资源简介

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一轮重点巩固
方向比努力更重要
研究考纲·辨明考向
化
学
电
电
原
池
源
考纲解读 考向预测
1．知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化,以原电池为例认识化学能可以转化为电能,从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。 2．正确判断原电池的两极，正确书写电极反应及总反应式。 3．了解常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。并书写几种新型电池的电极及电极反应式。 4．能分析、解释原电池的工作原理,能设计简单的原电池。利用原电池的知识判断金属活动性的强弱，能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题，如新型电池的开发等。 1．原电池的应用主要考查原电池的设计、电化学腐蚀及解释某些化学现象等，主要以选择题、填空题形式。
2．考查原电池工作原理往往以新型能源电池或燃料电池为载体，考查原电池正负极的判断、电极反应的书写、电子或电流的方向及溶液pH的变化等。
考纲要求
核心素养 思维导图
1.变化观念与平衡思想：认识原电池的本质是氧化还原反应。能多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转换。 2.证据推理与模型认知：能利用典型的原电池装置，分析原电池原理，建立解答原电池问题的思维模型，并利用模型揭示其本质及规律。 3.科学态度与社会责任：具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与原电池有关的社会热点问题做出正确的价值判断。
名师备考建议
原电池原理是氧化还原反应知识的应用和延伸，是历年高考的热点内容。高考中常常精心选择新科技前沿，新型电池创设命题情境，体现“创新性”和“应用性”;也常结合图示和信息,考查电极名称判断、电极反应式书写等必备知识和证据推理与模型认知核心素养，体现“基础性”和“综合性”。
命题主要有两种形式：(1)在选择题中，常以新型电池的形式对原电池的工作原理进行考查；
(2)在非选择题中，常结合元素化合物、物质的分离和提纯等知识，考查电极反应式的书写以及利用得失电子守恒进行相关计算。
命题的角度有电极反应式的正误判断与书写，正、负电极的判断，电池充、放电时离子移动方向的判断，电极附近离子浓度的变化等。通常通过陌生化学电源的装置图，考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力。
因此在复习本讲知识时要注意：(1)以铜锌原电池为模板掌握电子流向、溶液中离子移动方向、电极反应等知识；以铜锌原电池为基础，逐步学会分析新型电池的工作原理。
(2) 以氢氧燃料电池为模板掌握规范燃料电池电极反应式的书写，注意电解质溶液性质对电极反应的影响。
预计2024年高考仍然会以新型电池为切入点，考查原电池的工作原理及应用、电极反应式的书写、电极名称判断、溶液中离子的迁移方向及浓度变化、二次电池的充放电过程分析以及相关计算等。
真题再现·明确考向
√
1. (2023年辽宁卷)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＋ ＋2Fe3+＝PbSO4＋2Fe2+
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+，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和硫酸。
A．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；
B．储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；
C．放电时，右侧为正极，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；
D．充电时，总反应为PbSO4＋2Fe2+＝Pb＋ ＋2Fe3+，D错误；
√
下列叙述错误的是
A. 充电时Na+从钠电极向硫电极迁移
B. 放电时外电路电子流动的方向是a→b
C. 放电时正极反应为：2Na＋＋ ＋2e－→Na2Sx
D. 炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
解析：由题意可知放电时硫电极得电子，硫电极为原电池正极，钠电极为原电池负极。
A．充电时为电解池装置，阳离子移向阴极，即钠电极，故充电时，Na＋由硫电极迁移至钠电极，A错误；
B．放电时Na在a电极失去电子，失去的电子经外电路流向b电极，硫黄粉在b电极上得电子与a电极释放出的Na＋结合得到Na2Sx，电子在外电路的流向为a→b，B正确；
C．由题给的的一系列方程式相加可以得到放电时正极的反应式为2Na＋＋ ＋2e－→Na2Sx，C正确；
D．炭化纤维素纸中含有大量的炭，炭具有良好的导电性，可以增强硫电极的导电性能，D正确；
√
3. (2023年新课标卷)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5 nH2O。下列说法错误的是
A. 放电时V2O5为正极
B. 放电时Zn2+由负极向正极迁移
C. 充电总反应：xZn＋V2O5＋nH2O＝ZnxV2O5 nH2O
D. 充电阳极反应：ZnxV2O5 nH2O－2xe－＝xZn2+＋V2O5＋nH2O
解析：由题中信息可知，该电池中Zn为负极、V2O5为正极，电池的总反应为xZn＋V2O5＋nH2O＝ZnxV2O5 nH2O。
A．由题信息可知，放电时，Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5 nH2O，V2O5发生了还原反应，则放电时V2O5为正极，A说法正确；
B．Zn为负极，放电时Zn失去电子变为Zn2+，阳离子向正极迁移，则放电时Zn2+由负极向正极迁移，B说法正确；
C．电池在放电时的总反应为xZn＋V2O5＋nH2O＝ZnxV2O5 nH2O，则其在充电时的总反应为ZnxV2O5 nH2O＝xZn＋V2O5＋nH2O，C说法不正确；
D．充电阳极上ZnxV2O5 nH2O被氧化为V2O5，则阳极的电极反应为ZnxV2O5 nH2O－2xe－＝xZn2+＋V2O5＋nH2O，D说法正确；
√
4．(2023年广东卷)负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除Cl－实现废酸的纯化，其工作原理如下图。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11.2L的O2，最多去除1molCl－
解析：O2在Pt得电子发生还原反应，Pt为正极，Cl-在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极。
A．由分析可知，Cl－在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；
B．电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；
C．溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为O2＋4H+＋4e－＝2H2O，C错误；
D．每消耗标准状况下11.2L的O2，转移2mole－，而2mol Cl－失去2mole－，故最多去除2mol Cl－，D错误。
√
5. (2023年海南卷)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1kgAl，电池最多向外提供37mol电子的电量
√
6．(2023年山东卷)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是
A．甲室Cu电极为正极
B．隔膜为阳离子膜
C．电池总反应为：Cu2+＋4NH3＝[Cu(NH3)4]2+
D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
√
解析：A. 向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室Cu电极溶解，变为铜离子与氨气形成[Cu(NH3)4]2+，因此甲室Cu电极为负极，故A错误；
B. 再原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正常进行，故B错误；
C. 左侧负极是Cu－2e－＋4NH3＝[Cu(NH3)4]2+，正极是Cu2+＋2e－＝Cu，则电池总反应为：Cu2+＋4NH3＝[Cu(NH3)4]2+，故C正确；
D．NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成[Cu(NH3)4]2+，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D正确。
√
7．(2023届T8联考)某种微生物燃料电池净化废水原理如图所示。下列说法正确的是
A．M为电源正极，有机物在M极被还原
B．电池工作时，N极附近溶液pH增大
C．废水中的 浓度越大越有利于该电池放电
D．处理0.1mol 时有1.4molH+从交换膜左侧向右侧迁移
解析：由图可知，M极有机物发生氧化反应生成二氧化碳、氢离子，为负极；N极铬元素化合价降低，发生还原反应为正极；
A．由分析可知，M为负极，有机物在M极发生氧化反应，A错误；
B．电池工作时，N极铬元素化合价降低，发生还原反应，反应为 ＋6e－＋14H+＝2Cr3+＋7H2O，反应消耗氢离子，N极附近溶液pH增大，B正确；
C． 具有强氧化性，浓度过大会导致微生物失去活性，C错误；
D．由B分析可知，处理0.1mol 时有0.6molH+从交换膜左侧向右侧迁移，D错误；
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8．(2023年福建卷)一种可在较高温下安全快充的铝-硫电池的工作原理如图，电解质为熔融氯铝酸盐(由NaCl、KCl和AlCl3形成熔点为93℃的共熔物)，其中氯铝酸根 起到结合或释放Al3+的作用。电池总反应：2Al＋3xS
Al2(Sx)3。下列说法错误的是
A． 含4n个Al－Cl键
B． 中同时连接2个Al原子的Cl原子有(n－1)个
C．充电时，再生1molAl单质至少转移3mol电子
D．放电时间越长，负极附近熔融盐中n值小的 浓度越高
C．由总反应可知充电时，再生1molAl单质需由铝离子得到电子生成，所以至少转移3mol电子，C正确；
D．由总反应可知放电时间越长，负极铝失去电子生成的铝离子越多所以n值大的 浓度越高，D错误；
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√
10. (2022年全国乙卷)Li－O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li－O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li+＋e-＝Li)和阳极反应(Li2O2+2h+＝2Li+＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是
A. 充电时，电池的总反应Li2O2＝2Li＋O2
B. 充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C. 放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D. 放电时，正极发生反应O2＋2Li+＋2 e-＝Li2O2
解析：充电时光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应（Li++e-=Li+）和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)，则充电时总反应为Li2O2=2Li+O2，结合图示，充电时金属Li电极为阴极，光催化电极为阳极；则放电时金属Li电极为负极，光催化电极为正极；据此作答。
A．光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，充电时电池的总反应为Li2O2=2Li+O2，A正确；
