第2课时 化学电源
1.（2025·广东江门高二检测）下面是几种常见的化学电源示意图。有关说法错误的是（ ）
A.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
B.干电池在长时间使用后，锌筒被破坏
C.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D.铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量减轻207 g
2.一种镁氧电池如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。下列说法正确的是（ ）
A.电池总反应式为2Mg＋O2＋2H2O2Mg（OH）2
B.正极反应式为Mg－2e－Mg2＋
C.活性炭可以加快O2在负极上的反应速率
D.电子的移动方向由b经外电路到a
3.现有二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池，其原理如图所示。下列说法不正确的是（ ）
注：质子指H＋，质子交换膜仅允许H＋通过。
A.Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O4OH－
B.该电池工作时质子从Pt1电极经过内电路流到Pt2电极
C.Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－S＋4H＋
D.该电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合
4.（2025·山东淄博高二质检）在碳中和愿景下，全球范围内可再生能源不断开发。一种新研发的电池系统是通过二氧化碳溶于水触发电化学反应，其工作原理如图所示（钠超离子导体只允许Na＋通过）。下列说法正确的是（ ）
A.电子通过钠超离子导体由a极移动到b极
B.工作一段时间b极附近可能有白色固体析出
C.电池工作时每消耗标准状况下2.24 L CO2，a极质量减少4.6 g
D.该电池中的有机电解液可选用乙醇
5.法国科学家发明了第一块可植入人体为人造器官提供电能的葡萄糖生物燃料电池，其基本原理是葡萄糖和氧气在人体中酶的作用下发生反应：C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O（酸性环境）。下列说法不正确的是（ ）
A.葡萄糖的结构简式为CH2OH（CHOH）4CHO
B.电池工作时，H＋从负极区向正极区移动
C.该电池负极的电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－6CO2↑＋24H＋
D.该电池可用18 mol·L－1的硫酸溶液做离子导体
6.某蓄电池放电、充电时的反应为Fe＋Ni2O3＋3H2OFe（OH）2＋2Ni（OH）2，下列推断中正确的是（ ）
①放电时，Fe为正极，Ni2O3为负极
②放电时，负极电极反应为Fe＋2OH－－2e－Fe（OH）2
③放电时，Ni2O3在正极反应
④该蓄电池的电极必须是浸在某种碱性电解质溶液中
A.①②③ B.①②④
C.①③④ D.②③④
7.微生物燃料电池可以净化废水，同时还能获得电能或有价值的化学产品，图1为其工作原理，图2为废水中Cr2浓度与去除率的关系。下列说法不正确的是（ ）
A.N为电池正极，Cr2被还原
B.该电池工作时，M极的电极反应为CH3COOH－8e－＋2H2O2CO2↑＋8H＋
C.Cr2浓度较大时，可能会造成还原菌失去活性
D.当M极产生22.4 L CO2气体（标准状况）时，有4 mol电子从N极进入溶液
8.我国科学家开发出了一种Zn-NO电池系统，该电池同时具有合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示，下列说法中错误的是（ ）
A.电极电势：Zn/ZnO电极＜MoS2电极
B.Zn/ZnO电极的电极反应式为Zn－2e－＋2OH－ZnO＋H2O
C.电池工作一段时间后，正极区溶液的pH减小
D.电子流向：Zn/ZnO电极→负载→MoS2电极
9.科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子（就是H＋）和水分子通过。其工作原理的示意图如图，请回答下列问题：
（1）该装置的能量转化形式为 。
（2）Pt（a）电极是电池 （填“正”或“负”）极。
（3）电解液中的H＋向 （填“a”或“b”）极移动。
（4）如果该电池工作时消耗1 mol CH3OH，则电路中通过 mol电子。
（5）比起直接燃烧燃料转化为电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池的能量转化率高，其次是 。
10.Ⅰ.经过长时间的研发和多次展示后，科技工作者开发出了甲醇燃料电池，该电池总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH2K2CO3＋6H2O。请回答下列问题：
（1）该燃料电池的电解质是 。
（2）由电池反应可知，放电时该电池的负极反应物为 ，该物质发生 反应，负极的电极反应为 。
（3）放电一段时间后，通入O2的电极附近溶液的pH （填“升高”“不变”或“降低”）。
Ⅱ.NH3-O2燃料电池的结构如图所示：
（4）a极为电池的 （填“正”或“负”）极。
（5）当生成1 mol N2时，电路中流过电子的物质的量为 。
第2课时 化学电源
1.D 题给电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池，A项正确；干电池中锌作负极，锌原子失去电子，被氧化生成Zn2＋，故干电池在长时间使用后，锌筒可被破坏，B项正确；氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内，且工作的最终产物是水，故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源，C项正确；铅蓄电池工作时，铅作负极，电极反应式为Pb－2e－＋SPbSO4，每通过2 mol电子，负极质量增加96 g，D项错误。
2.A 由分析可知，负极电极反应为Mg－2e－＋2OH－Mg（OH）2↓，正极电极反应为O2＋4e－＋2H2O4OH－，得失电子相同的条件下，将正、负极电极反应相加得电池总反应为2Mg＋O2＋2H2O2Mg（OH）2，A正确；正极电极反应为O2＋4e－＋2H2O4OH－，B错误；通入O2的电极是正极，活性炭可以加快O2在正极上的反应速率，C错误；Mg作负极、活性炭作正极，电子从负极a经外电路到正极b，D错误。
3.A 放电时，质子向正极移动，Pt1电极为负极，Pt2电极为正极，则Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋4H＋2H2O；Pt1电极通入SO2和H2O，SO2在负极失去电子生成S，则Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－S＋4H＋，该电池工作时质子从Pt1电极经过内电路流到Pt2电极。
4.B 电子不会在钠超离子导体中移动，而是通过用电器经a极移动到b极，A项错误；Na被氧化为钠离子，为原电池的负极，则a电极反应式为Na－e－Na＋，b为正极，发生还原反应，电极反应为2CO2＋2H2O＋2e－2HC＋H2，同时a电极生成的Na＋经钠超离子导体移动到b电极，当电解液中钠离子和碳酸氢根离子达到饱和时，b极区可能发生反应Na＋＋HCNaHCO3↓，即工作一段时间b极附近可能有白色固体析出，B项正确；每消耗标准状况下2.24 L CO2，即消耗0.1 mol CO2，由电极反应可知，转移0.1 mol电子，则消耗金属钠0.1 mol，a极质量减小2.3 g，C项错误；钠和乙醇能发生置换反应，该电池中的有机电解液不可选用乙醇，D项错误。
