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第27讲
原电池 化学电源
1.能举出化学能转化为电能的实例，能辨识简单原电池的构成要素，
并能分析简单原电池的工作原理。
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。
01
考点一 原电池的工作原理
02
考点二 化学电源
03
教考衔接4 锂离子电池模型及应用
04
经典真题·明考向
05
作业手册
答案速查【听】
答案速查【作】
考点一
原电池的工作原理
1.原电池及组成条件
氧化还原
2.两种原电池的工作原理（以锌铜原电池为例）
电极名称 负极 正极
电极材料 ____片 ____片
电极反应
锌
铜
电极名称 负极 正极
电极质量 变化 ______ ______
反应类型 ______反应 ______反应
电子流向 由____极沿导线流向____极 盐桥中离 子移向 减小
增大
氧化
还原
负
正
正
负
续表
电极名称 负极 正极
装置差异 比较 电能
续表
［微点拨］ 盐桥的组成和作用
（1）盐桥中装有含饱和（或 ）溶液的琼脂。
（2）原电池装置中盐桥连接两个“半电池装置”，其中盐桥的作用有三种：
①连接内电路，通过离子的定向移动，构成闭合回路；
②隔绝正、负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；
③维持电极区溶液的电荷平衡。
3.原电池原理的四大应用
（1）比较金属的活动性强弱
原电池中,活动性较强的金属一般作______,活动性较弱的金属
（或导电的非金属）一般作______。
负极
正极
（2）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。
（3）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。如要保护一个
铁质的输水管道不被腐蚀,可用导线将其与一块____________________
______相连,______作原电池的负极。
正极
比铁活泼的常见金属如锌块
锌块
（4）设计制作原电池装置
负极
正极
电极材料
【对点自测】
判断正误（正确的打“√”,错误的打“×”）
（1）[2024·贵州卷] 将和溶液与和 溶液组成双液原
电池，连通后铜片上有固体沉积，则原电池中作正极， 作负极
( )
×
[解析] 将和溶液与和 溶液组成双液原电池，金属活
动性：,作负极，电极反应为， 作正极，
电极反应为 ，连通后铜片上有固体沉积。
（2）[2023·湖北卷] 铜锌原电池工作时，正极和负极同时发生反应
( )
√
（3） 全国新课标卷］ 将银和溶液与铜和 溶液
组成原电池。连通后银表面有银白色金属沉积，铜电极附近溶液逐渐
变蓝，则的金属性比 强( )
√
（4）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 ( )
×
[解析] 原电池工作时，电解质溶液中的阴离子向负极移动。
（5）某原电池反应为 ，装置中的盐
桥内可以是含饱和 溶液的琼脂( )
×
[解析] 盐桥中的离子不能与电解质溶液中的离子发生反应。
题组一 原电池的组成及工作原理
1.[2024·山东实验中学模拟] 实验小组中甲同学按如图所
示装置完成实验，发现电流表指针偏转，乙同学将图中
盐桥（装有含氯化钾饱和溶液的琼脂）换成 形铜丝代
替盐桥，发现电流表指针也发生偏转，以下说法正确的
是 ( )
A.甲同学实验过程中， 溶液中阴离子总浓度不会发生改变
B.甲同学实验过程中，锌片被氧化，铜片被还原
C.乙同学将盐桥换成铜丝后，左侧烧杯仍形成原电池
D.乙同学将盐桥换成铜丝后，左侧烧杯溶液中移向 片
√
[解析] 甲同学的实验中，作负极，失去电子变成
进入溶液，则盐桥中的氯离子向负极移动以保持溶液的
电中性，硫酸锌溶液中的阴离子浓度增大，A错误；
甲同学的实验中， 被氧化，铜离子被还原为 ，B错误；
乙同学将盐桥换成铜丝后，右侧烧杯中两个电极都是，左侧烧杯中
电极是和 ，根据原电池的构成条件推测，左池为原电池，C正确；
左侧烧杯中形成原电池，阳离子移向正极，铜是正极，则溶液中
移向铜丝，D错误。
2.[2025·湖北黄冈中学调研] 某同学为研究原电池原理，设计了如图所
示的两种装置，溶液A、溶液B均为硫酸盐溶液，闭合开关、 后，
装置①和装置②中小灯泡均可以发光。
下列有关说法错误的是( )
A.断开开关 前后，装置①中负极质量均减小
B.溶液A为溶液，溶液B为 溶液
C.消耗相同质量的金属 ，装置②产生的电能比装置①更多
D.装置②的溶液A中生成，溶液B中生成
√
[解析] 闭合开关时构成原电池，电极
质量减小，断开开关 后，装置①仍然发
生置换反应， 电极表面产生铜单质，质
量减小，A正确；
若溶液A为溶液，溶液B为溶液，
闭合开关 不能构成原电池，小灯泡不能发
光，B错误；
装置②中，无法与 接触，化学能转
化成电能的效率更高，C正确；
负极锌失去电子生成锌离子，正极铜离子
得电子生成铜单质，盐桥中向负极移动，
向正极移动，故装置②的溶液A中生成
，溶液B中生成 ，D正确。
【规律小结】
判断原电池正、负极的五种方法
（1）在原电池中,把发生氧化反应的电极称为负极,把发生还原反应的
电极称为正极。
（2）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”的思维定式。
题组二 原电池原理的应用
3.[2025·辽宁锦州五校联考] 有、、、 四个金属电极，有关的实验
装置及部分实验现象如下：
实验装置 ________________________ ______________________ ___________________ ___________________
部分实验 现象
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A. B. C. D.
[解析] 把四个实验从左到右分别编号为①②③④，则由实验①可知，
作原电池负极，作原电池正极，金属活动性： ；
由实验②可知，极有气泡产生，极无变化，则金属活动性： ；
由实验③可知，极溶解，则作原电池负极，作正极，金属活动性：
；
由实验④可知，电流从极流向极，则极为原电池负极， 极为原电池
正极，金属活动性：，综上所述可知金属活动性： 。
√
4.某校化学兴趣小组进行探究性活动:将氧化还原反应
设计成带盐桥的原电池。提供的试剂:
溶液、 溶液;其他用品任选。回答下列问题:
（1）画出设计的原电池装置图,并标出电极材料、电极名称及电解质
溶液。
[答案] 如下图（答案合理即可）
[解析] 先分析氧化还原反应,找出正、负极反应,即可确定电极材料和
正、负极区的电解质溶液。
（2）发生氧化反应的电极反应式为_______________。
[解析] 发生氧化反应的电极是负极,负极上失电子变成 。
（3）反应达到平衡时,外电路导线中____（填“有”或“无”）电流通过。
无
[解析] 反应达到平衡时,无电子移动,故无电流产生。
（4）平衡后向溶液中加入少量 固体,当固体全部溶解后,则
此时该溶液中的电极变为____（填“正”或“负”）极。
负
[解析] 平衡后向溶液中加入少量 固体,平衡逆向移动,此时
失电子,该溶液中的电极变为负极。
考点二
化学电源
1.一次电池（放电后不可再充电）
________________________________________ 碱性锌锰干电 池
_______________________________ 锌银纽扣电池
续表
2.二次电池（放电后可再充电使活性物质获得再生，重复使用）
铅酸蓄电池是最常见的二次电池，其正极材料为，负极材料为 ，
电解质溶液为稀 溶液。总反应为
二次电池中,放电时电池的负极,在充电时连接外接电源的负极;放电时
电池的正极,在充电时连接外接电源的正极。
3.燃料电池
（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。
酸性 碱性
负极反 应式 _________________ _________________________
正极反 应式 ________________________ _________________________
酸性 碱性
电池总 反应式 __________________ 特点 氢氧燃料电池的电极作催化剂，燃料和氧化剂连续地由 外部供给并在电极上进行反应
续表
（2）以 为燃料气，请分别写出电解质符合下列条件的正、负极的
电极反应式和总反应式（填入表格中）。
电解质 电极反应式或总反应式 ①酸性介质 正极 ________________________
负极 ____________________________
总反应 __________________
②碱性介质 正极 _________________________
负极 ________________________________
电解质 电极反应式或总反应式 ②碱性介质 总反应 _________________________________
正极 _________________
负极 ______________________
总反应 __________________
续表
电解质 电极反应式或总反应式 正极 _________________________
负极 ________________________
总反应 __________________
续表
【对点自测】
判断正误（正确的打“√”,错误的打“×”）
（1）[2024·湖南卷] 锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌，充电时锂
离子从正极脱嵌( )
√
（2）[2023·湖南卷] 碱性锌锰电池的正极反应：
( )
√
（3）[2023·湖南卷] 铅酸蓄电池充电时的阳极反应:
( )
×
[解析] 铅酸蓄电池在充电时阳极失电子，其电极反应式为
。
（4）铅酸蓄电池放电时的正极反应： ( )
×
[解析] 铅酸蓄电池放电时，二氧化铅为正极，酸性条件下，在硫酸根
