資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
第02講 原電池、化學電源
目錄
01 考情透視·目標導航
02 知識導圖·思維引航
03考點突破·考法探究
考點一 原電池的工作原理
知識點1 原電池的概念及構成條件
知識點2 原電池的應用
考向1 原電池的工作原理
考向2 原電池電極判斷及電極反應的書寫
考向3 “鹽橋”的作用與化學平衡的移動
考點二 化學電源
知識點1 一次電池、二次電池電極反應式的書寫
知識點2 燃料電池
考向1 一次電池
考向2 二次電池
考向3 燃料電池
04真題練習·命題洞見
04真題練習·命題洞見
考點要求 考題統計 考情分析
原電池原理綜合應用 2024·江蘇卷8題，3分；2024·北京卷3題，3分；2023廣東卷6題，2分；2023山東卷11題，4分；2022全國甲卷12題，6分；2022山東卷13題，4分；2021廣東卷9題，2分；2021山東卷10題，2分； 電化學知識是中學化學中的重要基本概念，也是近年來高考化學的持續熱點，在復雜、陌生、新穎的研究對象和真實問題情境下，體現了對電化學知識基礎性、綜合性、創新性和應用性的考查。近年高考中對電化學的考查出現了新的變化，以裝置圖為載體來考查電化學的相關知識，成為近年高考的新亮點，考查的關鍵能力側重于兩個方面：一是理解與辨析能力，要求學生能夠從圖示電化學裝置中提取有效信息，判斷裝置種類、辨別電極名稱等；二是分析與推理能力，要求學生能夠根據圖示信息和電解池的工作原理，分析電極反應的類型、電解質的作用、離子的移動方向以及定量分析轉移電子的物質的量等。
新型二次電池 2024·安徽卷11題，3分；2024·全國甲卷6題，3分；2024·河北卷13題，3分；2023遼寧卷11題，3分；2023全國甲卷10題，6分；2022遼寧卷14題，3分；2022福建卷9題，4分；2021河北卷9題，3分；2021遼寧卷10題，3分；2021浙江1月選考22題，2分；2021浙江6月選考22題，2分；2021湖南卷10題，3分；
燃料電池 2024·全國新課標卷6題，3分
復習目標： 1．理解原電池的構成、工作原理及應用，正確判斷原電池的兩極，能書寫電極反應式和總反應方程式。 2．了解常見化學電源的種類及其工作原理；了解燃料電池的應用。體會研制新型電池的重要性。 3．能夠認識和書寫新型化學電源的電極反應式。
考點一 原電池的工作原理
知識點1 原電池的概念及構成條件
1．定義：把化學能轉化為電能的裝置。
2．原電池的形成條件
（1）能自發進行的氧化還原反應。
（2）兩個金屬活動性不同的電極(燃料電池的兩個電極可以相同)。
（3）形成閉合回路，需滿足三個條件：a.存在電解質；b.兩電極直接或間接接觸；c.兩電極插入電解質溶液或熔融電解質中。
3．工作原理(以鋅銅原電池為例)
【名師提醒】
1．根據內電路中的離子流向判斷正、負極，在內電路中，陽離子由負極區流向正極區，陰離子由正極區流向負極區。
2．鹽橋主要作用就是構建閉合的內電路，但不影響反應的實質。鹽橋內常為飽和氯化鉀、硝酸鉀等溶液。
知識點2　原電池的應用
1．設計制作化學電源
2．比較金屬的活動性強弱：原電池中，負極一般是活動性較強的金屬，正極一般是活動性較弱的金屬(或非金屬)。
3．加快化學反應速率：氧化還原反應形成原電池時，反應速率加快。
4．用于金屬的防護：將需要保護的金屬制品作原電池的正極而受到保護。
考向1 原電池的工作原理
【例1】某小組利用下列裝置進行電化學實驗，下列實驗操作及預期現象正確的是 (　　)
A．X和Y與電流表連接，電子由Cu極流向Zn極
B．X和Y與電流表連接，將Zn換成Fe測得電流更大
C．X和Y分別與電源“－”、“＋”極相連，Cu極質量減輕
D．X和Y分別與電源“－”、“＋”極相連，Zn極質量減輕
【答案】C
【解析】A項，Zn作負極，電子由Zn極流向Cu極，錯誤；B項，Fe、Cu的活動性相差小，測得電流也小，錯誤；C項，X為Zn、Y為Cu，Cu作陽極，Cu被電解，質量減輕，C正確，D錯誤。
【名師點睛】
1．判斷電極名稱的基本方法是看電極反應物的反應類型，若電極反應物失去電子，發生氧化反應則為負極，反之為正極。
2．雙液銅、鋅原電池(帶鹽橋)與單液原電池相比，最大的優點是Zn與氧化劑(Cu2＋)不直接接觸，僅有化學能轉化為電能，避免了能量損耗，故電流穩定，放電時間長。
3．無論是原電池還是電解池，電子均不能通過電解質溶液，即電子不下水，離子不上線。
【變式訓練】（2024·四川省大數據精準教學聯盟高三第二次統一監測）通過測定下圖電池的標準電動勢(V)，可計算電池總反應的平衡常數。已知：，該電池z=1；鹽橋中裝有含KCl飽和溶液的瓊脂，離子可在其中自由移動。下列說法錯誤的是( )
A．正極反應為AgCl+e-=Ag+Cl-
B．反應后，右側燒杯中c(AgNO3)增大
C．每轉移1mole-，兩個電極的質量共減少143.5g
D．若，Ag+(aq)+ Cl-(aq)AgCl(s)的平衡常數為
【答案】B
【解析】原電池Ag電極為負極，發生反應：Ag-e-=Ag+，電極做正極，電極反應為：AgCl+e-=Ag+ Cl-。原電池反應過程中Cl-向右側燒杯遷移，K+向左側遷移。A項，正極反應為AgCl+e-=Ag+ Cl-，負極反應為Ag-e-=Ag+，A正確； B項，原電池反應過程中Cl-向右側燒杯遷移，與2H2O-4e- =O2↑＋4H＋生成AgCl沉淀，右側燒杯中AgNO3濃度保持不變，B錯誤；C項，正極反應為AgCl+e-=Ag+ Cl-，負極反應為Ag-e-=Ag+，每轉移1mole-時，負極質量減少108g，正極質量減少35.5g，兩極共減少143.5g，C正確；D項，z=1，代入，，這是電池總反應AgCl(s) Ag+(aq)+ Cl-(aq)的平衡常數，則Ag+(aq)+ Cl-(aq)AgCl(s)平衡常數，D正確；故選B。
考向2 原電池電極判斷及電極反應的書寫
【例2】分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結論正確的是(　　)
　
A．①②中Mg作負極，③④中Fe作負極
B．②中Mg作正極，電極反應式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe作負極，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu作正極，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑
【答案】B
【解析】②中Mg不與NaOH溶液反應，而Al能和NaOH溶液反應失去電子，故Al是負極；③中Fe在濃硝酸中鈍化，Cu和濃HNO3反應失去電子作負極，A、C錯；②中電池總反應為2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，負極反應式為2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相減得到正極反應式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正確；④中Cu是正極，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D錯。
【思維建模】
1．原電池電極判斷
說明：原電池的正極和負極與電極材料的性質有關，也與電解質溶液有關，不要形成活潑電極一定作負極的固定思維。
2．電極反應的書寫
（1）一般電極反應的書寫
（2）復雜電極反應的書寫。復雜電極反應等于總反應減去較簡單一極的電極反應。
考向3 “鹽橋”的作用與化學平衡的移動
【例3】(2024·浙江省寧波市高三下學期二模)利用下圖電池裝置可驗證不同化合價鐵元素的相關性質。
已知：電池裝置中，鹽橋中陰、陽離子不與溶液中的物質發生化學反應，并且電遷移率(如下表)應盡可能地相近；兩燒杯中溶液體積相等。
離子 Li+ Na+ Ca2+ K+ HCO3- NO3- Cl- SO42-
4.07 5.19 6.59 7.62 4.61 7.40 7.91 8.27
下列說法正確的是( )
A．根據上表數據，鹽橋中應選擇KNO3作為電解質
B．石墨電極上對應的電極反應式為：Fe2+-e-=Fe3+
C．反應一段時間后，當右池中c(Fe2+)：c(Fe3+)=3：2時，左池中c(Fe2+)=0.15mol·L－1
D．鹽橋中的陰離子進入石墨電極一側溶液中
【答案】C