5.D 葡萄糖的结构简式为CH2OH（CHOH）4CHO，A正确；电池工作时，阳离子向正极移动，则该电池中氢离子从负极区向正极区移动，B正确；该电池中葡萄糖在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－6CO2↑＋24H＋，C正确；18 mol·L－1的硫酸溶液属于浓硫酸，具有脱水性，会使葡萄糖脱水炭化，使葡萄糖生物燃料电池无法正常工作，则该电池不可用18 mol·L－1硫酸溶液做离子导体，D错误。
6.D 放电时Fe被氧化，Ni2O3被还原，Fe作为负极，Ni2O3作为正极。放电时负极反应为Fe＋2OH－－2e－Fe（OH）2，Ni2O3在正极上发生反应。由于放电时的产物均为碱性物质，故应用碱性电解质溶液。
7.D 根据图示，电子由M极流向N极，说明M为电池负极，N为正极，Cr2在正极得到电子被还原为Cr（OH）3，A正确；M极为负极，由图示知，CH3COOH在负极被氧化为CO2，对应电极反应为CH3COOH－8e－＋2H2O2CO2↑＋8H＋，B正确；由图2可知，当Cr2浓度为3 mg·L－1时，去除率为0，因为其有强氧化性和毒性，使还原菌的蛋白质变性而失去活性，C正确；M极产生22.4 L CO2气体（标准状况）时，根据转移电子关系：CO2～4e－，有4 mol电子从M极流向N极，但电子不进入溶液，D错误。
8.C 由题图可知，MoS2电极的电极反应式为NO＋5e－＋5H＋NH3＋H2O，该电极为正极，Zn/ZnO电极为负极，正极电势高于负极电势，A正确；Zn/ZnO电极的电极反应式为Zn－2e－＋2OH－ZnO＋H2O，B正确；根据题图及A的分析，正极消耗的H＋源于双极膜解离出的H＋，且产生的NH3会部分溶解，所以正极区溶液的pH不会减小，C错误；电子流向：负极（Zn/ZnO电极）→负载→正极（MoS2电极），D正确。
9.（1）化学能转化为电能 （2）负 （3）b （4）6
（5）对环境无污染
解析：燃料电池中，通入燃料的电极Pt（a）为负极，负极上甲醇失去电子发生氧化反应，CH3OH＋H2O－6e－CO2↑＋6H＋，通入氧气的电极Pt（b）为正极，O2＋4H＋＋4e－2H2O。（3）电解液中的H＋向正极移动，即向b电极移动。（4）根据转移电子数守恒，该电池工作时消耗1 mol CH3OH，则电路中通过6 mol电子。（5）燃料电池的能量转化率高，甲醇反应的产物为CO2和H2O，对环境无污染。
10.Ⅰ.（1）KOH （2）CH3OH（或甲醇） 氧化 CH3OH＋8OH－－6e－C＋6H2O （3）升高
Ⅱ.（4）负 （5）6 mol
解析：Ⅰ.（1）由电池总反应可知，该电池的电解质是KOH。（2）放电时负极上CH3OH发生氧化反应，正极上O2发生还原反应；正极反应为O2＋2H2O＋4e－4OH－，负极反应为CH3OH＋8OH－－6e－C＋6H2O。（3）根据放电时正极反应可知，放电一段时间后，通入氧气的电极附近生成OH－，c（OH－）增大，pH升高。Ⅱ.（4）a极通入氨气，是负极，b极通入氧气，是正极。（5）氨气中N元素的化合价由－3价变成0价，当生成1 mol N2时，转移电子的物质的量为6 mol。
3 / 3第2课时 化学电源
学习目标
1.了解常见化学电源的工作原理。 2.认识原电池在实现物质转化和储存能量中的具体应用。
知识点一 化学电源 一次电池和二次电池
1.化学电源的分类及特点
2.常见的化学电源
项目 酸性锌锰干电池 碱性锌锰干电池
电极 做负极， 做正极
电解质 氯化铵和氯化锌 氢氧化钾
电极反应 负极
正极
电池 反应 2MnO2＋Zn＋2NH4ClZnCl2＋2NH3＋H2O＋Mn2O3 Zn＋2MnO2＋H2OZnO＋2MnOOH
3.铅蓄电池
（1）构造
①电极材料—
②电解质溶液： 溶液。
（2）工作原理
（3）铅蓄电池的优缺点
①优点：性能优良、造价低、可多次充放电。
②缺点：单位质量电池释放的电能少。
【探究活动】
熔融钠—硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。如图中的电池反应为2Na＋xSNa2Sx（x＝3～5，难溶于熔融硫）。据此回答下列几个问题：
交流讨论
1.该电池的正、负极是什么？放电时正极的电极反应是什么？
2.该电池是一次电池还是二次电池？为什么？
【归纳总结】
1.根据装置书写电极反应
（1）先分析装置图，根据元素化合价的变化判断得、失电子的物质，再确定原电池的正、负极上的反应物质。
（2）书写电极反应
①负极：活泼金属或H2失去电子生成阳离子；若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应，如铅蓄电池的负极反应：Pb＋S－2e－PbSO4。
②正极：阳离子得到电子生成单质（或低价离子）或O2得到电子。若是O2在电极上反应，则有两种情况：
电解质溶液显碱性或中性 O2＋2H2O＋4e－4OH－
电解质溶液显酸性 O2＋4H＋＋4e－2H2O
2.给出总反应，写电极反应
各类电极反应的一般书写步骤：列物质，标（电子）得失；选离子，配电荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。
3.可充电电池电极反应的书写
在书写可充电电池电极反应时，要明确电池放电时遵循原电池原理；原电池的负极发生氧化反应，对应元素的化合价升高；电池的正极发生还原反应，对应元素的化合价降低。
1.银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为2Ag＋Zn（OH）2Ag2O＋Zn＋H2O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是（ ）
A.Ag B.Zn（OH）2
C.Ag2O D.Zn
2.一次性碱性锌锰干电池（结构如图所示）是一种使用广泛的便携式电源，电池总反应为Zn＋2MnO2＋H2OZnO＋2MnOOH。下列说法错误的是（ ）
A.MnOOH中Mn的化合价为＋3价
B.正极参与反应的物质为MnO2和H2O
C.负极的电极反应为Zn－2e－Zn2＋
D.金属外壳起到容器作用，不参与电极反应
3.化学电源在生产生活中有着广泛的应用，下列关于铅蓄电池（如图所示）的叙述正确的是（ ）
A.放电时正极的电极反应式为PbO2＋4H＋＋S＋2e－PbSO4＋2H2O
B.铅蓄电池放电时，若外电路中有0.5 mol电子通过，则溶液中消耗H2SO4的物质的量为0.25 mol
C.铅蓄电池充电时，溶液的pH将增大
D.放电时，该电池的正极材料是铅板
知识点二 燃料电池
1.氢氧燃料电池
酸性燃料电池 碱性燃料电池
电极材料
电解质溶液 硫酸等酸性溶液 KOH溶液
电极 反应 负极
正极
总反应 2H2＋O22H2O
2.燃料电池的工作原理、特点及优点
工作原理 将燃料和氧化剂分别不断地输入电池的两极，通过燃料（如氢气）在负极发生氧化反应、氧化剂（如氧气）在正极发生还原反应，实现一个相当于燃烧的电池反应，从而将化学能转化为电能
特点 ①电池的正、负极反应物分别是氧化剂和燃料； ②能量转化率远高于普通燃烧过程
优点 能量利用效率高、可连续使用、污染轻等
【探究活动】
制作一个简单的燃料电池
【实验用品】
KOH溶液，稀硫酸，K2SO4溶液，石墨棒；U形管，橡胶塞，导线，电流表，电源，长颈漏斗。
【实验方案设计】
设计目标 设计思路及依据 实验装置 实验现象
选择实验用品 选择实验用品的目的
获得氢气和氧气 KOH溶液（或稀硫酸或K2SO4溶液）、石墨棒、长颈漏斗、U形管、橡胶塞、导线、电源 构成电解装置，通过电解三种溶液中的任一种获得H2和O2 两石墨电极上均有气泡产生
制作氢氧燃料电池 KOH溶液（或稀硫酸或K2SO4溶液）、石墨棒、长颈漏斗、U形管、橡胶塞、导线、电流表 构成原 电池 电流表指针发生偏转
交流讨论
1.氢氧燃料电池中，正、负极反应物分别是什么？
2.哪些物质可以用作氢氧燃料电池的电极材料？哪些物质可以用作氢氧燃料电池的离子导体？