B．充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B正确；
C．放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；
D．放电时总反应为2Li+O2=Li2O2，正极反应为O2＋2Li+＋2e-＝Li2O2，D正确；
√
11．(2022年1月浙江选考)pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH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HCl溶液，并插入Ag—AgCl电极)和另一Ag—AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH＝(E－常数)/0.059。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：
AgCl(s)+e－＝Ag(s)＋Cl(0.1mol·L-1)
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pH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pH
D. pH计工作时，电能转化为化学能
解析：A． 如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极、负极发生氧化反应而不是还原反应，A错误；
B．已知：pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E－常数)/0.059，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的变化，B错误；
C．pH与电池的电动势E存在关系：pH＝(E－常数)/0.059，则分别测定含已知pH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pH，C正确；
D．pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误；
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12. (2022年广东卷)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为：NaTi2(PO4)3＋2Na+＋2e－＝Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是
A. 充电时电极b是阴极
B. 放电时NaCl溶液的pH减小
C. 放电时NaCl溶液的浓度增大
D. 每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g
解析：A．由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a
是阴极，则电极b是阳极，故A错误；
B．放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为Na3Ti2(PO4)3－
2e－＝NaTi2(PO4)3＋2Na+可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误；
C．放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－＝NaTi2(PO4)3＋2Na+，正极反应为Cl2＋2e－＝2Cl-，反应后Na+和Cl-浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确；
D．充电时阳极反应为2Cl－－2e－＝Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3＋2Na+＋2e－＝Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g/mol×2mol=46g，故D错误；
√
13. (2022年湖南卷)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是
A. 海水起电解质溶液作用
B. N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－＝2OH－＋H2↑
C. 玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D. 该锂－海水电池属于一次电池
解析：锂海水电池的总反应为4Li+2H2O+O2＝4LiOH， M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li－e－＝Li+，N极为正极，电极反应为O2+2H2O+4e－＝4OH－。
A．海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；
B．由上述分析可知，N为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－，故B错误；
C．Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，故C正确；
D．该电池不可充电，属于一次电池，故D正确；
√
14. (2022年辽宁卷)某储能电池原理如图。下列说法正确的是
A. 放电时负极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－＝NaTi2(PO4)3＋2Na＋
B. 放电时Cl－透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移
C. 放电时每转移1mol电子，理论上CCl4吸收0.5molCl2
D. 充电过程中，NaCl溶液浓度增大
解析：放电时负极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－＝NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极反应：Cl2＋2e－＝2Cl－，消耗氯气，放电时，阴离子移向负极，充电时阳极：2Cl－―2e－＝Cl2，由此解析。
A．放电时负极失电子，发生氧化反应，电极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－＝NaTi2(PO4)3＋2Na＋，故A正确；
B．放电时，阴离子移向负极，放电时Cl－透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，故B错误；
C．放电时每转移1mol电子，正极：Cl2＋2e－＝2Cl－，理论上CCl4释放0.5molCl2，故C错误；
D．充电过程中，阳极：2Cl－－2e－＝Cl2，消耗氯离子，NaCl溶液浓度减小，故D错误；
√
15. (2022年新高考山东卷)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2+，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是
A. 装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大
B. 装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸
C. 乙室电极反应式为LiCoO2＋2H2O＋e－＝Li+＋Co2+＋4OH-
D. 若甲室Co2+减少200mg，乙室Co2+增加300mg，则此时已进行过溶液转移
√
解析：由于乙室中两个电极的电势差比甲室大，所以乙室是原电池，甲室是电解池，然后根据原电池、电解池反应原理分析解答。
A．电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，Co2+在另一个电极上得到电子，被还原产生Co单质，CH3COO-失去电子后，H+通过阳膜进入阴极室，溶液变为HCl溶液，溶液由碱性变为酸，溶液pH减小，A错误；
B．对于乙室，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2+，同时得到Li+，其中的O与溶液中的H+结合H2O，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B正确；
16．(2021年河北卷)K—O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是
A．隔膜允许K+通过，不允许O2通过
B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极
C．产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水
√
17．(2021年湖南卷)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：
下列说法错误的是
A．放电时，N极为正极
B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C．充电时，M极的电极反应式为Zn2+＋2e-＝Zn
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
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√
18．(2021年广东卷)火星大气中含有大量CO2，一种有CO2 参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时
A．负极上发生还原反应 B．CO2 在正极上得电子
C．阳离子由正极移向负极 D．将电能转化为化学能
解析：根据题干信息可知，放电时总反应为4Na+3CO2=2Na2CO3+C。
A．放电时负极上Na发生氧化反应失去电子生成Na+，故A错误；
B．放电时正极为CO2得到电子生成C，故B正确；
C．放电时阳离子移向还原电极，即阳离子由负极移向正极，故C错误；
D．放电时装置为原电池，能量转化关系为化学能转化为电能和化学能等，故D正确；
19．(2021年6月浙江选考)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li+得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCoO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是
√
20．(2021年辽宁卷)如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是
A．放电时，M电极反应为Ni－2e-＝Ni2+
B．放电时，Li+由M电极向N电极移动
C．充电时，M电极的质量减小
D．充电时，N电极反应为Li3Bi＋3e-＝3Li+＋Bi
√
解析：由题干信息可知，放电时，M极由于Li比Ni更活泼，也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼，故M极作负极，电极反应为：Li－e-＝Li+，N极为正极，电极反应为：3Li+＋3e-＋Bi＝Li3Bi，据此分析解题。
A．由分析可知，放电时，M电极反应为Li－e-＝Li+，A错误；
B．由分析可知，放电时，M极为负极，N极为正极，故Li+由M电极向N电极移动，B正确；
C．由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，M电极的电极反应为：Li+＋e－＝Li，故电极质量增大，C错误；
D．由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，充电时，N电极反应为Li3Bi－3e－＝3Li+＋Bi，D错误；故答案为：B。
21. (2021年山东卷)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清洁燃料电池，下列说法正确的是
A. 放电过程中，K+均向负极移动
B. 放电过程中，KOH物质的量均减小
C. 消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大