离子作用下二氧化铅得到电子发生还原反应生成硫酸铅和水，正极电
极反应式为 。
（5）[2022·天津卷] 我国实现了高性能纤维锂离子电池的规模化制备，
锂离子电池放电时将化学能转化为电能( )
√
题组一 一次电池
1.[2024·江苏卷] 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.环境温度过低，不利于电池放电
D.反应中每生成 ，转移电子数为
√
[解析] 为负极，电极反应式为 ，
为正极，电极反应式为 。
电池工作时， 为正极，得到电子，发生还原反应，故A错误；
电池工作时， 通过隔膜向负极移动，故B错误；
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；
由电极反应式
可知，反应中每生成，转移电子数为
，故D错误。
2.[2023·海南卷] 利用金属 、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图
所示。下列说法正确的是( )
A. 电极为电池正极
B.电池工作时，海水中的向 电极移动
C.电池工作时，紧邻 电极区域的海水呈强碱性
D.每消耗，电池最多向外提供 电子
的电量
√
[解析] 铝为活泼金属，发生氧化反应，为负极，
则石墨为正极， 电极为电池正极，A正确；
电池工作时，阳离子向正极移动，故海水中的
向电极移动，B错误；
电池工作时， 电极反应为铝失去电子生成铝离子： ，
铝离子水解使溶液显酸性，C错误；
消耗（为），电池最多向外提供
电子的电量，D错误。
【方法技巧】
化学电源中电极反应式的书写方法
（1）拆分法
①写出原电池的总反应，如。
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，正极：
；负极：。
（2）加减法
①写出总反应，如 。
②写出其中容易写出的一个半反应（正极或负极）。
如 （负极）。
③利用总反应与上述的一极反应式相减（保证消去 ），得到另一个
电极的反应式，即 （正极）。
题组二 新型可充电电池
3.[2024·全国甲卷] 科学家使用研制了一种 可充电电
池（如图所示）。电池工作一段时间后，电极上检测到 和
少量 。下列叙述正确的是( )
A.充电时， 向阳极方向迁移
B.充电时，会发生反应
C.放电时，正极反应有
D.放电时，电极质量减少， 电极
生成了
√
[解析] 具有比较强的还原性， 具有比较强的氧化性，自发的
氧化还原反应发生在与之间，所以电极为正极、 电极
为负极，则充电时电极为阳极、 电极为阴极。充电时该装置
为电解池，电解池中阳离子向阴极迁移，即 向阴极方向迁移，A
不正确；
放电时，负极的电极反应为 ，则充电时阴极反应为
，即充电时 元素化合价应降低，而选项中元素
化合价升高，B不正确；
放电时 电极为正极，正极上检测到和少量 ，则
正极上主要发生的电极反应为，
C正确；
放电时， 电极质量减少（物质的量为），电路中转
移 电子，由正极的主要反应
可知，若正极上只有生成，
则生成的物质的量为 ，但是正极上还有生成，
因此，的物质的量小于 ，D不正确。
4.[2024·安徽卷] 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 （局部结构如标注框内所示）形成的稳定超
分子材料和为电极，以和 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
C.充电时，阴极被还原的主要来自
D.放电时，消耗，理论上转移 电子
√
[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 ，则充电时，该电极为阴极，
电极反应式为 ；
正极上发生 ，则充电时，该电极为阳极，电极反应式
为 。
标注框内所示结构属于配合物，配位体中存在多种共价键，还有由
提供孤电子对、 提供空轨道形成的配位键，A正确；
由以上分析可知，该电池总反应为 ，B正确；
充电时，阴极的电极反应式为，被还原的 主要
来自电解质溶液，C错误；
放电时，负极的电极反应式为
，因此消耗
（物质的量为 ），理论上转移 电子，D正确。
【归纳总结】
新型可充电电池原理分析思路
题组三 燃料电池
5.[2025·湖南湘西州联考] 微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的
装置。已知某种甲醇微生物燃料电池中，电解质溶液呈酸性，装置示意图如图所示。下
列说法正确的是 ( )
A.该电池中外电路电子的流动方向为从B到A
B.A极的反应：
C.电池工作一段时间后，正、负极消耗或产生气体的物质的量相同
D.工作结束后，B极室溶液的 与工作前相同
√
[解析] 燃料电池中，充入燃料一极为负极，充入氧气一极为正极，外
电路中，电子从负极A流向正极B，A错误；
该燃料电池中，甲醇失电子发生氧化反应，负极的电极反应式为
，正极反应式为
，电池工作一段
时间后，转移相同物质的量的电子，产生
的和消耗的 物质的量不同，B正确，
C错误；
负极产生的氢离子移向正极和氧气反应，B极室溶液中氢离子的物质的
量不变，但是B极有水生成，氢离子的物质的量浓度会减小， 变大，
D错误。
6.[2025·湖南长郡中学检测] 我国科学家在研究 燃料电池方面
有重大进展，装置如图所示，两电极区间用离子交换膜隔开。下列说
法正确的是( )
A.正极电极反应式为
B.隔膜为阳离子交换膜，储液池中需补充的物质A为
C.放电时，转化为时，消耗 氧气
D.当电路中转移电子时，理论上生成
√
[解析] 由图可知，发生氧化反应生成， 发生还原反
应生成 ，则左侧电极是负极，电极反应为
，A错误；
左侧通入 、溶液，右侧生成， 要透过隔膜向右侧
迁移，故隔膜为阳离子交换膜，右侧储液池中发生反应：
，
反应中消耗并得到 ，因此
储液池中需补充的物质A为 ，
B错误；
题目中未指明消耗氧气是否处于标准状况，不能计算，C错误；
电路中转移 电子时，生成，其质量为
，D正确。
【归纳总结】
分析燃料电池类题的思维模型
教考衔接4
锂离子电池模型及应用
人教·选择性必修1· 第四章第一节
一种锂离子电池，其负极材料为嵌锂石墨，正极材料为
（钴酸锂），电解质溶液为 （六氟磷酸锂）的碳酸酯溶液
（无水）。该电池放电时的反应原理可表示如下：
负极：
正极：
总反应可表示为
放电时，锂离子由石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中；充电时，
锂离子从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。
（1）根据图示中充、放电时 的移动方向，判断电池的电极名称。
（2） 只起到导电载体的作用，碳元素不参与电极反应。
（3）放电时负极反应与充电时阴极反应互逆，放电时正极反应与充
电时阳极反应互逆。
应用1 基于电极反应进行分析
1.[江苏卷] 锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池，该电池具有
能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的电极反应为
负极反应： 表示锂原子嵌入石墨形
成的复合材料
正极反应： 表示含锂的过渡
金属氧化物
下列说法正确的是( )
A.锂离子电池充电时，电池反应为
B.电池反应中，锂、锌、银、铅各失去 电子，
金属锂所消耗的质量最大
C.锂离子电池放电时，电池内部 向负极移动
D.锂离子电池充电时，阴极反应为
√
[解析] 将正、负极反应式相加可得，放电时电池总反应为
，推测充电时电池反应为
，A错误；
四种金属中锂的摩尔质量最小，比能量最大，
故失去 电子，金属锂消耗的质量最小，
B错误；
锂离子电池放电时，电池内部 向正极移动，C错误；
锂离子电池充电时，阴极反应与放电时
负极反应互逆，故阴极反应为
，D正确。
①根据正极反应、负极反应 放电时电池总反应；
②放电时负极反应与充电时阴极反应互逆，放电时正极反应与充电时
阳极反应互逆。
应用2 基于电池总反应进行分析
2.[广东卷] 电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可
用于电动汽车。电池反应为 ，电池的正极材料
是，负极材料是石墨，含 导体固体为电解质。下列有关
电池的说法正确的是( )
A.可加入硫酸以提高电解质的导电性
B.放电时电池内部 向负极移动
C.充电过程中，电池正极材料的质量增加
D.放电时，电池正极反应为
√
[解析] 负极是石墨，锂与硫酸反应生成和 ，故不能加入
硫酸，A错误；
放电时，该电池为原电池，阳离子向正极移动，故电池内部 向正极
移动，B错误；
充电过程中，电池正极材料作电解池的阳极，发生氧化反应：
， 向阴极迁移，故电池正极材料的质
量减小，C错误；
放电时，电池的正极上被还原生成，电极反应为
，D正确。
①电池反应为负极上 发生氧化反应，正
极上 发生还原反应；
②充电时，电池正极接外加电源的正极，作电解池的阳极 阳极反应。
经典真题·明考向
1.[2023·广东卷] 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. 作原电池正极
B.电子由经活性炭流向
C. 表面发生的电极反应：
D.每消耗标准状况下的 ，最多去除
√
[解析] 失去电子发生氧化反应，作原电池负极，A错误；
电子由负极经活性炭流向正极，B正确；
溶液呈酸性，故 表面发生的电极反应为，
C错误；
每消耗标准状况下 的，转移电子，依据负极反应
，可知最多去除 ，D错误。
2.[2024·河北卷] 我国科技工作者设计了如图所示的可充电 电
池，以为电解质，电解液中加入1，丙二胺 以捕获
，使放电时还原产物为。该设计克服了 导电性
差和释放能力差的障碍，同时改善了 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
B.充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C.充电时，电子由电极流向阳极， 向阴极迁移
