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原电池原理及应用
学习目标
1．理解原电池的构成、工作原理及应用。
2．能书写电极反应和总反应方程式。
3．了解常见化学电源的种类及其工作原理。
知识清单
知识点 1 原电池的工作原理及应用
1．原电池的工作原理
(1)概念和反应本质
原电池是把化学能转化为电能的装置。其本质是能自发进行的氧化还原反应。
(2)原电池的构成条件
一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活动性强的金属与电解质
溶液反应)。
二看两电极：一般是活动性不同的两电极。
三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：
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)工作原理(以铜锌原电池为例)
Ⅰ.反应原理
电极名称 负极 正极
电极材料 锌片 铜片
－
电极反应 Zn－2e ===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型 氧化反应 还原反应
电子流向 由 Zn片沿导线流向 Cu片
盐桥中离 盐桥含饱和 KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
子移向
Ⅱ.盐桥的组成和作用
①盐桥中装有饱和的 KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。
②盐桥的作用
a．连接内电路，形成闭合回路；
b．维持两电极电势差(平衡电荷)，使电池能持续提供电流。
Ⅲ.原电池装置中的 3个移动方向
①电子移向：电子从负极流出经外电路流入正极。
②电流方向：电流从正极流向负极。
③离子移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
[名师点拨] (1)自发发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应，也可以是
电极与溶解的 O2等发生反应，如将铁与石墨相连插入食盐水中。
(2)无论是原电池还是电解池，电子均不能通过电解质溶液。
(3)双液铜锌原电池(带盐桥)比单液原电池的最大优点是 Zn与氧化剂(Cu2＋)不直接接触，
仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，放电时间长。
2．原电池原理的四大应用
(1)加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。例如，在 Zn 与稀
H2SO4反应时加入少量 CuSO4溶液置换出的 Cu能与 Zn形成原电池使产生 H2的反应速率加
快。
(2)比较金属活动性强弱
如有两种金属 A和 B，用导线将 A和 B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观
察到 A溶解，而 B上有气体放出，则说明 A作负极，B作正极，即可以断定金属活动性：
A＞ B。
(3)设计制作化学电源
实例：根据 Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：
(4)用于金属的防护(牺牲阳极的阴极保护法)
使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢
铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。
经典例题
例 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)原电池工作时，正极表面一定有气泡产生( )
(2)在原电池中，正极材料本身一定不参与电极反应，负极材料本身一定要发生氧化反
应( )
(3)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( )
(4)铁铜原电池中，负极反应式为 Fe－3e－===Fe3＋( )
(5)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( )
例 2．下图中四种电池装置是依据原电池原理设计的，下列有关叙述错误的是( )
A．①中锌电极发生氧化反应
B．②中电子由 a电极经导线流向 b电极
C．③中外电路中电流由 A电极流向 B电极
D．④中 LixC6作负极
例 3．(1)完成原电池甲的装置示意图(见下图)，并作相应标注，要求：在同一烧杯中，电极
与溶液含相同的金属元素。
(2)以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作
一段时间后，负极可观察到什么现象？
(3)甲、乙两种原电池哪种能更有效地将化学能转化为电能？其原因是什么？
答案：(1)
(2)电极逐渐溶解变细。
(3)甲；Zn和 Cu2＋不直接接触，避免两种物质直接反应，从而避免了化学能转化为热能，
提高电池效率。
[名师点拨] 原电池的工作原理简图
(1)若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。
(2)若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移
向正极。
知识点 2 常见的化学电源
1．一次电池——不能充电复原继续使用
(1)碱性锌锰干电池
正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－；
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
(2)锌银电池
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
(3)锂电池
Li SOCl2电池可用于心脏起博器，该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是 LiAlCl4
SOCl2，电池总反应可表示为 4Li＋2SOCl2===4LiCl＋SO2↑＋S。其中负极材料是 Li，电极
反应为 4Li－4e－===4Li＋，正极反应为 2SOCl －2＋4e ===SO2↑＋S↓＋4Cl－。
2．二次电池——放电后能充电复原继续使用
铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb ，正极材料是 PbO2。总反应为 Pb(s)＋
放电
PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
充电
[名师点拨] 可充电电池充电时原来的负极发生还原反应(生成原来消耗的物质)，即作
阴极，连接电源的负极；同理，原来的正极连接电源的正极作阳极，简记为负连负，正连正。
3．“高效、环境友好”的燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，分为酸性和碱性两种。
种类 酸性 碱性
2H2＋4OH－－4e－
－ ＋
负极反应式 2H2－4e ===4H
===4H2O
O 4H＋ 4e－2＋ ＋ 2H2O＋O －2＋4e
正极反应式
===2H2O ===4OH－
电池总反应 2H2＋O2===2H2O
[名师点拨] (1)燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。
(2)书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸、碱性，介质的酸碱性对半反应及总
反应书写的影响。
经典例题
例 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能( )
(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池( )
(3)碱性锌锰电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰电池的比能量提高、可储
存时间加长( )
(4)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移( )
(5)铅蓄电池工作时，当电路中转移 0.1 mol电子时，负极增重 4.8 g( )
例 2．镍镉(Ni Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为
放电