【解析】由題意和圖知，鐵電極為負極，電極反應式為Fe-2e-=Fe2+，石墨電極為正極，電極反應式為Fe3++e-=Fe2+。A項，Fe2＋、Fe3＋能與HCO3-反應，Ca2＋與SO42-不能大量共存，FeSO4、Fe2(SO4)3都屬于強酸弱堿鹽，水溶液呈酸性，酸性條件下NO3-能與Fe2＋反應，根據題意“鹽橋中陰、陽離子不與溶液中的物質發生化學反應”，鹽橋中陰離子不可以選擇HCO3-、NO3-，陽離子不可以選擇Ca2＋，鹽橋中陰、陽離子的遷移率(u∞)應盡可能地相近，根據表中數據，鹽橋中應選擇KCl作為電解質，A錯誤；B項，石墨電極為正極，電極反應式為Fe3++e-=Fe2+，B錯誤；C項，由圖知，右池中原c(Fe2+)：c(Fe3+)=0.05：0.20，發生反應為Fe3++e-=Fe2+，現c(Fe2+)：c(Fe3+)=3：2，即c(Fe2+)：c(Fe3+)=0.15：0.10，在此過程中c(Fe2+)增加了0.10mol/L，轉移的電子數為0.10mol/L，則由負極反應式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正確；D項，鹽橋中的陰離子流向負極，由分析知，進入鐵電極一側溶液中，D錯誤； 故選C。
【思維建模】
1．把氧化劑、還原劑均為溶液狀態的氧化還原反應設計成原電池時，必須使用鹽橋才能實現氧化劑與還原劑的分離，否則不會有明顯的電流出現。
2．電子流向的分析方法：①改變條件，平衡移動；②平衡移動，電子轉移；③電子轉移，判斷區域；④根據區域，判斷流向；⑤根據流向，判斷電極。
【變式訓練】控制適合的條件，將反應2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2設計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是 (　　)
A．反應開始時，乙中石墨電極上發生氧化反應
B．反應開始時，甲中石墨電極上Fe3＋被還原
C．電流計讀數為零時，反應達到化學平衡狀態
D．電流計讀數為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負極
【答案】D
【解析】由圖示結合原電池原理分析可知，Fe3＋得電子變成Fe2＋被還原，I－失去電子變成I2被氧化，所以A、B正確；電流計讀數為零時Fe3＋得電子速率等于Fe2＋失電子速率，反應達到平衡狀態；D項在甲中溶入FeCl2固體，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移動，I2被還原為I－，乙中石墨為正極，D不正確。
考點二 化學電源
知識點1 一次電池、二次電池電極反應式的書寫
1．新型一次電池
Mg－H2O2電池 總反應：H2O2＋2H＋＋Mg===Mg2＋＋2H2O
正極 H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O
負極 Mg－2e－===Mg2＋
Mg－AgCl電池 總反應：Mg＋2AgCl===2Ag＋MgCl2
正極 2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag
負極 Mg－2e－===Mg2＋
鈉硫電池 總反應：2Na＋xS===Na2Sx
正極 xS＋2e－===S
負極 2Na－2e－===2Na＋
鋰－銅電池 總反應：2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－
正極 Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－
負極 2Li－2e－===2Li＋
鋰釩氧化物電池 總反應：xLi＋LiV3O8===Li1＋xV3O8
正極 xLi＋＋LiV3O8＋xe－===Li1＋xV3O8
負極 xLi－xe－===xLi＋
2．新型充電(可逆)電池
鋅銀 電池 總反應：Ag2O＋Zn＋H2O2Ag＋Zn(OH)2
正極：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ 負極：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 陽極：2Ag＋2OH－－2e－===Ag2O＋H2O 陰極：Zn(OH)2＋2e－===Zn＋2OH－
鎳電池 鎳鐵電池 總反應：NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2
正極：NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－ 負極：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 陽極：Ni(OH)2＋2OH－－2e－===NiO2＋2H2O 陰極：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－
鎳鎘電池 總反應：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2 說明：參考鎳鐵電池自行書寫。
高鐵 電池 總反應：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH
正極：2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－ 負極：3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2 陽極：2Fe(OH)3＋10OH－－6e－===2FeO＋8H2O 陰極：3Zn(OH)2＋6e－===3Zn＋6OH－
鋰離子 電池 總反應：Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋C6(x<1)
正極：Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2 負極：LixC6－xe－===xLi＋＋C6 陽極：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋ 陰極：xLi＋＋xe－＋C6===LixC6
鈉電池 鈉硫蓄電池 總反應：2Na2S2＋NaBr3Na2S4＋3NaBr
正極：NaBr3＋2e－＋2Na＋===3NaBr 負極：2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋ 陽極：3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋ 陰極：Na2S4＋2Na＋＋2e－===2Na2S2
鈉離子電池 總反應：Na1－mCoO2＋NamCnNaCoO2＋Cn
正極：Na1－mCoO2＋me－＋mNa＋===NaCoO2 負極：NamCn－me－===mNa＋＋Cn 陽極：NaCoO2－me－===Na1－mCoO2＋mNa＋ 陰極：mNa＋＋Cn＋me－===NamCn
全釩液 流電池 總反應：VO＋2H＋＋V2＋V3＋＋VO2＋＋H2O
正極：VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O 負極：V2＋－e－===V3＋ 陽極：VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋ 陰極：V3＋＋e－===V2＋
【方法技巧】
化學電源電極反應的書寫、、書寫電極反應時，首先要根據原電池的工作原理準確判斷正、負極，然后結合電解質溶液的環境確定電極產物，最后再根據質量守恒和電荷守恒寫出反應式。
(1)拆分法。①寫出原電池的總反應；②把總反應按氧化反應和還原反應拆分為兩個半反應，注明正、負極，并依據質量守恒、電荷守恒及得失電子守恒配平兩個半反應。
(2)加減法。①寫出總反應；②寫出其中容易寫出的一個半反應(正極或負極)；③利用總反應與寫出的一極反應相減，即得另一個電極的反應。
知識點2　燃料電池
燃料電池(以CH3OH燃料電池為例，體會不同介質對電極反應的影響)
質子交換膜(酸性) H＋ 總反應：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
正極 O2＋4e－＋4H＋===2H2O
負極 CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋
堿性燃料電池 OH－ 總反應：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O
正極 O2＋4e－＋2H2O===4OH－
負極 CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
固態氧化物燃 料電池 O2－ 總反應：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
正極 O2＋4e－===2O2－
負極 CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O
【名師點晴】
1．燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用。
2．書寫燃料電池的電極反應時，要注意溶液的酸堿性，溶液的酸堿性對電極反應和總反應都會產生影響。
考向1 一次電池
【例1】(2024·江蘇卷，8)堿性鋅錳電池的總反應為Zn+2MnO2+H2O= ZnO+2MnOOH，電池構造示意圖如圖所示。下列有關說法正確的是( )
A．電池工作時，MnO2發生氧化反應
B．電池工作時，OH-通過隔膜向正極移動
C．環境溫度過低，不利于電池放電
D．反應中每生成1mol MnOOH，轉移電子數為2×6.02×10-23
【答案】C
【解析】Zn為負極，電極反應式為：Zn-2e-+2OH-= ZnO+H2O，MnO2為正極，電極反應式為：MnO2+ e-+H2O= MnOOH+OH-。A項，電池工作時，MnO2為正極，得到電子，發生還原反應，故A錯誤；B項，電池工作時，OH-通過隔膜向負極移動，故B錯誤；C項，環境溫度過低，化學反應速率下降，不利于電池放電，故C正確；D項，由電極反應式MnO2+ e-+H2O= MnOOH+OH-可知，反應中每生成1mol MnOOH，轉移電子數為6.02×10-23，故D錯誤；故選C。
【變式訓練】(2024·北京市西城區高三一模)我國科學家設計可同時實現H2制備和海水淡化的新型電池，裝置示意圖如圖。
下列說法不正確的是( )
A．電極a是正極
B．電極b的反應式：N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O
C．每生成1molN2，有2molNaCl發生遷移
D．離子交換膜c、d分別是陽離子交換膜和陰離子交換膜
【答案】C
【解析】該裝置為原電池，電極a上氫離子得電子生成氫氣，則a為正極，電極反應為2H++2e-=H2↑，電極b上，N2H4在堿性條件下失去電子生成N2，b為負極，電極反應為N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，根據電解池中，陽離子移向正極，陰離子移向負極，則鈉離子經c移向左側（a），氯離子經d移向右側（b），c、d分別是陽離子交換膜和陰離子交換膜。A項，電極a是正極，A正確；B項，電極b的反應式：N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，B正確；C項，根據N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，每生成1molN2，轉移4mol電子，根據電荷守恒，有4molNaCl發生遷移，C錯誤；D項，離子交換膜c、d分別是陽離子交換膜和陰離子交換膜，D正確；故選C。
考向2 二次電池
【例2】(2024·安徽卷，11)我國學者研發出一種新型水系鋅電池，其示意圖如下。該電池分別以Zn-TCPP (局部結構如標注框內所示)形成的穩定超分子材料和Zn為電極，以ZnSO4和KI混合液為電解質溶液。下列說法錯誤的是( )
A．標注框內所示結構中存在共價鍵和配位鍵
B．電池總反應為：I3-+ZnZn2++3I-
C．充電時，陰極被還原的Zn2+主要來自Zn-TCPP
D 放電時，消耗0.65 g Zn，理論上轉移0.02 mol電子
【答案】C
【解析】由圖中信息可知，該新型水系鋅電池的負極是鋅、正極是超分子材料；負極的電極反應式為Zn-2e-=Zn2＋，則充電時，該電極為陰極，電極反應式為Zn2++2e-=Zn；正極上發生3I3-+2e-=3I-，則充電時，該電極為陽極，電極反應式為3I--2e-=I3-。A項，標注框內所示結構屬于配合物，配位體中存在碳碳單鍵、碳碳雙鍵、碳氮單鍵、碳氮雙鍵和碳氫鍵等多種共價鍵，還有由N提供孤電子對、Zn2+提供空軌道形成的配位鍵，A正確；B項，該電池總反應為I3-+ZnZn2++3I-，B正確；C項，充電時，陰極電極反應式為Zn2++2e-=Zn，被還原的Zn2+主要來自電解質溶液，C錯誤；D項，放電時，負極的電極反應式為Zn-2e-=Zn2＋，因此消耗0.65 g Zn(物質的量為0.01mol)，理論上轉移0.02 mol電子，D正確；故選C。
【思維建模】
思維模型
解題模型 例：xMg＋Mo3S4MgxMo3S4
【變式訓練】(2024·安徽省馬鞍山市高三第二次教學質量檢測)磷酸鐵鋰電池在充放電過程中表現出了良好的循環穩定性，具有較長的使用壽命，放電時的反應為：LixC6+Li1-xFePO4= 6C+LiFePO4。圖1為某磷酸鐵鋰電池的切面，圖2為LiFePO4晶胞充放電時Li+脫出和嵌入的示意圖。其中O圍繞Fe和P分別形成正八面體和正四面體，它們通過共頂點、共棱形成空間鏈結構。下列說法不正確的是( )
A．放電時，負極反應： LixC6- xe- = xLi++6C
B．(a)過程中1mol晶胞轉移的電子數為NA
C．(b)代表放電過程， Li+脫離石墨，經電解質嵌入正極
D．充電時的陽極反應： LiFePO4- xe-= Li1-xFePO4+xLi+
【答案】B
【解析】從總反應分析， LixC6變為C和Li+為氧化反應，該極為原電池的負極。而Li1-xFePO4變為LiFePO4發生還原反應，它為原電池的正極。A項，放電的負極為 LixC6- xe- = xLi++6C，A正確；B項，a過程由于Fe2+化合價升高為Fe3+，為了平衡電荷Li+脫嵌減少。從圖看晶胞中減少了棱上1個和面心的一個Li+總共減少，所以1mol晶體中轉移NA電子，B錯誤；C項，放電時，該材料在正極發生還原反應，即Fe由+2變為+3為b過程，Li+嵌入正極，C正確；D項，充電時的總反應為 6C+LiFePO4= LixC6+Li1-xFePO4，陽極發生氧化反應為 LiFePO4- xe-= Li1-xFePO4+xLi+，D正確；故選B。
考向3 燃料電池
【例3】(2024·全國新課標卷，6)一種可植入體內的微型電池工作原理如圖所示，通過CuO催化消耗血糖發電，從而控制血糖濃度。當傳感器檢測到血糖濃度高于標準，電池啟動。血糖濃度下降至標準，電池停止工作。(血糖濃度以葡萄糖濃度計)
電池工作時，下列敘述錯誤的是
A．電池總反應為2C6H12O6+O2=2C6H12O7
B．b電極上CuO通過Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互轉變起催化作用
C．消耗18mg葡萄糖，理論上a電極有0.4mmol電子流入
D．兩電極間血液中的Na＋在電場驅動下的遷移方向為b→a
【答案】C
【解析】由題中信息可知，b電極為負極，發生反應Cu2O+2OH--2e-=2CuO+H2O，然后再發生C6H12O6+2CuO= C6H12O7+Cu2O；a電極為正極，發生反應O2+2H2O+4e-=4OH-，在這個過程中發生的總反應為2C6H12O6+O2=2C6H12O7。A項，由題中信息可知，當電池開始工作時，a電極為電池正極，血液中的O2在a電極上得電子生成OH-，電極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-；b電極為電池負極， Cu2O在b電極上失電子轉化成CuO，電極反應式為Cu2O+2OH--2e-=2CuO+H2O，然后葡萄糖被CuO氧化為葡萄糖酸，CuO被還原為Cu2O，則電池總反應為2C6H12O6+O2=2C6H12O7，A正確；B項，b電極上CuO將葡萄糖被CuO氧化為葡萄糖酸后被還原為Cu2O，Cu2O在b電極上失電子轉化成CuO，在這個過程中CuO的質量和化學性質保持不變，因此，CuO通過Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互轉變起催化作用，B正確；C項，根據反應2C6H12O6+O2=2C6H12O7可知，1mol C6H12O6參加反應時轉移2 mol電子，18 mg C6H12O6的物質的量為0.1 mmol，則消耗18 mg葡萄糖時，理論上a電極有0.2 mmol電子流入，C錯誤；D項，原電池中陽離子從負極移向正極遷移，故Na＋遷移方向為b→a，D正確。故選C。