3.请写出上述实验装置中设计的氢氧燃料电池的电极反应与电池总反应。（电解质溶液为KOH溶液）
【归纳总结】
1.常见的四种典型燃料电池
名称 电解质 电极反应和电池总反应
氢氧燃料电池 KOH 正极：O2＋4e－＋2H2O4OH－ 负极：2H2－4e－＋4OH－4H2O 总反应：2H2＋O22H2O
H2SO4 正极：O2＋4e－＋4H＋2H2O 负极：2H2－4e－4H＋ 总反应：2H2＋O22H2O
甲烷燃料电池 KOH 正极：2O2＋4H2O＋8e－8OH－ 负极：CH4＋10OH－－8e－C＋7H2O 总反应：CH4＋2O2＋2KOHK2CO3＋3H2O
甲醇燃料电池 KOH 正极：3O2＋6H2O＋12e－12OH－ 负极：2CH3OH＋16OH－－12e－2C＋12H2O 总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH2K2CO3＋6H2O
肼燃料电池 KOH 正极：O2＋2H2O＋4e－4OH－ 负极：N2H4＋4OH－－4e－N2＋4H2O 总反应：N2H4＋O2N2＋2H2O
2.书写燃料电池电极反应的三步骤
1.氢氧燃料电池是最理想的新型电池，其工作原理如图所示（质子交换膜仅允许H＋通过）。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是（ ）
A.能量转化率已达到100％
B.通入O2的一极为负极
C.放电一段时间后，两侧液面均会升高
D.每消耗1.5 mol H2两侧溶液质量差将增加27 g
2.有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是（ ）
①每消耗1 mol CH4可以向外电路提供8 mol e－
②负极上CH4失去电子，电极反应为CH4＋10OH－－8e－C＋7H2O
③负极上是O2得到电子，电极反应为O2＋2H2O＋4e－4OH－
④电池放电后，溶液pH不断升高
A.①② B.①③ C.①④ D.③④
3.一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪（工作原理示意图如图所示），负极上发生的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2OCH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是（ ）
A.检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动
B.若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气
C.电池总反应为CH3CH2OH＋O2CH3COOH＋H2O
D.正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O4OH－
能力培养 原电池原理的创新应用（探究与创新）
为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
已知：Fe3＋＋3HCFe（OH）3↓＋3CO2↑；两烧杯中溶液体积相等。
回答下列问题：
（1）电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。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（u∞）应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择什么物质作为电解质？
阳离子 u∞×108/（m2·s－1·V－1） 阴离子 u∞×108/（m2·s－1·V－1）
Li＋ 4.07 HC 4.61
Na＋ 5.19 N 7.40
Ca2＋ 6.59 Cl－ 7.91
K＋ 7.62 S 8.27
（2）电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入 电极溶液中。
（3）电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe2＋）增加了0.02 mol·L－1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c（Fe2＋）为多少？
（4）根据（2）、（3）实验结果，可知石墨电极的电极反应为 ，铁电极的电极反应为 。因此，验证了Fe2＋氧化性小于 、还原性小于 。
【迁移应用】
在隔绝空气的条件下进行电化学实验，证实了I2能将Cu氧化为Cu2＋。装置如图所示，物质a是 ；溶液b是 ；电势：a电极 石墨电极（填“＜”“＝”或“＞”）。已知：I2易溶于KI溶液，发生反应：I2＋I－（红棕色）；I2和氧化性几乎相同。
1.（2025·山东青岛高二检测）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OH－向负极移动，K＋、H＋向正极移动
2.碱性联氨燃料电池具有能量密度较高和无污染等优点，其工作原理如图所示，下列说法不正确的是（ ）
A.负极反应：N2H4－4e－4H＋＋N2↑
B.通入氧气的电极为正极
C.电池工作时OH－向负极移动
D.该电池工作一段时间后，电解质溶液碱性不变（不考虑电解质溶液的体积变化）
3.全固态LiPON薄膜锂离子电池工作示意图如下，LiPON薄膜只允许Li＋通过，电池反应为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2。下列说法正确的是 （ ）
A.放电时，a极为正极
B.导电介质c可为Li2SO4溶液
C.放电时，b极反应为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－LiCoO2
D.放电时，当电路通过0.5 mol电子时，b极薄膜质量减少3.5 g
4.生物燃料电池（BFC）是以有机物为燃料，直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池，其能量转化率高，是一种真正意义上的绿色电池，其工作原理如图所示。已知C1极的电极反应为C2H5OH＋3H2O－12e－2CO2↑＋12H＋。下列说法错误的是（ ）
A.C1极为电池负极，C2极为电池正极
B.C2极的电极反应为O2＋4H＋＋4e－2H2O
C.该生物燃料电池的总反应为C2H5OH＋3O22CO2＋3H2O
D.电子由C2极经外电路流向C1极
5.镉镍可充电电池在现代生活中有着广泛的应用，它的充、放电反应如下：
Cd＋2NiOOH＋2H2OCd（OH）2＋2Ni（OH）2。
请回答下列问题：
（1）上述反应式中左边物质的总能量 （填“大于”“小于”或“等于”）右边物质的总能量。
（2）放电时负极发生反应的物质是 ，放电时正极的反应为 。
（3）镉镍废旧电池必须进行回收并集中处理，最主要的原因是 。
第2课时 化学电源
知识点一
1.原电池 2.锌 石墨 Zn－2e－Zn2＋ Zn＋2OH－－2e－ZnO＋H2O 2MnO2＋2N＋2e－Mn2O3＋2NH3＋H2O 2MnO2＋2H2O＋2e－2MnOOH＋2OH－ 3.（1）①铅 二氧化铅 ②H2SO4 （2）Pb＋S－2e－PbSO4 PbO2＋4H＋＋S＋2e－PbSO4＋2H2O Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
探究活动
1.提示：Na为电池的负极，S为电池的正极。根据电池反应，放电时正极上S发生还原反应，且Na＋向正极移动参与反应，电极反应为xS＋2Na＋＋2e－Na2Sx。
2.提示：该电池是以Na-β-Al2O3为隔膜的二次电池。原因为该电池可以反复充电和放电。
对点训练
1.D 此电池放电时是原电池，反应物应从右边找，在Ag2O、Zn、H2O中Zn失去电子被氧化，故Zn是负极。