KOH 溶液，其充放电按下式进行：Cd＋2NiO(OH)＋2H2O Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。
充电
下列有关该电池的说法正确的是( )
A．充电时阳极反应：Ni(OH) ＋OH－2 －e－===H2O＋NiO(OH)
B．充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液中的 OH－浓度不变
D．放电时电解质溶液中的 OH－向正极移动
例 3.用于驱动潜艇的液氨—液氧燃料电池示意图如右图所示。下列有关
说法正确的是( )
A．电极 2发生氧化反应
B．电池工作时，Na＋向负极移动
C．电流由电极 1经外电路流向电极 2
D．电极 1发生的电极反应为 2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O
知识点 3 电极反应式的书写
1．原电池电极反应式的书写
书写电极反应式时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质
溶液的环境确定电极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出电极反应式。
(1)书写步骤
(2)书写方法
①拆分法
a．写出原电池的总反应，如 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。
b．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、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应：
正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
负极：Cu－2e－===Cu2＋
②加减法
a．写出总反应，如 Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。
b．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)。
c．利用总反应式与上述的一极反应式相减，即得另一个电极的反应式，即 LiMn2O4＋
Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正极)。
2．燃料电池电极反应式的书写
第一步：写出燃料电池反应的总反应式
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的
反应。
如甲烷燃料电池(电解质为 NaOH 溶液)的反应式为
CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O②
①式＋②式得燃料电池总反应式为
CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
第二步：写出电池的正极反应式
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是 O2，随着电解质溶液的不
同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况：
①酸性电解质溶液环境下电极反应式：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O；
②碱性电解质溶液环境下电极反应式：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
③固体电解质(高温下能传导 O2－)环境下电极反应式：O2＋4e－===2O2－；
④熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)环境下电极反应式：
O2＋2CO2＋4e－===2CO2
－
3 。
第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式，电池反应的总反应式－电
池正极反应式＝电池负极反应式。因为 O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底
消除 O2。
[名师点拨] 燃料电池中产物的判断：
碱性介质：C―→CO2－3 ，其余介质：C―→CO2；
酸性介质：H―→H＋，其余介质：H―→H2O。
[典题示例] 微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水
获得电能，同时可实现海水淡化。现以 NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处
理有机废水(以含 CH COO－3 的溶液为例)。下列说法错误的是( )
A．负极反应为 CH COO－＋2H O－8e－3 2 ===2CO2↑＋7H＋
B．隔膜 1为阳离子交换膜，隔膜 2为阴离子交换膜
C．当电路中转移 1 mol电子时，模拟海水理论上除盐 58.5 g
D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为 2∶1
[方法技巧]
(1)新型燃料电池的分析模板
(2)解答燃料电池题目的几个关键点
①通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。
②注意介质的成分，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
③通过介质中离子的移动方向，可以判断电池的正、负极，同时考虑该离子是否参与靠
近一极的电极反应。
经典例题
例 1．(2019·海南高考)微型银—锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是 Ag/Ag2O和
Zn，电解质为 KOH溶液，电池总反应为 Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。下列说法正确
的是( )
A．电池工作过程中，KOH溶液浓度降低
B．电池工作过程中，电解液中 OH－向正极迁移
C．负极发生反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
D．正极发生反应：Ag2O＋2H＋＋2e－===Ag＋H2O
例 2．十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。
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，原理如图
所示。下列说法正确的是( )
A．该电池放电时质子从电极 b移向电极 a
B．电极 a附近发生的电极反应为 SO － ＋2＋2H2O－2e ===H2SO4＋2H
C．电极 b附近发生的电极反应为 O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．相同条件下，放电过程中消耗的 SO2和 O2的体积比为 2∶1
课堂闯关
1.(2019·上海高考)关于右图装置，叙述错误的是( )
A．石墨电极反应 O ＋4H＋＋4e－2 ===2H2O
B．鼓入少量空气，会加快 Fe 的腐蚀
C．加入少量的 NaCl，会加快 Fe的腐蚀
D．加入 HCl，石墨电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑
2．(2020·天津等级考)熔融钠—硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电
放电
池反应为 2Na＋xS Na2Sx(x＝5～3，难溶于熔融硫)。下列说法错误的是( )
充电
A．Na2S4的电子式为
B．放电时正极反应为 xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx
C．Na和 Na2Sx分别为电池的负极和正极
D．该电池是以 Na β Al2O3为隔膜的二次电池
3.(2018·海南高考)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＋2H2O===2Mg(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
4．某原电池装置如图所示。下列有关叙述中正确的是( )
A．电池工作时，盐桥中的 Cl－向负极移动
B．负极反应式：2H＋＋2e－===H2↑
C．工作一段时间后，两烧杯中溶液 pH均不变
D．Fe 作正极，发生氧化反应
5．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙
述中正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B －．电池工作一段时间后，甲池中的 c(SO24 )减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
6．将一张滤纸剪成四等份，用铜片、锌片、发光二极管、导线在玻璃片上连接成如图所示
的装置，在四张滤纸上滴加稀硫酸直至全部润湿。下列叙述中正确的是( )
A．锌片上有气泡，铜片溶解
B．Zn片发生还原反应
C．电子都是从铜片经外电路流向锌片
D．该装置至少有两种形式的能量转换
7．某学习小组的同学查阅相关资料得到氧化性：Cr O2－2 7 >Fe3
＋
，设计了如图所示的盐桥原
电池。盐桥中装有含琼脂的饱和 K2SO4溶液。下列叙述中正确的是( )
A．甲烧杯的溶液中发生还原反应
B．外电路的电流方向是从 b极到 a极
C －．电池工作时，盐桥中的 SO 24 移向乙烧杯
D ＋ － － ＋．乙烧杯中的电极反应式为 2Cr3 ＋7H2O－6e ===Cr2O27 ＋14H
8 －．一种新型的电池，总反应式为 3Zn＋2FeO24 ＋8H2O===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)
－
2＋4OH ，
其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．Zn 极是负极，发生氧化反应
B．随着反应的进行，溶液的 pH增大
C．电子由 Zn极流出到石墨电极，再经过溶液回到 Zn极，形成回路
D － － －．石墨电极上发生的反应为 FeO24 ＋3e ＋4H2O===Fe(OH)3↓＋5OH
9．某原电池以银、铂为电极，用含 Ag＋的固体作电解质，Ag＋可在固体电解质中自由移动。
电池总反应式为 2Ag＋Cl2===2AgCl。利用该电池可以测定空气中 Cl2的含量。下列说法中
错误的是( )
A．空气中 c(Cl2)越大，消耗 Ag的速率越快
B．铂极的电极反应式为 Cl － ＋2＋2e ＋2Ag ===2AgCl
C．电池工作时电解质中 Ag＋总数保持不变
D．电子移动方向：银→固体电解质→铂
10．最近科学家研制的一种新型“微生物电池”可以将污水中的有机物转化为 H2O和 CO2，
同时产生电能，其原理示意如图。下列有关该电池的说法中正确的是( )
A．氧化银电极上的反应为 Ag O＋2e－2 ===2Ag＋O2－
B．石墨电极上的反应为 C6H12O ＋6H O＋24e－6 2 ===6CO2↑＋24H＋
C．每转移 4 mol电子，氧化银电极产生 22.4 L CO2气体(标准状况)
D．每 30 g C ＋6H12O6参与反应，有 4 mol H 经质子交换膜进入正极区
11．新型 NaBH4/H2O2 燃料电池 (DBFC)的结构如图，该电池总反应方程式为 NaBH4＋
4H2O2===NaBO2＋6H2O。下列有关说法中正确的是( )
A － － － －．电池正极区的电极反应为 BH4 ＋8OH －8e ===BO2 ＋6H2O
B．电极 B为负极，纳米MnO2层的作用是提高原电池的工作效率
C．放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗 1 L 6 mol·L－1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为 12NA
自我挑战
1．自然界中金属硫化物之间存在原电池反应。如图所示装置中电极Ⅰ为方铅矿(PbS)，电极
Ⅱ为含有方铅矿的硫铁矿，当有电解质溶液按如图所示方向流经该装置时，电流表指针偏转。
若电极Ⅱ质量不断减少，a处溶液中加入 KSCN溶液未出现红色，加入 CuSO4溶液未出现黑
色沉淀。下列有关说法中正确的是( )
A．工业上利用该原理富集铁
B．电极Ⅱ作正极
C．溶液流经该装置后 pH增大
D － ＋ － ＋．该装置负极的电极反应式为 FeS2－15e ＋8H2O===Fe3 ＋2SO24 ＋16H
2．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)甲中电流计指针偏移时，盐桥(装有含琼脂的 KCl 饱和溶液)中离子移动的方向是
________________________________________________________________________。
(3)乙中正极反应式为 ________________；若将 H2 换成 CH4，则负极反应式为
________________________________________________________________________。
(4)丙中铅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蓄电池
________极相连接。
(5)应用原电池反应可以探究氧化还原反应进行的方向和程度。现连接如图装置并加入
药品(盐桥中的物质不参与反应)，进行实验：
ⅰ.K闭合时，指针偏移。放置一段时间后，指针偏移减小。
ⅱ.随后向 U形管左侧逐渐加入浓 Fe2(SO4)3溶液，发现电流表指针的变化依次为偏移减
小→回到零点→逆向偏移。
①实验ⅰ中银作________极。
②综合实验ⅰ、ⅱ的现象，得出 Ag＋和 Fe2＋反应的离子方程式是___________________
_________________________________________________。
3．某兴趣小组做如下探究实验：
(1)图Ⅰ为依据氧化还原反应设计的原电池装置，该反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
反应前，两电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差 12 g，则导线中通过________
mol电子。
(2)如图Ⅰ，其他条件不变，若将 CuCl2溶液换为 NH4Cl 溶液，石墨电极的反应式为
________________________________________________________________________，
这是由于 NH4Cl溶液显________(填“酸性”“碱性”或“中性”)，用离子方程式表示
溶液显此性的原因：________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)如图Ⅱ，其他条件不变，将图Ⅰ中的盐桥换成弯铜导线与石墨相连成 n形，则乙装
置中石墨(1)为________(填“正”“负”“阴”或“阳”)极，乙装置中与铜丝相连的石墨(2)
电极上的电极反应式为__________________________________________________________。
(4)将图Ⅱ乙装置中的 CuCl2溶液改为 400 mL CuSO4溶液，一段时间后，若电极质量增
重 1.28 g，则此时溶液的 pH为________(不考虑反应中溶液体积的变化)。
4．(1)NO2、O2和熔融 NaNO3可制作燃料电池，其原理见图 1，石墨Ⅰ为电池的________极；
该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物 Y，其电极反应式为__________
__________________________________________________________________。
(2)化学家正在研究尿素动力燃料电池。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能
产生净化的水，又能发电，尿素燃料电池结构如图 3所示：
回答下列问题：
电池中的负极为________(填“甲”或“乙”)，甲的电极反应式为______________，电
池工作时，理论上每净化 1 mol尿素，消耗 O2的体积(标准状况下)约为________L。
5．(2020·全国卷Ⅰ节选)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。
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________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 HCO－3 4.61
Na＋ 5.19 NO－3 7.40
Ca2＋ 6.59 Cl－ 7.91
K＋ 7.62 SO2－4 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 )＝________。