D.放电时，每转移电子，理论上可转化
√
[解析] 放电时转化为，碳元素由价降低为 价，发生
还原反应，所以放电时，多孔碳纳米管电极为正极、 电极为负极，
则充电时多孔碳纳米管电极为阳极、 电极为阴极。
电极 过程 电极反应式
放电
充电
多孔碳纳米 管电极 放电
充电
根据以上分析，放电时正极反应式为 、
负极反应式为 ，将放电时正、负电极反应式相加，
可得放电时电池总反应： ，故A正确；
充电时，多孔碳纳米管是阳极，与电源正极连接，故B正确；
充电时， 电极为阴极，电子从电源负极经外电路流向电极，同时
向阴极迁移，故C错误；
根据放电时的总反应可知，每转移 电子，有参与反应，
因此每转移电子，理论上可转化 ，故D正确。
3.[2024· 全国新课标卷] 一种可植入体内的微型电池工作原理如图所
示，通过 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
B.电极上通过（Ⅱ ）和 （Ⅰ ）相互转变起催化作用
C.消耗葡萄糖，理论上电极有 电子流入
D.两电极间血液中的在电场驱动下的迁移方向为
√
[解析] 由题中信息可知，葡萄糖与反应生成 与葡萄糖酸，
在电极上失电子又生成，则电极为负极；在 电极上得
电子转化为，则 电极为正极，电池总反应为
，A正确；
在负极区葡萄糖被 氧化为葡萄糖酸，
被还原为，在电极上失
电子转化为 ，因此，通过
（Ⅱ）和 （Ⅰ）相互转变起催化作用，
B正确；
根据总反应可知，参加反应时转移 电子，
的物质的量为，则消耗 葡萄糖时，理论
上电极有 电子流入，C错误；
原电池中阳离子从负极移向正极，故迁移方向为 ，D正确。
4.[2023·辽宁卷] 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：
√
[解析] 该储能电池放电时， 为负极，失电子结合硫酸根离子生成
，则多孔碳电极为正极，正极上得电子转化为， 由
左侧通过质子交换膜进入右侧；
充电时，多孔碳电极为阳极， 失电子生成，电极为阴
极，得电子生成和， 由右侧通过质子交换膜进入左侧。
放电时负极上 失电子结合硫酸根离子生成 附着在负极上，负
极质量增大，A错误；
储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；
放电时，右侧多孔碳电极为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，
左侧的 通过质子交换膜移向右侧，C错误；
充电时，总反应为 ，D错误。
1.[2025·广东东莞中学等六校联考] 1800年意
大利科学家伏打发明了世界上第一个发电
器——伏打电堆，开创了电学发展的新时代。
下列说法不正确的是( )
A.放电过程中，电流从极经过导线流向 极
B.电池单元组越多电压越大
C.食盐水中发生电极反应：
D.放电过程中，从片移向 片
√
[解析] 由于比活泼，则该电池中 作负极，发生反应：
，铜作正极，电解液是食盐水，则正极反应为
，食盐水中 未参与电极反应，C错误。
2.[2022·浙江卷] 计是一种采用原电池原
理测量溶液 的仪器。如图所示,以玻璃电
极（在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的
溶液，并插入 电极）和另一
电极插入待测溶液中组成电池,
与电池的电动势存在关系: 。
下列说法正确的是( )
A.如果玻璃薄膜球内电极的电势低,则该电极反应式为
B.玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化
C.分别测定含已知 的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出
未知溶液的
D. 计工作时，电能转化为化学能
√
[解析] 如果玻璃薄膜球内电极电势低，则该电极为负极，电极反应式
为，A项错误；
玻璃膜内外 浓度存在差异，则会引起电极电势的变化，B项错误；
根据 ，测量时以标准溶液标定计，然后测量待测液的
，C项正确；
计工作原理为原电池原理，故为
化学能转化为电能，D项错误。
3.[2024·辽宁辽阳二模] 研究表明 纳米片在酸性条件下具有本征差
的析氢活性，展现出快速选择性地将硝酸根离子还原为氨的催化性能。
下列有关装置放电过程（如图所示）的叙述错误的是( )
A.电子由极经用电器流向 极
B.极为负极， 极发生还原反应
C. 极上的电极反应式为
D.极质量减少时，双极膜中有 向
极区迁移（ 的相对原子质量为65）
√
[解析] 放电时，电子由负极（极）经用电器
流向正极（ 极），A正确；
极为负极，极为正极，极上发生还原
反应，B正确；
极上硝酸根离子发生还原反应转化成 ，电极反应式为
，C正确；
极电极反应式为，极减少的物质的量为
，电路中通过电子的物质的量为，双极膜中有
向 极区迁移，有向 极区迁移，D错误。
4.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， 极为正极
B.放电时，左侧贮液器中 的浓度不断减小
C.充电时，极的电极反应式为
D.隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
√
[解析] 由图可知，放电时 极作正极，电极反应式为
，A正确；
放电时， 极作负极，电极反应式为，锌离子的浓度
增大， 的浓度增大，B错误；
充电时极作阴极，电极反应式为 ，C正确；
由电池工作原理图可知，隔膜允许阳离子
通过，也允许阴离子通过，D正确。
5. 循环在氢能的储存、
释放、燃料电池等方面具有重要应
用。研究 燃料电池性能的
装置如图所示，两电极区间用允许
、 通过的半透膜隔开。
（1）电池负极的电极反应式为_________________________________
___；放电过程中需补充的物质A为_______（填化学式）。
[解析] 该装置为原电池，负极失去电子，中的C元素为 价，
转化为中的C元素为 价，C元素化合价升高失去电子，则
转化为 ，转移，电解质为 ，故
用平衡电荷。正极处为得电子生成，又被 氧化生
成，此反应为酸性条件，若为碱性条件，
则生成 ，据装置中右侧流出，
从负极区经半透膜移向正极区，则物质A
应为，发生反应：
。
（2）如图所示的燃料电池放电的本质是通过与 的反
应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为________________
__________________________________________________。
或
[解析] 被氧化生成 ，根据C、 得失电子守恒配平反
应，用 平衡电荷。
Exercise
作业手册
考点一 原电池原理及应用
1.[2025·吉林长春五校联考] 某同学设计了如图所示的原电池。闭合电
键 ，下列有关说法错误的是( )
A.铁钉为原电池的负极
B.铜丝表面有气泡产生
C.电子的移动方向：铁钉 电解质溶液
铜丝
D.若将食醋换成乙醇，无法观察到灵敏电
流计指针偏转
√
[解析] 铁活泼性比铜强，铁与醋酸反应失电子，则铁钉为负极，A正
确；
铜丝为正极，电极反应式为 ，
现象是表面有气泡产生，B正确；
电子不能在溶液中迁移，C错误；
若将食醋换成乙醇，乙醇与铁、铜都不反应，
无法观察到灵敏电流计指针偏转，D正确。
2.[2024·辽宁沈阳六校联考] 在如图所示装置中，观察到图甲装置铜电
极上产生大量无色气泡，而图乙装置中铜电极上无气泡产生，铬电极
上产生大量有色气泡。下列叙述不正确的是( )
甲
乙
A.图甲装置中电极上电极反应式是
B.图乙装置中电极上电极反应式为
C.图乙装置中电极上电极反应式为
D.两个装置中，电子均由电极经导线流向 电极
√
甲
乙
[解析] 图甲为原电池装置，铜为
正极，氢离子得电子生成氢气，
电极反应式是 ，
A正确；
图乙装置中铜电极上无气泡产生，铬电极上产生大量有色气体，说明
铜电极为负极，铬电极为正极，负极反应式为 ，正
极上应是硝酸被还原生成二氧化氮气体，电极反应式为
，B、C正确；
甲
乙
图甲中，电子由电极经导线流向电极，图乙中电子由 电极经导
线流向 电极，D错误。
甲
乙
3.根据化学反应设计原电池（选用相同的盐桥）时，下列各项中合理
的是( )
选项 正极（金属/电解质溶液） 负极（金属/电解质溶液）
A
B
C
D
√
[解析] 原电池中，负极金属的活动性一般强于正极金属，比 活泼，
形成原电池时 作负极，A、C均错误；
使用盐桥，形成双液原电池时，为得到稳定电流，正极、负极半电池
中电解质溶液一般是电极金属材料形成的盐溶液，D错误，B正确。
4.[2024·湖南益阳三模] 为探究 与
溶液能否发生氧化还原反应，设计了如
图所示装置，闭合 一段时间后，观察到
电极表面有银白色物质析出。下列说法
正确的是( )
A. 电极为阴极
B.右侧烧杯中 经盐桥移向左侧烧杯
C.闭合后右侧烧杯中溶液 不断升高
D.若将电极换成 ，实验现象不变
√
[解析] 根据题目信息和装置可知，该装置为原电池，闭合 一段时间
后，观察到电极表面有银白色物质析出，则 电极是正极，生成银单
质， 电极是负极，A错误；
原电池电解质溶液中阴离子向负极移动，
盐桥中的硝酸根离子向左侧烧杯移动，
钾离子向右侧烧杯中移动，右侧烧杯中
浓度基本不变，B错误；
闭合 后右侧烧杯中银离子得电子生成银单质，银离子浓度下降，溶
液会升高，C正确；
电极发生，左侧烧杯会显蓝色，若将电极换成，
电极是负极， ，
左侧烧杯中会产生黄色沉淀，溶液不
变蓝，实验现象改变，D错误。
考点二 一次电池
5. 电池可用于治疗某些心律失常所致的心脏起搏器的驱动。
该电池的工作原理示意图如图所示：
下列说法错误的是( )
A.负极材料为 ，发生氧化反应
B.正极反应式为
C. 有助于电池内部的导电
D.电池工作时向 电极移动
√
[解析] 负极材料为 ，锂失电子发生氧化反应，故A正确；
正极发生还原反应，根据图示，正极反应式为
，故B错误；
为电解质，有助于电池内部的导电，故C正确；
电池工作时，阴离子向负极移动，向 电极移动，故D正确。
6.[2025·广东名校联盟联考] 一种可完全生物降