【方法技巧】
(1)注意介質是電解質溶液還是熔融鹽或氧化物。
(2)通入負極的物質為燃料，通入正極的物質為氧氣(或其他氧化劑)。
(3)通過介質中離子的移動方向，可判斷電池的正負極，同時考慮該離子參與靠近一極的電極反應。
(4)零價法秒殺負極反應的書寫。若負極有機物燃料為CxHyOz，產物中C元素為+4 價的C或HC，則轉移電子數為C數×4+H數×1+O數×(-2)，若有機陰離子在負極反應(如CH3COO-)，轉移電子數則為C數×4+H數×1+O數×(-2)+電荷數。
【變式訓練】(2024·浙江省Z20名校聯盟高三聯考)一種三室微生物燃料電池的工作原理如圖所示，該電池能同時去除有機物、脫氮形成無害氣體和水。下列說法不正確的是( )
A．X、Y交換膜均為質子交換膜
B．電極室C中溶液經滅菌后通入電極室A
C．b電極反應式：
D．電極室C中僅發生還原反應
【答案】D
【解析】根據圖中電子的流向和電極上的變化可判斷電極b電極上發生的反應為：，電極a上的反應為，而電池c上有兩個變化過程分別為：，。A項，結合電極反應可判斷X、Y交換膜均為質子交換膜，故A正確； B項，結合分析可知電極室C中溶液經滅菌后通入電極室A，故B正確；C項，b電極反應式：，故C正確；D項，結合電極上的變化，可知電極室C中既發生還原反應又發生了氧化反應，故D錯誤；故選D。
1．(2024·北京卷，3，3分)酸性鋅錳干電池的構造示意圖如下。關于該電池及其工作原理，下列說法正確的是( )
A．石墨作電池的負極材料 B．電池工作時，NH4+向負極方向移動
C．MnO2發生氧化反應 D．鋅筒發生的電極反應為Zn-2e-=Zn2＋
【答案】D
【解析】A項，酸性鋅錳干電池，鋅筒為負極，石墨電極為正極，故A錯誤；B項，原電池工作時，陽離子向正極(石墨電極)方向移動，故B錯誤；C項，MnO2發生得電子的還原反應，故C錯誤；D項，鋅筒為負極，負極發生失電子的氧化反應Zn-2e-=Zn2＋，故D正確；故選D。
2．(2024·全國甲卷，6，3分)科學家使用δ-MnO2研制了一種MnO2-Zn可充電電池(如圖所示)。電池工作一段時間后，MnO2電極上檢測到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列敘述正確的是( )
A．充電時，Zn2+向陽極方向遷移
B．充電時，會發生反應Zn+2MnO2=ZnMn2O4
C．放電時，正極反應有MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-
D．放電時，Zn電極質量減少0.65g，MnO2電極生成了0.020molMnOOH
【答案】C
【解析】Zn具有比較強的還原性，MnO2具有比較強的氧化性，自發的氧化還原反應發生在Zn與MnO2之間，所以MnO2電極為正極，Zn電極為負極，則充電時MnO2電極為陽極、Zn電極為陰極。A項，充電時該裝置為電解池，電解池中陽離子向陰極遷移，即Zn2+向陰極方向遷移，A不正確；B項，放電時，負極的電極反應為Zn-2e-=Zn2＋，則充電時陰極反應為Zn2++2e-=Zn，即充電時Zn元素化合價應降低，而選項中Zn元素化合價升高，B不正確；C項，放電時MnO2電極為正極，正極上檢測到MnOOH和少量ZnMn2O4，則正極上主要發生的電極反應是MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-，C正確；D項，放電時，Zn電極質量減少0.65g(物質的量為0.010mol)，電路中轉移0.020mol電子，由正極的主要反應MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-可知，若正極上只有MnOOH生成，則生成MnOOH的物質的量為0.020mol，但是正極上還有ZnMn2O4生成，因此，MnOOH的物質的量小于0.020mol，D不正確；故選C。
3．(2024·河北卷，13，3分)我國科技工作者設計了如圖所示的可充電Mg-CO2電池，以Mg(TFSI)2為電解質，電解液中加入1，3-丙二胺()以捕獲CO2，使放電時CO2還原產物為MgC2O4。該設計克服了MgCO3導電性差和釋放CO2能力差的障礙，同時改善了Mg2+的溶劑化環境，提高了電池充放電循環性能。
下列說法錯誤的是( )
A．放電時，電池總反應為Mg+2CO2= MgC2O4
B．充電時，多孔碳納米管電極與電源正極連接
C．充電時，電子由Mg電極流向陽極，Mg2+向陰極遷移
D．放電時，每轉移1mol電子，理論上可轉化1mol CO2
【答案】C
【解析】放電時CO2轉化為MgC2O4，碳元素化合價由+4價降低為+3價，發生還原反應，所以放電時，多孔碳納米管電極為正極、Mg電極為負極，則充電時多孔碳納米管電極為陽極、Mg電極為陰極：
電極 過程 電極反應式
Mg電極 放電 Mg-2e-=Mg2+
充電 Mg2++2e-= Mg
多孔碳納米管電極 放電 Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4
充電 MgC2O4-2e-= Mg2++2CO2↑
A項，放電時正極反應式為Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4、負極反應式為Mg-2e-=Mg2+，將放電時正、負電極反應式相加，可得放電時電池總反應：Mg+2CO2= MgC2O4，A正確；B項，充電時，多孔碳納米管電極上發生失電子的氧化反應，則多孔碳納米管在充電時是陽極，與電源正極連接，B正確；C項，充電時，Mg電極為陰極，電子從電源負極經外電路流向Mg電極，同時Mg2+向陰極遷移，C錯誤；D項，根據放電時的電極反應式Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4可知，每轉移2mol電子，有2mol CO2參與反應，因此每轉移1mol電子，理論上可轉化1mol CO2，D正確；故選C。
4．(2023 廣東卷，6)負載有和的活性炭，可選擇性去除實現廢酸的純化，其工作原理如圖。下列說法正確的是( )
A．Ag作原電池正極
B．電子由Ag經活性炭流向Pt
C．Pt表面發生的電極反應：O2+2H2O+4e-= 4OH-
D．每消耗標準狀況下11.2L的O2，最多去除1mol Cl-
【答案】B
【解析】O2在Pt得電子發生還原反應，Pt為正極，Cl-在Ag極失去電子發生氧化反應，Ag為負極。A項， Cl-在Ag極失去電子發生氧化反應，Ag為負極，A錯誤；B項，電子由負極Ag經活性炭流向正極Pt，B正確；C項，溶液為酸性，故Pt表面發生的電極反應為O2+4H++4e-= 2H2O，C錯誤；D項，每消耗標準狀況下11.2L的O2，轉移電子2mol，而2 mol Cl-失去2mol電子，故最多去除2mol Cl-，D錯誤。 故選B。
5．(2023 遼寧省選擇性考試，11)某低成本儲能電池原理如下圖所示。下列說法正確的是( )
A．放電時負極質量減小
B．儲能過程中電能轉變為化學能
C．放電時右側通過質子交換膜移向左側
D．充電總反應：Pb+SO42-+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+
【答案】B
【解析】該儲能電池放電時，Pb為負極，失電子結合硫酸根離子生成PbSO4，則多孔碳電極為正極，正極上Fe3+得電子轉化為Fe2+，充電時，多孔碳電極為陽極，Fe2+失電子生成Fe3+，PbSO4電極為陰極，PbSO4得電子生成Pb和硫酸。A項，放電時負極上Pb失電子結合硫酸根離子生成PbSO4附著在負極上，負極質量增大，A錯誤；B項，儲能過程中，該裝置為電解池，將電能轉化為化學能，B正確；C項，放電時，右側為正極，電解質溶液中的陽離子向正極移動，左側的H+通過質子交換膜移向右側，C錯誤；D項，充電時，總反應為PbSO4+2Fe2+=Pb+SO42-+2Fe3+，D錯誤；故選B。
6．(2023 全國乙卷，12)室溫鈉-硫電池被認為是一種成本低、比能量高的能源存儲系統。一種室溫鈉-硫電池的結構如圖所示。將鈉箔置于聚苯并咪唑膜上作為一個電極，表面噴涂有硫黃粉末的炭化纖維素紙作為另一電極。工作時，在硫電極發生反應：S8+e-→S，S+e-→S，2Na++S+2(1-)e-→Na2Sx
下列敘述錯誤的是( )
A．充電時Na+從鈉電極向硫電極遷移
B．放電時外電路電子流動的方向是a→b