D. 消耗1molO2时，理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L
√
22. (2021年福建卷)催化剂TAPP－Mn (Ⅱ)的应用，使Li－CO2电池的研究取得了新的进展。Li－CO2电池结构和该催化剂作用下正极反应可能的历程如下图所示。
下列说法错误的是
A. Li－CO2电池可使用有机电解液
B. 充电时，Li+由正极向负极迁移
C. 放电时，正极反应为3CO2＋4Li+＋4e-＝2Li2CO3＋C
D. *LiCO2、*CO、*LiC2O3和C都是正极反应的中间产物
√
解析：A．Li是活泼金属能与水发生反应，因此不能采用水溶液作为电解质，应使用有机电解液，故A正确；
B．充电时原电池的负极与电源负极相连作阴极，原电池的正极与电源正极相连作阳极，阳离子由阳极向阴极移动，则Li+由正极向负极迁移，故B正确；
C．由装置可知，该原电池的正极为二氧化碳得电子生成C单质，电极反应式为：3CO2＋4Li+＋4e-＝2Li2CO3＋C，故C正确；
D．由正极的反应历程图示可知，C为最终的产物，不是中间产物，故D错误；
23．(2021年1月浙江选考)镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L 为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极)。
√
24．(2020年新课标Ⅰ）科学家近年发明了一种新型Zn CO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
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√
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C．放电时，Na为电池的负极，正极为硫单质，故C错误；
D．放电时，该电池是以钠作负极，硫作正极的原电池，充电时，是电解池，Na－β－Al2O3为隔膜，起到电解质溶液的作用，该电池为二次电池，故D正确；
27．(2020年山东新高考)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 CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是
A．负极反应为 CH3COO－＋2H2O－8e-＝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1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5g
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
√
28．(2020年海南高考)某燃料电池主要构成要素如图所示，下列说法正确的是
A．电池可用于乙醛的制备
B．b电极为正极
C．电池工作时，a电极附近pH降低
D．a电极的反应式为O2＋4e－－4H＋===2H2O
√
解析：该电池将乙烯和水转化为乙醛，可用于乙醛的制备，故A项符合题意；根据分析，a电极为正极，b电极为负极，故B项不符合题意；电池工作时，氢离子移向正极，a电极的反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，a电极附近pH升高，故C、D两项不符合题意。故选A。
29．(2020年全国卷Ⅰ，27题节选)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。
30．(2020年江苏高考)CO2/ HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。
HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。
1．概念及本质
原电池是把________能转化为_____能的装置，其反应的本质是________________。
2．构成条件
(1)原电池反应必须是___________________的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。
化学　
电　
氧化还原反应　
能自发地发生　
考点一、原电池的工作原理
核心知识梳理
(2)原电池的两个电极必须是__________不同的电极(材料可以是金属或导电的非金属)。
①______________________的金属作负极。
②________________的金属或能导电的非金属作正极。
(3)电极、电解质溶液(或熔融电解质)外电路形成__________，其中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(或熔融电解质)中。
(4)有 氧化还原反应。
活泼性　
活泼性较强　
活泼性较弱　
闭合回路　
自发的
[想一想]　能自发进行的氧化还原反应一定能设计成原电池吗？
提示：不一定。因为原电池反应是一个释放能量的反应。所以只有释放能量的、能自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。
理解应用
在如图所示的4个装置中，不能形成原电池的是 (填序号)，并指出原因
。
①④
①中酒精是非电解质；④中未形成闭合回路
3.工作原理
以锌铜原电池为例
(1)反应原理
电极名称 负极 正极
电极材料 锌片 铜片
电极反应 _______________ _________________
反应类型 ___________ __________
电子流向 由Zn片沿导线流向Cu片
盐桥中离子移向 盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向 极，Cl－移向 极
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
氧化反应
还原反应
正
负
(2)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.平衡电荷，使原电池不断产生电流。
5.电极的判断
理解应用
“异常”原电池原理的深度分析
(1)铝铜浓硝酸电池
初期，活泼金属铝作负极被氧化，由于铝表面很快形成致密氧化物薄膜阻止反应继续进行，使铝钝化，钝化铝作正极，铜被浓硝酸氧化，作负极，电极反应：
铜： ；
钝化铝： 。
(2)镁铝烧碱溶液电池
镁不溶于烧碱，铝单质可溶于烧碱，铝作负极，镁作正极，电极反应，铝：
；
镁： 。
Cu－2e－===Cu2＋
6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
(1)原电池工作时，正极表面一定有气泡产生(　　)
(2)Mg—Al形成的原电池，Mg一定作负极(　　)
(3)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(　　)
(4)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(　　)
(5)铁铜原电池中，负极反应式为Fe—3e－===Fe3＋(　　)
(6)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
(　　)
(7)锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液，形成闭合回路，所以有电流产生(　　)
×
×
×
×
√
×
×
正误判断
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势。
特别提醒
判断原电池正、负极的5种方法
方法指导
教材实验再回首
实验：含盐桥的原电池
(1)实验操作
如图所示，用一个装有含琼胶的KCl饱和溶液的盐桥，将置有锌片的1 mol·L－1 ZnSO4溶液和置有铜片的 CuSO4溶液连接起来，然后将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个电流计。
盐桥及其作用
(1)盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液，能使两个烧杯中的溶液连成一个通路。离子在盐桥中能定向移动，通过盐桥将两种隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导。
(2)使用盐桥的目的是将两个半电池完全隔开，使副反应减至最低程度，可以获得单纯的电极反应，便于分析放电过程，有利于最大限度地将化学能转化为电能。
由两个半电池(含盐桥)组成的原电池工作原理
负极半电池中：还原性强的材料作负极，失电子被氧化；
正极半电池中：电解质溶液中氧化性强的离子在正极得电子被还原；
外电路中：电子由负极经导线流向正极；
内电路中：两极之间通过盐桥构成闭合回路。
智能提升
小试牛刀
√
四个规律
金属腐蚀的四个规律
1．电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
2．对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
3．活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。
4．对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
规律小结
题组一　原电池工作原理
1．如图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是(　　)
M N P
A Zn Cu 稀H2SO4
B Cu Fe 稀HCl
C Ag Zn AgNO3溶液
D Zn Fe Fe(NO3)3溶液
√
对点训练
解析：在装置中电流计指针发生偏转，说明该装置构成了原电池，根据正负极的判断方法，溶解的一极为负极，增重的一极为正极，所以M棒为正极，N棒为负极，且电解质溶液能析出固体，则只有C项符合题意。
2.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，甲池的c( )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
√
√
A.①②中Mg作负极，③④中Fe作负极
B.②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C.③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D.④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
4.分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是
√
解析：②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3
反应失去电子作负极，A、C错；
②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2
＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===
＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===
6OH－＋3H2↑，B正确；
④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===
4OH－，D错。
B.能量转化方式主要为“光能→电能→化学能”
C.a极上发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋
D.a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液
5.我国科学家在太阳能光电催化—化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法不正确的是
√
6.(2023届天津模拟)某同学设计如下原电池，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是
A.该装置将化学能转化为电能
B.负极的电极反应式是Ag＋I－－e－===AgI
C.电池的总反应式是Ag＋＋I－===AgI
D.盐桥(含KNO3的琼脂)中 从左向右移动
√
