第34讲 原电池 化学电源
INCLUDEPICTURE "复习目标LLL.TIF"
1．从氧化还原反应的角度认识原电池的工作原理，能设计简单的原电池。
2．能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。
3．能够书写常见化学电源的电极反应式和总反应方程式。
INCLUDEPICTURE "考点梳理高效演练.TIF"
考点一 原电池的工作原理及其应用
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1．原电池的概念：把______能转化为______能的装置。其本质是发生____________反应。
2．原电池的构成条件
一看反应 能发生______________的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)
二看电极 一般是活泼性不同的两个电极(金属或石墨)
三看闭合回路 (1)电解质溶液(2)两电极直接或间接接触(3)两电极插入电解质溶液中
3.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)
[说明] 盐桥的组成和作用
组成 装有含KCl饱和溶液的琼胶，离子可在其中自由移动
作用 a.连接内电路，______________________；b.__________________，使原电池不断产生电流
离子移向 阴离子移向________，阳离子移向________
4.原电池原理的应用
(1)设计制作化学电源。
INCLUDEPICTURE "学24-CA1.TIF"
(2)比较金属的活动性强弱：在原电池中，负极一般是活动性________的金属，正极一般是活动性________的金属(或能导电的非金属)，即活动性：负极>正极。
(3)增大化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率增大。
(4)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作为原电池的________将受到保护。
[答案自填] 化学 电 氧化还原 自发进行 形成闭合回路 平衡电荷 负极 正极 负极 正极 电极材料 较强 较弱 正极
[易错秒判]
(1)锌铜原电池中，盐桥可以换成导线( × )
(2)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动( × )
(3)构成原电池两极的电极材料一定是活泼性不同的金属( × )
(4)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定是负极( × )
(5)原电池中负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数( √ )
(6)由于CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池( × )
(7)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳( √ )
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1．(2025·广东联考)下图为两种不同的铜锌原电池，图1为单液原电池，图2为双液原电池。下列相关说法不正确的是( B )
A．图2所示原电池能量利用率比图1所示原电池的高
B．将图2 CuSO4溶液换成稀硫酸，铜电极生成11.2 L气体时，电路中转移1 mol电子
C．图1所示单液原电池中，电流流向为铜片→导线→锌片→CuSO4溶液→铜片
D．上述原电池的反应原理为Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4
解析：单液原电池中锌片与CuSO4溶液直接接触，部分Cu2＋会直接被锌置换，锌片上附着铜后，也能形成微小的原电池，继续置换铜，这部分电子转移没有通过外电路，能量利用率低且电流不稳定，双液原电池中锌片与CuSO4溶液没有接触，能量利用率更高且电流长时间稳定，A正确；未说明气体是否处于标准状况，B错误；单液原电池中，铜片为正极，锌片为负极，外电路中电流由正极流向负极，内电路中电流由负极流向正极，C正确；题述原电池的反应原理为Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4，D正确。
2．某同学利用如下电池装置探究Fe2＋的氧化性和还原性。电流表显示电子由铁电极流向石墨电极，石墨电极上未见Fe析出。下列分析不正确的是( C )
A．盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中
B．一段时间后两烧杯溶液中c(Fe2＋)均增大
C．当两烧杯溶液中c(Fe2＋)相等时，说明反应已停止
D．由该装置可知，Fe2＋还原性小于Fe、氧化性小于Fe3＋
解析：该原电池总反应式为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，负极为铁单质失电子生成亚铁离子，正极为铁离子得电子生成亚铁离子。A．铁电极失电子为负极，石墨电极为正极，阳离子从负极向正极移动，故盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中，A正确；B．铁电极发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，石墨电极发生的反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，两侧均生成亚铁离子，故一段时间后两烧杯溶液中 c(Fe2＋)均增大，B正确；C．负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，设两边均为1 L溶液，一段时间后转移电子的物质的量为2x mol 时，两极溶液中亚铁离子浓度相等，则0.10＋x＝2x＋0.05，解得x＝0.05，右边消耗铁离子0.05 mol×2＝0.1 mol＜0.10 mol·L－1×1 L×2＝0.2 mol，则反应仍能继续进行，C错误；D．负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，总反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，反应中氧化剂为Fe3＋，还原剂为Fe，Fe2＋既是氧化产物也是还原产物，故Fe2＋还原性小于Fe，氧化性小于Fe3＋，D正确。
3．有下图所示的四个装置，回答相关问题：
(1)图①中，Mg为__________极。
(2)图②中，Mg为__________极，写出负极反应式：
____________________________________________________，正极反应式：________________________，总反应的离子方程式：________________________________________________。
(3)图③中，Fe为__________极，写出负极反应式：
__________________________________________________________，
正极反应式：________________________________________________，
总反应的化学方程式：_______________________________________
__________________________________________________________。
(4)图④装置能否构成原电池？__________(填“能”或“否”)。若能构成原电池，正极为__________，电极反应式为__________________________________________________________
_________________________(若不能构成原电池，后两问不用回答)。
答案：(1)负
(2)正 2Al＋8OH－－6e－===2[Al(OH)4]－ 6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ 2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
(3)正 Cu－2e－===Cu2＋ 2NO＋4H＋＋2e－===2NO2↑＋2H2O Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
(4)能 Cu O2＋2H2O＋4e－===4OH－
4．有M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。四种金属的还原性由强到弱的顺序是________________。
解析：①M置换出N，故M的还原性比N的强；②M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡，故M是正极，P的还原性比M的强；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，N发生氧化反应生成N2＋，故N的还原性比E的强。综上所述，还原性由强到弱的顺序为P>M>N>E。
答案：P>M>N>E
5．设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋的强。
