．用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的__________而受到保护。
考向1 原电池的工作原理
【例1】某小组利用下列装置进行电化学实验，下列实验操作及预期现象正确的是 ( )
A．X和Y与电流表连接，电子由Cu极流向Zn极
B．X和Y与电流表连接，将Zn换成Fe测得电流更大
C．X和Y分别与电源“－”、“＋”极相连，Cu极质量减轻
D．X和Y分别与电源“－”、“＋”极相连，Zn极质量减轻
【名师点睛】
1．判断电极名称的基本方法是看电极反应物的反应类型，若电极反应物失去电子，发生氧化反应则为负极，反之为正极。
2．双液铜、锌原电池(带盐桥)与单液原电池相比，最大的优点是Zn与氧化剂(Cu2＋)不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，放电时间长。
3．无论是原电池还是电解池，电子均不能通过电解质溶液，即电子不下水，离子不上线。
【变式训练】（2024·四川省大数据精准教学联盟高三第二次统一监测）通过测定下图电池的标准电动势(V)，可计算电池总反应的平衡常数。已知：，该电池z=1；盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子可在其中自由移动。下列说法错误的是( )
A．正极反应为AgCl+e-=Ag+Cl-
B．反应后，右侧烧杯中c(AgNO3)增大
C．每转移1mole-，两个电极的质量共减少143.5g
D．若，Ag+(aq)+ Cl-(aq)AgCl(s)的平衡常数为
考向2 原电池电极判断及电极反应的书写
【例2】分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( )
A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极
B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
【思维建模】
1．原电池电极判断
说明：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，不要形成活泼电极一定作负极的固定思维。
2．电极反应的书写
（1）一般电极反应的书写
（2）复杂电极反应的书写。复杂电极反应等于总反应减去较简单一极的电极反应。
考向3 “盐桥”的作用与化学平衡的移动
【例3】(2024·浙江省宁波市高三下学期二模)利用下图电池装置可验证不同化合价铁元素的相关性质。
已知：电池装置中，盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(如下表)应尽可能地相近；两烧杯中溶液体积相等。
离子 Li+ Na+ Ca2+ K+ HCO3- NO3- Cl- SO42-
4.07 5.19 6.59 7.62 4.61 7.40 7.91 8.27
下列说法正确的是( )
A．根据上表数据，盐桥中应选择KNO3作为电解质
B．石墨电极上对应的电极反应式为：Fe2+-e-=Fe3+
C．反应一段时间后，当右池中c(Fe2+)：c(Fe3+)=3：2时，左池中c(Fe2+)=0.15mol·L－1
D．盐桥中的阴离子进入石墨电极一侧溶液中
【思维建模】
1．把氧化剂、还原剂均为溶液状态的氧化还原反应设计成原电池时，必须使用盐桥才能实现氧化剂与还原剂的分离，否则不会有明显的电流出现。
2．电子流向的分析方法：①改变条件，平衡移动；②平衡移动，电子转移；③电子转移，判断区域；④根据区域，判断流向；⑤根据流向，判断电极。
【变式训练】控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是 ( )
A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原
C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极
考点二 化学电源
知识点1 一次电池、二次电池电极反应式的书写
1．新型一次电池
Mg－H2O2电池 总反应：H2O2＋2H＋＋Mg===Mg2＋＋2H2O
正极 ______________________________
负极 Mg－2e－===Mg2＋
Mg－AgCl电池 总反应：Mg＋2AgCl===2Ag＋MgCl2
正极 ______________________________
负极 Mg－2e－===Mg2＋
钠硫电池 总反应：2Na＋xS===Na2Sx
正极 ______________________________
负极 2Na－2e－===2Na＋
锂－铜电池 总反应：2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－
正极 ______________________________
负极 2Li－2e－===2Li＋
锂钒氧化物电池 总反应：xLi＋LiV3O8===Li1＋xV3O8
正极 ______________________________
负极 xLi－xe－===xLi＋
2．新型充电(可逆)电池
锌银 电池 总反应：Ag2O＋Zn＋H2O2Ag＋Zn(OH)2
正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ 负极：______________________________ 阳极：______________________________ 阴极：Zn(OH)2＋2e－===Zn＋2OH－
镍电池 镍铁电池 总反应：NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2
正极：NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－ 负极：______________________________ 阳极：______________________________ 阴极：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－
镍镉电池 总反应：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2 说明：参考镍铁电池自行书写。
高铁 电池 总反应：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH
正极：2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－ 负极：______________________________ 阳极：______________________________ 阴极：3Zn(OH)2＋6e－===3Zn＋6OH－
锂离子 电池 总反应：Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋C6(x<1)
正极：Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2 负极：______________________________ 阳极：______________________________ 阴极：xLi＋＋xe－＋C6===LixC6