题组二　聚焦“盐桥”原电池
解析：该装置是原电池装置，将化学能转化为电能，A项正确；
根据电子的移动方向，可以推断出左侧电极为负极，该电极反应式为Ag＋I－－e－===AgI，B项正确；
该电极的总反应式是Ag＋＋I－===AgI，C项
正确；
左侧电极为负极，右侧电极为正极， 带
负电荷，向负极移动，所以 应该从右向
左移动，D项错误。
7.根据右图，下列判断中正确的是
A.烧杯a中的溶液pH降低
B.烧杯b中发生氧化反应
C.烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
D.烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
√
解析：由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，烧杯a中c(OH－)增大，溶液的pH升高；烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋。
8.(2024届辽宁名校联考)控制合适的条件，将反应2Fe3＋＋2I－ 2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是
A.反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
B.反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原
C.电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态
D.电流表读数为零后，在甲中加入FeCl2固体，
乙中的石墨电极为负极
√
解析：由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流表读数为零时，Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态，C正确；在甲中加入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。
√
10. (2024届四川江油中学)某兴趣小组同学利用氧化还原反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计了如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol·L－1，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。回答下列问题：
(1)发生氧化反应的烧杯是______
(填“甲”或“乙”)。
(2)外电路的电流方向为从______
(填“a”或“b”，下同)到_____。
(3)电池工作时，盐桥中的 移向_____(填“甲”或“乙”)烧杯。
(4)甲烧杯中发生的电极反应为_______________________________。
乙
a
b
乙
解析：根据题给氧化还原反应可知，甲烧杯中石墨作正极，发生还原反应，电极反应式为 ＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O；乙烧杯中石墨作
负极，发生氧化反应，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋；外电路的电流
方向从正极流向负极，即从a到b；电池工作时，盐桥中的阴离子移向负极，阳离子移向正极，即 移向乙烧杯。
注意　①电子移动方向：从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液。
②若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。
③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。
原电池的工作原理简图
练后反思
题组三　原电池正、负极的判断
11．对原电池的电极名称，下列叙述中错误的是(　　)
A．电子流入的一极为正极
B．比较不活泼的一极为正极
C．电子流出的一极为负极
D．发生氧化反应的一极为正极
√
解析：在原电池中正极为电子流入、性质不活泼、发生还原反应的一极，负极为电子流出、性质较活泼、发生氧化反应的一极。故D错误。
(1)判断电极名称的基本方法是看电极反应物的反应类型，若电极反应物失去电子，发生氧化反应则为负极，反之为正极。
(2)双液铜、锌原电池(带盐桥)与单液原电池相比，最大的优点是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。
(3)无论是原电池还是电解池，电子均不能通过电解质溶液，即电子不下水，离子不上线。
练后反思
原电池电极反应式和总反应式的书写方法
注意：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势。
方法小结
原电池电极反应式书写
(1)负失氧、正得还。
(2)注意溶液的酸碱性，适当在电极反应方程式两边添加H＋、OH－、H2O等，以遵循电荷守恒和质量守恒。
(3)注意电极反应产物是否与电解质溶液反应。
(4)活泼金属不一定为负极，如镁、铝、氢氧化钠电池中，不活泼的铝为负极。
特别提醒
智能提升
考点二、原电池原理的应用
核心知识梳理
4. 设计制作化学电源
负
正
电极材料
(1)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼脂的KCl饱和溶液(　　)
(2)10 mL浓度为1 mol·L－1的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的CuSO4溶液能加快反应速率但又不影响氢气生成量(　　)
(3)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀(　　)
(4)由于CaO＋H2O===Ca(OH)2可以自发进行，且放大量热，故可以设计成原电池(　　)
×
×
√
×
正误判断
小试牛刀
设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。
(1)写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式： 。
(2)若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：
①负极： 。
②正极： 。
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
Cu－2e－===Cu2＋
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
①不含盐桥 ②含盐桥

(3)在框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
对点训练
√
2．M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入
硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液
中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱
的顺序是(　　)
A．P＞M＞N＞E　　　 B．E＞N＞M＞P
C．P＞N＞M＞E　　 D．E＞P＞M＞N
√
解析：由①知，金属活动性：M＞N；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：P＞M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N＞E。综合可知，A正确。
实验 装置
部分实 验现象 a极质量减少；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动顺序是
A.a＞b＞c＞d B.b＞c＞d＞a C.d＞a＞b＞c D.a＞b＞d＞c
3.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：
√
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极有气体产生，c极无变化，则活动性：b＞c；
由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，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，活动性：d＞a。综上所述可知活动性：d＞a＞b＞c。
题组二　 加快氧化还原反应速率
4．将两份过量的锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的
CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系正确的是(　　)
√
解析：加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池'加快反应速率，由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多。
选项 方法 对相应方法的描述
A 改变金属内部的组成结构 此法实际上是将金属制成合金，增强抗腐蚀能力
B 在金属表面覆盖保护层 保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用
C 外加电流的阴极保护法 接外加直流电源构成电解池，被保护的金属作阴极
D 牺牲阳极的阴极保护法 构成原电池，被保护的金属作正极
题组三　用于金属的防护
6．下列对几种常见的金属防腐方法的描述错误的是(　　)
√
解析：如果镀层金属比被保护的金属活泼，破损后可构成原电池，仍然能在一定程度上保护金属，B项错误。
解析：铁被保护，可以作原电池的正极，或者电解池的阴极。故若X为碳棒，开关K应置于N处，Fe作阴极受到保护；若X为锌，开关K置于M处，铁作正极，锌作负极，称为牺牲阳极的阴极保护法。
9.依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3琼脂的U形管)。
请回答下列问题：
(1)电极X的材料是 ；电解质溶液Y是________
(填化学式)。
(2)银电极为电池的 极，其电极反应式为 。
Cu
AgNO3
正
Ag＋＋e－===Ag
Cu(NO3)2
(一)、一次电池
只能使用一次，不能充电复原继续使用
1.碱性锌锰干电池
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
负极材料： 。
电极反应： 。
正极材料：碳棒。
电极反应： 。
Zn
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
考点三、常见化学电源及工作原理
核心知识梳理
2.纽扣式锌银电池
总反应： 。
电解质是 。
负极材料： 。
电极反应： 。
正极材料： 。
电极反应： 。
KOH
Zn
Ag2O
Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
3.锂电池
Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。
(1)负极材料为 ，电极反应为 。
(2)正极的电极反应为 。
8Li－8e－===8Li＋
锂
(二)、二次电池
放电后能充电复原继续使用
1.铅蓄电池总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)
(1)放电时——原电池
负极反应： ；
正极反应：________________________________
。
(2)充电时——电解池
阴极反应： ；
阳极反应： 。
===PbSO4(s)＋2H2O(l)
2.图解二次电池的充放电
3.二次电池的充放电规律
(1)充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后作阴极，正接正后作阳极。
(2)工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。
(三)、“高效、环境友好”的燃料电池
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。
种类 酸性 碱性