2.C MnOOH中O的化合价为－2价，H的化合价为＋1 价，故Mn的化合价为＋3价，A项正确；正极的电极反应为2MnO2＋2e－＋2H2O2MnOOH＋2OH－，故MnO2和H2O均参与了正极反应，B项正确；负极的电极反应为Zn－2e－＋2OH－ZnO＋H2O，C项错误；金属外壳起到容器作用，不参与电极反应，D项正确。
3.A 放电时，正极发生还原反应，电极反应式为PbO2＋4H＋＋S＋2e－PbSO4＋2H2O，A正确；根据铅蓄电池放电时的总反应：PbO2＋2H2SO4＋Pb2PbSO4＋2H2O可知，反应中转移2 mol电子时，消耗2 mol H2SO4，故当外电路中有0.5 mol电子通过时，溶液中消耗H2SO4的物质的量为0.5 mol，B错误；根据铅蓄电池充电时的总反应：2PbSO4＋2H2OPbO2＋2H2SO4＋Pb可知，充电时，溶液的pH将减小，C错误；放电时，该电池的正极材料是PbO2，D错误。
知识点二
1.石墨 2H2－4e－4H＋ 2H2＋4OH－－4e－4H2O O2＋4H＋＋4e－2H2O O2＋2H2O＋4e－4OH－
探究活动
1.提示：根据反应2H2＋O22H2O可知，H2中氢元素化合价升高，失去电子发生氧化反应，应在电池负极反应，O2中氧元素化合价降低，得到电子发生还原反应，应在电池正极反应，故正极反应物是O2，负极反应物是H2。
2.提示：氢氧燃料电池的电极材料是性质稳定的导体如石墨、金属铂等；强酸溶液如稀硫酸、强碱溶液如KOH溶液、熔融碳酸盐如熔融Na2CO3、固体电解质和离子交换膜等均可以作为离子导体。
3.提示：负极反应：2H2－4e－＋4OH－4H2O；正极反应：O2＋2H2O＋4e－4OH－，电池总反应：2H2＋O22H2O。
对点训练
1.D 由题干图示信息可知，左侧Pt电极为负极，发生电极反应为H2－2e－2H＋，右侧Pt电极为正极，发生电极反应为O2＋4e－＋4H＋2H2O。燃料电池的能量利用率较高，但能量转化率不能达到100％，A项错误；通入O2的一极发生还原反应O2＋4e－＋4H＋2H2O，为正极，B项错误；该电池的负极反应式为H2－2e－2H＋，正极反应式为O2＋4e－＋4H＋2H2O，即反应过程中正极有H2O生成，且H2O不能通过质子交换膜，故放电一段时间后，正极区液面会升高，而负极区不会，C项错误；根据电极反应H2－2e－2H＋可知，每消耗1.5 mol H2则电路上通过3 mol电子，则有3 mol H＋由负极区移向正极区，则负极区溶液质量不变，结合电极反应O2＋4e－＋4H＋2H2O可知，此过程中正极区的质量增重×2×18 g·mol－1＝27 g，故两侧溶液质量差将增加27 g，D项正确。
2.A 通入CH4的电极为负极，电极反应为CH4＋10OH－－8e－C＋7H2O，每消耗1 mol CH4可以向外电路提供8 mol e－，①正确；通入CH4的电极为负极，失去电子发生氧化反应，电极反应为CH4＋10OH－－8e－C＋7H2O，②正确；通入氧气的一极为原电池的正极，得到电子发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－4OH－，③错误；电池反应为CH4＋2OH－＋2O2C＋3H2O，随着反应的进行，溶液中的氢氧根离子不断减少，溶液的pH不断减小，④错误。
3.C 该酸性燃料电池的正极反应式为O2＋4e－＋4H＋2H2O，负极反应式为CH3CH2OH－4e－＋H2OCH3COOH＋4H＋，电解质溶液中的H＋向正极移动，A、D错误；根据正极反应式，每转移0.4 mol电子，消耗0.1 mol氧气，即标准状况下消耗2.24 L O2，B错误；根据电池的正、负极反应式可知电池的总反应为CH3CH2OH＋O2CH3COOH＋H2O，C正确。
能力培养
（1）提示：根据盐桥中阴、阳离子不能参与反应，及Fe3＋＋3HCFe（OH）3↓＋3CO2↑、Ca2＋＋SCaSO4↓，可排除HC、Ca2＋，再根据FeSO4溶液显酸性，而N在酸性溶液中具有氧化性，可排除N。最后根据阴、阳离子的电迁移率应尽可能地接近，知选择KCl作盐桥中的电解质较合适。
（2）提示：电子由负极流向正极，结合电子由铁电极流向石墨电极，可知铁电极为负极，石墨电极为正极。盐桥中的阳离子流向正极（石墨电极）溶液中。
（3）提示：由题意知负极反应为Fe－2e－Fe2＋，正极反应为Fe3＋＋e－Fe2＋，则铁电极溶液中c（Fe2＋）增加 0.02 mol·L－1时，石墨电极溶液中c（Fe2＋）增加0.04 mol·L－1，故此时石墨电极溶液中c（Fe2＋）＝0.09 mol·L－1。
（4）提示：石墨电极的电极反应为Fe3＋＋e－Fe2＋，铁电极的电极反应为Fe－2e－Fe2＋，故验证了氧化性：Fe3＋＞Fe2＋，还原性：Fe＞Fe2＋。
迁移应用
铜 I2与KI溶液混合液 ＜
解析：要验证I2能将Cu氧化为Cu2＋，铜失去电子发生氧化反应，则需设计原电池负极材料为Cu，b为含碘单质的KI溶液，故物质a是铜，溶液b是I2与KI溶液混合液，a为负极、石墨为正极，则电势：a电极＜石墨电极。
【随堂演练】
1.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式为Zn－2e－＋2OH－ZnO＋H2O，不相同，A项错误；酸性锌锰电池中酸性介质对金属Zn有腐蚀，存放时间短，B项正确；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，C项正确；图Ⅳ溶液中OH－（阴离子）向负极移动，K＋、H＋（阳离子）向正极移动，D项正确。
2.A 由题图所示工作原理可知，N2H4在该电池的负极上放电，电极反应：N2H4＋4OH－－4e－4H2O＋N2↑，A项错误；氧气得电子被还原，故通入氧气的电极为正极，B项正确；电池工作时OH－向负极移动，C项正确；该电池的正极反应为O2＋2H2O＋4e－4OH－，总反应为N2H4＋O22H2O＋N2，故电解质溶液碱性不变（不考虑电解质溶液的体积变化），D项正确。
3.C 由题干信息中电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2可知，放电时，电极a为非晶硅薄膜，其电极反应为LixSi－xe－Si＋xLi＋，电极a为负极，A项错误；由于2Li＋2H2O2LiOH＋H2↑，故导电介质c中不能有水，则不可为Li2SO4溶液，B项错误；放电时b极为正极，电极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－LiCoO2，C项正确；放电时，电极b为正极，锂离子得电子嵌入正极，电极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－LiCoO2，则当外电路通过0.5 mol电子时，b极薄膜质量增加0.5 mol×7 g·mol－1＝3.5 g，D项错误。
4.D 乙醇燃料电池中，燃料发生失去电子的氧化反应，通入燃料的一极为负极，则C1极为电池负极，C2极为电池正极，A项正确；正极上O2得到电子和H＋反应生成H2O，电极反应为O2＋4H＋＋4e－2H2O，B项正确；该燃料电池的产物与乙醇燃烧的产物相同，则电池的总反应为C2H5OH＋3O22CO2＋3H2O，C项正确；电子由负极经外电路流向正极，即由C1极经外电路流向C2极，D项错误。
5.（1）大于
（2）Cd NiOOH＋H2O＋e－Ni（OH）2＋OH－
（3）防止电池中的镉、镍等重金属对土壤和水源造成污染
解析：（1）原电池放电过程中将化学能转化为电能，即反应物的总能量大于反应产物的总能量。（2）根据总反应可知放电时负极（Cd）反应：Cd＋2OH－－2e－Cd（OH）2，正极（NiOOH）反应：2NiOOH＋2H2O＋2e－2Ni（OH）2＋2OH－。（3）废旧电池中的镍、镉等重金属可对环境造成污染。
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第2课时 化学电源
1.了解常见化学电源的工作原理。
2.认识原电池在实现物质转化和储存能量中的具体应用。
学习目标
目 录