(1)写出能说明氧化性Fe3＋比Cu2＋强的离子方程式：__________________________________________________________。
(2)若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是
①负极：____________________________________________________。
②正极：__________________________________________________。
(3)在下表中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液。
①不含盐桥 ②含盐桥
答案：(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)①Cu－2e－===Cu2＋ ②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)
①不含盐桥 ②含盐桥
(答案合理即可)
考点二 化学电源
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1．一次电池
一次电池即放电后不可再充电的电池。
(1)碱性锌锰电池。
负极：______________________________；
正极：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)。
(2)纽扣式锌银电池。
负极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；
正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。
2．二次电池
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。铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其充、放电过程如下：
总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
放电时的电极反应 负极：________________________________；正极：________________________________
充电时的电极反应 阴极：_________________________________；阳极：__________________________________
3.燃料电池
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。
(1)常见燃料。
除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。
(2)电解质类型。
酸性溶液、碱性溶液、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应、电极反应有影响。
(3)应用举例(以甲烷为燃料，写出下列介质中的电极反应式)。
酸性溶液 正极反应式：______________________________；负极反应式：________________________________
碱性溶液 正极反应式：______________________________；负极反应式：_______________________________
固体氧化物(高温下能传导O2－) 正极反应式：_______________________________；负极反应式：_______________________________
熔融碳酸盐(如熔融K2CO3，正极通入CO2) 正极反应式：_______________________________；负极反应式：_______________________________
[答案自填] Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 Pb＋SO－2e－===PbSO4 PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O PbSO4＋2e－===Pb＋SO PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO 2O2＋8H＋＋8e－===4H2O CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ 2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O 2O2＋8e－===4O2－ CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O 2O2＋4CO2＋8e－=== eq \a\vs4\al(4CO) CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O
[易错秒判]
(1)MnO2是碱性锌锰电池中的催化剂，可使锌锰电池的比能量更高( × )
(2)碱性锌锰电池中，1 mol Zn和1 mol MnO2放电转移电子数相等( × )
(3)铅酸蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增大( × )
(4)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应( × )
(5)可充电电池充电时，电池的正极应连接外接电源的负极( × )
(6)铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应( √ )
INCLUDEPICTURE "关键能力.tif"
1．一种向外输出电能的同时又能使水土中重金属离子Cd2＋变成沉淀而被除去的电化学装置，其工作原理如下图所示。下列说法正确的是( D )
A．锌棒为该装置的正极
B．电子从锌棒经水土移向碳棒
C．碳棒附近Cd2＋转化为Cd而被除去
D．标准状况下，每消耗22.4 L O2，理论上最多能除去2 mol Cd2＋
解析：由题图可知，Zn为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，石墨为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，水土中的Cd2＋与OH－反应生成Cd(OH)2沉淀而除去。A．由分析可知，锌棒为该装置的负极，A错误；B．由分析可知，电子由锌棒经导线流向碳棒，但电子不能经过水土，B错误；C．由分析可知，碳棒附近Cd2＋转化为Cd(OH)2沉淀而被除去，C错误；D．标准状况下，每消耗22.4 L(1 mol) O2，理论上可产生4 mol OH－，由离子方程式Cd2＋＋2OH－===Cd(OH)2↓可知，最多能除去2 mol Cd2＋，D正确。
2．瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害，一种瓦斯分析仪能够在煤矿巷道中的甲烷浓度达到一定浓度时，通过传感器显示。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如下图所示，其中的固体电解质是Y2O3 Na2O，O2－可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是( C )
A．瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极b流向电极a
B．电极b是正极，O2－由电极a流向电极b
C．电极a的反应式为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
D．当固体电解质中有1 mol O2－通过时，转移4 mol电子
解析：电子不能在电池内电路流动，只能在外电路中流动，故A错误；电极b上氧气得电子，生成O2－，而电极a需要O2－作为反应物，故O2－由正极(电极b)流向负极(电极a)，故B错误；甲烷所在电极a为负极，电极反应为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，故C正确；1 mol O2得到4 mol电子生成2 mol O2－，故当固体电解质中有1 mol O2－通过时，转移2 mol 电子，故D错误。
3．以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH O2、N2H4 O2、(CH3)2NNH2 O2清洁燃料电池，下列说法正确的是( C )
A．放电过程中，K＋均向负极移动
B．放电过程中，KOH物质的量均减小
C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2 O2燃料电池的理论放电量最大
D．消耗1 mol O2时，理论上N2H4 O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