C．放電時正極反應為：2Na++S8+2e-→Na2Sx
D．炭化纖維素紙的作用是增強硫電極導電性能
【答案】A
【解析】由題意可知放電時硫電極得電子，硫電極為原電池正極，鈉電極為原電池負極。A項，充電時為電解池裝置，陽離子移向陰極，即鈉電極，故充電時，Na+由硫電極遷移至鈉電極，A錯誤；B項，放電時Na在a電極失去電子，失去的電子經外電路流向b電極，硫黃粉在b電極上得電子與a電極釋放出的Na+結合得到Na2Sx，電子在外電路的流向為a→b，B正確；C項，由題給的的一系列方程式相加可以得到放電時正極的反應式為2Na++S8+2e-→Na2Sx，C正確；D項，炭化纖維素紙中含有大量的炭，炭具有良好的導電性，可以增強硫電極的導電性能，D正確；故選A。
7．(2022 全國甲卷，10)一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH) 42-存在)。電池放電時，下列敘述錯誤的是( )
A．Ⅱ區的K+通過隔膜向Ⅲ區遷移
B．Ⅰ區的SO42-通過隔膜向Ⅱ區遷移
C． MnO2電極反應：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O
D．電池總反應：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH) 42-+Mn2++2H2O
【答案】A
【解析】根據圖示的電池結構和題目所給信息可知，Ⅲ區Zn為電池的負極，電極反應為Zn-2e-+4OH-=Zn(OH) 42-，Ⅰ區MnO2為電池的正極，電極反應為MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；電池在工作過程中，由于兩個離子選擇隔膜沒有指明的陽離子隔膜還是陰離子隔膜，故兩個離子隔膜均可以通過陰、陽離子，因此可以得到Ⅰ區消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ區的K+向Ⅰ區移動或Ⅰ區的SO42-向Ⅱ區移動，Ⅲ區消耗OH-，生成Zn(OH) 42-，Ⅱ區的SO42-向Ⅲ區移動或Ⅲ區的K+向Ⅱ區移動。A項，Ⅱ區的K+只能向Ⅰ區移動，A錯誤；B項，Ⅰ區的SO42-向Ⅱ區移動，B正確；C項，MnO2電極的電極反應式為MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正確；D項，電池的總反應為Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH) 42-+Mn2++2H2O，D正確；故選A。
8．(2022 福建卷，9)一種化學“自充電”的鋅-有機物電池，電解質為KOH和Zn(CH3COO)2水溶液。將電池暴露于空氣中，某電極無需外接電源即能實現化學自充電，該電極充放電原理如下圖所示。下列說法正確的是( )
A．化學自充電時，c(OH―)增大
B．化學自充電時，電能轉化為化學能
C．化學自充電時，鋅電極反應式：Zn2++2e-=Zn
D．放電時，外電路通過電子，正極材料損耗
【答案】A
【解析】A項，由圖可知，化學自充電時，消耗O2，該反應為O2+2H2O+4e-=4OH-，c(OH―)增大，故A正確；B項，化學自充電時，無需外接電源即能實現化學自充電，該過程不是電能轉化為化學能，故B錯誤；C項，由圖可知，化學自充電時，鋅電極作陰極，該電極的電極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-，故C錯誤；D項，放電時，1mol轉化為 ，消耗2mol K+，外電路通過0.02 mol電子時，正極物質增加0.02mol K+，增加的質量為0.02mol×39g/mol =0.78g，故D錯誤；故選A。
9．(2022 廣東選擇性考試，16)科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質，發展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲能設備(如圖)。充電時電極a的反應為：NaTi2(PO4)3+2Na++2e-= Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是( )
A．充電時電極b是陰極
B．放電時NaCl溶液的pH減小
C．放電時NaCl溶液的濃度增大
D．每生成1molCl2，電極a質量理論上增加23g
【答案】C
【解析】A項，由充電時電極a的反應可知，充電時電極a發生還原反應，所以電極a是陰極，則電極b是陽極，故A錯誤；B項，放電時電極反應和充電時相反，則由放電時電極a的反應為Na3Ti2(PO4)3-2e-= NaTi2(PO4)3+2Na+可知，NaCl溶液的pH不變，故B錯誤；C項，放電時負極反應為Na3Ti2(PO4)3-2e-= NaTi2(PO4)3+2Na+，正極反應為Cl2+2e-=2Cl-，反應后Na+和Cl-濃度都增大，則放電時NaCl溶液的濃度增大，故C正確；D項，充電時陽極反應為2Cl- -2e-= Cl2↑，陰極反應為NaTi2(PO4)3+2Na++2e-= Na3Ti2(PO4)3，由得失電子守恒可知，每生成1molCl2，電極a質量理論上增加23g/mol2mol=46g，故D錯誤；故選C。
10．(2021 遼寧選擇性考試，10)如圖，某液態金屬儲能電池放電時產生金屬化合物Li3Bi。下列說法正確的是( )
A．放電時，M電極反應為
B．放電時，Li+由M電極向N電極移動
C．充電時，M電極的質量減小
D．充電時，N電極反應為Li3Bi+3e-=3Li++Bi
【答案】B
【解析】由題干信息可知，放電時，M極由于Li比Ni更活潑，也比N極上的Sb、Bi、Sn更活潑，故M極作負極，電極反應為：Li-e-=Li+，N極為正極，電極反應為：3Li++3e-+Bi=Li3Bi。A項，放電時，M電極反應為Li-e-=Li+，A錯誤；B項，放電時，M極為負極，N極為正極，故Li+由M電極向N電極移動，B正確；C項，由二次電池的原理可知，充電時和放電時同一電極上發生的反應互為逆過程，M電極的電極反應為：Li++e-= Li，故電極質量增大，C錯誤；D項，由二次電池的原理可知，充電時和放電時同一電極上發生的反應互為逆過程，充電時，N電極反應為Li3Bi-3e-=3Li++Bi，D錯誤；故選B。
11．(2021 浙江1月選考，22)鎳鎘電池是二次電池，其工作原理示意圖如下(L 為小燈泡，K1、K2為開關，a、b為直流電源的兩極)。
下列說法不正確的是( )
A．斷開K2、合上K1，鎳鎘電池能量轉化形式：化學能→電能
B．斷開K1、合上K2，電極A為陰極，發生還原反應
C．電極B發生氧化反應過程中，溶液中KOH濃度不變
D．鎳鎘二次電池的總反應式：Cd+ 2NiOOH+2H2OCa(OH)2+2Ni(OH)2
【答案】C
【解析】根據圖示，電極A充電時為陰極，則放電時電極A為負極，負極上Cd失電子發生氧化反應生成Cd(OH)2，負極反應式為Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2，電極B充電時為陽極，則放電時電極B為正極，正極上NiOOH得電子發生還原反應生成Ni(OH)2，正極反應式為2NiOOH+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-，放電時總反應為Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2。A項，斷開K2、合上K1，為放電過程，鎳鎘電池能量轉化形式：化學能→電能，A正確；B項，斷開K1、合上K2，為充電過程，電極A與直流電源的負極相連，電極A為陰極，發生還原反應，電極反應式為Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-，B正確；C項，電極B發生氧化反應的電極反應式為2Ni(OH)2-2e-+2OH-=2NiOOH+2H2O，則電極A發生還原反應的電極反應式為Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-，此時為充電過程，總反應為Cd(OH)2+2Ni(OH)2Cd+2NiOOH+2H2O，溶液中KOH濃度減小，C錯誤；D項，根據分析，放電時總反應為Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2，則鎳鎘二次電池總反應式為Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2，D正確；故選C。