解的 原电池结构如图所示。电池使用过
A. 作原电池的负极
B.电子由经电解质流向
C.表面发生的电极反应：
D.电路中转移电子时，理论上消耗
程中在表面形成一层 薄膜，下列说法正确的是( )
√
[解析] 电池使用过程中在表面形成一层薄膜， 是负极，失去
电子发生氧化反应，电极反应式为 ，
为正极，A错误，C正确；
电子从负极经外电路流向正极，电子不会进入电解质，B错误；
为 ，则理论上转移的电子为 ，D错误。
7.[2024·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（如图）。下列说法正确的是
( )
A.电极反应为
B.电极反应为
C.放电过程中， 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不变，无需补加
√
[解析] 由原电池中电子移动方向可知，电极为负极， 电极
为正极。
由分析可知，电极为负极，失去电子生成 和 ，根
据得失电子守恒和电荷守恒配平电极反应式为
，A错误；
由分析可知，电极为正极，得到电子
生成 ，根据得失电子守恒和电荷守恒配平
电极反应式为
，B正确；
质子交换膜只允许 通过，C错误；
由正、负极反应式可知，总反应为
，
处理废水过程中消耗，溶液减小，需补加 ，D错误。
考点三 燃料电池
8.[2024·湖南长郡中学模拟] 燃料电池是燃料（如、、 、
等）跟氧气（或空气）起反应将化学能转变为电能的装置，若电
解质溶液是强碱溶液，下列关于乙烷 燃料电池的说法正确的是
( )
A.该电池工作时，正极附近溶液的碱性增强
B.负极反应式：
C.通入完全反应后，有 电子发生转移
D.燃料电池的优点之一是点燃时化学能大部分转化为电能而不是热能
和光能
√
[解析] 电池工作时，通入氧气的一极为正极，氧气在正极上得到电子
发生还原反应生成氢氧根离子，正极附近 增大，溶液碱性增强，
A正确；
通入乙烷的电极为负极，碱性条件下，乙烷在负极失去电子发生氧化
反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为
，B错误；
未指明气体是否处于标准状况下，无法计算 完全反应后转移电
子的物质的量，C错误；
乙烷燃料电池工作时，不需要点燃乙烷，D错误。
9.[2024·广东佛山南海区调研] 一种熔融碳酸盐燃料电池工作原理如图
所示，下列说法正确的是( )
A.电极 为燃料电池的负极，发生还原反应
B.电极 上的电极反应式为
C.电池工作时，、往电极 移动
D.电池工作时，外电路电流的流动方向为电极
用电器 电极
√
[解析] 电极 为燃料电池的负极，一氧化碳和氢气分别在负极失去电
子发生氧化反应生成二氧化碳和水，A错误；
电极为正极，在 存在下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成
碳酸根离子，电极反应式为，B错误；
电极 为燃料电池的负极，电极为正极，则、往正极（电极）
移动，C错误；
电极 为燃料电池的负极，电极 为正极，电池工作时，外电路电流的
流动方向为正极（电极） 用电器 负极（电极 ），D正确。
10.[2024·山东聊城三模] 同时作为燃料
和氧化剂的直接过氧化氢燃料电池
的工作原理如图所示（电解过程中 溶
液中溶质的种类不变且其质量减轻）。下列
有关说法错误的是( )
A.石墨1为负极，发生氧化反应
B.石墨2的电极反应式为
C.离子交换膜1、2分别为阴、阳离子交换膜
D.当外电路中转移时，溶液的质量减轻
√
[解析] 由电子移动方向可知，石墨1为负极，发生氧化反应，A正确；
石墨2为正极，发生还原反应，过氧化氢得到电子生成水：
，B正确；
因 溶液的质量减轻，其中阳离子移向正极，阴离子移向负极，
离子交换膜1、2分别为阴、阳离子交换膜，C正确；
当电路中转移时，有
移向负极，有移向正极，溶
液的质量减轻 ，D错误。
考点四 二次电池
11.[2025·河北师大附中检测] “大气固碳”的锂
电池装置（如图所示）原理为
。设 为阿伏伽
德罗常数的值，下列说法错误的是( )
A.充电时，电极A接电源的负极
B.聚合物电解质膜只允许锂离子通过
C.放电时，若转移个电子，右室质量增加
D.放电时，若 气体参加反应，则电路中转移电子的数目为
√
[解析] 由原理和图知，放电时电极A为负极，电极反应式为
，电极B为正极，电极反应式为
。
放电时，电极A为负极，充电时，电极A接电源的负极，A正确；
锂离子在负极生成，在正极参与反应，故聚
合物电解质膜只允许锂离子通过，B正确；
放电时，若电路中转移个电子，右室质量
增加为 ，C错误；
由可知，若 气体参加反
应，则电路中转移电子的数目为 ，D正确。
12.[2024·江西景德镇三模] 由于钠资源储量丰富，便于开采，价格便
宜，钠离子电池有望成为下一代大规模储能电池。我国化学家最近研
制的一种钠离子电池如图所示。下列说法正确的是( )
A.膜是阴离子交换膜
B.充电时 向石墨电极移动
C.放电时正极的电极反应：
D.有机溶剂可选择乙醇
√
[解析] 由图知，金属钠为负极，电极反应式为
，和
掺杂石墨极为正极，电极反应式为
。
通过膜由负极进入正极，膜是阳离子交换膜，A错误；
充电时， 向金属钠电极（阴极）移动，B错误；
放电时正极的电极反应：
，C正确；
乙醇能与钠反应，故有机溶剂不能选择乙醇，D错误。
13.[2024·广东深圳外国语学校模拟] 2024年，吉林大学科学团队采用
等离子体 纳米粒子（可吸收可见光，产生电子）修饰的缺陷氮化碳
光电正极，建立了一种新型双功能辅助 电池
系统，总反应为 ，结构示意图和光电正极的工作原
理如图所示，下列说法正确的是( )
A.可以捕获光生电子用于氧化
B.放电时，电流由电极沿导线流向
电极
C.产生电荷量时，生成 的质
量与消耗的质量比为
D.用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗
时，铅酸蓄电池消耗 水
√
[解析] 由电子移动方向可知， 电极为原电池的负极，锂失去电子发
生氧化反应生成锂离子，电极反应式为， 电极为正极，
锂离子作用下氮气在催化剂表面得到电子发生还原反应生成氮化锂，
电极反应式为。
由分析可知， 电极为正极，锂离子作
用下氮气在催化剂表面得到电子发生
还原反应生成氮化锂，故A错误；
由分析可知，电极为原电池的负极， 电极为正极，则放电时，电流
由电极沿导线流向电极，故B错误；
由分析可知， 电极为正极，锂离子作用下氮气在催化剂表面得到电子
发生还原反应生成 氮化锂，电极反应式为 ，
由电极反应式可知，生成氮化锂和消耗氮气的质量比为 ，
故C正确；
铅酸蓄电池充电时的总反应为 ，
反应消耗时，转移 电子，则由得失电子数目守恒可知，
充电消耗 锂时，铅酸蓄电池消耗水的质量为
，故D错误。
14.[2024·黑龙江齐齐哈尔三模] 一种以钒基
氧化物 为正极材料的水系锌离子电池
的工作原理如图所示。下列说法正确的是
( )
A.放电过程中，向 极一侧移动
B.放电时，极电势高于 极电势
C.充电时， 极与外接直流电源负极相连
D.充电时，阳极发生的电极反应可能为
√
[解析] 放电时为负极，电极反应为 ，钒基氧化物
为正极；充电时 为阴极，钒基氧化物为阳极。放电时，钒基氧化物
为正极，极为负极，负极失去电子生成 进入溶液，
放电过程中，通过阳离子交换膜向 极一侧移动，A项错误；
放电时，正极电势高于负极电势，故放电时，极电势高于 极
电势，B项错误；
充电时， 极作阳极，与外接直流电源正极相连，C项错误；
充电时，阳极失电子生成和 ，发生的电极反应可能
为 ，D项正确。
15.[2024·辽宁丹东二模] 薄膜锂离子电池是目前研究最广泛的
全固态薄膜锂离子电池。其工作示意图如图所示， 薄膜只允许
通过，非晶硅薄膜中嵌入形成 ，电池反应为
。下列有关说法正确的是( )
A.导电介质为含 的盐溶液
B.放电时，当电路通过电子时，极薄膜质量增加
C.充电时，阳极发生反应为
D. 薄膜在充放电过程中参与了电极反应，质量发生变化
√
[解析] 锂为活泼金属，会和溶液中水反应，故不能为含 的盐溶液，
A错误；
放电时，电极 为正极，电极反应式为
，当电路通过电子时， 极
薄膜质量增加，B正确；
充电时，电极 为阳极，电极反应式为
，C错误；
薄膜在充放电过程中作为隔膜传输 ，并未参与电极反应，故
其质量不发生变化，D错误。
16.[2024·河北沧州一模] 我国科学家研发了一种可逆电池装置，充电
时该装置可吸收 合成甲酸，其具体工作原理如图所示。已知将阴
离子、阳离子复合组成双极膜，双极膜中间层中的解离为 和
，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法错误的是
( )
A.膜是阴离子膜， 膜是阳离子膜
B.充电时，电极上发生的电极反应为
C.放电时，电子由流向 极
D.充电时，外电路中每通过 电子，理论上复合膜层间有
解离
√
[解析] 由题干信息可知，充电时该装置可吸收合成甲酸，即 极
将转化为，发生还原反应，则 极为阴极，电极反应为
，此时 极为阳极，发生氧化反应，电极
反应为，电源 电极连接直流电源的
正极，连接直流电源的负极。
充电时，阳离子移向阴极区，即 膜为阳离
子交换膜，膜为阴离子交换膜，A正确；
充电时， 电极上的电极反应式为
，B正确；
放电时， 为负极，为正极，故电子由流向再由流向 极,C正确；
复合膜中，由于电子所带电荷数与或 所带电
荷数相等，则外电路中每通过电子，通过膜的或膜的
物质的量均为，即充电时，外电路中每通过 电子，复合膜
层间有 解离，D错误。
快速核答案
第27讲 原电池 化学电源
考点一 原电池的工作原理
夯实必备知识
1.氧化还原
2.锌 铜 减小 增大 氧化 还原 负 正 正 负 电能
3.（1）负极 正极 （3）正极 比铁活泼的常见金属如锌块 锌块
（4）负极 正极 电极材料
【对点自测】
（1）× （2）√ （3）√ （4）× （5）×
提升关键能力
题组一 原电池的组成及工作原理
1.C 2.B
题组二 原电池原理的应用
3.C
4.（1）如下图（答案合理即可）
. .
. .（2） （3）无 （4）负
考点二 化学电源
夯实必备知识
1.
2.