解析：碱性环境下，CH3OH O2燃料电池总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，N2H4－O2燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，(CH3)2NNH2中C和N元素的化合价均为－2价，H元素的化合价为＋1价，根据氧化还原反应原理可推知，(CH3)2NNH2 O2燃料电池总反应为(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O。A．放电过程为原电池工作原理，所以K＋均向正极移动，A错误；B．根据上述分析可知，N2H4 O2燃料电池的产物为氮气和水，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，另外两种燃料电池均消耗KOH，所以KOH的物质的量减小，B错误；C．理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为m g，甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量(物质的量表达式)分别是×6、×4、×16，通过比较可知，(CH3)2NNH2的理论放电量最大，C正确；D．根据得失电子守恒和总反应式可知，消耗1 mol O2，理论上N2H4 O2燃料电池生成1 mol氮气，在标准状况下的体积为22.4 L，D错误。
4．(2025·揭阳开学考试)一种可充电锂 空气电池放电时的工作原理如下图所示。下列说法正确的是( B )
A．电解液可选用Li2SO4的水溶液
B．该装置工作时电解液浓度保持不变
C．充电时，空气电极的电极反应式为2Li＋＋O2＋2e－===Li2O2
D．放电时，理论上空气电极每增重7 g，外电路转移1 mol 电子
解析：在锂 空气电池中，放电时，锂为负极，电极反应式为 Li－e－===Li＋，正极上氧气得电子，发生还原反应，电极反应式为2Li＋＋O2＋2e－===Li2O2，充电时，锂电极为阴极，空气电极为阳极，电极反应式与原电池相反。Li 是活泼金属，易与水反应，故电解液不能选择Li2SO4的水溶液，故A错误；根据分析可知，该装置工作时，电解液浓度保持不变，故B正确；充电时，空气电极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为Li2O2－2e－===2Li＋＋O2↑，故C错误；放电时，空气电极的电极反应式为2Li＋＋O2＋2e－===Li2O2，空气电极增重的质量为生成Li2O2的质量，每增重7 g，外电路转移电子的物质的量为 ×2＝ mol，故D错误。
5．(2025·江门联考)某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料)，通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电，成功地实现了对磁性的可逆调控(见下图)。下列说法不正确的是( A )
A．充电时，Fe2O3对应电极连接充电电源的负极
B．正极的电极反应式：Fe2O3＋6Li＋＋6e－===3Li2O＋2Fe
C．该电池不能用氢氧化钠溶液作为电解质溶液
D．放电时，Fe2O3为电池，被还原为Fe，电池被磁铁吸引
解析：A．根据题图可知，放电时，Li被氧化为Li＋，故金属锂和石墨的复合材料为负极，纳米Fe2O3为正极，故充电时纳米Fe2O3为阳极，与电源正极相连，A错误；B．放电时，Fe2O3对应电极为正极，
Fe2O3被还原为Fe，O元素转化为Li2O，根据得失电子守恒、质量守恒可得电极反应式为Fe2O3＋6Li＋＋6e－===3Li2O＋2Fe，B正确；C．Li为活泼金属，会与氢氧化钠溶液中的水反应，故该电池不能用氢氧化钠溶液作为电解质溶液，C正确；D．放电时，Fe2O3为正极，被还原为Fe，电池被磁铁吸引，D正确。
[思维建模]
二次电池原理分析的思维模型
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1．(2024·高考全国甲卷)科学家使用δ MnO2研制了一种MnO2 Zn可充电电池(如下图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnO(OH)和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是( C )
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－===MnO(OH)＋OH－
D．放电时，Zn电极质量减少0.65 g，MnO2电极生成了0.020 mol MnO(OH)
解析：充电时，Zn2＋向阴极方向移动，A错误；由题意可知，放电时，MnO2转化为MnO(OH)和ZnMn2O4，B错误；放电时，MnO2电极为正极，发生的反应有MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－，C正确；根据放电时Zn电极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋可知，Zn电极质量减少0.65 g(0.010 mol)时，电路中通过0.020 mol电子，故MnO2电极有0.020 mol MnO2发生反应，但MnO2转化为MnO(OH)和少量ZnMn2O4，故生成MnO(OH)的物质的量小于0.020 mol，D错误。
2．(2023·新高考广东卷)负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除Cl－实现废酸的纯化，其工作原理如下。下列说法正确的是( B )
A．Ag为原电池正极
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11.2 L的O2，最多去除1 mol Cl－
解析：O2在Pt极得电子发生还原反应，Pt为正极，Ag失电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C错误；负极反应为Ag－e－＋Cl－===AgCl，每消耗标准状况下11.2 L的O2，转移2 mol电子，最多去除2 mol Cl－，D错误。
3．(2023·新高考辽宁卷)某低成本储能电池原理如下所示。下列说法正确的是( B )
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H＋通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：Pb＋SO＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋
解析：放电时，左侧电极为负极，电极反应为Pb－2e－＋SO===PbSO4，Pb转化为PbSO4，负极质量增大，A项错误；储能过程为充电过程，电能转化为化学能，B项正确；放电时阳离子向正极移动，左侧H＋通过质子交换膜移向右侧，C项错误；放电总反应为Pb＋2Fe3＋＋SO===PbSO4＋2Fe2＋，故充电总反应为PbSO4＋2Fe2＋===Pb＋2Fe3＋＋SO，D项错误。
4．(2024·新高考江西卷)我国学者发明了一种新型多功能甲醛 硝酸盐电池，可同时处理废水中的甲醛和硝酸根离子(如下图)。下列说法正确的是( B )
A．CuAg电极反应为2HCHO＋2H2O－4e－===2HCOO－＋H2↑＋2OH－
B．CuRu电极反应为NO＋6H2O＋8e－===NH3↑＋9OH－
C．放电过程中，OH－通过质子交换膜从左室传递到右室
D．处理废水过程中溶液pH不变，无须补加KOH
解析：由原电池中电子移动方向可知，CuAg电极为负极，HCHO转化为HCOO－和H2，电极反应式为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O；CuRu电极为正极，NO转化为NH3，电极反应式为NO＋6H2O＋8e－===NH3↑＋9OH－，A错误，B正确。质子交换膜只允许H＋通过，C错误。总反应为8HCHO＋NO＋7OH－===NH3↑＋8HCOO－＋4H2↑＋2H2O，消耗OH－，需补加 KOH，D错误。
课时跟踪练34
[基础巩固]
1．下列说法不正确的是 ( A )
A．原电池中发生的可逆反应达到平衡时，该电池仍有电流产生
B．在原电池的负极和电解池的阳极上发生的都是失电子的氧化反应
C．普通锌锰电池与碱性锌锰电池的比能量不同
D．燃料电池中通入氧气的一极为正极
解析：原电池中发生的可逆反应达到平衡时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，不再有电流产生，故A错误。
2．我国科学家发明了一种新型电池，该电池以碳纳米管为正极、锌为负极，放电时消耗二氧化碳，同时生成天然气。下列说法正确的是( D )
A．碳纳米管参与电极反应
B．负极发生还原反应
C．阳离子由正极移向负极
D．正极产物为CH4
解析：由题给信息可知，放电时消耗二氧化碳，生成天然气，二氧化碳转化为天然气，C元素化合价由＋4价降低为－4价，发生还原反应，故二氧化碳在正极得电子生成甲烷，碳纳米管不参与电极反应，正极产物为CH4，A项错误，D项正确；负极发生氧化反应，B项错误；原电池中，阳离子向正极移动，C项错误。
3．下列根据化学反应设计的原电池(选用相同的盐桥)合理的是( B )
选项 正极(金属/电解质溶液) 负极(金属/电解质溶液)
A Zn/ZnSO4溶液 Fe/H2SO4溶液
B Fe/FeCl2溶液 Zn/ZnSO4溶液
C Zn/H2SO4溶液 Fe/FeCl2溶液
D Fe/ZnSO4溶液 Zn/FeCl2溶液
解析：锌、铁构成原电池时，金属性强的锌为负极，铁为正极，且该原电池含盐桥，选用铁和锌作为电极时，不能选用能与铁和锌反应的稀硫酸作为电解质溶液，A、C错误；对于含盐桥的原电池，用锌作为电极时，不能选用能与锌反应的氯化亚铁作为电解质溶液，D错误。