(4)根据(2)、(3)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为____________________，铁电
极的电极反应式为________________________________。因此，验证了 Fe2＋氧化性小于
________、还原性小于________。
(5)实验前需要对铁电极表面活化。在 FeSO4溶液中加入几滴 Fe2(SO4)3溶液，将铁电极
浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是____________________。原电池原理及应用
学习目标
1．理解原电池的构成、工作原理及应用。
2．能书写电极反应和总反应方程式。
3．了解常见化学电源的种类及其工作原理。
知识清单
知识点 1 原电池的工作原理及应用
1．原电池的工作原理
(1)概念和反应本质
原电池是把化学能转化为电能的装置。其本质是能自发进行的氧化还原反应。
(2)原电池的构成条件
一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活动性强的金属与电解质
溶液反应)。
二看两电极：一般是活动性不同的两电极。
三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：
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)工作原理(以铜锌原电池为例)
Ⅰ.反应原理
电极名称 负极 正极
电极材料 锌片 铜片
－
电极反应 Zn－2e ===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型 氧化反应 还原反应
电子流向 由 Zn片沿导线流向 Cu片
盐桥中离 盐桥含饱和 KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
子移向
Ⅱ.盐桥的组成和作用
①盐桥中装有饱和的 KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。
②盐桥的作用
a．连接内电路，形成闭合回路；
b．维持两电极电势差(平衡电荷)，使电池能持续提供电流。
Ⅲ.原电池装置中的 3个移动方向
①电子移向：电子从负极流出经外电路流入正极。
②电流方向：电流从正极流向负极。
③离子移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
[名师点拨] (1)自发发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应，也可以是
电极与溶解的 O2等发生反应，如将铁与石墨相连插入食盐水中。
(2)无论是原电池还是电解池，电子均不能通过电解质溶液。
(3)双液铜锌原电池(带盐桥)比单液原电池的最大优点是 Zn与氧化剂(Cu2＋)不直接接触，
仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，放电时间长。
2．原电池原理的四大应用
(1)加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。例如，在 Zn 与稀
H2SO4反应时加入少量 CuSO4溶液置换出的 Cu能与 Zn形成原电池使产生 H2的反应速率加
快。
(2)比较金属活动性强弱
如有两种金属 A和 B，用导线将 A和 B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观
察到 A溶解，而 B上有气体放出，则说明 A作负极，B作正极，即可以断定金属活动性：
A＞ B。
(3)设计制作化学电源
实例：根据 Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：
(4)用于金属的防护(牺牲阳极的阴极保护法)
使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢
铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。
经典例题
例 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)原电池工作时，正极表面一定有气泡产生( )
(2)在原电池中，正极材料本身一定不参与电极反应，负极材料本身一定要发生氧化反
应( )
(3)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( )
(4)铁铜原电池中，负极反应式为 Fe－3e－===Fe3＋( )
(5)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( )
答案：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)×
例 2．下图中四种电池装置是依据原电池原理设计的，下列有关叙述错误的是( )
A．①中锌电极发生氧化反应
B．②中电子由 a电极经导线流向 b电极
C．③中外电路中电流由 A电极流向 B电极
D．④中 LixC6作负极
解析：选 C 在原电池中阴离子移向负极，所以③中 A电极为负极，则外电路中电流
应由 B电极流向 A电极。
例 3．(1)完成原电池甲的装置示意图(见下图)，并作相应标注，要求：在同一烧杯中，电极
与溶液含相同的金属元素。
(2)以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作
一段时间后，负极可观察到什么现象？
(3)甲、乙两种原电池哪种能更有效地将化学能转化为电能？其原因是什么？
答案：(1)
(2)电极逐渐溶解变细。
(3)甲；Zn和 Cu2＋不直接接触，避免两种物质直接反应，从而避免了化学能转化为热能，
提高电池效率。
[名师点拨] 原电池的工作原理简图
(1)若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。
(2)若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移
向正极。
知识点 2 常见的化学电源
1．一次电池——不能充电复原继续使用
(1)碱性锌锰干电池
正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－；
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
(2)锌银电池
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：Ag O＋H O＋2e－2 2 ===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
(3)锂电池
Li SOCl2电池可用于心脏起博器，该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是 LiAlCl4
SOCl2，电池总反应可表示为 4Li＋2SOCl2===4LiCl＋SO2↑＋S。其中负极材料是 Li，电极
反应为 4Li－4e－===4Li＋，正极反应为 2SOCl2＋4e－===SO2↑＋S↓＋4Cl－。
2．二次电池——放电后能充电复原继续使用
铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb ，正极材料是 PbO2。总反应为 Pb(s)＋
放电
PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
充电
[名师点拨] 可充电电池充电时原来的负极发生还原反应(生成原来消耗的物质)，即作
阴极，连接电源的负极；同理，原来的正极连接电源的正极作阳极，简记为负连负，正连正。
3．“高效、环境友好”的燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，分为酸性和碱性两种。
种类 酸性 碱性
2H2＋4OH－ －－4e
2H 4e－===4H＋负极反应式 2－
===4H2O
O2＋4H＋＋4e－ 2H －2O＋O2＋4e
正极反应式
===2H －2O ===4OH
电池总反应 2H2＋O2===2H2O
[名师点拨] (1)燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。
(2)书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸、碱性，介质的酸碱性对半反应及总
反应书写的影响。
经典例题