知识点一 化学电源 一次电池和二次电池
知识点二 燃料电池
能力培养 原电池原理的创新应用（探究与创新）
随堂演练
课时作业
知识点一
化学电源 一次电池和二次电池
1. 化学电源的分类及特点
2. 常见的化学电源
项目 酸性锌锰干电池 碱性锌锰干电池
电极 做负极， 做正极 电解质 氯化铵和氯化锌 氢氧化钾
电极
反应 负极
正
极
电池反应
锌
石墨
Zn－2e－ Zn2＋
Zn＋2OH－－2e－ ZnO
＋H2O
2MnO2＋2N ＋2e－
Mn2O3＋2NH3＋H2O
2MnO2＋2H2O＋2e－
2MnOOH＋2OH－
3. 铅蓄电池
（1）构造
②电解质溶液： 溶液。
（2）工作原理
H2SO4
①优点：性能优良、造价低、可多次充放电。
②缺点：单位质量电池释放的电能少。
（3）铅蓄电池的优缺点
【探究活动】
熔融钠—硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。如图中的电池
反应为2Na＋xS Na2Sx（x＝3～5，难溶于熔融硫）。据此回答下列几
个问题：
交流讨论
1. 该电池的正、负极是什么？放电时正极的电极反应是什么？
提示：Na为电池的负极，S为电池的正极。根据电池反应，放电时正极上S
发生还原反应，且Na＋向正极移动参与反应，电极反应为xS＋2Na＋＋2e－
Na2Sx。
2. 该电池是一次电池还是二次电池？为什么？
提示：该电池是以Na-β-Al2O3为隔膜的二次电池。原因为该电池可以反复
充电和放电。
【归纳总结】
1. 根据装置书写电极反应
（1）先分析装置图，根据元素化合价的变化判断得、失电子的物质，再
确定原电池的正、负极上的反应物质。
②正极：阳离子得到电子生成单质（或低价离子）或O2得到电子。若是O2
在电极上反应，则有两种情况：
电解质溶液显碱性或中性
电解质溶液显酸性
（2）书写电极反应
①负极：活泼金属或H2失去电子生成阳离子；若电解质溶液中的阴离子与
生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应，如铅蓄电池的负极反
应：Pb＋S －2e－ PbSO4。
2. 给出总反应，写电极反应
各类电极反应的一般书写步骤：列物质，标（电子）得失；选离子，配电
荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。
3. 可充电电池电极反应的书写
在书写可充电电池电极反应时，要明确电池放电时遵循原电池原理；原电
池的负极发生氧化反应，对应元素的化合价升高；电池的正极发生还原反
应，对应元素的化合价降低。
1. 银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示
为2Ag＋Zn（OH）2 Ag2O＋Zn＋H2O，在此电池放电时，负极上发生
反应的物质是（ ）
A. Ag B. Zn（OH）2
C. Ag2O D. Zn
解析： 此电池放电时是原电池，反应物应从右边找，在Ag2O、Zn、
H2O中Zn失去电子被氧化，故Zn是负极。
√
2. 一次性碱性锌锰干电池（结构如图所示）是一种使用广泛的便携式电
源，电池总反应为Zn＋2MnO2＋H2O ZnO＋2MnOOH。下列说法错误
的是（ ）
A. MnOOH中Mn的化合价为＋3价
B. 正极参与反应的物质为MnO2和H2O
D. 金属外壳起到容器作用，不参与电极反应
√
解析： MnOOH中O的化合价为－2价，H的化合价为＋1 价，故Mn的化
合价为＋3价，A项正确；正极的电极反应为2MnO2＋2e－＋2H2O
2MnOOH＋2OH－，故MnO2和H2O均参与了正极反应，B项正确；负极的
电极反应为Zn－2e－＋2OH－ ZnO＋H2O，C项错误；金属外壳起到容
器作用，不参与电极反应，D项正确。
3. 化学电源在生产生活中有着广泛的应用，下列关于铅蓄电池（如图所
示）的叙述正确的是（ ）
B. 铅蓄电池放电时，若外电路中有0.5 mol电子通过，则溶
液中消耗H2SO4的物质的量为0.25 mol
C. 铅蓄电池充电时，溶液的pH将增大
D. 放电时，该电池的正极材料是铅板
√
解析： 放电时，正极发生还原反应，电极反应式为PbO2＋4H＋＋S
＋2e－ PbSO4＋2H2O，A正确；根据铅蓄电池放电时的总反应：PbO2
＋2H2SO4＋Pb 2PbSO4＋2H2O可知，反应中转移2 mol电子时，消耗2
mol H2SO4，故当外电路中有0.5 mol电子通过时，溶液中消耗H2SO4的物质
的量为0.5 mol，B错误；根据铅蓄电池充电时的总反应：2PbSO4＋
2H2O PbO2＋2H2SO4＋Pb可知，充电时，溶液的pH将减小，C错误；
放电时，该电池的正极材料是PbO2，D错误。
知识点二
燃料电池
1. 氢氧燃料电池
酸性燃料电池 碱性燃料电池
电极材料 电解质溶液 硫酸等酸性溶液 KOH溶液
电极 反应 负极
正极
总反应 石墨
2H2－4e－ 4H＋
2H2＋4OH－－4e－ 4H2O
O2＋4H＋＋4e－ 2H2O
O2＋2H2O＋4e－ 4OH－
2. 燃料电池的工作原理、特点及优点
工作原
理 将燃料和氧化剂分别不断地输入电池的两极，通过燃料（如氢
气）在负极发生氧化反应、氧化剂（如氧气）在正极发生还原
反应，实现一个相当于燃烧的电池反应，从而将化学能转化为
电能
特点 ①电池的正、负极反应物分别是氧化剂和燃料；
②能量转化率远高于普通燃烧过程
优点 能量利用效率高、可连续使用、污染轻等
【探究活动】
制作一个简单的燃料电池
【实验用品】
KOH溶液，稀硫酸，K2SO4溶液，石墨棒；U形管，橡胶塞，导线，电流
表，电源，长颈漏斗。
设计
目标 设计思路及依据 实验 装置 实验
现象
选择实验用品 选择实验用品的
目的 获得
氢气
和氧
气 KOH溶液（或稀硫酸或
K2SO4溶液）、石墨棒、长
颈漏斗、U形管、橡胶塞、
导线、电源 构成电解装置，
通过电解三种溶
液中的任一种获
得H2和O2
两石墨
电极上
均有气
泡产生
【实验方案设计】
设计
目标 设计思路及依据 实验 装置 实验
现象
选择实验用品 选择实验用品的
目的 制作
氢氧
燃料
电池 KOH溶液（或稀硫酸或
K2SO4溶液）、石墨棒、长
颈漏斗、U形管、橡胶塞、
导线、电流表 构成原 电池
电流表
指针发
生偏转
交流讨论
1. 氢氧燃料电池中，正、负极反应物分别是什么？
提示：根据反应2H2＋O2 2H2O可知，H2中氢元素化合价升高，失去电
子发生氧化反应，应在电池负极反应，O2中氧元素化合价降低，得到电子
发生还原反应，应在电池正极反应，故正极反应物是O2，负极反应物是H2。
2. 哪些物质可以用作氢氧燃料电池的电极材料？哪些物质可以用作氢氧燃
料电池的离子导体？
提示：氢氧燃料电池的电极材料是性质稳定的导体如石墨、金属铂等；强
酸溶液如稀硫酸、强碱溶液如KOH溶液、熔融碳酸盐如熔融Na2CO3、固体
电解质和离子交换膜等均可以作为离子导体。
3. 请写出上述实验装置中设计的氢氧燃料电池的电极反应与电池总反应。
（电解质溶液为KOH溶液）
提示：负极反应：2H2－4e－＋4OH－ 4H2O；正极反应：O2＋2H2O＋
4e－ 4OH－，电池总反应：2H2＋O2 2H2O。
【归纳总结】
1. 常见的四种典型燃料电池
名称 电解质 电极反应和电池总反应
氢氧燃料电池 KOH
H2SO4
名称 电解质 电极反应和电池总反应
甲烷燃料 电池 KOH
名称 电解质 电极反应和电池总反应
甲醇燃料 电池 KOH
肼燃料电池 KOH
2. 书写燃料电池电极反应的三步骤
1. 氢氧燃料电池是最理想的新型电池，其工作原理如图所示（质子交换膜
仅允许H＋通过）。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是（ ）
A. 能量转化率已达到100％
B. 通入O2的一极为负极
C. 放电一段时间后，两侧液面均会升高
D. 每消耗1.5 mol H2两侧溶液质量差将增加27 g
√
解析： 由题干图示信息可知，左侧Pt电极为负极，发生电极反应为H2