3.（1）
（2）
【对点自测】
（1）√ （2）√ （3）× （4）× （5）√
提升关键能力
题组一 一次电池
1.C 2.A
题组二 新型可充电电池
3.C 4.C
题组三 燃料电池
5.B 6.D
教考衔接4 锂离子电池模型及应用
教材模型
链接高考
应用1 基于电极反应进行分析
1.D
应用2 基于电池总反应进行分析
2.D
经典真题·明考向
1.B 2.C 3.C 4.B
教师备用习题
1.C 2.C 3.D 4.B
5.（1）
（2）或
作业手册
考点一 原电池原理及应用
1.C 2.D 3.B 4.C
考点二 一次电池
5.B 6.C 7.B
考点三 燃料电池
8.A 9.D 10.D
考点四 二次电池
11.C 12.C 13.C 14.D 15.B 16.D第27讲 原电池 化学电源
考点一
● 夯实必备知识
1.氧化还原
2.锌 铜 减小 增大 氧化 还原 负 正 正 负 电能
3.(1)负极 正极
(3)正极 比铁活泼的常见金属如锌块 锌块
(4)负极 正极 电极材料
【对点自测】
(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)×
[解析] (1)将Zn和ZnSO4溶液与Cu和CuSO4溶液组成双液原电池,金属活动性:Zn>Cu,Zn作负极,电极反应为Zn-2e-Zn2+,Cu作正极,电极反应为Cu2++2e-Cu,连通后铜片上有固体沉积。
(4)原电池工作时,电解质溶液中的阴离子向负极移动。
(5)盐桥中的离子不能与电解质溶液中的离子发生反应。
● 提升关键能力
题组一
1.C [解析] 甲同学的实验中,Zn作负极,失去电子变成Zn2+进入溶液,则盐桥中的氯离子向负极移动以保持溶液的电中性,硫酸锌溶液中的阴离子浓度增大,A错误;甲同学的实验中,Zn被氧化,铜离子被还原为Cu,B错误;乙同学将盐桥换成铜丝后,右侧烧杯中两个电极都是Cu,左侧烧杯中电极是Zn和Cu,根据原电池的构成条件推测,左池为原电池,C正确;左侧烧杯中形成原电池,阳离子移向正极,铜是正极,则ZnSO4溶液中Zn2+移向铜丝,D错误。
2.B [解析] 闭合开关K1时构成原电池,Zn电极质量减小,断开开关K1后,装置①仍然发生置换反应,Zn电极表面产生铜单质,质量减小,A正确;若溶液A为CuSO4溶液,溶液B为ZnSO4溶液,闭合开关K2不能构成原电池,小灯泡不能发光,B错误;装置②中,Zn无法与Cu2+接触,化学能转化成电能的效率更高,C正确;负极锌失去电子生成锌离子,正极铜离子得电子生成铜单质,盐桥中Cl-向负极移动,K+向正极移动,故装置②的溶液A中生成ZnCl2,溶液B中生成K2SO4,D正确。
题组二
3.C [解析] 把四个实验从左到右分别编号为①②③④,则由实验①可知,a作原电池负极,b作原电池正极,金属活动性:a>b;由实验②可知,b极有气泡产生,c极无变化,则金属活动性:b>c;由实验③可知,d极溶解,则d作原电池负极,c作正极,金属活动性:d>c;由实验④可知,电流从a极流向d极,则d极为原电池负极,a极为原电池正极,金属活动性:d>a,综上所述可知金属活动性:d>a>b>c。
4.(1)如下图(答案合理即可)
(2)2I--2e-I2
(3)无 (4)负
[解析] (1)先分析氧化还原反应,找出正、负极反应,即可确定电极材料和正、负极区的电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极是负极,负极上I-失电子变成I2。(3)反应达到平衡时,无电子移动,故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,平衡逆向移动,此时Fe2+失电子,该溶液中的电极变为负极。
考点二
● 夯实必备知识
1.Zn+2OH--2e-Zn(OH)2 MnO2+H2O+e-MnOOH+OH- Zn+2OH--2e-ZnO+H2O
Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-
2.①Pb-2e-+SPbSO4
②PbSO4+2e-Pb+S
③PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O
④PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++S
3.(1)H2-2e-2H+ H2+2OH--2e-2H2O
O2+4H++4e-2H2O O2+2H2O+4e-4OH-
2H2+O22H2O
(2)①O2+4e-+4H+2H2O CO-2e-+H2OCO2+2H+ 2CO+O22CO2
②O2+4e-+2H2O4OH- CO-2e-+4OH-C+2H2O 2CO+O2+4OH-2C+2H2O
③O2+4e-2O2- CO-2e-+O2-CO2 2CO+O22CO2
④O2+4e-+2CO22C CO-2e-+C2CO2 2CO+O22CO2
【对点自测】
(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)√
[解析] (3)铅酸蓄电池在充电时阳极失电子,其电极反应式为PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++S。
(4)铅酸蓄电池放电时,二氧化铅为正极,酸性条件下,在硫酸根离子作用下二氧化铅得到电子发生还原反应生成硫酸铅和水,正极电极反应式为PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O。
● 提升关键能力
题组一
1.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-+H2OMnOOH+OH-。电池工作时,MnO2为正极,得到电子,发生还原反应,故A错误;电池工作时,OH-通过隔膜向负极移动,故B错误;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;由电极反应式MnO2+e-+H2OMnOOH+OH-可知,反应中每生成1 mol MnOOH,转移电子数为6.02×1023,故D错误。
2.A [解析] 铝为活泼金属,发生氧化反应,为负极,则石墨为正极,b电极为电池正极,A正确;电池工作时,阳离子向正极移动,故海水中的Na+向b电极移动,B错误;电池工作时,a电极反应为铝失去电子生成铝离子:Al-3e-Al3+,铝离子水解使溶液显酸性,C错误;消耗1 kg Al(为 mol),电池最多向外提供 mol×3≈111 mol电子的电量,D错误。
题组二
3.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。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;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;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为MnO2+H2O+e-MnOOH+OH-,C正确;放电时,Zn电极质量减少0.65 g(物质的量为0.010 mol),电路中转移0.020 mol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0.020 mol,但是正极上还有ZnMn2O4生成,因此,MnOOH的物质的量小于0.020 mol,D不正确。
4.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+2e-3I-,则充电时,该电极为阳极,电极反应式为3I--2e-。标注框内所示结构属于配合物,配位体中存在多种共价键,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;由以上分析可知,该电池总反应为+ZnZn2++3I-,B正确;充电时,阴极的电极反应式为Zn2++2e-Zn,被还原的Zn2+主要来自电解质溶液,C错误;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0.01 mol),理论上转移0.02 mol电子,D正确。
题组三
5.B [解析] 燃料电池中,充入燃料一极为负极,充入氧气一极为正极,外电路中,电子从负极A流向正极B,A错误;该燃料电池中,甲醇失电子发生氧化反应,负极的电极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+,正极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,电池工作一段时间后,转移相同物质的量的电子,产生的CO2和消耗的O2物质的量不同,B正确,C错误;负极产生的氢离子移向正极和氧气反应,B极室溶液中氢离子的物质的量不变,但是B极有水生成,氢离子的物质的量浓度会减小,pH变大,D错误。
6.D [解析] 由图可知,HCOO-发生氧化反应生成HC,Fe3+发生还原反应生成Fe2+,则左侧电极是负极,电极反应为HCOO-+2OH--2e-HC+H2O,A错误;左侧通入HCOOH、KOH溶液,右侧生成K2SO4,K+要透过隔膜向右侧迁移,故隔膜为阳离子交换膜,右侧储液池中发生反应:4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O,反应中消耗H+并得到K2SO4,因此储液池中需补充的物质A为H2SO4,B错误;题目中未指明消耗11.2 L氧气是否处于标准状况,不能计算,C错误;电路中转移1 mol电子时,生成0.5 mol K2SO4,其质量为0.5 mol×174 g·mol-1=87 g,D正确。
教考衔接4
【链接高考】
1.D [解析] 将正、负极反应式相加可得,放电时电池总反应为LiC6+Li1-xMO2LiMO2+Li1-xC6,推测充电时电池反应为LiMO2+Li1-xC6LiC6+Li1-xMO2,A错误;四种金属中锂的摩尔质量最小,比能量最大, 故失去1 mol电子,金属锂消耗的质量最小,B错误;锂离子电池放电时,电池内部Li+向正极移动,C错误;锂离子电池充电时,阴极反应与放电时负极反应互逆,故阴极反应为Li1-xC6+xLi++xe-LiC6,D正确。
2.D [解析] 负极是石墨+Li,锂与硫酸反应生成Li2SO4和H2,故不能加入硫酸,A错误;放电时,该电池为原电池,阳离子向正极移动,故电池内部Li+向正极移动,B错误;充电过程中,电池正极材料作电解池的阳极,发生氧化反应:LiFePO4-e-FePO4+Li+,Li+向阴极迁移,故电池正极材料的质量减小,C错误;放电时,电池的正极上FePO4被还原生成LiFePO4,电极反应为FePO4+Li++e-LiFePO4,D正确。
经典真题·明考向
1.B [解析] Ag失去电子发生氧化反应,作原电池负极,A错误;电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt,B正确;溶液呈酸性,故Pt表面发生的电极反应为O2+4H++4e-2H2O,C错误;每消耗标准状况下11.2 L的O2,转移电子2 mol,依据负极反应Ag-e-+Cl-AgCl,可知最多去除2 mol Cl-,D错误。
2.C [解析] 放电时CO2转化为MgC2O4,碳元素由+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↑