例 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能( )
(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池( )
(3)碱性锌锰电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰电池的比能量提高、可储
存时间加长( )
(4)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移( )
(5)铅蓄电池工作时，当电路中转移 0.1 mol电子时，负极增重 4.8 g( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
例 2．镍镉(Ni Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为
放电
KOH 溶液，其充放电按下式进行：Cd＋2NiO(OH)＋2H2O Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。
充电
下列有关该电池的说法正确的是( )
A．充电时阳极反应：Ni(OH) ＋OH－－e－2 ===H2O＋NiO(OH)
B．充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液中的 OH－浓度不变
D．放电时电解质溶液中的 OH－向正极移动
解析：选 A 放电时 Cd元素的化合价升高，Cd作负极，Ni元素的化合价降低，NiO(OH)
作正极，则充电时 Cd(OH)2作阴极，Ni(OH)2作阳极，阳极电极反应式为 Ni(OH) ＋OH－2 －e
－===NiO(OH)＋H2O，A项正确；充电过程是电能转化为化学能的过程，B项错误；放电时
负极电极反应式为 Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，Cd电极周围 OH－的浓度减小，C项错误；
放电时 OH－向负极移动，D项错误。
例 3.用于驱动潜艇的液氨—液氧燃料电池示意图如右图所示。下列有关
说法正确的是( )
A．电极 2发生氧化反应
B．电池工作时，Na＋向负极移动
C．电流由电极 1经外电路流向电极 2
D．电极 1发生的电极反应为 2NH ＋6OH－－6e－3 ===N2＋6H2O
解析：选 D 电极 2通入 O2，发生还原反应，A错误；阳离子向正极移动，B错误；
电流由电极 2 经外电路流向电极 1，C 错误；电极 1上 NH3失电子，结合迁移过来的 OH－
生成 N2和 H2O，D正确。
知识点 3 电极反应式的书写
1．原电池电极反应式的书写
书写电极反应式时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质
溶液的环境确定电极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出电极反应式。
(1)书写步骤
(2)书写方法
①拆分法
a．写出原电池的总反应，如 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。
b．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、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应：
正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
负极：Cu－2e－===Cu2＋
②加减法
a．写出总反应，如 Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。
b．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)。
c．利用总反应式与上述的一极反应式相减，即得另一个电极的反应式，即 LiMn2O4＋
Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正极)。
2．燃料电池电极反应式的书写
第一步：写出燃料电池反应的总反应式
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的
反应。
如甲烷燃料电池(电解质为 NaOH 溶液)的反应式为
CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O②
①式＋②式得燃料电池总反应式为
CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
第二步：写出电池的正极反应式
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是 O2，随着电解质溶液的不
同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况：
①酸性电解质溶液环境下电极反应式：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O；
②碱性电解质溶液环境下电极反应式：
O2＋2H － －2O＋4e ===4OH ；
③固体电解质(高温下能传导 O2－)环境下电极反应式：O2＋4e－===2O2－；
④熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)环境下电极反应式：
O 2CO 4e－===2CO2－2＋ 2＋ 3 。
第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式，电池反应的总反应式－电
池正极反应式＝电池负极反应式。因为 O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底
消除 O2。
[名师点拨] 燃料电池中产物的判断：
碱性介质：C―→CO2－3 ，其余介质：C―→CO2；
酸性介质：H―→H＋，其余介质：H―→H2O。
[典题示例] 微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水
获得电能，同时可实现海水淡化。现以 NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处
理有机废水(以含 CH －3COO 的溶液为例)。下列说法错误的是( )
A．负极反应为 CH3COO－＋2H O－8e－2 ===2CO2↑＋7H＋
B．隔膜 1为阳离子交换膜，隔膜 2为阴离子交换膜
C．当电路中转移 1 mol电子时，模拟海水理论上除盐 58.5 g
D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为 2∶1
[解析] a极区域 CH3COO－→CO2，碳元素的化合价由 0→＋4，故 a极为原电池的负极，
电极反应式为 CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋，b极为正极，电极反应式为 8H＋＋
8e－===4H2↑，电池工作一段时间后，正、负极产生气体 n(H2)∶n(CO2)＝4∶2＝2∶1，当线
路中转移 8 mol e－时，中间海水中 8 mol Cl－穿过隔膜 1进入 a极区域维持电中性；8 mol Na
＋穿过隔膜 2进入 b极区域维持电中性，从而达到海水淡化的目的。因此隔膜 1为阴离子交
换膜，隔膜 2为阳离子交换膜，B项错误，A、D项正确；当线路中转移 1 mol e－时，模拟
海水理论上除去 1 mol NaCl，即 58.5 g NaCl，C项正确。
[答案] B
[方法技巧]
(1)新型燃料电池的分析模板
(2)解答燃料电池题目的几个关键点
①通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。
②注意介质的成分，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
③通过介质中离子的移动方向，可以判断电池的正、负极，同时考虑该离子是否参与靠
近一极的电极反应。
经典例题
例 1．(2019·海南高考)微型银—锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是 Ag/Ag2O和
Zn，电解质为 KOH溶液，电池总反应为 Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。下列说法正确
的是( )
A．电池工作过程中，KOH溶液浓度降低