12．(2021 湖南選擇性考試，10)鋅/溴液流電池是一種先進的水溶液電解質電池，廣泛應用于再生能源儲能和智能電網的備用電源等。三單體串聯鋅/溴液流電池工作原理如圖所示：
下列說法錯誤的是(　　)
A．放電時，N極為正極
B．放電時，左側貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小
C．充電時，M極的電極反應式為Zn2++2e-═Zn
D．隔膜允許陽離子通過，也允許陰離子通過
【答案】B
【解析】鋅溴液流電池總反應為：Zn+Br2═ZnBr2，其中N為正極，發生還原反應，電極反應方程式為Br2+2e-＝2Br-，M為負極，發生氧化反應，電極反應方程式為Zn﹣2e-＝Zn2+，放電過程中，左側Zn2+流向右側，左側ZnBr2的濃度不斷減少，充電過程中，發生反應ZnBr2Zn+Br2。A項，依據分析可知，N為正極，故A正確；B項，放電時，左側為負極，發生氧化反應，電極反應方程式為Zn﹣2e-＝Zn2+，左側生成的Zn2+流向右側，故左側ZnBr2的濃度不變，右側ZnBr2的濃度變大，故B錯誤；C項，放電時，M為負極，充電時，M及為陰極，發生還原反應，電極反應式為Zn2++2e-═Zn，故C正確；D項，中間沉積鋅位置的作用為提供電解液，故其隔膜既可以允許陽離子通過，也允許陰離子通過，故D正確；故選B。
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第02講 原電池、化學電源
目錄
01 考情透視·目標導航
02 知識導圖·思維引航
03考點突破·考法探究
考點一 原電池的工作原理
知識點1 原電池的概念及構成條件
知識點2 原電池的應用
考向1 原電池的工作原理
考向2 原電池電極判斷及電極反應的書寫
考向3 “鹽橋”的作用與化學平衡的移動
考點二 化學電源
知識點1 一次電池、二次電池電極反應式的書寫
知識點2 燃料電池
考向1 一次電池
考向2 二次電池
考向3 燃料電池
04真題練習·命題洞見
04真題練習·命題洞見
考點要求 考題統計 考情分析
原電池原理綜合應用 2024·江蘇卷8題，3分；2024·北京卷3題，3分；2023廣東卷6題，2分；2023山東卷11題，4分；2022全國甲卷12題，6分；2022山東卷13題，4分；2021廣東卷9題，2分；2021山東卷10題，2分； 電化學知識是中學化學中的重要基本概念，也是近年來高考化學的持續熱點，在復雜、陌生、新穎的研究對象和真實問題情境下，體現了對電化學知識基礎性、綜合性、創新性和應用性的考查。近年高考中對電化學的考查出現了新的變化，以裝置圖為載體來考查電化學的相關知識，成為近年高考的新亮點，考查的關鍵能力側重于兩個方面：一是理解與辨析能力，要求學生能夠從圖示電化學裝置中提取有效信息，判斷裝置種類、辨別電極名稱等；二是分析與推理能力，要求學生能夠根據圖示信息和電解池的工作原理，分析電極反應的類型、電解質的作用、離子的移動方向以及定量分析轉移電子的物質的量等。
新型二次電池 2024·安徽卷11題，3分；2024·全國甲卷6題，3分；2024·河北卷13題，3分；2023遼寧卷11題，3分；2023全國甲卷10題，6分；2022遼寧卷14題，3分；2022福建卷9題，4分；2021河北卷9題，3分；2021遼寧卷10題，3分；2021浙江1月選考22題，2分；2021浙江6月選考22題，2分；2021湖南卷10題，3分；
燃料電池 2024·全國新課標卷6題，3分
復習目標： 1．理解原電池的構成、工作原理及應用，正確判斷原電池的兩極，能書寫電極反應式和總反應方程式。 2．了解常見化學電源的種類及其工作原理；了解燃料電池的應用。體會研制新型電池的重要性。 3．能夠認識和書寫新型化學電源的電極反應式。
考點一 原電池的工作原理
知識點1 原電池的概念及構成條件
1．定義：把__________轉化為__________的裝置。
2．原電池的形成條件
（1）能自發進行的____________________。
（2）兩個金屬活動性不同的電極(燃料電池的兩個電極可以相同)。
（3）形成__________，需滿足三個條件：a.存在電解質；b.兩電極直接或間接接觸；c.兩電極插入電解質溶液或熔融電解質中。
3．工作原理(以鋅銅原電池為例)
【名師提醒】
1．根據內電路中的離子流向判斷正、負極，在內電路中，陽離子由負極區流向正極區，陰離子由正極區流向負極區。
2．鹽橋主要作用就是構建閉合的內電路，但不影響反應的實質。鹽橋內常為飽和氯化鉀、硝酸鉀等溶液。
知識點2　原電池的應用
1．設計制作化學電源
2．比較金屬的活動性強弱：原電池中，負極一般是活動性__________的金屬，正極一般是活動性較弱的金屬(或非金屬)。
3．加快化學反應速率：氧化還原反應形成原電池時，反應速率__________。
4．用于金屬的防護：將需要保護的金屬制品作原電池的__________而受到保護。
考向1 原電池的工作原理
【例1】某小組利用下列裝置進行電化學實驗，下列實驗操作及預期現象正確的是 (　　)
A．X和Y與電流表連接，電子由Cu極流向Zn極
B．X和Y與電流表連接，將Zn換成Fe測得電流更大
C．X和Y分別與電源“－”、“＋”極相連，Cu極質量減輕
D．X和Y分別與電源“－”、“＋”極相連，Zn極質量減輕
【名師點睛】
1．判斷電極名稱的基本方法是看電極反應物的反應類型，若電極反應物失去電子，發生氧化反應則為負極，反之為正極。
2．雙液銅、鋅原電池(帶鹽橋)與單液原電池相比，最大的優點是Zn與氧化劑(Cu2＋)不直接接觸，僅有化學能轉化為電能，避免了能量損耗，故電流穩定，放電時間長。
3．無論是原電池還是電解池，電子均不能通過電解質溶液，即電子不下水，離子不上線。
【變式訓練】（2024·四川省大數據精準教學聯盟高三第二次統一監測）通過測定下圖電池的標準電動勢(V)，可計算電池總反應的平衡常數。已知：，該電池z=1；鹽橋中裝有含KCl飽和溶液的瓊脂，離子可在其中自由移動。下列說法錯誤的是( )
A．正極反應為AgCl+e-=Ag+Cl-
B．反應后，右側燒杯中c(AgNO3)增大
C．每轉移1mole-，兩個電極的質量共減少143.5g
D．若，Ag+(aq)+ Cl-(aq)AgCl(s)的平衡常數為
考向2 原電池電極判斷及電極反應的書寫
【例2】分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結論正確的是(　　)
　
A．①②中Mg作負極，③④中Fe作負極
B．②中Mg作正極，電極反應式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe作負極，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu作正極，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑
【思維建模】
1．原電池電極判斷
說明：原電池的正極和負極與電極材料的性質有關，也與電解質溶液有關，不要形成活潑電極一定作負極的固定思維。
2．電極反應的書寫
（1）一般電極反應的書寫
（2）復雜電極反應的書寫。復雜電極反應等于總反應減去較簡單一極的電極反應。
考向3 “鹽橋”的作用與化學平衡的移動
【例3】(2024·浙江省寧波市高三下學期二模)利用下圖電池裝置可驗證不同化合價鐵元素的相關性質。
已知：電池裝置中，鹽橋中陰、陽離子不與溶液中的物質發生化學反應，并且電遷移率(如下表)應盡可能地相近；兩燒杯中溶液體積相等。
離子 Li+ Na+ Ca2+ K+ HCO3- NO3- Cl- SO42-
4.07 5.19 6.59 7.62 4.61 7.40 7.91 8.27
下列說法正確的是( )
A．根據上表數據，鹽橋中應選擇KNO3作為電解質
B．石墨電極上對應的電極反應式為：Fe2+-e-=Fe3+
C．反應一段時間后，當右池中c(Fe2+)：c(Fe3+)=3：2時，左池中c(Fe2+)=0.15mol·L－1
D．鹽橋中的陰離子進入石墨電極一側溶液中
【思維建模】
1．把氧化劑、還原劑均為溶液狀態的氧化還原反應設計成原電池時，必須使用鹽橋才能實現氧化劑與還原劑的分離，否則不會有明顯的電流出現。
2．電子流向的分析方法：①改變條件，平衡移動；②平衡移動，電子轉移；③電子轉移，判斷區域；④根據區域，判斷流向；⑤根據流向，判斷電極。