－2e－ 2H＋，右侧Pt电极为正极，发生电极反应为O2＋4e－＋4H＋
2H2O。燃料电池的能量利用率较高，但能量转化率不能达到100％，A项
错误；通入O2的一极发生还原反应O2＋4e－＋4H＋ 2H2O，为正极，B
项错误；该电池的负极反应式为H2－2e－ 2H＋，正极反应式为O2＋4e－
＋4H＋ 2H2O，即反应过程中正极有H2O生成，且H2O不能通过质子交
换膜，故放电一段时间后，正极区液面会升高，而负极区不会，C项错误；
根据电极反应H2－2e－ 2H＋可知，每消耗1.5 mol H2则电路上通过3
mol电子，则有3 mol H＋由负极区移向正极区，则负极区溶液质量不变，
结合电极反应O2＋4e－＋4H＋ 2H2O可知，此过程中正极区的质量增重
×2×18 g·mol－1＝27 g，故两侧溶液质量差将增加27 g，D项正确。
2. 有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成电池。电
池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是（ ）
①每消耗1 mol CH4可以向外电路提供8 mol e－
②负极上CH4失去电子，电极反应为CH4＋10OH－－8e－ C ＋7H2O
③负极上是O2得到电子，电极反应为O2＋2H2O＋4e－ 4OH－
④电池放电后，溶液pH不断升高
A. ①② B. ①③ C. ①④ D. ③④
√
解析： 通入CH4的电极为负极，电极反应为CH4＋10OH－－8e－
C ＋7H2O，每消耗1 mol CH4可以向外电路提供8 mol e－，①正确；通
入CH4的电极为负极，失去电子发生氧化反应，电极反应为CH4＋10OH－
－8e－ C ＋7H2O，②正确；通入氧气的一极为原电池的正极，得
到电子发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－ 4OH－，③错误；电池反应为
CH4＋2OH－＋2O2 C ＋3H2O，随着反应的进行，溶液中的氢氧根
离子不断减少，溶液的pH不断减小，④错误。
3. 一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪（工作原理示意图如图所示），负极上发生的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O CH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是（ ）
A. 检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动
B. 若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气
√
解析：该酸性燃料电池的正极反应式为O2＋4e－＋4H＋ 2H2O，负极反应式为CH3CH2OH－4e－＋H2O CH3COOH＋4H＋，电解质溶液中的H＋向正极移动，A、D错误；根据正极反应式，每转移0.4 mol电子，消耗0.1 mol氧气，即标准状况下消耗2.24 L O2，B错误；根据电池的正、负极反应式可知电池的总反应为CH3CH2OH＋O2 CH3COOH＋H2O，C正确。
能力培养
原电池原理的创新应用（探究与创新）
为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
已知：Fe3＋＋3HC Fe（OH）3↓＋3CO2↑；两烧杯中溶液体积
相等。
回答下列问题：
（1）电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。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（u∞）应尽可能地相近。根据
下表数据，盐桥中应选择什么物质作为电解质？
阳离子 u∞×108/（m2·s－1·V－1） 阴离子 u∞×108/（m2·s－1·V－1）
Li＋ 4.07 4.61
Na＋ 5.19 7.40
Ca2＋ 6.59 Cl－ 7.91
K＋ 7.62 8.27
提示：根据盐桥中阴、阳离子不能参与反应，及Fe3＋＋3HC Fe
（OH）3↓＋3CO2↑、Ca2＋＋S CaSO4↓，可排除HC 、Ca2＋，再
根据FeSO4溶液显酸性，而N 在酸性溶液中具有氧化性，可排除N 。
最后根据阴、阳离子的电迁移率应尽可能地接近，知选择KCl作盐桥中的
电解质较合适。
（2）电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进
入 电极溶液中。
提示：电子由负极流向正极，结合电子由铁电极流向石墨电极，可知
铁电极为负极，石墨电极为正极。盐桥中的阳离子流向正极（石墨电
极）溶液中。
（3）电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe2＋）增加了0.02
mol·L－1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c（Fe2＋）
为多少？
提示：由题意知负极反应为Fe－2e－ Fe2＋，正极反应为Fe3＋＋e－
Fe2＋，则铁电极溶液中c（Fe2＋）增加 0.02 mol·L－1时，石墨电极溶液中c
（Fe2＋）增加0.04 mol·L－1，故此时石墨电极溶液中c（Fe2＋）＝0.09
mol·L－1。
（4）根据（2）、（3）实验结果，可知石墨电极的电极反应为 ，铁
电极的电极反应为 。因此，验证了Fe2＋氧化性小于 、还原性小
于 。
提示：石墨电极的电极反应为Fe3＋＋e－ Fe2＋，铁电极的电极反应为Fe
－2e－ Fe2＋，故验证了氧化性：Fe3＋＞Fe2＋，还原性：Fe＞Fe2＋。
【迁移应用】
在隔绝空气的条件下进行电化学实验，证实了I2能将Cu氧化为Cu2＋。装
置如图所示，物质a是 ；溶液b是 ；电势：a电
极 石墨电极（填“＜”“＝”或“＞”）。已知：I2易溶于KI溶
液，发生反应：I2＋I－ （红棕色）；I2和 氧化性几乎相同。
铜
I2与KI溶液混合液
＜
解析：要验证I2能将Cu氧化为Cu2＋，铜失去电子发生氧化反应，则需设计原电池负极材料为Cu，b为含碘单质的KI溶液，故物质a是铜，溶液b是I2与KI溶液混合液，a为负极、石墨为正极，则电势：a电极＜石墨电极。
随堂演练
1. （2025·山东青岛高二检测）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OH－向负极移动，K＋、H＋向正极移动
下列说法错误的是（ ）
√
解析： 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式为Zn－2e－＋2OH－ ZnO＋H2O，不相同，A项
错误；酸性锌锰电池中酸性介质对金属Zn有腐蚀，存放时间短，B项正
确；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，C项正确；图Ⅳ溶液中OH－（阴离子）
向负极移动，K＋、H＋（阳离子）向正极移动，D项正确。
2. 碱性联氨燃料电池具有能量密度较高和无污染等优点，其工作原理如图
所示，下列说法不正确的是（ ）
B. 通入氧气的电极为正极
C. 电池工作时OH－向负极移动
D. 该电池工作一段时间后，电解质溶液碱性不变（不考虑电解质溶液的体积变化）
√
解析： 由题图所示工作原理可知，N2H4在该电池的负极上放电，电极
反应：N2H4＋4OH－－4e－ 4H2O＋N2↑，A项错误；氧气得电子被还
原，故通入氧气的电极为正极，B项正确；电池工作时OH－向负极移动，C
项正确；该电池的正极反应为O2＋2H2O＋4e－ 4OH－，总反应为N2H4
＋O2 2H2O＋N2，故电解质溶液碱性不变（不考虑电解质溶液的体积
变化），D项正确。
3. 全固态LiPON薄膜锂离子电池工作示意图如下，LiPON薄膜只允许Li＋