负极反应式 2H2－4e－===4H＋ _________________________
正极反应式 ______________________ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式 2H2＋O2===2H2O
备注 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
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
2.燃料电池常用的燃料
H2、CO、烃(如CH4、C2H6)、醇(如CH3OH)、肼(N2H4)等。
3.燃料电池常用的电解质
①酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；②碱性电解质溶液，如NaOH溶液；③熔融氧化物；④熔融碳酸盐，如K2CO3；⑤质子交换膜等。
4.燃料电池电极反应式书写的常用方法
第一步，写出电池总反应式。
燃料电池的总反应与燃料燃烧的反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。
如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应如下：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O　①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O　②
①＋②可得甲烷燃料电池的总反应式：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都是O2，因电解质溶液不同，故其电极反应也会有所不同：
(1)酸性电解质：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
(2)碱性电解质：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)：O2＋4e－===2O2－。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－=== 。
第三步，电池的总反应式－电池的正极反应式＝电池的负极反应式。
应用体验
以甲烷燃料电池为例，分析不同的环境下电极反应式的书写。
(1)酸性介质(如H2SO4)
总反应式： 。
负极： 。
正极： 。
(2)碱性介质(如KOH)
总反应式： 。
负极： 。
正极： 。
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
2O2＋8e－＋8H＋===4H2O
2O2＋8e－＋4H2O===8OH－
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)
总反应式： 。
负极： 。
正极： 。
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
2O2＋8e－===4O2－
书写电极反应式时的三个原则
1．共存原则
因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。碱性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H＋参加反应；当电解质溶液呈酸性时，不可能有OH－参加反应。
2．得氧失氧原则
得氧时，在反应物中加H2O(电解质为酸性时)或OH－(电解质溶液为碱性或中性时)；失氧时，在反应物中加H2O(电解质为碱性或中性时)或H＋(电解质为酸性时)。
3．中性吸氧反应生成碱原则
在中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立起来的原电池反应，其反应的最后产物是碱。
方法指导
(1)太阳能电池不属于原电池(　　)
(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池(　　)
(3)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加(　　)
(4)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长(　　)
(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能(　　)
(6)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
(　　)
(7)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(　　)
×
√
×
√
×
√
×
正误判断
题组一　根据图示理解化学电源的工作原理
1.Li－FeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池，其结构如图所示。已知电池放电时的反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列说法正确的是
A.Li为电池的正极
B.电池工作时，Li＋向负极移动
C.正极的电极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－
D.将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，电池性能更好
√
对点训练
2．有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是(　　)
A．Ⅰ所示电池工作中，MnO2的作用是催化剂
B．Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大
C．Ⅲ所示电池工作过程中，盐桥中K＋移向硫酸锌溶液
D．Ⅳ所示电池放电过程中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中被还原为Ag
√
解析： 碱性锌锰电池中二氧化锰为氧化剂，A项错误；铅蓄电池放电
时电池反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，H2SO4浓度减
小，B项错误；原电池中阳离子向正极移动，故盐桥中K＋移向硫酸铜溶
液，C项错误；该原电池中，正极上氧化银得电子生成银，所以Ag2O作
氧化剂，D项正确。
3.如图为利用电化学方法处理有机废水的原理示意图。下列说法正确的是
A.a、b极不能使用同种电极材料
B.工作时，a极的电势低于b极的电势
C.工作一段时间之后，a极区溶液的pH增大
D.b极的电极反应式为：CH3COO－＋4H2O－8e－=== ＋9H＋
√
解析：根据图示：工作时，b极上CH3COO－
→HCO，碳原子从0价升至＋4价，b极是原
电池的负极，则a极是电池的正极。a、b极
上发生的反应为电解质溶液的变化，电极材料可同可异，A项错误；
a极(正极)的电势高于b极(负极)的电势，B项错误；
a极(正极)电极反应式为 ＋H＋＋2e－―→ ＋Cl－，正极每得到2 mol电子时，为使溶液保持电中性，必有2 mol H＋通过质子交换膜进入a极溶液，同时电极反应消耗1 mol H＋，故工作一段时间之后，a极区溶液中H＋浓度增大，pH减小，C项错误；
燃料电池的分析要领
(1)对于燃料电池要注意介质是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。
(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。
方法指导
4.如图为钠高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320 ℃左右，电池的反应式为2Na＋xS===Na2Sx，正极的电极反应式为
。
M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是___________
。
导电和隔离
钠与硫
5.锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池。该电池的反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶
剂中，Li＋通过电解质迁移进入MnO2晶格中，生
成LiMnO2。回答下列问题：
(1)外电路的电流方向是由____(填“a”或“b”，
下同)极流向____极。
解析：结合所给装置图以及原电池反应原理可知，Li作负极，MnO2作正极，所以电子流向是a→b，电流方向则是b→a。
b
a
(2)电池的正极反应式为__________________________。
解析：根据题给信息“电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移进入MnO2晶格中，生成LiMnO2”，所以正极的电极反应式为
MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2。
MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2
题组二　二次电池的充放电
6.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KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2O
Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是
A.充电时阳极反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O
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的碱性不变
D.放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
√
解析：放电时Cd的化合价升高，Cd作负极，Ni的化合价降低，NiOOH作正极，则充电时Cd(OH)2作阴极，Ni(OH)2作阳极，电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋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。
7.如图是铅蓄电池构造示意图，下列说法不正确的是
A.铅蓄电池是二次电池，充电时电能转
化为化学能
B.电池工作时，电子由Pb板通过导线流
向PbO2板
C.电池工作时，负极反应为Pb－2e－＋ ===PbSO4
D.电池工作时，H＋移向Pb板
√
√
解析：A项，根据总方程式可知，在放电时，负极反应为3Zn－6e－＋
6OH－===3Zn(OH)2，正确；B项，放电时，正极区不断消耗水，产生
OH－，所以溶液的pH增大，错误；C项，充电时，每转移3mol电子，
阳极有1 mol Fe(OH)3被氧化，错误；D项，充电时，电池的锌电极接
电源的负极，错误。
可充电电池充放电时的关系
(1)放电时为原电池，充电时为电解池。
(2) 同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反 的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。
(3)充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后作阴极，正接正后作阳极。
方法指导
(1)充电电池是既能将化学能转化为电能(放电)，又能将电能转化为化学能(充电)的一类特殊电池。需要注意的是充电、放电的反应不能理解为可逆反应。
(2)充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应恰与放电时的正极反应相反，充电时的阴极反应恰与放电时的负极反应相反。
(3)书写化学电源的电极反应式和总反应方程式时，关键是抓住氧化产物和还原产物的存在形式。
练后反思
9．(2024届广东河源中学一调)化学家正在研究尿素动力燃料电池，尿液也能发电。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所示，下列有关描述正确的是(　　)
√
A．电池工作时H＋移向负极
B．该电池用的电解质溶液是KOH溶液
C．甲电极反应式：CO(NH2)2＋H2O－
6e－===CO2＋N2＋6H＋