根据以上分析,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+2CO2MgC2O4,故A正确;充电时,多孔碳纳米管是阳极,与电源正极连接,故B正确;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,故C错误;根据放电时的总反应可知,每转移2 mol电子,有2 mol CO2参与反应,因此每转移1 mol电子,理论上可转化1 mol CO2,故D正确。
3.C [解析] 由题中信息可知,葡萄糖与CuO反应生成Cu2O与葡萄糖酸,Cu2O在b电极上失电子又生成CuO,则b电极为负极;O2在a电极上得电子转化为OH-,则a电极为正极,电池总反应为2C6H12O6+O22C6H12O7,A正确;在负极区葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸,CuO被还原为Cu2O,Cu2O在b电极上失电子转化为CuO,因此,CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用,B正确;根据总反应可知,
1 mol 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;原电池中阳离子从负极移向正极,故Na+迁移方向为b→a,D正确。
4.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+,H+由左侧通过质子交换膜进入右侧;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S,H+由右侧通过质子交换膜进入左侧。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;储能过程中,该装置为电解池,将电能转化为化学能,B正确;放电时,右侧多孔碳电极为正极,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;充电时,总反应为PbSO4+2Fe2+Pb+S+2Fe3+,D错误。第27讲 原电池 化学电源
1.C [解析] 铁活泼性比铜强,铁与醋酸反应失电子,则铁钉为负极,A正确;铜丝为正极,电极反应式为2CH3COOH+2e-2CH3COO-+H2↑,现象是表面有气泡产生,B正确;电子不能在溶液中迁移,C错误;若将食醋换成乙醇,乙醇与铁、铜都不反应,无法观察到灵敏电流计指针偏转,D正确。
2.D [解析] 图甲为原电池装置,铜为正极,氢离子得电子生成氢气,电极反应式是2H++2e-H2↑,A正确;图乙装置中铜电极上无气泡产生,铬电极上产生大量有色气体,说明铜电极为负极,铬电极为正极,负极反应式为Cu-2e-Cu2+,正极上应是硝酸被还原生成二氧化氮气体,电极反应式为N+2H++e-NO2↑+H2O,B、C正确;图甲中,电子由Cr电极经导线流向Cu电极,图乙中电子由Cu电极经导线流向Cr电极,D错误。
3.B [解析] 原电池中,负极金属的活动性一般强于正极金属,Zn比Fe活泼,形成原电池时Zn作负极,A、C均错误;使用盐桥,形成双液原电池时,为得到稳定电流,正极、负极半电池中电解质溶液一般是电极金属材料形成的盐溶液,D错误,B正确。
4.C [解析] 根据题目信息和装置可知,该装置为原电池,闭合K一段时间后,观察到Y电极表面有银白色物质析出,则Y电极是正极,生成银单质,X电极是负极,A错误;原电池电解质溶液中阴离子向负极移动,盐桥中的硝酸根离子向左侧烧杯移动,钾离子向右侧烧杯中移动,右侧烧杯中N浓度基本不变,B错误;闭合K后右侧烧杯中银离子得电子生成银单质,银离子浓度下降,溶液pH会升高,C正确;X电极发生2I--2e-I2,左侧烧杯会显蓝色,若将X电极换成Ag,X电极是负极,Ag-e-+I-AgI↓,左侧烧杯中会产生黄色沉淀,溶液不变蓝,实验现象改变,D错误。
5.B [解析] 负极材料为Li,锂失电子发生氧化反应,故A正确;正极发生还原反应,根据图示,正极反应式为2SOCl2+4e-4Cl-+S↓+SO2↑,故B错误;LiAlCl4为电解质,有助于电池内部的导电,故C正确;电池工作时,阴离子向负极移动,Cl-向Li电极移动,故D正确。
6.C [解析] 电池使用过程中在Zn表面形成一层ZnO薄膜,Zn是负极,失去电子发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-+H2OZnO+2H+,Mo为正极,A错误,C正确;电子从负极经外电路流向正极,电子不会进入电解质,B错误;1.3 g Zn为0.02 mol,则理论上转移的电子为0.04 mol,D错误。
7.B [解析] 由原电池中电子移动方向可知,CuAg电极为负极,CuRu电极为正极。由分析可知,CuAg电极为负极,HCHO失去电子生成HCOO-和H2,根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极反应式为2HCHO+4OH--2e-2HCOO-+H2↑+2H2O,A错误;由分析可知,CuRu电极为正极,N得到电子生成NH3,根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极反应式为N+6H2O+8e-NH3↑+9OH-,B正确;质子交换膜只允许H+通过,C错误;由正、负极反应式可知,总反应为8HCHO+N+7OH-NH3↑+8HCOO-+4H2↑+2H2O,处理废水过程中消耗OH-,溶液pH减小,需补加 KOH,D错误。
8.A [解析] 电池工作时,通入氧气的一极为正极,氧气在正极上得到电子发生还原反应生成氢氧根离子,正极附近c(OH-)增大,溶液碱性增强,A正确;通入乙烷的电极为负极,碱性条件下,乙烷在负极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C2H6+18OH--14e-2C+12H2O,B错误;未指明气体是否处于标准状况下,无法计算5.6 L O2完全反应后转移电子的物质的量,C错误;乙烷燃料电池工作时,不需要点燃乙烷,D错误。
9.D [解析] 电极P为燃料电池的负极,一氧化碳和氢气分别在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水,A错误;电极R为正极,在CO2存在下,氧气在正极得到电子发生还原反应生成碳酸根离子,电极反应式为2CO2+O2+4e-2C,B错误;电极P为燃料电池的负极,电极R为正极,则K+、Na+往正极(电极R)移动,C错误;电极P为燃料电池的负极,电极R为正极,电池工作时,外电路电流的流动方向为正极(电极R)→用电器→负极(电极P),D正确。
10.D [解析] 由电子移动方向可知,石墨1为负极,发生氧化反应,A正确;石墨2为正极,发生还原反应,过氧化氢得到电子生成水:H2O2+2H++2e-2H2O,B正确;因K2SO4溶液的质量减轻,其中阳离子移向正极,阴离子移向负极,离子交换膜1、2分别为阴、阳离子交换膜,C正确;当电路中转移0.3 mol e-时,有0.15 mol S移向负极,有0.3 mol K+移向正极,K2SO4溶液的质量减轻26.1 g,D错误。
11.C [解析] 由原理和图知,放电时电极A为负极,电极反应式为Li-e-Li+,电极B为正极,电极反应式为3CO2+4e-+4Li+2Li2CO3+C。放电时,电极A为负极,充电时,电极A接电源的负极,A正确;锂离子在负极生成,在正极参与反应,故聚合物电解质膜只允许锂离子通过,B正确;放电时,若电路中转移NA个电子,右室质量增加为 g=40 g,C错误;由3CO2+4e-+4Li+2Li2CO3+C可知,若0.3 mol CO2气体参加反应,则电路中转移电子的数目为0.4NA,D正确。
12.C [解析] 由图知,金属钠为负极,电极反应式为Na-e-Na+,NaV2(PO4)2O2F和Na3V2(PO4)2O2F掺杂石墨极为正极,电极反应式为NaV2(PO4)2O2F+2e-+2Na+Na3V2(PO4)2O2F。Na+通过膜由负极进入正极,膜是阳离子交换膜,A错误;充电时,Na+向金属钠电极(阴极)移动,B错误;放电时正极的电极反应:NaV2(PO4)2O2F+2e-+2Na+Na3V2(PO4)2O2F,C正确;乙醇能与钠反应,故有机溶剂不能选择乙醇,D错误。
13.C [解析] 由电子移动方向可知,a电极为原电池的负极,锂失去电子发生氧化反应生成锂离子,电极反应式为Li-e-Li+,b电极为正极,锂离子作用下氮气在催化剂表面得到电子发生还原反应生成氮化锂,电极反应式为N2+6e-+6Li+2Li3N。由分析可知,b电极为正极,锂离子作用下氮气在催化剂表面得到电子发生还原反应生成氮化锂,故A错误;由分析可知,a电极为原电池的负极,b电极为正极,则放电时,电流由b电极沿导线流向a电极,故B错误;由分析可知,b电极为正极,锂离子作用下氮气在催化剂表面得到电子发生还原反应生成氮化锂,电极反应式为N2+6e-+6Li+2Li3N,由电极反应式可知,生成氮化锂和消耗氮气的质量比为70∶28=5∶2,故C正确;铅酸蓄电池充电时的总反应为2PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4,反应消耗2 mol H2O时,转移2 mol电子,则由得失电子数目守恒可知,充电消耗0.7 g锂时,铅酸蓄电池消耗水的质量为×1×18 g·mol-1=1.8 g,故D错误。
14.D [解析] 放电时Zn为负极,电极反应为Zn-2e-Zn2+,钒基氧化物为正极;充电时Zn为阴极,钒基氧化物为阳极。放电时,钒基氧化物(V6O13)为正极,Zn极为负极,负极Zn失去电子生成Zn2+进入溶液,放电过程中,Zn2+通过阳离子交换膜向V6O13极一侧移动,A项错误;放电时,正极电势高于负极电势,故放电时,V6O13极电势高于Zn极电势,B项错误;充电时,V6O13极作阳极,与外接直流电源正极相连,C项错误;充电时,阳极ZnxV6O13失电子生成V6O13和Zn2+,发生的电极反应可能为ZnxV6O13-2xe-V6O13+xZn2+,D项正确。
15.B [解析] 锂为活泼金属,会和溶液中水反应,故不能为含Li+的盐溶液,A错误;放电时,电极b为正极,电极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2,当电路通过0.3 mol电子时,b极薄膜质量增加0.3 mol×7 g·mol-1=2.1 g,B正确;充电时,电极b为阳极,电极反应式为LiCoO2-xe-Li1-xCoO2+xLi+,C错误;LiPON薄膜在充放电过程中作为隔膜传输Li+,并未参与电极反应,故其质量不发生变化,D错误。
16.D [解析] 由题干信息可知,充电时该装置可吸收CO2合成甲酸,即N极将CO2转化为HCOOH,发生还原反应,则N极为阴极,电极反应为CO2+2H++2e-HCOOH,此时M极为阳极,发生氧化反应,电极反应为[Fe(CN)6]4--e-[Fe(CN)6]3-,电源a电极连接直流电源的正极,b连接直流电源的负极。充电时,阳离子移向阴极区,即P膜为阳离子交换膜,L膜为阴离子交换膜,A正确;充电时,N电极上的电极反应式为CO2+2e-+2H+HCOOH,B正确;放电时,N为负极,M为正极,故电子由N流向b,再由a流向M极,C正确;复合膜中H2OH++OH-,由于电子所带电荷数与H+或OH-所带电荷数相等,则外电路中每通过1 mol电子,通过P膜的H+或L膜的OH-物质的量均为1 mol,即充电时,外电路中每通过1 mol电子,复合膜层间有1 mol H2O解离,D错误。第27讲 原电池 化学电源
1.能举出化学能转化为电能的实例,能辨识简单原电池的构成要素,并能分析简单原电池的工作原理。