4．(2025·东莞外国语学校月考)银饰用久了表面会有一层Ag2S而发黑，将银饰与Al片接触并加入NaCl溶液，可以除去银饰表面的Ag2S。下列说法不正确的是 ( D )
A．Al是负极
B．阳离子向银饰移动
C．Ag2S表面发生反应：Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－
D．若有0.9 g Al反应，则最多能复原0.1 mol Ag2S
解析：由题图可知，除去银饰表面硫化银的装置为原电池，铝片是负极，铝失去电子发生氧化反应生成铝离子，银饰为正极，硫化银在正极得到电子发生还原反应生成银单质和硫离子，溶液中铝离子和硫离子发生相互促进的水解反应生成氢氧化铝和硫化氢气体。由分析可知，铝片是负极，A正确；原电池中阳离子向正极(银饰)移动，B正确；银饰为正极，硫化银在正极得到电子发生还原反应生成银单质和硫离子，C正确；若有0.9 g Al( mol)反应，则转移 mol×3＝0.1 mol电子，结合反应Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－可知，最多能复原0.05 mol Ag2S，D错误。
5．(2025·广东联考)下列关于以甲烷和氧气为原料的新型燃料电池(电解质为硫酸)的说法正确的是( C )
A．氧气端为负极，发生氧化反应
B．负极的电极反应式是CH4＋2O2＋4e－===CO2＋2H2O
C．溶液中氢离子向氧气端定向移动
D．每消耗1 mol甲烷，理论上该电池最多消耗22.4 L(标准状况)氧气
解析：氧气端为正极，发生还原反应，A错误；负极的电极反应式是CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋，B错误；在原电池中阳离子向正极移动，故溶液中氢离子向氧气端定向移动，C正确；根据总反应的化学方程式CH4＋2O2===CO2＋2H2O可知，每消耗1 mol甲烷，理论上需要消耗2 mol氧气，体积为44.8 L(标准状况)O2，D错误。
6．中科院科学家设计出一套利用SO2和太阳能综合制氢方案，其基本工作原理如下图所示。下列说法错误的是( C )
A．该装置实现了太阳能转化为化学能
B．Pt电极为正极，发生还原反应
C．电子流向：Pt电极→外电路→BiVO4电极
D．BiVO4电极上的反应为SO－2e－＋2OH－===SO＋H2O
解析：根据题图可知，BiVO4电极上SO失电子生成SO，为负极，Pt电极上H2O得电子生成H2，为正极。A．该装置是原电池装置，将太阳能转化为化学能，化学能再转化为电能，A正确；B．由分析可知，Pt电极为正极，发生还原反应，B正确；C．由分析可知，电子从负极经外电路流向正极，故电子流向：BiVO4电极→外电路→Pt电极，C错误；D．BiVO4 电极上SO失电子生成SO，电极反应为SO－2e－＋2OH－===SO＋H2O，D正确。
7．(2025·深圳质检)近年来电池研发领域涌现出纸电池，电极和电解液均嵌在纸中，下图是以NaCl溶液为电解液的纸电池工作原理。下列说法正确的是( B )
A．Zn片的电势比Cu片的高
B．O2在正极上得电子
C．Na＋向负极移动
D．电子由Cu片流向Zn片
解析：锌为负极，Cu为正极，正极的电势比负极的高，故Cu片的电势比Zn片的高，A错误；Cu为正极，空气中的O2在正极上得电子生成OH－，B正确；原电池中阳离子向正极移动，故Na＋向正极移动，C错误；电子由负极经外电路流向正极，故电子由Zn片流向Cu片，D错误。
8．硫化氢(H2S)是强烈的神经毒素，对黏膜有强烈的刺激作用。科研人员设计了如下图装置，借助太阳能，将H2S再利用，变废为宝。下列叙述正确的是( B )
A．b电极发生氧化反应
B．a电极区不可用NaOH溶液作为电解质溶液
C．H＋的迁移方向为b电极→a电极
D．每生成2 g H2，负极区需消耗22.4 L H2S
解析：根据工作原理图可知，b电极上H＋得电子生成H2，b电极为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，因此a电极为负极，Fe2＋失电子生成Fe3＋，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋。A．由分析可知，b电极为正极，发生还原反应，A错误；B．由分析可知，a电极的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，若用NaOH溶液作为电解质溶液，则生成 Fe(OH)2、Fe(OH)3，覆盖在a电极上，阻止反应继续进行，B正确；C．由分析可知，a电极为负极，b电极为正极，故H＋的迁移方向为负极(a电极)→正极(b电极)，C错误；D．H2S所处的状况未知，故无法计算每生成2 g H2，负极区需消耗H2S的体积，D错误。
9．应用电化学原理，回答下列问题。
(1)上述三个装置中，负极反应物化学性质上的共同特点是__________________________________________________________。
(2)甲中电流计指针偏转时，盐桥(装有含KCl饱和溶液的琼胶)中离子移动的方向是_______________________________________________
__________________________________________________________。
(3)乙中正极反应为__________________________________________
__________________________________________________________；
若将H2换成CH4，则负极反应为_______________________________。
(4)丙中铅酸蓄电池放电一段时间后，进行充电时，要将外接电源的负极与铅酸蓄电池的__________电极相连。
答案：(1)易失电子被氧化，具有还原性
(2)钾离子移向硫酸铜溶液，氯离子移向硫酸锌溶液
(3)O2＋4e－＋2H2O===4OH－
CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
(4)Pb
[素养提升]
10．二氧化硫 空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，可解决酸雨等环境污染问题，原理如下图所示。下列说法正确的是( C )
A．该电池放电时电子流向：Pt1电极→负载→Pt2电极→质子交换膜→Pt1电极
B．Pt1电极附近发生的反应：SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋
C．放电过程中若消耗22.4 L O2(标准状况)，理论上可以消除2 mol SO2
D．H＋移向Pt1电极，导致Pt2电极附近pH减小
解析：由题图可知，氧气在Pt2电极上得到电子发生还原反应，故Pt2电极为正极，Pt1电极为负极，二氧化硫失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子。A．电子不能进入内电路，A错误；B．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，B错误；C．根据得失电子守恒可知，O2～4e－～2SO2，放电过程中若消耗22.4 L O2(标准状况下的物质的量为1 mol)，理论上可以消除2 mol SO2，C正确；D．原电池中阳离子向正极移动，故H＋移向Pt2电极，D错误。
11．某储能电池的原理如下图所示，溶液中c(H＋)＝2.0 mol·L－1，阴离子为SO，a、b均为惰性电极，充电过程中左槽溶液颜色由蓝色变为黄色(V2＋显紫色，V3＋显绿色，VO2＋显蓝色，VO显黄色)。下列叙述不正确的是( A )
A．当右槽溶液颜色由绿色变为紫色时，电极b为负极
B．当右槽溶液颜色由紫色变为绿色时，电池能量转化形式为化学能→电能
C．充电过程中，电极a的电极反应式为VO2＋－e－＋H2O===VO＋2H＋
D．放电过程中，H＋从右槽迁移进入左槽
解析：充电过程中左槽溶液颜色由蓝色变为黄色，即VO2＋转化为VO，V元素化合价由＋4价升高到＋5价，电极a为阳极，电极b为阴极，则放电时，电极a为正极，电极b为负极。A．当右槽溶液颜色由绿色变为紫色，即由V3＋转化为V2＋时，V3＋得电子，则电极b为阴极，该装置为电解池，A不正确；B．当右槽溶液颜色由紫色变为绿色，即由V2＋转化为V3＋时，V2＋失电子，则电极b为负极，电池能量转化形式为化学能→电能，B正确；C．充电过程中，电极a为阳极，VO2＋失电子生成VO，电极反应式为VO2＋－e－＋H2O===VO＋2H＋，C正确；D．放电过程中，阳离子向正极移动，即H＋从右槽迁移进入左槽，D正确。
12．如下图所示为水系锌离子电池，它作为一种新型的二次电池，具有较高的能量密度和功率密度。下列说法不正确的是( C )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－
B．放电时，每转移1 mol e－，a电极理论上减少43.5 g
C．充电时，K2SO4溶液的浓度不断增大
D．充电时，a电极附近溶液的pH减小