D．电池工作时，理论上每净化1 mol
CO(NH2)2，消耗33.6 L O2
解析：A项，原电池中阳离子向正极移动，则电池工作时H＋移向正极，错误；
B项，该原电池是酸性电解质，质子交换膜只允许氢离子通过，错误；
C项，负极上是CO(NH2)2失电子生成二氧化碳和氮气，则负极反应式：
CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2＋N2＋6H＋，正确；
D项，电池的总反应式：2CO(NH2)2＋3O2===2CO2＋2N2＋4H2O，每净化1 mol
CO(NH2)2，消耗1.5 mol O2，则在标准状况下氧气为33.6 L，由于没说明是标准
状况，所以氧气的体积不能求算，错误。
化学能转化为电能　
氧化反应　
(2)充电时PbO2(s)电极应与电源的______极相连，充电时总反应方程式为____________________________________________________。
(3)放电生成的固体会附聚在电极表面，若工作中正极质量增重96 g时，理论上电路中转移的电子数为____NA，此过程中电池消耗____ mol H2SO4。
正
3
3
11.某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是
A.放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移
B.放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6
C.充电时，若转移1 mol e－，石墨(C6)电极将增重7x g
D.充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
√
解析：放电时，负极反应为LixC6－xe－===xLi＋＋C6，正极反应为Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2，A、B正确；
充电时，阴极反应为xLi＋＋C6＋xe－===LixC6，转移1 mol e－时，石墨C6电极将增重 7 g，C项错误；
充电时，阳极反应为放电时正极反应的逆反应：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，D项正确。
12. (2023届河南实验中学)一种突破传统电池设计理念的镁－锑液态金属储能电池工作原理如图所示，该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。该电池工作一段时间后，可由太阳能电池充电。下列说法不正确的是
A.放电时，Mg(液)层的质量减小
B.放电时正极反应为：Mg2＋＋2e－===Mg
C.该电池充电时，Mg－Sb(液)层发生还原反应
D.该电池充电时，Cl－向中层和下层分界面处移动
√
解析：A项，放电时，负极Mg失电子生成镁
离子，则Mg(液)层的质量减小，正确；
B项，正极镁离子得电子得到Mg，则放电时正极反应为：Mg2＋＋2e－===Mg，正确；
C项，该电池充电时，Mg－Sb(液)层为阳极，阳极发生失电子的氧化反应，错误；
D项，该电池充电时，阴离子向阳极移动，即Cl－向中层和下层分界面处移动，正确。
题组三　燃料电池
13.某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时，该电池工作原理如图。下列说法正确的是
A.a为CH4，b为CO2
√
C.此电池在常温下也能工作
14.科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如下图所示。下列说法错误的是
A.电极a为电池的负极
B.电极b上发生的电极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C.电路中每通过4 mol电子，在正极消耗44.8 L H2S
D.每17 g H2S参与反应，有1 mol H＋经质子膜进入正极区
√
解析：根据题目可知，该电池为燃料电池，根据燃料电池的特点，通氧气的一极为正极，故电极b为正极，电极a为负极，A项正确；
电极b为正极，氧气得电子生成水，B项正确；
从装置图可以看出，电池总反应为2H2S＋O2===S2＋2H2O，电路中每通过4 mol电子，正极应该消耗1 mol O2，负极应该有2 mol H2S反应，但是题目中没有给定标准状况下，所以不一定是44.8 L，故C错误；
17 g H2S即0.5 mol H2S，每0.5 mol H2S参与反应会消耗0.25 mol O2，根据正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2O，可知有1 mol H＋经质子膜进入正极区，故D正确。
D.石墨Ⅱ上发生氧化反应
15.熔融盐NaNO3组成的燃料电池如图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，下列有关说法正确的是
A.石墨Ⅰ为正极，石墨Ⅱ为负极
B.Y的化学式可能为NO
√
16.(2023届大连质检)如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀H2SO4为电解质溶液。下列有关说法不正确的是
A.a极为负极，电子由a极经外电路流向b极
B.a极的电极反应式：H2－2e－===2H＋
C.电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)增大
D.若将H2改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，O2
的用量增多
√
解析：a极通入的H2发生氧化反应，为负极，电子由a极经外电路流向b极，以稀H2SO4为电解质溶液时，负极的H2被氧化
为H＋，A、B项正确；
总反应为2H2＋O2===2H2O，电池工作一段时间后，
装置中c(H2SO4)减小，则C项错误；
根据电池总反应：2H2＋O2===2H2O，CH4＋2O2===
CO2＋2H2O，可知消耗等物质的量的H2和CH4，CH4
消耗O2较多，则D项正确。
17. (2023届临沂中学)用于驱动潜艇的液氨—液氧燃料电池示意图如下图所示，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
√
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
19.(1)肼分子(H2N—NH2)可以在氧气中燃烧生成氮气和水，利用肼、氧气与KOH溶液组成碱性燃料电池，请写出该电池的负极、正极反应式：_____________________________、
_______________________。
(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所
示，写出该电池的负极反应式：____________________________________。
N2H4－4e－＋4OH－===4H2O＋N2　
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2＋N2＋6H＋
2.解答燃料电池题目的几个关键点
(1)要注意介质是什么？是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。
(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。
1.解答燃料电池题目的思维模型
练后反思
1.电极反应式书写的一般步骤(类似氧化还原反应方程式的书写)
考点四、新型电源及电极反应式的书写
核心知识梳理
2.新型可逆电池
(1)铁镍电池(负极—Fe，正极—NiO2，电解液—KOH溶液)
已知：Fe＋NiO2＋2H2O Fe(OH)2＋Ni(OH)2，则
放电：
负极：__________________________；
正极：___________________________________。
充电：
阴极：__________________________；
阳极：___________________________________。
Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2
NiO2＋2H2O＋2e－===Ni(OH)2＋2OH－
Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－
Ni(OH)2－2e－＋2OH－===NiO2＋2H2O
(2)LiFePO4电池(正极—LiFePO4，负极—Li，含Li＋导电固体为电解质)
已知：FePO4＋Li LiFePO4，则
放电：
负极：_____________；
正极：__________________________。
充电：
阴极：______________；
阳极：__________________________。
Li－e－===Li＋
FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4
Li＋＋e－===Li
LiFePO4－e－===FePO4＋Li＋
(3)高铁电池(负极—Zn，正极—石墨，电解质为浸湿的固态碱性物质)
已知：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O 3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，则
放电：
负极：_____________________________；
正极：______________________________________。
充电：
阴极：______________________________；
阳极：_______________________________________。
3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2
3Zn(OH)2＋6e－===3Zn＋6OH－
题组一　新型可逆电池
1.锂离子电池充放电电池总反应：LixC6＋Li1－xCoO2 LiCoO2＋C6，该电池充、放电的工作示意图如图。下列有关说法不正确的是
A.该电池具有很高的比能量
B.负极的反应式：LixC6－xe－===xLi＋＋C6
C.放电时，Li＋从石墨晶体中脱出回到正极
氧化物晶格中
D.充电时，若转移1 mol e－，石墨电极将增重7x g
√
对点训练
解析：锂是摩尔质量最小的金属元素，因此制成的电池具有很高的比能量，A正确；
根据总反应可判断，负极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6，B正确；
从图示可知，放电时锂离子从石墨晶格中脱出，通过电解质迁移到层状正极表面后嵌入正极氧化物晶格中，C正确；
充电时，石墨(C6)电极嵌入Li＋变成LixC6，电极反应式为xLi＋＋C6＋xe－
===LixC6，则石墨电极增重的质量就是Li＋的质量，根据关系式：
xLi＋　　～　　xe－
1 mol　　　 　1 mol
可知若转移1 mol e－，石墨电极将增多1 mol Li＋，即增重7 g，D错误。
2. 我国科学家发明的水溶液锂电池为电动汽车发展扫除了障碍，装置原理如图所示，其中固体薄膜只允许Li＋通过。锂离子电池的总反应为xLi＋Li1－xMn2O4 LiMn2O4。下列有关说法错误的是
A.放电时，Li＋穿过固体薄膜进入水
溶液电解质中
B.放电时，正极反应为Li1－xMn2O4＋
xLi＋＋xe－===LiMn2O4
C.充电时，电极b为阳极，发生氧化反应
D.该电池的缺点是存在副反应：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
√
解析：Li为活泼金属，放电时，发生氧化反应，故电极a为负极，阳离子从负极移向正极，即Li＋穿过固体薄膜进入水溶液电解质中，然后移向电极b，A、B项正确；
充电时，电池正极接电源正极，发生氧化反应，是阳极，C项正确；
由于固体薄膜只允许Li＋通过，水不能与Li接触，故不存在Li与水的反应，D项错误。
锂离子电池充放电分析
常见的锂离子电极材料
正极材料：LiMO2(M：Co、Ni、Mn等)
LiM2O4(M：Co、Ni、Mn等)
LiMPO4(M：Fe等)
负极材料：石墨(能吸附锂原子)
负极反应：LixCn－xe－===xLi＋＋Cn，