【變式訓練】控制適合的條件，將反應2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2設計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是 (　　)
A．反應開始時，乙中石墨電極上發生氧化反應
B．反應開始時，甲中石墨電極上Fe3＋被還原
C．電流計讀數為零時，反應達到化學平衡狀態
D．電流計讀數為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負極
考點二 化學電源
知識點1 一次電池、二次電池電極反應式的書寫
1．新型一次電池
Mg－H2O2電池 總反應：H2O2＋2H＋＋Mg===Mg2＋＋2H2O
正極 ______________________________
負極 Mg－2e－===Mg2＋
Mg－AgCl電池 總反應：Mg＋2AgCl===2Ag＋MgCl2
正極 ______________________________
負極 Mg－2e－===Mg2＋
鈉硫電池 總反應：2Na＋xS===Na2Sx
正極 ______________________________
負極 2Na－2e－===2Na＋
鋰－銅電池 總反應：2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－
正極 ______________________________
負極 2Li－2e－===2Li＋
鋰釩氧化物電池 總反應：xLi＋LiV3O8===Li1＋xV3O8
正極 ______________________________
負極 xLi－xe－===xLi＋
2．新型充電(可逆)電池
鋅銀 電池 總反應：Ag2O＋Zn＋H2O2Ag＋Zn(OH)2
正極：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ 負極：______________________________ 陽極：______________________________ 陰極：Zn(OH)2＋2e－===Zn＋2OH－
鎳電池 鎳鐵電池 總反應：NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2
正極：NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－ 負極：______________________________ 陽極：______________________________ 陰極：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－
鎳鎘電池 總反應：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2 說明：參考鎳鐵電池自行書寫。
高鐵 電池 總反應：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH
正極：2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－ 負極：______________________________ 陽極：______________________________ 陰極：3Zn(OH)2＋6e－===3Zn＋6OH－
鋰離子 電池 總反應：Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋C6(x<1)
正極：Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2 負極：______________________________ 陽極：______________________________ 陰極：xLi＋＋xe－＋C6===LixC6
鈉電池 鈉硫蓄電池 總反應：2Na2S2＋NaBr3Na2S4＋3NaBr
正極：NaBr3＋2e－＋2Na＋===3NaBr 負極：______________________________ 陽極：______________________________ 陰極：Na2S4＋2Na＋＋2e－===2Na2S2
鈉離子電池 總反應：Na1－mCoO2＋NamCnNaCoO2＋Cn
正極：Na1－mCoO2＋me－＋mNa＋===NaCoO2 負極：______________________________ 陽極：______________________________ 陰極：mNa＋＋Cn＋me－===NamCn
全釩液 流電池 總反應：VO＋2H＋＋V2＋V3＋＋VO2＋＋H2O
正極：VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O 負極：______________________________ 陽極：______________________________ 陰極：V3＋＋e－===V2＋
【方法技巧】
化學電源電極反應的書寫、、書寫電極反應時，首先要根據原電池的工作原理準確判斷正、負極，然后結合電解質溶液的環境確定電極產物，最后再根據質量守恒和電荷守恒寫出反應式。
(1)拆分法。①寫出原電池的總反應；②把總反應按氧化反應和還原反應拆分為兩個半反應，注明正、負極，并依據質量守恒、電荷守恒及得失電子守恒配平兩個半反應。
(2)加減法。①寫出總反應；②寫出其中容易寫出的一個半反應(正極或負極)；③利用總反應與寫出的一極反應相減，即得另一個電極的反應。
知識點2　燃料電池
燃料電池(以CH3OH燃料電池為例，體會不同介質對電極反應的影響)
質子交換膜(酸性) H＋ 總反應：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
正極 ____________________
負極 CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋
堿性燃料電池 OH－ 總反應：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O
正極 ____________________
負極 CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
固態氧化物燃 料電池 O2－ 總反應：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
正極 ____________________
負極 CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O
【名師點晴】
1．燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用。
2．書寫燃料電池的電極反應時，要注意溶液的酸堿性，溶液的酸堿性對電極反應和總反應都會產生影響。
考向1 一次電池
【例1】(2024·江蘇卷，8)堿性鋅錳電池的總反應為Zn+2MnO2+H2O= ZnO+2MnOOH，電池構造示意圖如圖所示。下列有關說法正確的是( )
A．電池工作時，MnO2發生氧化反應
B．電池工作時，OH-通過隔膜向正極移動
C．環境溫度過低，不利于電池放電
D．反應中每生成1mol MnOOH，轉移電子數為2×6.02×10-23
【變式訓練】(2024·北京市西城區高三一模)我國科學家設計可同時實現H2制備和海水淡化的新型電池，裝置示意圖如圖。
下列說法不正確的是( )
A．電極a是正極
B．電極b的反應式：N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O
C．每生成1molN2，有2molNaCl發生遷移
D．離子交換膜c、d分別是陽離子交換膜和陰離子交換膜
考向2 二次電池
【例2】(2024·安徽卷，11)我國學者研發出一種新型水系鋅電池，其示意圖如下。該電池分別以Zn-TCPP (局部結構如標注框內所示)形成的穩定超分子材料和Zn為電極，以ZnSO4和KI混合液為電解質溶液。下列說法錯誤的是( )
A．標注框內所示結構中存在共價鍵和配位鍵
B．電池總反應為：I3-+ZnZn2++3I-
C．充電時，陰極被還原的Zn2+主要來自Zn-TCPP
D 放電時，消耗0.65 g Zn，理論上轉移0.02 mol電子
【思維建模】
思維模型
解題模型 例：xMg＋Mo3S4MgxMo3S4