解析：由题图可知，放电时，b电极为负极，碱性条件下锌失去电子发生氧化反应生成四羟基合锌离子，电极反应式为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，溶液中的钾离子通过阳离子交换膜进入中间区域，a电极为正极，酸性条件下二氧化锰得到电子发生还原反应生成锰离子和水，电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，溶液中的硫酸根离子通过阴离子交换膜进入中间区域；充电时，与直流电源负极相连的b电极为电解池的阴极，a电极为阳极，中间区域的钾离子通过阳离子交换膜进入阴极区，硫酸根离子通过阴离子交换膜进入阳极区。A．由分析可知，放电时，负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，故A正确；B．由分析可知，放电时，a电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，外电路转移1 mol e－时，a电极理论上减少1 mol××87 g/mol＝43.5 g，故B正确；C．由分析可知，充电时，中间区域的钾离子通过阳离子交换膜进入阴极区，硫酸根离子通过阴离子交换膜进入阳极区，硫酸钾溶液的浓度减小，故C错误；D．由分析可知，充电时，a电极为阳极，在水分子作用下锰离子失去电子发生氧化反应生成二氧化锰和氢离子，电极反应式为Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，生成氢离子，使a电极附近溶液的pH减小，故D正确。
13．双阴极微生物燃料电池处理含NH废水的工作原理如图a所示，双阴极通过的电流相等，废水在电池中的运行模式如图b所示。
(1)Y离子交换膜为__________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。
(2)Ⅲ室中除了O2→H2O，主要发生的反应还有________________________________________(用离子方程式表示)。
(3)生成3.5 g N2，理论上需要消耗________g O2。
解析：(1)由题图a可知，Ⅲ室中O2得电子生成H2O，电极反应式为4H＋＋O2＋4e－===2H2O，Ⅱ室中CH3COO－转化为CO2生成的H＋需要进入Ⅲ室，说明Y是阳离子交换膜。(2)题图b可知，Ⅲ室中反应后的溶液进入Ⅰ室中反应，而Ⅰ室中NO→N2，说明Ⅲ室中NH转化为了NO，该过程的离子方程式为NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋。(3)Ⅰ室中NO→N2，电极反应式为12H＋＋2NO＋10e－===N2↑＋6H2O，Ⅲ室中发生反应：4H＋＋O2＋4e－===2H2O、NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋，3.5 g N2的物质的量为＝0.125 mol，消耗0.25 mol NO，转移1.25 mol电子，故理论上需要消耗O2的物质的量为0.25 mol×2＋＝0.812 5 mol，质量为0.812 5 mol×32 g/mol＝26 g。
答案：(1)阳
(2)NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋
(3)26
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第34讲 原电池 化学电源
1．从氧化还原反应的角度认识原电池的工作原理，能设计简单的原电池。
2．能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。
3．能够书写常见化学电源的电极反应式和总反应方程式。
01
考点梳理 高效演练
考点一 原电池的工作原理及其应用
1．原电池的概念：把______能转化为______能的装置。其本质是发生____________反应。
化学
电
氧化还原
2．原电池的构成条件
一看反应 能发生______________的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)
二看电极 一般是活泼性不同的两个电极(金属或石墨)
三看
闭合回路 (1)电解质溶液
(2)两电极直接或间接接触
(3)两电极插入电解质溶液中
自发进行
3.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)
[说明] 盐桥的组成和作用
组成 装有含KCl饱和溶液的琼胶，离子可在其中自由移动
作用 a.连接内电路，______________________；b.__________________，使原电池不断产生电流
离子移向 阴离子移向________，阳离子移向________
形成闭合回路
平衡电荷
负极
正极
4.原电池原理的应用
(1)设计制作化学电源。
负极
正极
电极材料
(2)比较金属的活动性强弱：在原电池中，负极一般是活动性________的金属，正极一般是活动性________的金属(或能导电的非金属)，即活动性：负极>正极。
(3)增大化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率增大。
(4)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作为原电池的________将受到保护。
较强
较弱
正极
[易错秒判]
(1)锌铜原电池中，盐桥可以换成导线( )
(2)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动( )
(3)构成原电池两极的电极材料一定是活泼性不同的金属( )
(4)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定是负极( )
(5)原电池中负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数( )
×
×
×
×
√
(6)由于CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池( )
(7)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳
( )
×
√
1．(2025·广东联考)下图为两种不同的铜锌原电池，图1为单液原电池，图2为双液原电池。下列相关说法不正确的是( )
A．图2所示原电池能量利用率比图1所示原电池的高
B．将图2 CuSO4溶液换成稀硫酸，铜电极生
成11.2 L气体时，电路中转移1 mol电子
C．图1所示单液原电池中，电流流向为铜片
→导线→锌片→CuSO4溶液→铜片
D．上述原电池的反应原理为Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4
√
解析：单液原电池中锌片与CuSO4溶液直接接触，部分Cu2＋会直接被锌置换，锌片上附着铜后，也能形成微小的原电池，继续置换铜，这部分电子转移没有通过外电路，能量利用率低且电流不稳定，双液原电池中锌片与CuSO4溶液没有接触，能量利用率更高且电流长时间稳定，A正确；未说明气体是否处于标准状况，B错误；单液原电池中，铜片为正极，锌片为负极，外电路中电流由正极流向负极，内电路中电流由负极流向正极，C正确；题述原电池的反应原理为Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4，D正确。
√
2．某同学利用如下电池装置探究Fe2＋的氧化性和还原性。电流表显示电子由铁电极流向石墨电极，石墨电极上未见Fe析出。下列分析不正确的是
( )
A．盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中
B．一段时间后两烧杯溶液中c(Fe2＋)均增大
C．当两烧杯溶液中c(Fe2＋)相等时，说明反应已停止
D．由该装置可知，Fe2＋还原性小于Fe、氧化性小于Fe3＋
解析：该原电池总反应式为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，负极为铁单质失电子生成亚铁离子，正极为铁离子得电子生成亚铁离子。A．铁电极失电子为负极，石墨电极为正极，阳离子从负极向正极移动，故盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中，A正确；B．铁电极发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，石墨电极发生的反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，两侧均生成亚铁离子，故一段时间后两烧杯溶液中c(Fe2＋)均增大，B正确；
C．负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，设两边均为1 L溶液，一段时间后转移电子的物质的量为2x mol 时，两极溶液中亚铁离子浓度相等，则0.10＋x＝2x＋0.05，解得x＝0.05，右边消耗铁离子0.05 mol×2＝0.1 mol＜0.10 mol·L－1×1 L×2＝0.2 mol，则反应仍能继续进行，C错误；D．负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，总反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，反应中氧化剂为Fe3＋，还原剂为Fe，Fe2＋既是氧化产物也是还原产物，故Fe2＋还原性小于Fe，氧化性小于Fe3＋，D正确。
3．有下图所示的四个装置，回答相关问题：
(1)图①中，Mg为__________极。
(2)图②中，Mg为____极,写出负极反应式：___________________________，正极反应式：____________________________，总反应的离子方程式：________________________________________________。