钠电池 钠硫蓄电池 总反应：2Na2S2＋NaBr3Na2S4＋3NaBr
正极：NaBr3＋2e－＋2Na＋===3NaBr 负极：______________________________ 阳极：______________________________ 阴极：Na2S4＋2Na＋＋2e－===2Na2S2
钠离子电池 总反应：Na1－mCoO2＋NamCnNaCoO2＋Cn
正极：Na1－mCoO2＋me－＋mNa＋===NaCoO2 负极：______________________________ 阳极：______________________________ 阴极：mNa＋＋Cn＋me－===NamCn
全钒液 流电池 总反应：VO＋2H＋＋V2＋V3＋＋VO2＋＋H2O
正极：VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O 负极：______________________________ 阳极：______________________________ 阴极：V3＋＋e－===V2＋
【方法技巧】
化学电源电极反应的书写、、书写电极反应时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质溶液的环境确定电极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。
(1)拆分法。①写出原电池的总反应；②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，注明正、负极，并依据质量守恒、电荷守恒及得失电子守恒配平两个半反应。
(2)加减法。①写出总反应；②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)；③利用总反应与写出的一极反应相减，即得另一个电极的反应。
知识点2 燃料电池
燃料电池(以CH3OH燃料电池为例，体会不同介质对电极反应的影响)
质子交换膜(酸性) H＋ 总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
正极 ____________________
负极 CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋
碱性燃料电池 OH－ 总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O
正极 ____________________
负极 CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
固态氧化物燃 料电池 O2－ 总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
正极 ____________________
负极 CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O
【名师点晴】
1．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．书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸碱性，溶液的酸碱性对电极反应和总反应都会产生影响。
考向1 一次电池
【例1】(2024·江苏卷，8)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O= ZnO+2MnOOH，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，MnO2发生氧化反应
B．电池工作时，OH-通过隔膜向正极移动
C．环境温度过低，不利于电池放电
D．反应中每生成1mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×10-23
【变式训练】(2024·北京市西城区高三一模)我国科学家设计可同时实现H2制备和海水淡化的新型电池，装置示意图如图。
下列说法不正确的是( )
A．电极a是正极
B．电极b的反应式：N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O
C．每生成1molN2，有2molNaCl发生迁移
D．离子交换膜c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜
考向2 二次电池
【例2】(2024·安徽卷，11)我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP (局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是( )
A．标注框内所示结构中存在共价键和配位键
B．电池总反应为：I3-+ZnZn2++3I-
C．充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPP
D 放电时，消耗0.65 g Zn，理论上转移0.02 mol电子
【思维建模】
思维模型
解题模型 例：xMg＋Mo3S4MgxMo3S4
【变式训练】(2024·安徽省马鞍山市高三第二次教学质量检测)磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的使用寿命，放电时的反应为：LixC6+Li1-xFePO4= 6C+LiFePO4。图1为某磷酸铁锂电池的切面，图2为LiFePO4晶胞充放电时Li+脱出和嵌入的示意图。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。下列说法不正确的是( )
A．放电时，负极反应： LixC6- xe- = xLi++6C
B．(a)过程中1mol晶胞转移的电子数为NA
C．(b)代表放电过程， Li+脱离石墨，经电解质嵌入正极
D．充电时的阳极反应： LiFePO4- xe-= Li1-xFePO4+xLi+
考向3 燃料电池
【例3】(2024·全国新课标卷，6)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．电池总反应为2C6H12O6+O2=2C6H12O7
B．b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用
C．消耗18mg葡萄糖，理论上a电极有0.4mmol电子流入
D．两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a
【方法技巧】
(1)注意介质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(或其他氧化剂)。
(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。