通过，电池反应为LixSi＋Li1－xCoO2 Si＋LiCoO2。下列说法正确的是
（ ）
A. 放电时，a极为正极
B. 导电介质c可为Li2SO4溶液
D. 放电时，当电路通过0.5 mol电子时，b极薄膜质量减少3.5 g
√
解析： 由题干信息中电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2 Si
＋LiCoO2可知，放电时，电极a为非晶硅薄膜，其电极反应为LixSi－xe－
Si＋xLi＋，电极a为负极，A项错误；由于2Li＋2H2O 2LiOH＋
H2↑，故导电介质c中不能有水，则不可为Li2SO4溶液，B项错误；放电时b
极为正极，电极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－ LiCoO2，C项正
确；放电时，电极b为正极，锂离子得电子嵌入正极，电极反应式为Li1－
xCoO2＋xLi＋＋xe－ LiCoO2，则当外电路通过0.5 mol电子时，b极薄
膜质量增加0.5 mol×7 g·mol－1＝3.5 g，D项错误。
4. 生物燃料电池（BFC）是以有机物
为燃料，直接或间接利用酶作为催化
剂的一类特殊的燃料电池，其能量转
化率高，是一种真正意义上的绿色电
池，其工作原理如图所示。已知C1极的电极反应为C2H5OH＋3H2O－12e－
2CO2↑＋12H＋。下列说法错误的是（ ）
A. C1极为电池负极，C2极为电池正极
D. 电子由C2极经外电路流向C1极
√
解析： 乙醇燃料电池中，燃料发生失去电子的氧化反应，通入燃料的
一极为负极，则C1极为电池负极，C2极为电池正极，A项正确；正极上O2
得到电子和H＋反应生成H2O，电极反应为O2＋4H＋＋4e－ 2H2O，B项
正确；该燃料电池的产物与乙醇燃烧的产物相同，则电池的总反应为
C2H5OH＋3O2 2CO2＋3H2O，C项正确；电子由负极经外电路流向正
极，即由C1极经外电路流向C2极，D项错误。
5. 镉镍可充电电池在现代生活中有着广泛的应用，它的充、放电反应
如下：
Cd＋2NiOOH＋2H2O Cd（OH）2＋2Ni（OH）2。
请回答下列问题：
（1）上述反应式中左边物质的总能量 （填“大于”“小于”或
“等于”）右边物质的总能量。
解析：原电池放电过程中将化学能转化为电能，即反应物的总能量大于反应产物的总能量。
大于
解析：根据总反应可知放电时负极（Cd）反应：Cd＋2OH－－2e－ Cd（OH）2，正极（NiOOH）反应：2NiOOH＋2H2O＋2e－ 2Ni（OH）2＋2OH－。
（3）镉镍废旧电池必须进行回收并集中处理，最主要的原因是
。
解析：废旧电池中的镍、镉等重金属可对环境造成污染。
Cd
NiOOH＋H2O＋e－ Ni（OH）2＋OH－
防止电
池中的镉、镍等重金属对土壤和水源造成污染
课时作业
1. （2025·广东江门高二检测）下面是几种常见的化学电源示意图。有关
说法错误的是（ ）
A. 上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
B. 干电池在长时间使用后，锌筒被破坏
C. 氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D. 铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量减轻207 g
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解析： 题给电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池，A项正确；
干电池中锌作负极，锌原子失去电子，被氧化生成Zn2＋，故干电池在长时
间使用后，锌筒可被破坏，B项正确；氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧
化剂全部储藏在电池内，且工作的最终产物是水，故氢氧燃料电池是一种
具有应用前景的绿色电源，C项正确；铅蓄电池工作时，铅作负极，电极
反应式为Pb－2e－＋S PbSO4，每通过2 mol电子，负极质量增加96
g，D项错误。
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2. 一种镁氧电池如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解
液为KOH浓溶液。下列说法正确的是（ ）
C. 活性炭可以加快O2在负极上的反应速率
D. 电子的移动方向由b经外电路到a
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解析：由分析可知，负极电极反应为Mg－2e－＋2OH－ Mg（OH）2↓，正极电极反应为O2＋4e－＋2H2O 4OH－，得失电子相同的条件下，将正、负极电极反应相加得电池总反应为2Mg＋O2＋2H2O 2Mg（OH）2，A正确；正极电极反应为O2＋4e－＋2H2O 4OH－，B错误；通入O2的电极是正极，活性炭可以加快O2在正极上的反应速率，C错误；Mg作负极、活性炭作正极，电子从负极a经外电路到正极b，D错误。
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3. 现有二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池，其原理如图所示。下列说法
不正确的是（ ）
注：质子指H＋，质子交换膜仅允许H＋通过。
B. 该电池工作时质子从Pt1电极经过内电路流到Pt2电极
D. 该电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合
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解析：放电时，质子向正极移动，Pt1电极为负极，Pt2电极为正极，则Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋4H＋ 2H2O；Pt1电极通入SO2和H2O，SO2在负极失去电子生成S ，则Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－ S ＋4H＋，该电池工作时质子从Pt1电极经过内电路流到Pt2电极。
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4. （2025·山东淄博高二质检）在碳
中和愿景下，全球范围内可再生能
源不断开发。一种新研发的电池系
统是通过二氧化碳溶于水触发电化
学反应，其工作原理如图所示（钠超离子导体只允许Na＋通过）。下列说法正确的是（ ）
A. 电子通过钠超离子导体由a极移动到b极
B. 工作一段时间b极附近可能有白色固体析出
C. 电池工作时每消耗标准状况下2.24 L CO2，a极质量减少4.6 g
D. 该电池中的有机电解液可选用乙醇
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解析： 电子不会在钠超离子导体中移动，而是通过用电器经a极移动到
b极，A项错误；Na被氧化为钠离子，为原电池的负极，则a电极反应式为
Na－e－ Na＋，b为正极，发生还原反应，电极反应为2CO2＋2H2O＋2e
－ 2HC ＋H2，同时a电极生成的Na＋经钠超离子导体移动到b电极，
当电解液中钠离子和碳酸氢根离子达到饱和时，b极区可能发生反应Na＋＋
HC NaHCO3↓，即工作一段时间b极附近可能有白色固体析出，B项
正确；每消耗标准状况下2.24 L CO2，即消耗0.1 mol CO2，由电极反应可
知，转移0.1 mol电子，则消耗金属钠0.1 mol，a极质量减小2.3 g，C项错
误；钠和乙醇能发生置换反应，该电池中的有机电解液不可选用乙醇，D
项错误。