负
正
2Al＋8OH－－6e－===2[Al(OH)4]－
6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
(3)图③中，Fe为______极，写出负极反应式：___________________，
正极反应式：________________________________________________，
总反应的化学方程式：____________________________________________。
(4)图④装置能否构成原电池？__________(填“能”或“否”)。若能构成原电池，正极为________，电极反应式为_____________________________ (若不能构成原电池，后两问不用回答)。
正
Cu－2e－===Cu2＋
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
能
Cu
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
4．有M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。四种金属的还原性由强到弱的顺序是________________。
解析：①M置换出N，故M的还原性比N的强；②M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡，故M是正极，P的还原性比M的强；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，N发生氧化反应生成N2＋，故N的还原性比E的强。综上所述，还原性由强到弱的顺序为P>M>N>E。
P>M>N>E
5．设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋的强。
(1)写出能说明氧化性Fe3＋比Cu2＋强的离子方程式：__________________________________________________________。
(2)若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是
①负极：____________________________________________________。
②正极：__________________________________________________。
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
Cu－2e－===Cu2＋
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)在下表中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液。
①不含盐桥
②含盐桥
考点二 化学电源
1．一次电池
一次电池即放电后不可再充电的电池。
(1)碱性锌锰电池。
负极：______________________________；
正极：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)。
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
(2)纽扣式锌银电池。
负极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；
正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。
3.燃料电池
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。
(1)常见燃料。
除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。
(2)电解质类型。
酸性溶液、碱性溶液、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应、电极反应有影响。
(3)应用举例(以甲烷为燃料，写出下列介质中的电极反应式)。
酸性溶液 正极反应式：______________________________；
负极反应式：________________________________
碱性溶液 正极反应式：______________________________；
负极反应式：_______________________________
固体氧化物(高温下能传导O2－) 正极反应式：_______________________________；
负极反应式：_______________________________
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
2O2＋8e－===4O2－
CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
熔融碳酸盐
(如熔融K2CO3，正极通入CO2) 正极反应式：_______________________________；
负极反应式：_______________________________
[易错秒判]
(1)MnO2是碱性锌锰电池中的催化剂，可使锌锰电池的比能量更高( )
(2)碱性锌锰电池中，1 mol Zn和1 mol MnO2放电转移电子数相等( )
(3)铅酸蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增大( )
(4)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应( )
(5)可充电电池充电时，电池的正极应连接外接电源的负极( )
(6)铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应( )
×
×
×
×
×
√
1．一种向外输出电能的同时又能使水土中重金属离子Cd2＋变成沉淀而被除去的电化学装置，其工作原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．锌棒为该装置的正极
B．电子从锌棒经水土移向碳棒
C．碳棒附近Cd2＋转化为Cd而被除去
D．标准状况下，每消耗22.4 L O2，
理论上最多能除去2 mol Cd2＋
√
解析：由题图可知，Zn为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，石墨为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，水土中的Cd2＋与OH－反应生成Cd(OH)2沉淀而除去。A．由分析可知，锌棒为该装置的负极，A错误；B．由分析可知，电子由锌棒经导线流向碳棒，但电子不能经过水土，B错误；C．由分析可知，碳棒附近Cd2＋转化为Cd(OH)2沉淀而被除去，C错误；D．标准状况下，每消耗22.4 L(1 mol) O2，理论上可产生4 mol OH－，由离子方程式Cd2＋＋2OH－===Cd(OH)2↓可知，最多能除去2 mol Cd2＋，D正确。
2．瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害，一种瓦斯分析仪能够在煤矿巷道中的甲烷浓度达到一定浓度时，通过传感器显示。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如下图所示，其中的固体电解质是Y2O3 Na2O，O2－可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是( )
A．瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极b流向电极a
B．电极b是正极，O2－由电极a流向电极b
C．电极a的反应式为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
D．当固体电解质中有1 mol O2－通过时，转移4 mol电子
√
解析：电子不能在电池内电路流动，只能在外电路中流动，故A错误；电极b上氧气得电子，生成O2－，而电极a需要O2－作为反应物，故O2－由正极(电极b)流向负极(电极a)，故B错误；甲烷所在电极a为负极，电极反应为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，故C正确；1 mol O2得到4 mol电子生成2 mol O2－，故当固体电解质中有1 mol O2－通过时，转移2 mol 电子，故D错误。
3．以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH O2、N2H4 O2、(CH3)2NNH2 -O2清洁燃料电池，下列说法正确的是( )
A．放电过程中，K＋均向负极移动
B．放电过程中，KOH物质的量均减小
C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2 -O2燃料电池的理论放电量最大
D．消耗1 mol O2时，理论上N2H4 -O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