B．电池工作过程中，电解液中 OH－向正极迁移
C．负极发生反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
D．正极发生反应：Ag2O＋2H＋＋2e－===Ag＋H2O
解析：选 C A．由电池总反应 Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2可知，反应中 n(KOH)
不变，但电池反应消耗了 H2O，所以电池工作过程中，KOH溶液浓度升高，错误；B.电池
工作过程中，电解质溶液中的阴离子向负极移动，所以电解液中 OH－向负极迁移，错误；C.
由电池总反应可知，Zn 失电子、发生氧化反应而作负极，电极反应式为 Zn＋2OH－－2e－
===Zn(OH)2，正确；D.氧化银得电子、发生还原反应作正极，电极反应式为 Ag2O＋H2O＋
2e－===2Ag＋2OH－，错误。
例 2．十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。
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，原理如图
所示。下列说法正确的是( )
A．该电池放电时质子从电极 b移向电极 a
B．电极 a附近发生的电极反应为 SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋
C．电极 b附近发生的电极反应为 O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．相同条件下，放电过程中消耗的 SO2和 O2的体积比为 2∶1
解析：选 D A项，放电时为原电池，质子向正极移动，电极 a为负极，则该电池放电
时质子从电极 a移向电极 b，错误；B项，电极 a 为负极，发生氧化反应，电极反应为 SO2
＋2H2O－2e－===SO2
－
4 ＋4H
＋，硫酸应当拆为离子形式，错误；C项，酸性条件下，氧气得
电子与氢离子反应生成水，电极 b附近发生的电极反应为 O － ＋2＋4e ＋4H ===2H2O，错误；D
－
项，由总反应式 2SO2＋O2＋2H 22O===2SO4 ＋4H
＋可知，放电过程中消耗的 SO2和 O2的体
积比为 2∶1，正确。
课堂闯关
1.(2019·上海高考)关于右图装置，叙述错误的是( )
A．石墨电极反应 O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B．鼓入少量空气，会加快 Fe 的腐蚀
C．加入少量的 NaCl，会加快 Fe的腐蚀
D．加入 HCl，石墨电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑
解析：选 A A．钢铁在接近中性的潮湿的空气中腐蚀属于吸氧腐蚀，石墨作正极，电
极反应为 2H2O＋O ＋4e－===4OH－2 ，错误；B.铁发生的是吸氧腐蚀，鼓入少量的空气，增加
了氧气的量，加快腐蚀，正确；C.加入氯化钠，增加了溶液的导电性，加快了钢铁的腐蚀，
正确；D.加入 HCl 后，溶液呈强酸性，铁发生析氢腐蚀，石墨为正极，电极反应式为 2H＋
＋2e－===H2↑，正确。
2．(2020·天津等级考)熔融钠—硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电
放电
池反应为 2Na＋xS Na2Sx(x＝5～3，难溶于熔融硫)。下列说法错误的是( )
充电
A．Na2S4的电子式为
B．放电时正极反应为 xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx
C．Na和 Na2Sx分别为电池的负极和正极
D．该电池是以 Na β Al2O3为隔膜的二次电池
解析：选 C Na2S4中 S 2
－
4 中硫原子间以非极性键结合，每个硫原子最外层均达到 8电
子稳定结构，A项正确；放电时正极上 S发生还原反应，正极反应为 xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx，
B项正确；熔融钠为负极，熔融硫(含碳粉)为正极，C项错误；由图可知，D项正确。
3.(2018·海南高考)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＋2H2O===2Mg(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
解析：选 A 负极电极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2，正极电极反应式为 O2
＋4e－＋2H2O===4OH－，得失电子相同的条件下，将正、负极电极反应式相加得电池总反应
式为 2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2，故 A正确，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，故 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，故 D错误。
4．某原电池装置如图所示。下列有关叙述中正确的是( )
A．电池工作时，盐桥中的 Cl－向负极移动
B．负极反应式：2H＋＋2e－===H2↑
C．工作一段时间后，两烧杯中溶液 pH均不变
D．Fe 作正极，发生氧化反应
解析：选 A 根据原电池工作原理，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，盐桥的作
用是构成闭合回路和平衡两烧杯中的电荷，所以 Cl－向负极移动，故 A正确；铁作负极，负
极反应式为 Fe－2e－===Fe2＋，正极反应式为 2H＋＋2e－===H2↑，故 B错误；左烧杯中 pH基
本不变，右烧杯中消耗 H＋，c(H＋)减小，pH增大，故 C错误；电池总反应式为 Fe＋2H＋===Fe2
＋＋H2↑，铁作负极，发生氧化反应，故 D错误。
5．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙
述中正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池中的 c(SO2－4 )减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
解析：选 C 活泼金属锌作负极，铜作正极，铜电极上发生还原反应，故 A错误；电
－
池工作一段时间后，甲池中的 c(SO24 )不变，故 B 错误；铜电极上发生电极反应：Cu2
＋＋
2e－===Cu，同时 Zn2＋通过阳离子交换膜从甲池移向乙池，由电荷守恒可知，乙池中每析出
1 mol Cu，则有 1 mol Zn2＋从甲池移向乙池，因为 M(Zn)>M(Cu)，所以乙池溶液的总质量增
加，故 C正确；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，阴离子不能通过阳离子交换膜，
故 D错误。
6．将一张滤纸剪成四等份，用铜片、锌片、发光二极管、导线在玻璃片上连接成如图所示
的装置，在四张滤纸上滴加稀硫酸直至全部润湿。下列叙述中正确的是( )
A．锌片上有气泡，铜片溶解
B．Zn片发生还原反应
C．电子都是从铜片经外电路流向锌片
D．该装置至少有两种形式的能量转换
解析：选 D 锌、铜、稀硫酸构成原电池，锌为负极，铜为正极，正极上发生还原反应
生成氢气，故 A错误；锌为负极，发生氧化反应，故 B错误；电子从锌极经外电路流向铜
极，故 C错误；该装置存在电能与化学能、电能与光能的转化，故 D正确。
7 － ＋．某学习小组的同学查阅相关资料得到氧化性：Cr2O27 >Fe3 ，设计了如图所示的盐桥原
电池。盐桥中装有含琼脂的饱和 K2SO4溶液。下列叙述中正确的是( )
A．甲烧杯的溶液中发生还原反应
B．外电路的电流方向是从 b极到 a极
C －．电池工作时，盐桥中的 SO 24 移向乙烧杯
D ＋ － － ＋．乙烧杯中的电极反应式为 2Cr3 ＋7H2O－6e ===Cr 22O7 ＋14H
－
解析：选 B 由于氧化性：Cr 22O7 >Fe3
＋ Cr O 2－，即 2 7 可以将 Fe2
＋氧化为 Fe3＋，故在原
－
电池中，Fe2＋失电子被氧化，则 a 极为负极；Cr O 22 7 得电子被还原，则 b极为正极。Fe2
＋
失电子被氧化，即甲烧杯的溶液中发生氧化反应，A错误；外电路中电流由正极流向负极，
－
即由 b极流向 a极，B正确；原电池中，阴离子移向负极，则 SO 24 移向甲烧杯，C错误；
乙烧杯中 Cr O 2－ －2 7 得电子被还原，则电极反应式为 Cr O22 7 ＋6e