正极反应：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－===LiMO2，
总反应：Li1－xMO2＋LixCn Cn＋LiMO2
归纳总结
题组二　复杂电极反应式的书写方法
√
4.铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)在水溶液中可形成许多微电池。将含有 的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上 转化为Cr3＋，其电极反应式为_________________________________。
5.用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐( )已成为环境修复研究的热点之一。Fe还原水体中 的反应原理如图所示。
(1)作负极的物质是_____。
(2)正极的电极反应式是_______________________________。
铁
6.如图为钠高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320 ℃左右，电池的反应式为2Na＋xS===Na2Sx，正极的电极反应式为_____________
_____________________________。M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是_________________。
xS＋2e－===
导电和隔离钠与硫
根据题干信息找出放电粒子→正确判断产物→根据电子守恒配电子→根据电荷守恒配电荷(注意电解质的环境，酸性溶液还是碱性溶液，还是非水体系)→根据质量守恒配原子。
技巧点拨
1.全钒液流储能电池一次性充电后，续航能力可达1 000 km，而充电时间只需3～5 min，被誉为“完美电池”，其原理如图所示(已知V2＋呈紫色，V3＋呈绿色)。电池放电时，左槽溶液质量增加。下列说法正确的是
A.充电时的阴极反应为 ＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
B.放电时的正极反应为V3＋＋e－===V2＋
C.放电过程中，右槽溶液由紫色变为绿色
D.若负载为用石墨电极电解食盐水的装置，
生成4 g NaOH时该电池中消耗0.1 mol H＋
√
题组三　新型电源工作原理
解析：A项，充电时阴极反应式为V3＋＋e－===V2＋，错误；
B项，放电时左槽溶液质量增加，可推知H＋移向左槽，则正极反应式为
＋e－＋2H＋===VO2＋＋H2O，错误；
C项，放电过程中右槽V2＋转变为V3＋，故
溶液颜色由紫色变为绿色，正确；
D项，电解食盐水生成4 g NaOH时，电路
中转移0.1 mol e－，由 ＋e－＋2H＋===
VO2＋＋H2O可知消耗0.2 mol H＋，错误。
2.微生物燃料电池能将污水中的乙二胺(H2NCH2CH2NH2)氧化成环境友好的物质，示意图如图所示，a、b均为石墨电极。下列说法错误的是
A.a电极的电极反应为H2NCH2CH2NH2－16e－＋4H2O===2CO2↑＋N2↑
＋16H＋
B.电池工作时质子通过交换膜由
负极区向正极区移动
C.a电极上的电势比b电极上的电
势低
D.电池工作时b电极附近溶液的pH保持不变
√
解析：H2N(CH2)2NH2在负极a上失电子发生氧化反应，生成氮气、二氧化碳和H＋，电极反应式为H2NCH2CH2NH2－16e－＋4H2O===2CO2↑＋N2↑＋16H＋，A选项正确；
原电池中，阳离子向正极移动，阴
离子向负极移动，因此，电池工作
时质子(H＋)通过质子交换膜由负极
区向正极区移动，B选项正确；
a电极为负极，b电极为正极，故a电极上的电势比b电极上的电势低，C选项正确；
电池工作时，氧气在正极b上得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，H＋浓度减小，故b电极附近溶液的pH增大，D选项错误。
3. (2023届河南洛阳)某柔性屏手机的柔性电池以碳纳米管作电极材料，以吸收ZnSO4溶液的有机高聚物作固态电解质，其电池总反应为
其电池结构如图1所示，图2是有机高聚物的结构片段。
下列说法中，不正确的是
A.碳纳米管具有导电性，可用作电极材料
B.放电时，电池的正极反应式为MnO2＋e－＋H＋===MnOOH
C.充电时，Zn2＋移向锌膜
D.合成有机高聚物的单体是
√
解析：A项，该电池以碳纳米管作电极材料，可知碳纳米管具有导电性，正确；
B项，原电池正极发生还原反应，根据放电时的总反应式，放电时MnO2得电子发生还原反应，所以电池的正极反应式为MnO2＋e－＋H2O===
MnOOH＋OH－，错误；
C项，充电时该装置为电解池，阳离子移向阴极，充电时锌膜充当阴极，所以Zn2＋移向锌膜，正确；
D项，根据高聚物的结构单元，该高聚物为加聚产物，合成有机高聚物
的单体是 ，正确。
4.全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下
列说法错误的是
A.电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋
2Li＋＋2e－===3Li2S4
B.电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，
负极材料减重0.14 g
C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D.电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多
√
解析：A项，原电池电解质中阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中Li＋移动方向可知，电极a为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生S8→Li2S8→Li2S6
→Li2S4→Li2S2的还原反应，正确；
B项，电池工作时负极电极反应式为Li－
e－===Li＋，当外电路中流过0.02 mol电子
时，负极消耗的Li的物质的量为0.02 mol，其质量为0.14 g，正确；
C项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极a的导电能力，正确；
D项，电池充电时为电解池，此时电解总反应为8Li2Sx 16Li＋xS8(2≤x≤8)，故Li2S2的量会越来越少直至充满电，错误。
5.(2019年天津，6)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌－碘溴液流电池，其工作原理示意图如图。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是
A.放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－
===2I－＋Br－
B.放电时，溶液中离子的数目增大
C.充电时，b电极每增重0.65 g，溶液中有0.02 mol I－被氧化
D.充电时，a电极接外电源负极
√
解析：根据电池的工作原理示意图可知，放电时a电极上I2Br－转化为Br－和I－，电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A项正确；
放电时正极区I2Br－转化为Br－和I－，负极区Zn转化为Zn2＋，溶液中离子的数目增大，B项正确；
充电时b电极发生反应Zn2＋＋2e－===Zn，b电极
增重0.65 g时，转移0.02 mol e－，a电极发生反
应2I－＋Br－－2e－===I2Br－，根据各电极上转移
电子数相同，则有0.02 mol I－被氧化，C项正确；
放电时a电极为正极，充电时，a电极为阳极，接外电源正极，D项错误。
6. 科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如下图所示。下列说法错误的是
A.电极a为电池的负极
B.电极b上发生的电极反应：O2＋4H＋＋
4e－===2H2O
C.电路中每通过4 mol电子，在正极消耗
44.8 L H2S
D.每17 g H2S参与反应，有1 mol H＋经质子膜进入正极区
√
解析：根据题目可知，该电池为燃料电池，根据燃料电池的特点，通氧气的一极为正极，故电极b为正极，电极a为负极，A项正确；
电极b为正极，氧气得电子生成水，B项正确；
从装置图可以看出，电池总反应为2H2S＋O2
===S2＋2H2O，电路中每通过4 mol电子，正
极应该消耗1 mol O2，负极应该有2 mol H2S
反应，但是题目中没有给出气体所处的状况，
所以不一定是44.8 L，故C错误；
17 g H2S即0.5 mol H2S，每0.5 mol H2S参与反应会消耗0.25 mol O2，根据正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2O，可知有1 mol H＋经质子膜进入正极区，故D正确。
7.某污水处理厂利用微生物电池将镀铬废水中的 催化还原，其工
作原理如图所示。下列说法不正确的是
A.电池工作过程中电子由a极流向
b极
B.b极反应式： ＋6e－＋14H＋
===2Cr3＋＋7H2O
C.电池工作过程中a极区附近溶液
的pH增大
D.每处理1 mol ，可生成33.6 L(标况下)CO2
√
解析；由图分析知a极CH3COOH转化为CO2和H＋，发生氧化反应，为负极，b极 和H＋转化为Cr3＋，发生还原反应，为正极。
A项，电子由负极流向正极，正确；
B项，b极反应式为 ＋6e－＋
14H＋===2Cr3＋＋7H2O，正确；
C项，由a极反应式知生成H＋，故
c(H＋)增大，pH减小，错误；
D项，1 mol 转化为Cr3＋得6 mol e－，CH3COOH转化为CO2每生成1 mol CO2失4 mol e－，故每处理1 mol 生成CO2的物质的量为 mol
(标况下33.6 L)，正确。
8. 中科院董绍俊课题组将二氧化锰和生物质置于一个由滤纸制成的折纸通道内形成电池，如图所示，该电池可将可乐(pH＝2.5)中的葡萄糖作为燃料获得能量。下列说法正确的是
A.a极为正极
B.随着反应不断进行，负极区的pH不断增大
C.b极的电极反应式为MnO2＋2H2O＋2e－===
Mn2＋＋4OH－
D.若消耗0.01 mol葡萄糖，电路中转移0.02 mol
电子
√
解析：由图示知，a极上C6H12O6转化成C6H10O6，碳元素化合价升高，发生氧化反应，b极上二氧化锰发生还原反应生成＋2价锰，a极为负极，b极为正极，A项错误；
依题意知，负极的电极反应式为C6H12O6－2e－
===C6H10O6＋2H＋，负极区的pH不断减小，B
项错误；
由于该电池为酸性环境，b极的电极反应式为
MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，C项错误；
由负极反应式知，每消耗0.01 mol葡萄糖，电路中转移0.02 mol电子，D项正确。
9. (2023届山西太原实验中学) Zulema Borjas等设计的一种微生物脱盐池的装置如图所示，下列说法正确的是
A.该装置可以在高温下工作
B.X、Y依次为阳离子、阴离子交换膜
C.负极反应式为CH3COO－＋2H2O－
8e－===2CO2↑＋7H＋
D.该装置工作时，电能转化为化学能
√
解析：高温能使微生物蛋白质凝固变性，导致电池工作失效，所以该装置不能在高温下工作，A错误；
原电池内电路中：阳离子移向正极、
阴离子移向负极，从而达到脱盐的目
的，所以Y为阳离子交换膜、X为阴离
子交换膜，B错误；
由图可知，负极上有机废水CH3COO－
失电子发生氧化反应，电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，C正确；
该装置工作时为原电池，是将化学能转化为电能的装置，D错误。
10. 由相同金属电极及其不同浓度的盐溶液组成的电池，称浓差电池，电子由溶液浓度较小的一极经外电路流向浓度较大的一极。如图所示装置中，X电极与Y电极初始质量相等。进行实验时，先闭合K2，断开K1，一段时间后，再断开K2，闭合K1，即可形成浓差电池，电流表指针偏转。下列不正确的是
A.充电前，该电池两电极存在电势差
B.放电时，右池中的 通过离子交
换膜移向左池
C.充电时，当外电路通过0.1 mol电子时，
两电极的质量差为21.6 g
D.放电时，电极Y为电池的正极
√
解析：充电前，左右两池浓度相同，该电
池两电极不存在电势差，故A错误；
放电时，电子由溶液浓度较小的一极流向