(4)零价法秒杀负极反应的书写。若负极有机物燃料为CxHyOz，产物中C元素为+4 价的C或HC，则转移电子数为C数×4+H数×1+O数×(-2)，若有机阴离子在负极反应(如CH3COO-)，转移电子数则为C数×4+H数×1+O数×(-2)+电荷数。
【变式训练】(2024·浙江省Z20名校联盟高三联考)一种三室微生物燃料电池的工作原理如图所示，该电池能同时去除有机物、脱氮形成无害气体和水。下列说法不正确的是( )
A．X、Y交换膜均为质子交换膜
B．电极室C中溶液经灭菌后通入电极室A
C．b电极反应式：
D．电极室C中仅发生还原反应
1．(2024·北京卷，3，3分)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，下列说法正确的是( )
A．石墨作电池的负极材料 B．电池工作时，NH4+向负极方向移动
C．MnO2发生氧化反应 D．锌筒发生的电极反应为Zn-2e-=Zn2＋
2．(2024·全国甲卷，6，3分)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是( )
A．充电时，Zn2+向阳极方向迁移
B．充电时，会发生反应Zn+2MnO2=ZnMn2O4
C．放电时，正极反应有MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-
D．放电时，Zn电极质量减少0.65g，MnO2电极生成了0.020molMnOOH
3．(2024·河北卷，13，3分)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池，以Mg(TFSI)2为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺()以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2+的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。
下列说法错误的是( )
A．放电时，电池总反应为Mg+2CO2= MgC2O4
B．充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C．充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2+向阴极迁移
D．放电时，每转移1mol电子，理论上可转化1mol CO2
4．(2023 广东卷，6)负载有和的活性炭，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．Ag作原电池正极
B．电子由Ag经活性炭流向Pt
C．Pt表面发生的电极反应：O2+2H2O+4e-= 4OH-
D．每消耗标准状况下11.2L的O2，最多去除1mol Cl-
5．(2023 辽宁省选择性考试，11)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时负极质量减小
B．储能过程中电能转变为化学能
C．放电时右侧通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：Pb+SO42-+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+
6．(2023 全国乙卷，12)室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：S8+e-→S，S+e-→S，2Na++S+2(1-)e-→Na2Sx
下列叙述错误的是( )
A．充电时Na+从钠电极向硫电极迁移
B．放电时外电路电子流动的方向是a→b
C．放电时正极反应为：2Na++S8+2e-→Na2Sx
D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
7．(2022 全国甲卷，10)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH) 42-存在)。电池放电时，下列叙述错误的是( )
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO42-通过隔膜向Ⅱ区迁移
C． MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH) 42-+Mn2++2H2O
8．(2022 福建卷，9)一种化学“自充电”的锌-有机物电池，电解质为KOH和Zn(CH3COO)2水溶液。将电池暴露于空气中，某电极无需外接电源即能实现化学自充电，该电极充放电原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．化学自充电时，c(OH―)增大
B．化学自充电时，电能转化为化学能
C．化学自充电时，锌电极反应式：Zn2++2e-=Zn
D．放电时，外电路通过电子，正极材料损耗
9．(2022 广东选择性考试，16)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为：NaTi2(PO4)3+2Na++2e-= Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是( )
A．充电时电极b是阴极
B．放电时NaCl溶液的pH减小
C．放电时NaCl溶液的浓度增大
D．每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g
10．(2021 辽宁选择性考试，10)如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是( )
A．放电时，M电极反应为
B．放电时，Li+由M电极向N电极移动
C．充电时，M电极的质量减小
D．充电时，N电极反应为Li3Bi+3e-=3Li++Bi
11．(2021 浙江1月选考，22)镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L 为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极)。
下列说法不正确的是( )
A．断开K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能
B．断开K1、合上K2，电极A为阴极，发生还原反应
C．电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变
D．镍镉二次电池的总反应式：Cd+ 2NiOOH+2H2OCa(OH)2+2Ni(OH)2
12．(2021 湖南选择性考试，10)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：
下列说法错误的是( )
A．放电时，N极为正极
B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C．充电时，M极的电极反应式为Zn2++2e-═Zn
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
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