－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O，D
错误。
8 － －．一种新型的电池，总反应式为 3Zn＋2FeO24 ＋8H2O===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH ，
其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．Zn 极是负极，发生氧化反应
B．随着反应的进行，溶液的 pH增大
C．电子由 Zn极流出到石墨电极，再经过溶液回到 Zn极，形成回路
D．石墨电极上发生的反应为 FeO2－4 ＋3e
－
＋4H2O===Fe(OH) －3↓＋5OH
解析：选 C 根据电池总反应式，结合原电池的工作原理可知，锌作负极，发生氧化反
应，A正确；根据电池总反应式可知，反应生成 OH－、消耗 H2O，溶液的 pH增大，B正确；
根据原电池的工作原理，电子从 Zn 电极流出，经外电路流向石墨，电子不能通过电解质溶
液，C错误；负极的电极反应式为 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，正极的电极反应式为 FeO2
－
4
＋4H －2O＋3e ===Fe(OH)3↓＋5OH－，D正确。
9．某原电池以银、铂为电极，用含 Ag＋的固体作电解质，Ag＋可在固体电解质中自由移动。
电池总反应式为 2Ag＋Cl2===2AgCl。利用该电池可以测定空气中 Cl2的含量。下列说法中
错误的是( )
A．空气中 c(Cl2)越大，消耗 Ag的速率越快
B．铂极的电极反应式为 Cl2＋2e－＋2Ag＋===2AgCl
C．电池工作时电解质中 Ag＋总数保持不变
D．电子移动方向：银→固体电解质→铂
解析：选 D c(Cl2)越大，反应速率越快，则消耗银的速率也越快，A正确；银比铂活
泼，铂作正极，Cl2在铂上得到电子发生还原反应生成 Cl－，再与电解质中的 Ag＋结合，电
极反应式为 Cl ＋2e－2 ＋2Ag＋===2AgCl，B正确；根据电池总反应式可知，电解质中 Ag＋总
数保持不变，C正确；原电池中，电子从负极经过外电路的导线流向正极，电子不能通过电
解质，故电子移动方向应是银→外电路导线→铂，D错误。
10．最近科学家研制的一种新型“微生物电池”可以将污水中的有机物转化为 H2O和 CO2，
同时产生电能，其原理示意如图。下列有关该电池的说法中正确的是( )
A．氧化银电极上的反应为 Ag2O＋2e－===2Ag＋O2－
B．石墨电极上的反应为 C6H － ＋12O6＋6H2O＋24e ===6CO2↑＋24H
C．每转移 4 mol电子，氧化银电极产生 22.4 L CO2气体(标准状况)
D．每 30 g C6H12O6参与反应，有 4 mol H＋经质子交换膜进入正极区
解析：选 D C6H12O6在微生物作用下转化为 CO2和 H2O，C6H12O6被氧化，即石墨电
极为负极，氧化银电极为正极，Ag2O发生得电子的还原反应，电极反应式为 Ag ＋2O＋2H ＋
2e－===2Ag＋H2O，故 A错误；石墨电极为负极，C6H12O6在负极发生失电子的氧化反应：
C H O ＋6H O－24e－===6CO ↑＋24H＋6 12 6 2 2 ，故 B错误；根据负极的电极反应式可知，每转移
4 mol 电子，石墨电极产生 22.4 L CO2(标准状况)，故 C 错误；30 g C6H12O6的物质的量为
30 g 1
＝ mol，根据 B项负极的电极反应式可知，每 30 g C
－1 6
H12O6参与反应，有 4
180 g·mol 6
mol H＋经质子交换膜进入正极区，故 D正确。
11．新型 NaBH4/H2O2 燃料电池 (DBFC)的结构如图，该电池总反应方程式为 NaBH4＋
4H2O2===NaBO2＋6H2O。下列有关说法中正确的是( )
A － － － －．电池正极区的电极反应为 BH4 ＋8OH －8e ===BO2 ＋6H2O
B．电极 B为负极，纳米MnO2层的作用是提高原电池的工作效率
C．放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗 1 L 6 mol·L－1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为 12NA
解析：选 D 根据图示知，B电极上 H2O2得电子生成 OH－，所以 B电极是正极，发生
的电极反应为 H2O2＋2e－===2OH－，故 A、B错误；根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互
吸引的原则，放电时，阳离子向负电荷较多的正极移动，阴离子向正电荷较多的负极移动，
所以 Na＋从负极区向正极区迁移，故 C错误；在电池反应中，每消耗 1 L 6 mol·L－1 H2O2溶
液，消耗 H2O2的物质的量为 6 mol，根据 H2O2＋2e－===2OH－知，理论上流过电路中的电子
数为 6 mol×2×NA mol－1＝12NA，故 D正确。
自我挑战
1．自然界中金属硫化物之间存在原电池反应。如图所示装置中电极Ⅰ为方铅矿(PbS)，电极
Ⅱ为含有方铅矿的硫铁矿，当有电解质溶液按如图所示方向流经该装置时，电流表指针偏转。
若电极Ⅱ质量不断减少，a处溶液中加入 KSCN溶液未出现红色，加入 CuSO4溶液未出现黑
色沉淀。下列有关说法中正确的是( )
A．工业上利用该原理富集铁
B．电极Ⅱ作正极
C．溶液流经该装置后 pH增大
D FeS 15e－ ＋ －．该装置负极的电极反应式为 2－ ＋8H 22O===Fe3 ＋2SO4 ＋16H
＋
解析：选 A 电极Ⅱ质量不断减少，说明电极Ⅱ为负极，a处溶液中加入 KSCN溶液未
出现红色，说明溶液中不存在 Fe3＋，加入 CuSO4溶液未出现黑色沉淀，说明溶液中不存在
S2－ －，则在该原电池中硫铁矿溶解生成 Fe2＋和 SO24 。根据上述分析，通过该装置，硫铁矿
溶解生成 Fe2＋，可以富集铁，故 A正确；根据上述分析，电极Ⅱ作负极，故 B错误；该装
置负极的电极反应式为 FeS2－14e－＋8H2O===Fe2＋＋2SO2
－
4 ＋16H
＋，反应生成 H＋，则溶液
流经该装置后 pH减小，故 C、D错误。
2．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)甲中电流计指针偏移时，盐桥(装有含琼脂的 KCl 饱和溶液)中离子移动的方向是
________________________________________________________________________。
(3)乙中正极反应式为 ________________；若将 H2 换成 CH4，则负极反应式为
________________________________________________________________________。
(4)丙中铅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蓄电池
________极相连接。
(5)应用原电池反应可以探究氧化还原反应进行的方向和程度。现连接如图装置并加入
药品(盐桥中的物质不参与反应)，进行实验：
ⅰ.K闭合时，指针偏移。放置一段时间后，指针偏移减小。
ⅱ.随后向 U形管左侧逐渐加入浓 Fe2(SO4)3溶液，发现电流表指针的变化依次为偏移减
小→回到零点→逆向偏移。
①实验ⅰ中银作________极。
②综合实验ⅰ、ⅱ的现象，得出 Ag＋和 Fe2＋反应的离子方程式是___________________
_________________________________________________。
解析：(1)负极反应物中有元素化合价升高，发生氧化反应，相应物质本身具有还原性，
即负极反应物化学性质上的共同特点是易失电子被氧化，具有还原性。(2)原电池中阳离子
向正极移动，阴离子向负极移动，则盐桥中的钾离子会移向硫酸铜溶液，氯离子移向硫酸锌
溶液。(3)乙中装置为碱性氢氧燃料电池，正极上氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子，
电极反应式为 O2＋4e－＋2H2O===4OH－；若将 H2换成 CH －4，则负极反应式为 CH4－8e ＋
10OH－===CO2－3 ＋7H2O。(4)丙中铅蓄电池放电一段时间后，进行充电时，要将负极中的硫
酸铅变成单质铅，发生还原反应，所以应作电解池的阴极，则与电源的负极相连。(5)①亚
铁离子失电子发生氧化反应，所以石墨电极作负极，银作正极；②综合实验ⅰ、ⅱ的现象，
可知 Ag＋和 Fe2＋的反应可逆，故得出 Ag＋和 Fe2＋反应的离子方程式：Fe2＋＋Ag＋ Fe3