√
解析：碱性环境下，CH3OH O2燃料电池总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，N2H4－O2燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，(CH3)2NNH2中C和N元素的化合价均为－2价，H元素的化合价为＋1价，根据氧化还原反应原理可推知，(CH3)2NNH2 O2燃料电池总反应为(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O。A．放电过程为原电池工作原理，所以K＋均向正极移动，A错误；B．根据上述分析可知，N2H4 O2燃料电池的产物为氮气和水，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，另外两种燃料电池均消耗KOH，所以KOH的物质的量减小，B错误；
4．(2025·揭阳开学考试)一种可充电锂 空气电池放电时的工作原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．电解液可选用Li2SO4的水溶液
B．该装置工作时电解液浓度保持不变
C．充电时，空气电极的电极反应式为
2Li＋＋O2＋2e－===Li2O2
D．放电时，理论上空气电极每增重7 g，外电路转移1 mol 电子
√
5．(2025·江门联考)某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料)，通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电，成功地实现了对磁性的可逆调控(见下图)。下列说法不正确的是( )
A．充电时，Fe2O3对应电极连接充电电源的负极
B．正极的电极反应式：
Fe2O3＋6Li＋＋6e－===3Li2O＋2Fe
C．该电池不能用氢氧化钠溶液作为电解质溶液
D．放电时，Fe2O3为电池，被还原为Fe，电池被磁铁吸引
√
解析：A．根据题图可知，放电时，Li被氧化为Li＋，故金属锂和石墨的复合材料为负极，纳米Fe2O3为正极，故充电时纳米Fe2O3为阳极，与电源正极相连，A错误；B．放电时，Fe2O3对应电极为正极，Fe2O3被还原为Fe，O元素转化为Li2O，根据得失电子守恒、质量守恒可得电极反应式为Fe2O3＋6Li＋＋6e－===3Li2O＋2Fe，B正确；C．Li为活泼金属，会与氢氧化钠溶液中的水反应，故该电池不能用氢氧化钠溶液作为电解质溶液，C正确；D．放电时，Fe2O3为正极，被还原为Fe，电池被磁铁吸引，D正确。
[思维建模]
二次电池原理分析的思维模型
02
真题研做 高考通关
1．(2024·高考全国甲卷)科学家使用δ MnO2研制了一种MnO2 Zn可充电电池(如下图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnO(OH)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－===MnO(OH)＋OH－
D．放电时，Zn电极质量减少0.65 g，MnO2电极生成了0.020 mol MnO(OH)
√
解析：充电时，Zn2＋向阴极方向移动，A错误；由题意可知，放电时，MnO2转化为MnO(OH)和ZnMn2O4，B错误；放电时，MnO2电极为正极，发生的反应有MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－，C正确；根据放电时Zn电极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋可知，Zn电极质量减少0.65 g(0.010 mol)时，电路中通过0.020 mol电子，故MnO2电极有0.020 mol MnO2发生反应，但MnO2转化为MnO(OH)和少量ZnMn2O4，故生成MnO(OH)的物质的量小于0.020 mol，D错误。
2．(2023·新高考广东卷)负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除Cl－实现废酸的纯化，其工作原理如下。下列说法正确的是( )
A．Ag为原电池正极
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11.2 L的O2，最多去除1 mol Cl－
√
解析：O2在Pt极得电子发生还原反应，Pt为正极，Ag失电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C错误；负极反应为Ag－e－＋Cl－===AgCl，每消耗标准状况下11.2 L的O2，转移2 mol电子，最多去除2 mol Cl－，D错误。
√
√课时跟踪练34
[基础巩固]
1．下列说法不正确的是 ( A )
A．原电池中发生的可逆反应达到平衡时，该电池仍有电流产生
B．在原电池的负极和电解池的阳极上发生的都是失电子的氧化反应
C．普通锌锰电池与碱性锌锰电池的比能量不同
D．燃料电池中通入氧气的一极为正极
解析：原电池中发生的可逆反应达到平衡时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，不再有电流产生，故A错误。
2．我国科学家发明了一种新型电池，该电池以碳纳米管为正极、锌为负极，放电时消耗二氧化碳，同时生成天然气。下列说法正确的是( D )
A．碳纳米管参与电极反应
B．负极发生还原反应
C．阳离子由正极移向负极
D．正极产物为CH4
解析：由题给信息可知，放电时消耗二氧化碳，生成天然气，二氧化碳转化为天然气，C元素化合价由＋4价降低为－4价，发生还原反应，故二氧化碳在正极得电子生成甲烷，碳纳米管不参与电极反应，正极产物为CH4，A项错误，D项正确；负极发生氧化反应，B项错误；原电池中，阳离子向正极移动，C项错误。
3．下列根据化学反应设计的原电池(选用相同的盐桥)合理的是( B )
选项 正极(金属/电解质溶液) 负极(金属/电解质溶液)
A Zn/ZnSO4溶液 Fe/H2SO4溶液
B Fe/FeCl2溶液 Zn/ZnSO4溶液
C Zn/H2SO4溶液 Fe/FeCl2溶液
D Fe/ZnSO4溶液 Zn/FeCl2溶液
解析：锌、铁构成原电池时，金属性强的锌为负极，铁为正极，且该原电池含盐桥，选用铁和锌作为电极时，不能选用能与铁和锌反应的稀硫酸作为电解质溶液，A、C错误；对于含盐桥的原电池，用锌作为电极时，不能选用能与锌反应的氯化亚铁作为电解质溶液，D错误。
4．(2025·东莞外国语学校月考)银饰用久了表面会有一层Ag2S而发黑，将银饰与Al片接触并加入NaCl溶液，可以除去银饰表面的Ag2S。下列说法不正确的是 ( D )
A．Al是负极
B．阳离子向银饰移动
C．Ag2S表面发生反应：Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－
D．若有0.9 g Al反应，则最多能复原0.1 mol Ag2S
解析：由题图可知，除去银饰表面硫化银的装置为原电池，铝片是负极，铝失去电子发生氧化反应生成铝离子，银饰为正极，硫化银在正极得到电子发生还原反应生成银单质和硫离子，溶液中铝离子和硫离子发生相互促进的水解反应生成氢氧化铝和硫化氢气体。由分析可知，铝片是负极，A正确；原电池中阳离子向正极(银饰)移动，B正确；银饰为正极，硫化银在正极得到电子发生还原反应生成银单质和硫离子，C正确；若有0.9 g Al( mol)反应，则转移 mol×3＝0.1 mol电子，结合反应Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－可知，最多能复原0.05 mol Ag2S，D错误。
5．(2025·广东联考)下列关于以甲烷和氧气为原料的新型燃料电池(电解质为硫酸)的说法正确的是( C )
A．氧气端为负极，发生氧化反应
B．负极的电极反应式是CH4＋2O2＋4e－===CO2＋2H2O
C．溶液中氢离子向氧气端定向移动
D．每消耗1 mol甲烷，理论上该电池最多消耗22.4 L(标准状况)氧气
解析：氧气端为正极，发生还原反应，A错误；负极的电极反应式是CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋，B错误；在原电池中阳离子向正极移动，故溶液中氢离子向氧气端定向移动，C正确；根据总反应的化学方程式CH4＋2O2===CO2＋2H2O可知，每消耗1 mol甲烷，理论上需要消耗2 mol氧气，体积为44.8 L(标准状况)O2，D错误。
6．中科院科学家设计出一套利用SO2和太阳能综合制氢方案，其基本工作原理如下图所示。下列说法错误的是( C )
A．该装置实现了太阳能转化为化学能
B．Pt电极为正极，发生还原反应
C．电子流向：Pt电极→外电路→BiVO4电极
D．BiVO4电极上的反应为SO－2e－＋2OH－===SO＋H2O
解析：根据题图可知，BiVO4电极上SO失电子生成SO，为负极，Pt电极上H2O得电子生成H2，为正极。A．该装置是原电池装置，将太阳能转化为化学能，化学能再转化为电能，A正确；B．由分析可知，Pt电极为正极，发生还原反应，B正确；C．由分析可知，电子从负极经外电路流向正极，故电子流向：BiVO4电极→外电路→Pt电极，C错误；D．BiVO4 电极上SO失电子生成SO，电极反应为SO－2e－＋2OH－===SO＋H2O，D正确。
7．(2025·深圳质检)近年来电池研发领域涌现出纸电池，电极和电解液均嵌在纸中，下图是以NaCl溶液为电解液的纸电池工作原理。下列说法正确的是( B )