【變式訓練】(2024·安徽省馬鞍山市高三第二次教學質量檢測)磷酸鐵鋰電池在充放電過程中表現出了良好的循環穩定性，具有較長的使用壽命，放電時的反應為：LixC6+Li1-xFePO4= 6C+LiFePO4。圖1為某磷酸鐵鋰電池的切面，圖2為LiFePO4晶胞充放電時Li+脫出和嵌入的示意圖。其中O圍繞Fe和P分別形成正八面體和正四面體，它們通過共頂點、共棱形成空間鏈結構。下列說法不正確的是( )
A．放電時，負極反應： LixC6- xe- = xLi++6C
B．(a)過程中1mol晶胞轉移的電子數為NA
C．(b)代表放電過程， Li+脫離石墨，經電解質嵌入正極
D．充電時的陽極反應： LiFePO4- xe-= Li1-xFePO4+xLi+
考向3 燃料電池
【例3】(2024·全國新課標卷，6)一種可植入體內的微型電池工作原理如圖所示，通過CuO催化消耗血糖發電，從而控制血糖濃度。當傳感器檢測到血糖濃度高于標準，電池啟動。血糖濃度下降至標準，電池停止工作。(血糖濃度以葡萄糖濃度計)
電池工作時，下列敘述錯誤的是
A．電池總反應為2C6H12O6+O2=2C6H12O7
B．b電極上CuO通過Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互轉變起催化作用
C．消耗18mg葡萄糖，理論上a電極有0.4mmol電子流入
D．兩電極間血液中的Na＋在電場驅動下的遷移方向為b→a
【方法技巧】
(1)注意介質是電解質溶液還是熔融鹽或氧化物。
(2)通入負極的物質為燃料，通入正極的物質為氧氣(或其他氧化劑)。
(3)通過介質中離子的移動方向，可判斷電池的正負極，同時考慮該離子參與靠近一極的電極反應。
(4)零價法秒殺負極反應的書寫。若負極有機物燃料為CxHyOz，產物中C元素為+4 價的C或HC，則轉移電子數為C數×4+H數×1+O數×(-2)，若有機陰離子在負極反應(如CH3COO-)，轉移電子數則為C數×4+H數×1+O數×(-2)+電荷數。
【變式訓練】(2024·浙江省Z20名校聯盟高三聯考)一種三室微生物燃料電池的工作原理如圖所示，該電池能同時去除有機物、脫氮形成無害氣體和水。下列說法不正確的是( )
A．X、Y交換膜均為質子交換膜
B．電極室C中溶液經滅菌后通入電極室A
C．b電極反應式：
D．電極室C中僅發生還原反應
1．(2024·北京卷，3，3分)酸性鋅錳干電池的構造示意圖如下。關于該電池及其工作原理，下列說法正確的是( )
A．石墨作電池的負極材料 B．電池工作時，NH4+向負極方向移動
C．MnO2發生氧化反應 D．鋅筒發生的電極反應為Zn-2e-=Zn2＋
2．(2024·全國甲卷，6，3分)科學家使用δ-MnO2研制了一種MnO2-Zn可充電電池(如圖所示)。電池工作一段時間后，MnO2電極上檢測到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列敘述正確的是( )
A．充電時，Zn2+向陽極方向遷移
B．充電時，會發生反應Zn+2MnO2=ZnMn2O4
C．放電時，正極反應有MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-
D．放電時，Zn電極質量減少0.65g，MnO2電極生成了0.020molMnOOH
3．(2024·河北卷，13，3分)我國科技工作者設計了如圖所示的可充電Mg-CO2電池，以Mg(TFSI)2為電解質，電解液中加入1，3-丙二胺()以捕獲CO2，使放電時CO2還原產物為MgC2O4。該設計克服了MgCO3導電性差和釋放CO2能力差的障礙，同時改善了Mg2+的溶劑化環境，提高了電池充放電循環性能。
下列說法錯誤的是( )
A．放電時，電池總反應為Mg+2CO2= MgC2O4
B．充電時，多孔碳納米管電極與電源正極連接
C．充電時，電子由Mg電極流向陽極，Mg2+向陰極遷移
D．放電時，每轉移1mol電子，理論上可轉化1mol CO2
4．(2023 廣東卷，6)負載有和的活性炭，可選擇性去除實現廢酸的純化，其工作原理如圖。下列說法正確的是( )
A．Ag作原電池正極
B．電子由Ag經活性炭流向Pt
C．Pt表面發生的電極反應：O2+2H2O+4e-= 4OH-
D．每消耗標準狀況下11.2L的O2，最多去除1mol Cl-
5．(2023 遼寧省選擇性考試，11)某低成本儲能電池原理如下圖所示。下列說法正確的是( )
A．放電時負極質量減小
B．儲能過程中電能轉變為化學能
C．放電時右側通過質子交換膜移向左側
D．充電總反應：Pb+SO42-+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+
6．(2023 全國乙卷，12)室溫鈉-硫電池被認為是一種成本低、比能量高的能源存儲系統。一種室溫鈉-硫電池的結構如圖所示。將鈉箔置于聚苯并咪唑膜上作為一個電極，表面噴涂有硫黃粉末的炭化纖維素紙作為另一電極。工作時，在硫電極發生反應：S8+e-→S，S+e-→S，2Na++S+2(1-)e-→Na2Sx
下列敘述錯誤的是( )
A．充電時Na+從鈉電極向硫電極遷移
B．放電時外電路電子流動的方向是a→b
C．放電時正極反應為：2Na++S8+2e-→Na2Sx
D．炭化纖維素紙的作用是增強硫電極導電性能
7．(2022 全國甲卷，10)一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH) 42-存在)。電池放電時，下列敘述錯誤的是( )
A．Ⅱ區的K+通過隔膜向Ⅲ區遷移
B．Ⅰ區的SO42-通過隔膜向Ⅱ區遷移
C． MnO2電極反應：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O
D．電池總反應：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH) 42-+Mn2++2H2O
8．(2022 福建卷，9)一種化學“自充電”的鋅-有機物電池，電解質為KOH和Zn(CH3COO)2水溶液。將電池暴露于空氣中，某電極無需外接電源即能實現化學自充電，該電極充放電原理如下圖所示。下列說法正確的是( )
A．化學自充電時，c(OH―)增大
B．化學自充電時，電能轉化為化學能
C．化學自充電時，鋅電極反應式：Zn2++2e-=Zn
D．放電時，外電路通過電子，正極材料損耗
9．(2022 廣東選擇性考試，16)科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質，發展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲能設備(如圖)。充電時電極a的反應為：NaTi2(PO4)3+2Na++2e-= Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是( )
A．充電時電極b是陰極
B．放電時NaCl溶液的pH減小
C．放電時NaCl溶液的濃度增大
D．每生成1molCl2，電極a質量理論上增加23g
10．(2021 遼寧選擇性考試，10)如圖，某液態金屬儲能電池放電時產生金屬化合物Li3Bi。下列說法正確的是( )
A．放電時，M電極反應為
B．放電時，Li+由M電極向N電極移動
C．充電時，M電極的質量減小
D．充電時，N電極反應為Li3Bi+3e-=3Li++Bi
11．(2021 浙江1月選考，22)鎳鎘電池是二次電池，其工作原理示意圖如下(L 為小燈泡，K1、K2為開關，a、b為直流電源的兩極)。
下列說法不正確的是( )
A．斷開K2、合上K1，鎳鎘電池能量轉化形式：化學能→電能
B．斷開K1、合上K2，電極A為陰極，發生還原反應
C．電極B發生氧化反應過程中，溶液中KOH濃度不變
D．鎳鎘二次電池的總反應式：Cd+ 2NiOOH+2H2OCa(OH)2+2Ni(OH)2
12．(2021 湖南選擇性考試，10)鋅/溴液流電池是一種先進的水溶液電解質電池，廣泛應用于再生能源儲能和智能電網的備用電源等。三單體串聯鋅/溴液流電池工作原理如圖所示：
下列說法錯誤的是(　　)
A．放電時，N極為正極
B．放電時，左側貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小
C．充電時，M極的電極反應式為Zn2++2e-═Zn
D．隔膜允許陽離子通過，也允許陰離子通過
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