＋＋Ag。
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－
CH －8e－＋10OH－===CO2－4 3 ＋7H2O
(4)负 (5)①正 ②Fe2＋＋Ag＋ Fe3＋＋Ag
3．某兴趣小组做如下探究实验：
(1)图Ⅰ为依据氧化还原反应设计的原电池装置，该反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
反应前，两电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差 12 g，则导线中通过________
mol电子。
(2)如图Ⅰ，其他条件不变，若将 CuCl2溶液换为 NH4Cl 溶液，石墨电极的反应式为
________________________________________________________________________，
这是由于 NH4Cl溶液显________(填“酸性”“碱性”或“中性”)，用离子方程式表示
溶液显此性的原因：________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)如图Ⅱ，其他条件不变，将图Ⅰ中的盐桥换成弯铜导线与石墨相连成 n形，则乙装
置中石墨(1)为________(填“正”“负”“阴”或“阳”)极，乙装置中与铜丝相连的石墨(2)
电极上的电极反应式为__________________________________________________________。
(4)将图Ⅱ乙装置中的 CuCl2溶液改为 400 mL CuSO4溶液，一段时间后，若电极质量增
重 1.28 g，则此时溶液的 pH为________(不考虑反应中溶液体积的变化)。
解析：(1)Fe是活性电极，失电子被氧化生成 Fe2＋，石墨是惰性电极，溶液中的 Cu2＋在
石墨电极得电子被还原生成 Cu，故该原电池反应为 Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。工作过程中，
Fe作负极，电极反应式为 Fe－2e－===Fe2＋，铁电极质量减少；石墨作正极，电极反应式为
Cu2＋＋2e－===Cu，石墨电极质量增加；设两电极质量相差 12 g时电路中转移电子为 x mol，
则有 x mol 1× ×56 g·mol－1＋x mol 1× ×64 g·mol－1＝12 g，解得 x＝0.2。(2)NH4Cl溶液
2 2
＋ ＋
中 NH 4 会发生水解反应：NH4 ＋H2O NH3·H
＋
2O＋H ，使溶液呈酸性，故石墨电
极(即正极)上发生的反应为 2H＋＋2e－===H2↑。(3)其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与
石墨相连成 n形，则甲装置为原电池，Fe作负极，Cu作正极；乙装置为电解池，则石墨(1)
为阴极，石墨(2)为阳极，溶液中的 Cl－在阳极放电生成 Cl2，电极反应式为 2Cl－－2e－===Cl2
↑。(4)若将乙装置中的 CuCl2溶液改为 400 mL CuSO4溶液，电解 CuSO4溶液的总反应方程
电解
式为 2CuSO4＋2H2O===== 2H2SO4＋2Cu＋O2↑，当电极质量增加 1.28 g(即析出 0.02 mol Cu)
0.02 mol H SO c(H＋) 0.02 mol×2时，生成 2 4，则 ＝ ＝0.1 mol·L－1，pH＝－lg 0.1＝1，故此时
0.4 L
溶液的 pH为 1。
答案：(1)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu 0.2
(2)2H＋＋2e－===H2↑ 酸性 NH
＋
4 ＋H2O NH
＋
3·H2O＋H
(3)阴 2Cl－－2e－===Cl2↑ (4)1
4．(1)NO2、O2和熔融 NaNO3可制作燃料电池，其原理见图 1，石墨Ⅰ为电池的________极；
该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物 Y，其电极反应式为__________
__________________________________________________________________。
(2)化学家正在研究尿素动力燃料电池。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能
产生净化的水，又能发电，尿素燃料电池结构如图 3所示：
回答下列问题：
电池中的负极为________(填“甲”或“乙”)，甲的电极反应式为______________，电
池工作时，理论上每净化 1 mol尿素，消耗 O2的体积(标准状况下)约为________L。
解析：(1)该燃料电池中，正极上通入 O2，石墨Ⅱ为正极，电极反应式为 O2＋2N2O5＋
4e－===4NO－ －3 ，负极上通入 NO2，石墨Ⅰ为负极，电极反应式为 NO
－
2＋NO3 －e ===N2O5。
(2)根据图示可知，甲电极上 CO(NH2)2反应生成二氧化碳和氮气，N元素化合价升高，失电
子，为电源的负极，电解质溶液为酸性，则其电极反应式为 CO(NH2)2＋H －2O－6e ===CO2
↑＋N2↑＋6H＋，该反应的总方程式为 2CO(NH2)2＋3O2===2CO2＋2N2＋4H2O，根据关系式
2CO(NH2)2～3O2可知，电池工作时，理论上每净化 1 mol 尿素，消耗 O2的体积为 1.5 mol
×22.4 L·mol－1＝33.6 L。
答案：(1)负 NO NO－ －2＋ 3 －e ===N2O5
(2)甲 CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋ 33.6
5．(2020·全国卷Ⅰ节选)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。
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________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 HCO－3 4.61
Na＋ 5.19 NO－3 7.40
Ca2＋ 6.59 Cl－ 7.91
K＋ 7.62 SO2－4 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＋)＝________。
(4)根据(2)、(3)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为____________________，铁电
极的电极反应式为________________________________。因此，验证了 Fe2＋氧化性小于
________、还原性小于________。
(5)实验前需要对铁电极表面活化。在 FeSO4溶液中加入几滴 Fe2(SO4)3溶液，将铁电极
浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是____________________。
－
解析：(1)根据盐桥中阴、阳离子不能参与反应，及 Fe3＋＋3HCO3 ===Fe(OH)3↓＋3CO2
↑、Ca2＋＋SO2－4 ===CaSO4↓，可排除 HCO
－
3 、Ca2
＋ －，再根据 FeSO4溶液显酸性，而 NO 3
－
在酸性溶液中具有氧化性，可排除 NO3 。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)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)石墨电极的电极反应式为 Fe3＋＋e－===Fe2＋，铁电极的电极反
应式为 Fe－2e－===Fe2＋，故验证了氧化性：Fe3＋＞Fe2＋，还原性：Fe＞Fe2＋。(5)该活化反应
为 Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，故通过检验 Fe3＋是否存在可说明活化反应是否完成，具体操作为取
少量活化后溶液于试管中，滴加几滴 KSCN溶液，若溶液不变血红色，则说明活化反应已
完成。
答案：(1)KCl
(2)石墨
(3)0.09 mol·L－1
(4)Fe3＋＋e－===Fe2＋ Fe－2e－===Fe2＋ Fe3＋ Fe
(5)取少量溶液，滴入 KSCN溶液，不出现血红色

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