A．Zn片的电势比Cu片的高
B．O2在正极上得电子
C．Na＋向负极移动
D．电子由Cu片流向Zn片
解析：锌为负极，Cu为正极，正极的电势比负极的高，故Cu片的电势比Zn片的高，A错误；Cu为正极，空气中的O2在正极上得电子生成OH－，B正确；原电池中阳离子向正极移动，故Na＋向正极移动，C错误；电子由负极经外电路流向正极，故电子由Zn片流向Cu片，D错误。
8．硫化氢(H2S)是强烈的神经毒素，对黏膜有强烈的刺激作用。科研人员设计了如下图装置，借助太阳能，将H2S再利用，变废为宝。下列叙述正确的是( B )
A．b电极发生氧化反应
B．a电极区不可用NaOH溶液作为电解质溶液
C．H＋的迁移方向为b电极→a电极
D．每生成2 g H2，负极区需消耗22.4 L H2S
解析：根据工作原理图可知，b电极上H＋得电子生成H2，b电极为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，因此a电极为负极，Fe2＋失电子生成Fe3＋，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋。A．由分析可知，b电极为正极，发生还原反应，A错误；B．由分析可知，a电极的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，若用NaOH溶液作为电解质溶液，则生成 Fe(OH)2、Fe(OH)3，覆盖在a电极上，阻止反应继续进行，B正确；C．由分析可知，a电极为负极，b电极为正极，故H＋的迁移方向为负极(a电极)→正极(b电极)，C错误；D．H2S所处的状况未知，故无法计算每生成2 g H2，负极区需消耗H2S的体积，D错误。
9．应用电化学原理，回答下列问题。
(1)上述三个装置中，负极反应物化学性质上的共同特点是__________________________________________________________。
(2)甲中电流计指针偏转时，盐桥(装有含KCl饱和溶液的琼胶)中离子移动的方向是_______________________________________________
__________________________________________________________。
(3)乙中正极反应为__________________________________________
__________________________________________________________；
若将H2换成CH4，则负极反应为_______________________________。
(4)丙中铅酸蓄电池放电一段时间后，进行充电时，要将外接电源的负极与铅酸蓄电池的__________电极相连。
答案：(1)易失电子被氧化，具有还原性
(2)钾离子移向硫酸铜溶液，氯离子移向硫酸锌溶液
(3)O2＋4e－＋2H2O===4OH－
CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
(4)Pb
[素养提升]
10．二氧化硫 空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，可解决酸雨等环境污染问题，原理如下图所示。下列说法正确的是( C )
A．该电池放电时电子流向：Pt1电极→负载→Pt2电极→质子交换膜→Pt1电极
B．Pt1电极附近发生的反应：SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋
C．放电过程中若消耗22.4 L O2(标准状况)，理论上可以消除2 mol SO2
D．H＋移向Pt1电极，导致Pt2电极附近pH减小
解析：由题图可知，氧气在Pt2电极上得到电子发生还原反应，故Pt2电极为正极，Pt1电极为负极，二氧化硫失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子。A．电子不能进入内电路，A错误；B．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，B错误；C．根据得失电子守恒可知，O2～4e－～2SO2，放电过程中若消耗22.4 L O2(标准状况下的物质的量为1 mol)，理论上可以消除2 mol SO2，C正确；D．原电池中阳离子向正极移动，故H＋移向Pt2电极，D错误。
11．某储能电池的原理如下图所示，溶液中c(H＋)＝2.0 mol·L－1，阴离子为SO，a、b均为惰性电极，充电过程中左槽溶液颜色由蓝色变为黄色(V2＋显紫色，V3＋显绿色，VO2＋显蓝色，VO显黄色)。下列叙述不正确的是( A )
A．当右槽溶液颜色由绿色变为紫色时，电极b为负极
B．当右槽溶液颜色由紫色变为绿色时，电池能量转化形式为化学能→电能
C．充电过程中，电极a的电极反应式为VO2＋－e－＋H2O===VO＋2H＋
D．放电过程中，H＋从右槽迁移进入左槽
解析：充电过程中左槽溶液颜色由蓝色变为黄色，即VO2＋转化为VO，V元素化合价由＋4价升高到＋5价，电极a为阳极，电极b为阴极，则放电时，电极a为正极，电极b为负极。A．当右槽溶液颜色由绿色变为紫色，即由V3＋转化为V2＋时，V3＋得电子，则电极b为阴极，该装置为电解池，A不正确；B．当右槽溶液颜色由紫色变为绿色，即由V2＋转化为V3＋时，V2＋失电子，则电极b为负极，电池能量转化形式为化学能→电能，B正确；C．充电过程中，电极a为阳极，VO2＋失电子生成VO，电极反应式为VO2＋－e－＋H2O===VO＋2H＋，C正确；D．放电过程中，阳离子向正极移动，即H＋从右槽迁移进入左槽，D正确。
12．如下图所示为水系锌离子电池，它作为一种新型的二次电池，具有较高的能量密度和功率密度。下列说法不正确的是( C )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－
B．放电时，每转移1 mol e－，a电极理论上减少43.5 g
C．充电时，K2SO4溶液的浓度不断增大
D．充电时，a电极附近溶液的pH减小
解析：由题图可知，放电时，b电极为负极，碱性条件下锌失去电子发生氧化反应生成四羟基合锌离子，电极反应式为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，溶液中的钾离子通过阳离子交换膜进入中间区域，a电极为正极，酸性条件下二氧化锰得到电子发生还原反应生成锰离子和水，电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，溶液中的硫酸根离子通过阴离子交换膜进入中间区域；充电时，与直流电源负极相连的b电极为电解池的阴极，a电极为阳极，中间区域的钾离子通过阳离子交换膜进入阴极区，硫酸根离子通过阴离子交换膜进入阳极区。A．由分析可知，放电时，负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，故A正确；B．由分析可知，放电时，a电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，外电路转移1 mol e－时，a电极理论上减少1 mol××87 g/mol＝43.5 g，故B正确；C．由分析可知，充电时，中间区域的钾离子通过阳离子交换膜进入阴极区，硫酸根离子通过阴离子交换膜进入阳极区，硫酸钾溶液的浓度减小，故C错误；D．由分析可知，充电时，a电极为阳极，在水分子作用下锰离子失去电子发生氧化反应生成二氧化锰和氢离子，电极反应式为Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，生成氢离子，使a电极附近溶液的pH减小，故D正确。
13．双阴极微生物燃料电池处理含NH废水的工作原理如图a所示，双阴极通过的电流相等，废水在电池中的运行模式如图b所示。
(1)Y离子交换膜为__________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。
(2)Ⅲ室中除了O2→H2O，主要发生的反应还有________________________________________(用离子方程式表示)。
(3)生成3.5 g N2，理论上需要消耗________g O2。
解析：(1)由题图a可知，Ⅲ室中O2得电子生成H2O，电极反应式为4H＋＋O2＋4e－===2H2O，Ⅱ室中CH3COO－转化为CO2生成的H＋需要进入Ⅲ室，说明Y是阳离子交换膜。(2)题图b可知，Ⅲ室中反应后的溶液进入Ⅰ室中反应，而Ⅰ室中NO→N2，说明Ⅲ室中NH转化为了NO，该过程的离子方程式为NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋。(3)Ⅰ室中NO→N2，电极反应式为12H＋＋2NO＋10e－===N2↑＋6H2O，Ⅲ室中发生反应：4H＋＋O2＋4e－===2H2O、NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋，3.5 g N2的物质的量为＝0.125 mol，消耗0.25 mol NO，转移1.25 mol电子，故理论上需要消耗O2的物质的量为0.25 mol×2＋＝0.812 5 mol，质量为0.812 5 mol×32 g/mol＝26 g。
答案：(1)阳
(2)NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋
(3)26
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