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。
考点一 原电池的工作原理
1.原电池及组成条件
2.两种原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)
电极名称 负极 正极
电极材料 片 片
电极反应 Zn-2e-Zn2+ Cu2++2e-Cu
电极质 量变化
反应类型 反应 反应
电子流向 由 极沿导线流向 极
盐桥中离 子移向 盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂,K+移向 极,Cl-移向 极
装置差异 比较 原电池Ⅰ:随反应的进行,温度升高,化学能转化为电能和热能,两极反应在相同区域,部分Zn与Cu2+直接反应,使电池效率降低; 原电池Ⅱ:随反应的进行,温度不变,化学能只转化为 ,两极反应在不同区域,Zn与Cu2+隔离,电池效率提高,电流稳定
[微点拨] 盐桥的组成和作用
(1)盐桥中装有含饱和KCl(或KNO3)溶液的琼脂。
(2)原电池装置中盐桥连接两个“半电池装置”,其中盐桥的作用有三种:
①连接内电路,通过离子的定向移动,构成闭合回路;
②隔绝正、负极反应物,避免直接接触,导致电流不稳定;
③维持电极区溶液的电荷平衡。
3.原电池原理的四大应用
(1)比较金属的活动性强弱
原电池中,活动性较强的金属一般作 ,活动性较弱的金属(或导电的非金属)一般作 。
(2)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。
(3)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。如要保护一个铁质的输水管道不被腐蚀,可用导线将其与一块 相连, 作原电池的负极。
(4)设计制作原电池装置
【对点自测】
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)[2024·贵州卷] 将Zn和ZnSO4溶液与Cu和CuSO4溶液组成双液原电池,连通后铜片上有固体沉积,则原电池中Zn作正极,Cu作负极 ( )
(2)[2023·湖北卷] 铜锌原电池工作时,正极和负极同时发生反应 ( )
(3)[2023·全国新课标卷] 将银和AgNO3溶液与铜和Na2SO4溶液组成原电池。连通后银表面有银白色金属沉积,铜电极附近溶液逐渐变蓝,则Cu的金属性比Ag强 ( )
(4)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 ( )
(5)某原电池反应为Cu+2AgNO32Ag+Cu(NO3)2,装置中的盐桥内可以是含饱和KCl溶液的琼脂 ( )
题组一 原电池的组成及工作原理
1.[2024·山东实验中学模拟] 实验小组中甲同学按如图所示装置完成实验,发现电流表指针偏转,乙同学将图中盐桥(装有含氯化钾饱和溶液的琼脂)换成U形铜丝代替盐桥,发现电流表指针也发生偏转,以下说法正确的是 ( )
A.甲同学实验过程中,ZnSO4溶液中阴离子总浓度不会发生改变
B.甲同学实验过程中,锌片被氧化,铜片被还原
C.乙同学将盐桥换成铜丝后,左侧烧杯仍形成原电池
D.乙同学将盐桥换成铜丝后,左侧烧杯ZnSO4溶液中Zn2+移向Zn片
2.[2025·湖北黄冈中学调研] 某同学为研究原电池原理,设计了如图所示的两种装置,溶液A、溶液B均为硫酸盐溶液,闭合开关K1、K2后,装置①和装置②中小灯泡均可以发光。
下列有关说法错误的是 ( )
A.断开开关K1前后,装置①中负极质量均减小
B.溶液A为CuSO4溶液,溶液B为ZnSO4溶液
C.消耗相同质量的金属Zn,装置②产生的电能比装置①更多
D.装置②的溶液A中生成ZnCl2,溶液B中生成K2SO4
规律小结
判断原电池正、负极的五种方法
(1)在原电池中,把发生氧化反应的电极称为负极,把发生还原反应的电极称为正极。
(2)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”的思维定式。
题组二 原电池原理的应用
3.[2025·辽宁锦州五校联考] 有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:
实验 装置
部分 实验 现象 a极质量减少;b极质量增加 b极有气泡产生;c极无变化 d极溶解;c极有气泡产生 电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是 ( )
A.a>b>c>d B.b>c>d>a C.d>a>b>c D.a>b>d>c
4.某校化学兴趣小组进行探究性活动:将氧化还原反应2Fe3++2I-2Fe2++I2设计成带盐桥的原电池。提供的试剂:FeCl3溶液、KI溶液;其他用品任选。回答下列问题:
(1)画出设计的原电池装置图,并标出电极材料、电极名称及电解质溶液。
(2)发生氧化反应的电极反应式为 。
(3)反应达到平衡时,外电路导线中 (填“有”或“无”)电流通过。
(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,当固体全部溶解后,则此时该溶液中的电极变为 (填“正”或“负”)极。
考点二 化学电源
1.一次电池(放电后不可再充电)
碱性锌锰干电池 负极反应: ; 正极反应: ; 总反应:Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2
锌银纽扣电池 负极反应: ; 正极反应: ; 总反应:Zn+Ag2OZnO+2Ag
2.二次电池(放电后可再充电使活性物质获得再生,重复使用)
铅酸蓄电池是最常见的二次电池,其正极材料为PbO2,负极材料为Pb,电解质溶液为稀H2SO4溶液。总反应为Pb+PbO2+2H2SO42H2O+2PbSO4
二次电池中,放电时电池的负极,在充电时连接外接电源的负极;放电时电池的正极,在充电时连接外接电源的正极。
3.燃料电池
(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。
酸性 碱性
负极反应式
正极反应式
电池总反应式
特点 氢氧燃料电池的电极作催化剂,燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应
(2)以CO为燃料气,请分别写出电解质符合下列条件的正、负极的电极反应式和总反应式(填入表格中)。
电解质 电极反应式或总反应式
①酸性介质 正极
负极
总反应
②碱性介质 正极
负极
总反应
③固体氧化物 (其中O2-可以 在固体介质 中自由移动) 正极
负极
总反应
④熔融碳酸盐 (C) 正极
负极
总反应
【对点自测】
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)[2024·湖南卷] 锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌,充电时锂离子从正极脱嵌 ( )
(2)[2023·湖南卷] 碱性锌锰电池的正极反应:MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH- ( )
(3)[2023·湖南卷] 铅酸蓄电池充电时的阳极反应:Pb2++2H2O-2e-PbO2+4H+ ( )
(4)铅酸蓄电池放电时的正极反应:Pb+S-2e-PbSO4 ( )
(5)[2022·天津卷] 我国实现了高性能纤维锂离子电池的规模化制备,锂离子电池放电时将化学能转化为电能 ( )
题组一 一次电池
1.[2024·江苏卷] 碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2OZnO+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1 mol MnOOH,转移电子数为2×6.02×1023
2.[2023·海南卷] 利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池,如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.b电极为电池正极
B.电池工作时,海水中的Na+向a电极移动
C.电池工作时,紧邻a电极区域的海水呈强碱性
D.每消耗1 kg Al,电池最多向外提供37 mol电子的电量
方法技巧
化学电源中电极反应式的书写方法
(1)拆分法
①写出原电池的总反应,如2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+。
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,正极:Fe3++e-Fe2+;负极:Cu-2e-Cu2+。
(2)加减法
①写出总反应,如xLi+Li1-xMn2O4LiMn2O4。
②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。如Li-e-Li+(负极)。
③利用总反应与上述的一极反应式相减(保证消去Li),得到另一个电极的反应式,即Li1-xMn2O4+xLi++xe-LiMn2O4(正极)。
题组二 新型可充电电池
3.[2024·全国甲卷] 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+2MnO2ZnMn2O4
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0.65 g,MnO2电极生成了0.020 mol MnOOH
4.[2024·安徽卷] 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+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
归纳总结
新型可充电电池原理分析思路
题组三 燃料电池
5.[2025·湖南湘西州联考] 微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料电池中,电解质溶液呈酸性,装置示意图如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.该电池中外电路电子的流动方向为从B到A
B.A极的反应:CH3OH+H2O-6e-6H++CO2↑
C.电池工作一段时间后,正、负极消耗或产生气体的物质的量相同
D.工作结束后,B极室溶液的pH与工作前相同
6.[2025·湖南长郡中学检测] 我国科学家在研究HCOOH燃料电池方面有重大进展,装置如图所示,两电极区间用离子交换膜隔开。下列说法正确的是 ( )
A.正极电极反应式为HCOO-+2OH--2e-HC+H2O
B.隔膜为阳离子交换膜,储液池中需补充的物质A为H2O
C.放电时,1 mol HCOOH转化为KHCO3时,消耗11.2 L氧气
D.当电路中转移1 mol电子时,理论上生成87 g K2SO4
归纳总结
分析燃料电池类题的思维模型
教材模型人教·选择性必修1·第四章第一节
一种锂离子电池,其负极材料为嵌锂石墨,正极材料为LiCoO2(钴酸锂),电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水)。该电池放电时的反应原理可表示如下:
负极:LixCy-xe-xLi++Cy
正极:Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2
总反应可表示为LixCy+Li1-xCoO2LiCoO2+Cy