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5. 法国科学家发明了第一块可植入人体为人造器官提供电能的葡萄糖生物
燃料电池，其基本原理是葡萄糖和氧气在人体中酶的作用下发生反应：
C6H12O6＋6O2 6CO2＋6H2O（酸性环境）。下列说法不正确的是（ ）
A. 葡萄糖的结构简式为CH2OH（CHOH）4CHO
B. 电池工作时，H＋从负极区向正极区移动
D. 该电池可用18 mol·L－1的硫酸溶液做离子导体
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解析：葡萄糖的结构简式为CH2OH（CHOH）4CHO，A正确；电池工作时，阳离子向正极移动，则该电池中氢离子从负极区向正极区移动，B正确；该电池中葡萄糖在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－ 6CO2↑＋24H＋，C正确；18 mol·L－1的硫酸溶液属于浓硫酸，具有脱水性，会使葡萄糖脱水炭化，使葡萄糖生物燃料电池无法正常工作，则该电池不可用18 mol·L－1硫酸溶液做离子导体，D错误。
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6. 某蓄电池放电、充电时的反应为Fe＋Ni2O3＋3H2O Fe（OH）2＋2Ni
（OH）2，下列推断中正确的是（ ）
①放电时，Fe为正极，Ni2O3为负极
②放电时，负极电极反应为Fe＋2OH－－2e－ Fe（OH）2
③放电时，Ni2O3在正极反应
④该蓄电池的电极必须是浸在某种碱性电解质溶液中
A. ①②③ B. ①②④
C. ①③④ D. ②③④
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解析：放电时Fe被氧化，Ni2O3被还原，Fe作为负极，Ni2O3作为正极。放电时负极反应为Fe＋2OH－－2e－ Fe（OH）2，Ni2O3在正极上发生反应。由于放电时的产物均为碱性物质，故应用碱性电解质溶液。
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7. 微生物燃料电池可以净化废水，同时还能获得电能或有价值的化学产品，图1为其工作原理，图2为废水中Cr2 浓度与去除率的关系。下列说法不正确的是（ ）
D. 当M极产生22.4 L CO2气体（标准状况）时，有4 mol电子从N极进入溶液
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解析： 根据图示，电子由M极流向N极，说明M为电池负极，N为正
极，Cr2 在正极得到电子被还原为Cr（OH）3，A正确；M极为负极，
由图示知，CH3COOH在负极被氧化为CO2，对应电极反应为CH3COOH－
8e－＋2H2O 2CO2↑＋8H＋，B正确；由图2可知，当Cr2 浓度为3
mg·L－1时，去除率为0，因为其有强氧化性和毒性，使还原菌的蛋白质变
性而失去活性，C正确；M极产生22.4 L CO2气体（标准状况）时，根据转
移电子关系：CO2～4e－，有4 mol电子从M极流向N极，但电子不进入溶
液，D错误。
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8. 我国科学家开发出了一种Zn-NO电池系统，该电池同时具有合成氨和对
外供电的功能，其工作原理如图所示，下列说法中错误的是（ ）
A. 电极电势：Zn/ZnO电极＜MoS2电极
C. 电池工作一段时间后，正极区溶液的pH减小
D. 电子流向：Zn/ZnO电极→负载→MoS2电极
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解析：由题图可知，MoS2电极的电极反应式为NO＋5e－＋5H＋ NH3＋H2O，该电极为正极，Zn/ZnO电极为负极，正极电势高于负极电势，A正确；Zn/ZnO电极的电极反应式为Zn－2e－＋2OH－ ZnO＋H2O，B正确；根据题图及A的分析，正极消耗的H＋源于双极膜解离出的H＋，且产生的NH3会部分溶解，所以正极区溶液的pH不会减小，C错误；电子流向：负极（Zn/ZnO电极）→负载→正极（MoS2电极），D正确。
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9. 科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。近几年开发的
甲醇燃料电池是采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子
（就是H＋）和水分子通过。其工作原理的示意图如图，请回答下列问题：
（1）该装置的能量转化形式为 。
（2）Pt（a）电极是电池 （填“正”或“负”）极。
化学能转化为电能
负
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（3）电解液中的H＋向 （填“a”或“b”）极移动。
b
解析：燃料电池中，通入燃料的电极Pt（a）为负极，负极上甲醇失去电子
发生氧化反应，CH3OH＋H2O－6e－ CO2↑＋6H＋，通入氧气的电极Pt
（b）为正极，O2＋4H＋＋4e－ 2H2O。（3）电解液中的H＋向正极移
动，即向b电极移动。
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（4）如果该电池工作时消耗1 mol CH3OH，则电路中通过 mol电子。
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解析：根据转移电子数守恒，该电池工作时消耗1 molCH3OH，则电路中通过6 mol电子。
（5）比起直接燃烧燃料转化为电力，使用燃料电池有许多优点，其中主
要有两点：首先是燃料电池的能量转化率高，其次是 。
对环境无污染
解析：燃料电池的能量转化率高，甲醇反应的产物为CO2和H2O，对环境无污染。
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10. Ⅰ.经过长时间的研发和多次展示后，科技工作者开发出了甲醇燃料电
池，该电池总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH 2K2CO3＋6H2O。请回答
下列问题：
（1）该燃料电池的电解质是 。
KOH
解析：由电池总反应可知，该电池的电解质是KOH。
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（2）由电池反应可知，放电时该电池的负极反应物为
，该物质发生 反应，负极的电极反应为
。
CH3OH（或甲
醇）
氧化
CH3OH＋8OH－
－6e－ C ＋6H2O
解析：放电时负极上CH3OH发生氧化反应，正极上O2发生还原反应；正极反应为O2＋2H2O＋4e－ 4OH－，负极反应为CH3OH＋8OH－－6e－ C ＋6H2O。
（3）放电一段时间后，通入O2的电极附近溶液的pH （填“升
高”“不变”或“降低”）。
升高
解析：根据放电时正极反应可知，放电一段时间后，通入氧气的电极附近生成OH－，c（OH－）增大，pH升高。
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Ⅱ.NH3-O2燃料电池的结构如图所示：
（4）a极为电池的 （填“正”或“负”）极。
负
解析：a极通入氨气，是负极，b极通入氧气，是正极。
（5）当生成1 mol N2时，电路中流过电子的物质的量为 。
解析：氨气中N元素的化合价由－3价变成0价，当生成1 mol N2时，转移电子的物质的量为6 mol。
6 mol
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