放电时,锂离子由石墨中脱嵌移向正极,嵌入钴酸锂晶体中;充电时,锂离子从钴酸锂晶体中脱嵌,由正极回到负极,嵌入石墨中。
(1)根据图示中充、放电时Li+的移动方向,判断电池的电极名称。
(2)Cy只起到导电载体的作用,碳元素不参与电极反应。
(3)放电时负极反应与充电时阴极反应互逆,放电时正极反应与充电时阳极反应互逆。
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应用1 基于电极反应进行分析
1.[江苏卷] 锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池,该电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的电极反应为
负极反应:LiC6-xe-Li1-xC6+xLi+(LiC6表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料)
正极反应:Li1-xMO2+xLi++xe-LiMO2(LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物)
下列说法正确的是 ( )
A.锂离子电池充电时,电池反应为LiC6+Li1-xMO2LiMO2+Li1-xC6
B.电池反应中,锂、锌、银、铅各失去1 mol电子,金属锂所消耗的质量最大
C.锂离子电池放电时,电池内部Li+向负极移动
D.锂离子电池充电时,阴极反应为Li1-xC6+xLi++xe-LiC6
①根据正极反应、负极反应放电时电池总反应;
②放电时负极反应与充电时阴极反应互逆,放电时正极反应与充电时阳极反应互逆。
应用2 基于电池总反应进行分析
2.[广东卷] LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点,可用于电动汽车。电池反应为
FePO4+LiLiFePO4,电池的正极材料是LiFePO4,负极材料是石墨,含Li+导体固体为电解质。下列有关LiFePO4电池的说法正确的是 ( )
A.可加入硫酸以提高电解质的导电性
B.放电时电池内部Li+向负极移动
C.充电过程中,电池正极材料的质量增加
D.放电时,电池正极反应为FePO4+Li++e-LiFePO4
①电池反应为FePO4+LiLiFePO4负极上Li发生氧化反应,正极上FePO4发生还原反应;
②充电时,电池正极接外加电源的正极,作电解池的阳极阳极反应。
经典真题·明考向
1.[2023·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11.2 L的O2,最多去除1 mol Cl-
2.[2024·河北卷] 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(PDA)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2CO2+MgMgC2O4
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1 mol电子,理论上可转化1 mol CO2
3.[2024·全国新课标卷] 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+O22C6H12O7
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18 mg葡萄糖,理论上a电极有0.4 mmol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
4.[2023·辽宁卷] 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H+通过质子交换膜移向左侧
D.充电总反应:Pb+S+2Fe3+PbSO4+2Fe2+第27讲 原电池 化学电源
考点一 原电池原理及应用
1.[2025·吉林长春五校联考] 某同学设计了如图所示的原电池。闭合电键K,下列有关说法错误的是( )
A.铁钉为原电池的负极
B.铜丝表面有气泡产生
C.电子的移动方向:铁钉→电解质溶液→铜丝
D.若将食醋换成乙醇,无法观察到灵敏电流计指针偏转
2.[2024·辽宁沈阳六校联考] 在如图所示装置中,观察到图甲装置铜电极上产生大量无色气泡,而图乙装置中铜电极上无气泡产生,铬电极上产生大量有色气泡。下列叙述不正确的是 ( )
甲 乙
A.图甲装置中Cu电极上电极反应式是2H++2e-H2↑
B.图乙装置中Cu电极上电极反应式为Cu-2e-Cu2+
C.图乙装置中Cr电极上电极反应式为N+2H++e-NO2↑+H2O
D.两个装置中,电子均由Cr电极经导线流向Cu电极
3.根据化学反应设计原电池(选用相同的盐桥)时,下列各项中合理的是 ( )
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/稀H2SO4溶液
B Fe/FeCl2溶液 Zn/ZnSO4溶液
C Zn/稀H2SO4溶液 Fe/FeCl2溶液
D Fe/ZnSO4溶液 Zn/FeCl2溶液
4.[2024·湖南益阳三模] 为探究AgNO3与KI溶液能否发生氧化还原反应,设计了如图所示装置,闭合K一段时间后,观察到Y电极表面有银白色物质析出。下列说法正确的是 ( )
A.Y电极为阴极 B.右侧烧杯中N经盐桥移向左侧烧杯
C.闭合K后右侧烧杯中溶液pH不断升高 D.若将X电极换成Ag,实验现象不变
考点二 一次电池
5.Li-SOCl2电池可用于治疗某些心律失常所致的心脏起搏器的驱动。该电池的工作原理示意图如图所示:
下列说法错误的是 ( )
A.负极材料为Li,发生氧化反应
B.正极反应式为2SOCl2-4e-4Cl-+S↓+SO2↑
C.LiAlCl4有助于电池内部的导电
D.电池工作时Cl-向Li电极移动
6.[2025·广东名校联盟联考] 一种可完全生物降解的Zn-Mo原电池结构如图所示。电池使用过程中在Zn表面形成一层ZnO薄膜,下列说法正确的是( )
A.Mo作原电池的负极
B.电子由Zn经电解质流向Mo
C.Zn表面发生的电极反应:Zn-2e-+H2OZnO+2H+
D.电路中转移0.02 mol电子时,理论上消耗1.3 g Zn
7.[2024·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(如图)。下列说法正确的是 ( )
A.CuAg电极反应为2HCHO+2H2O-4e-2HCOO-+H2↑+2OH-
B.CuRu电极反应为N+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,无需补加KOH
考点三 燃料电池
8.[2024·湖南长郡中学模拟] 燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4、C2H6等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置,若电解质溶液是强碱溶液,下列关于乙烷(C2H6)燃料电池的说法正确的是 ( )
A.该电池工作时,正极附近溶液的碱性增强
B.负极反应式:C2H6+18OH-+14e-2C+12H2O
C.通入5.6 L O2完全反应后,有1 mol电子发生转移
D.燃料电池的优点之一是点燃时化学能大部分转化为电能而不是热能和光能
9.[2024·广东佛山南海区调研] 一种熔融碳酸盐燃料电池工作原理如图所示,下列说法正确的是( )
A.电极P为燃料电池的负极,发生还原反应
B.电极R上的电极反应式为2C-4e-2CO2↑+O2↑
C.电池工作时,K+、Na+往电极P移动
D.电池工作时,外电路电流的流动方向为电极R→用电器→电极P
10.[2024·山东聊城三模] H2O2同时作为燃料和氧化剂的直接过氧化氢燃料电池(DPPFC)的工作原理如图所示(电解过程中K2SO4溶液中溶质的种类不变且其质量减轻)。下列有关说法错误的是 ( )
A.石墨1为负极,发生氧化反应
B.石墨2的电极反应式为H2O2+2H++2e-2H2O
C.离子交换膜1、2分别为阴、阳离子交换膜
D.当外电路中转移0.3 mol e-时,K2SO4溶液的质量减轻52.2 g
考点四 二次电池
11.[2025·河北师大附中检测] “大气固碳”的锂电池装置(如图所示)原理为4Li+3CO22Li2CO3+C。设NA为阿伏伽德罗常数的值,下列说法错误的是( )
A.充电时,电极A接电源的负极
B.聚合物电解质膜只允许锂离子通过
C.放电时,若转移NA个电子,右室质量增加33 g
D.放电时,若0.3 mol CO2气体参加反应,则电路中转移电子的数目为0.4NA
12.[2024·江西景德镇三模] 由于钠资源储量丰富,便于开采,价格便宜,钠离子电池有望成为下一代大规模储能电池。我国化学家最近研制的一种钠离子电池如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.膜是阴离子交换膜
B.充电时Na+向石墨电极移动
C.放电时正极的电极反应:NaV2(PO4)2O2F+2e-+2Na+Na3V2(PO4)2O2F
D.有机溶剂可选择乙醇
13.[2024·广东深圳外国语学校模拟] 2024年,吉林大学科学团队采用等离子体Au纳米粒子(可吸收可见光,产生电子)修饰的缺陷氮化碳(Au-Nv-C3N4)光电正极,建立了一种新型双功能辅助Li-N2电池系统,总反应为6Li+N22Li3N,结构示意图和光电正极的工作原理如图所示,下列说法正确的是( )
A.Nv可以捕获光生电子用于氧化N2
B.放电时,电流由a电极沿导线流向b电极
C.产生1 Ah电荷量时,生成Li3N的质量与消耗N2的质量比为5∶2
D.用此电池为铅酸蓄电池充电,消耗0.7 g Li时,铅酸蓄电池消耗0.9 g水
14.[2024·黑龙江齐齐哈尔三模] 一种以钒基氧化物(V6O13)为正极材料的水系锌离子电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.放电过程中,Zn2+向Zn极一侧移动
B.放电时,Zn极电势高于V6O13极电势
C.充电时,V6O13极与外接直流电源负极相连
D.充电时,阳极发生的电极反应可能为ZnxV6O13-2xe-V6O13+xZn2+
15.[2024·辽宁丹东二模] LiPON薄膜锂离子电池是目前研究最广泛的全固态薄膜锂离子电池。其工作示意图如图所示,LiPON薄膜只允许Li+通过,非晶硅薄膜中嵌入Li形成LixSi,电池反应为LixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2。下列有关说法正确的是( )
A.导电介质c为含Li+的盐溶液
B.放电时,当电路通过0.3 mol电子时,b极薄膜质量增加2.1 g
C.充电时,阳极发生反应为xLi++xe-+SiLixSi
D.LiPON薄膜在充放电过程中参与了电极反应,质量发生变化
16.[2024·河北沧州一模] 我国科学家研发了一种可逆电池装置,充电时该装置可吸收CO2合成甲酸,其具体工作原理如图所示。已知将阴离子、阳离子复合组成双极膜,双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法错误的是 ( )
A.L膜是阴离子膜,P膜是阳离子膜
B.充电时,N电极上发生的电极反应为CO2+2e-+2H+HCOOH
C.放电时,电子由a流向M极
D.充电时,外电路中每通过1 mol电子,理论上复合膜层间有0.5 mol H2O解离