浓度较大的一极，则X是负极、Y是正极，
右池中的 通过离子交换膜移向左池，故B正确；
充电时，当外电路通过0.1 mol电子时，X电极生成0.1 mol Ag，Y电极消耗0.1 mol Ag，所以两电极的质量差为21.6 g，故C正确；
电子由溶液浓度较小的一极经外电路流向浓度较大的一极，充电后左池浓度小于右池，所以放电时，电极Y为电池的正极，故D正确。
11.(1)将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。下图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。电极b作___极，表面发生的电极反应为__________________________。
正
CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH
解析：从图示可以看出，左侧H2O转变成O2，O元素被氧化，电极a为负极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，H＋通过质子交换膜进入右侧发生反应，右侧通入的CO2转变成HCOOH，C元素被还原，电极b为正极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH。
解析：根据装置可知生成H2的电极为正极，生成Cl2的电极为负极。
(2)浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。
①X为____极，Y极反应式为___________________。
②Y极生成1 mol Cl2时，_____mol Li＋移向_____(填“X”或“Y”)极。
正
2Cl－－2e－===Cl2↑
2
X
解析：甲醇失去电子，作为电池的负极，所以该电池外电路电子的流动方向为从A到B。
(3)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，电解质溶液为酸性，示意图如下：
①该电池中外电路电子的流动方向为___________(填“从A到B”或“从B到A”)。
从A到B
解析：有水生成，pH增大。
②工作结束后，B电极室溶液的pH与工作前相比将________(填“增大”“减小”或“不变”，溶液体积变化忽略不计)。
增大
解析：CH3OH失电子，生成CO2和H＋，根据化合价变化和元素守恒配平方程式即可得电极反应式：CH3OH＋H2O－6e－===6H＋＋CO2↑。
③A电极附近甲醇发生的电极反应为_______________________________。
CH3OH＋H2O－6e－===6H＋＋CO2↑
12.(1)直接硼氢燃料电池(DBFC)是以NaBH4溶液为负极燃料的一种高比能电池，其工作原理如图所示，则通入空气的一极是_____(填“正极”或“负极”)，此电池负极的电极反应式为_____________________________。
正极
(2)科学家研发的“全氢电池”的工作原理如图所示，该电池工作一段时间后，右池溶液的导电能力几乎不变。下列有关该电池的说法正确的是_____(填字母)。
a.电池的总反应是2H2＋O2===2H2O
b.左边电极上的电势高于右边电极上的
电势
c.负极的电极反应式是H2－2e－＋2OH－
===2H2O
d.装置中所用的是阴离子交换膜
e.产生能源的源泉是酸和碱的中和能
ce
解析：由图中的电子流向可知，电子由左边电极流出，说明左边电极为负极，右边电极为正极。电池的正极是氢离子得到电子，电池的反应中没有氧气参与反应，所以总反应方程式不存在氧气，故a错误；
由于电子由左边电极流向右边电极，则右
边电极上的电势高于左边电极上的电势，
故b错误；
氢气为负极反应物，发生氧化反应，在碱
性条件下，则其负极的电极反应式是H2－
2e－＋2OH－===2H2O，故c正确；
由图可知，左电极的氢气失电子后生成H＋，H＋通过交换膜后移向正极再得到电子生成氢气，说明H＋能穿过交换膜，则该离子交换膜应为阳离子交换膜，故d错误；
由于反应前后氢气不发生改变，产生能源的源泉是酸和碱的中和能，故e正确。
(3)LiFePO4电池稳定性高、安全、对环境友好，该电池的总反应式是
Li1－xFePO4＋LixC6 LiFePO4＋C6，其放电时的工作原理如图所示。则充电时，电极a的电极名称为________；放电时，电极b的电极反应式为________________________________。
阴极
Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4
解析：原电池中阳离子向正极移动，锂离子向电极b移动，则电极b为正极，充电时电极b为阳极，则电极a为阴极；放电时电极b上Li1－xFePO4得到电子生成LiFePO4，电极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4。
考点四、离子交换膜在电化学装置中的应用
核心知识梳理
1．离子交换膜
离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成，交换膜使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。
2．隔膜的作用
(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。
(2)能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
3．交换膜的分类与应用
4．思维建模
三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如下图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO42-可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。判断ab、cd是什么交换膜；判断离子的迁移方向；书写电极反应式；判断电极产物。
[思维模板]
(1)弄清是原电池还是电解池，判断电极
有外接电源→电解池；n→阳极，m→阴极
(2)根据电极判断离子的移动方向和交换膜的种类
Na＋→通过ab→阴极 ab是阳离子交换膜
SO42-→通过cd→阳极 cd是阴离子交换膜
(3)根据放电顺序写出电极反应式
阴极，阳离子竞争放电，放电顺序：H＋>Na＋，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；
阳极，阴离子竞争放电，放电顺序：OH－> SO42-，阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
(4)根据电极反应式和离子移动方向确定电极反应物
阴极H＋放电生成H2，剩余OH－与迁移过来的Na＋结合生成NaOH；
阳极OH－放电生成O2，剩余H＋与迁移过来的SO42-结合生成H2SO4。
5．两种常考的带膜装置
(1)三室电解池
利用三室电解装置制备NH4NO3，其工作原理如图所示。
(2)多室电解池
利用“四室电渗析法”制备H3PO2(次磷酸)，其工作原理如图所示：
对点训练
1. 用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是 (　　)
A．阴极与阳极产生的气体体积比为1∶2
B．b极的电极反应式为2H2O－2e－===O2↑＋4H＋
C．产品室中发生的反应是B(OH)3＋OH－===B(OH)4-
D．每增加1 mol H3BO3产品，NaOH溶液增重22 g
√
√
√
√
解析：由图中信息可知，左边电极与电源负极相连为阴极，右边电极为阳极，所以通电后，阴离子向右定向移动，阳离子向左定向移动，阳极上H2O放电生成O2和H＋，阴极上H2O放电生成H2和OH－；H＋透过c，Cl－透过b，二者在b、c之间的Ⅲ室形成盐酸，盐酸浓度变大，所以b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜；Na＋透过a，NaOH溶液的浓度变大，所以a也是阳离子交换膜，故A、B两项均错误；电解一段时间后，Ⅰ室中溶液的c(OH－)增大，pH升高，Ⅱ室中为NaCl溶液，pH不变，Ⅲ室中有HCl生成，故c(H＋)增大，pH减小，Ⅳ室中H＋移向Ⅲ室，H2O放电生成O2，使水的量减小，c(H＋)增大，pH减小，C不正确。
有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法
技巧点拨
(1)写出放电时的正、负极的电极反应式
(2)放电时，电解质中Li＋的移动方向是什么？
答案：Li＋向正极(即a极)方向移动。
(3)充电时，a极接外电源的正极还是负极？写出充电时a极发生的电极反应式。
(4)充电时，若线路中转移0.02 mol电子，则石墨电极增加的质量是多少？
拓展训练·巩固考点
1. (2024届浙江衢州、丽水、湖州三地市质检)一种检测空气中甲醛含量的电化学传感器的工作原理如图所示。下列说法正确的是
A. 工作时，电能转化为化学能
B. 工作时，工作电极电势低，发生
还原反应
C. 工作时，电子由工作电极通过导线
转移到对电极，再经过电解质溶液
回到工作电极
D. 工作时，对电极区的电极反应为
O2＋4e－＋4H+＝2H2O
√
解析：该装置为化学电源，通氧气一极为正极，电极反应式为O2＋4H+＋4e－＝2H2O，通甲醛一极为负极，其电极反应式为HCHO－4e－＋H2O＝CO2＋4H+，据此分析；
A．该装置为原电池，电源工作时将化学能转化为电能，故A错误；
B．工作电极为负极，对电极为正极，工作电极电势高，故B错误；
C．电子从负极经外电路流向正极，即工作时，电子从工作电极经导线流向对电极，但电子不经过电解质溶液，故C错误；
D．电解质为酸性，对电极区氧气得电子生成水，电极反应为O2＋4e－＋4H+＝2H2O，故D正确；
√
2．(2024年1月浙江省选考仿真模拟)难溶电解质的溶度积Ksp难以被直接测量，根据溶液中相关离子浓度会对电池的电动势产生影响，可通过设计原电池将Ksp测出。某研究小组设计了下图所示的电池装置，已知该电池的电动势E＝0.0592× ＝0.34(V)，100.74≈5.5
下列说法不正确的是
A．电流方向是由 B→A
B．该离子交换膜是阴离子交换膜
C．Ksp(AgCl)≈1.82×10-9
D．增大 AgNO3溶液浓度会增大
电池的电动势
√
3．(2024年1月浙江选考仿真模拟)以熔融Li2CO3和K2CO3为电解质，天然气经重整催化作用提供反应气的燃料电池如图。下列说法正确的是
A．当外电路中通过2 mol电子时，将消耗11.2 L O2
B．通天然气的电极为负极，发生还原反应
C．该电池使用过程中需补充Li2CO3和K2CO3
D．正极电极反应式为O2＋4e－＋2CO2＝2
√
4．(2024届安徽蒙城五校联考)最近，一家瑞典公司发明了一种新型充电器"Power Trekk'’，仅仅需要一勺水，它便可以产生维持10小时手机使用的电量。其反应原理为：Na4Si+5H2O＝2NaOH+Na2SiO3+4H2↑，则下列说法正确的是
A. 该电池可用晶体硅做电极材料
B. Na4Si在电池的负极发生还原反应，生成Na2SiO3
C. 电池正极发生的反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-
D. 当电池转移0.2 mol电子时，可生成标准状况下1.12 LH2
解析：由该电池的反应原理可知，硅化钠是还原剂，其在负极上发生氧化反应；水是氧化剂，其在正极上发生还原反应；反应中电子转移的数目是8e－。
A. 该电池工作时生成氢氧化钠溶液，而硅可以与氢氧化钠反应，所以不能用晶体硅做电极材料，A不正确；
B．Na4Si在电池的负极发生氧化反应，B不正确；
C. 电池正极发生的反应为2H2O+2e-＝H2↑+2OH－，C正确；
D. 当电池转移0.2 mol电子时，可生成标准状况下2.24 LH2，D不正确。
√
5．(2024届重庆第八中学)钠离子电池具有低成本、高能量密度(单位质量电池所放出的能量)及高安全性等特点，在充放电过程中，通过钠离子在两极反复嵌入和脱嵌发生氧化还原反应，工作原理如图所示。下列说法不正确的是
A. 钠离子电池能量密度小于锂离子电池
B. 放电时，电子由b极经导线流向a极
C. 充电时，a极接电源正极，其电极反应为
NaMnnO2－me－＝Na1－mMnO2＋mNa+
D. 常温下，若用该电池电解200mL 饱和食盐
水，当碳基材料减轻0.46g时，可测得食盐
水的pH为12(设食盐水足量且体积不变)
解析：由题干信息钠离子的移动方向可知，碳基材料为负极b，放电过程中发生的电极反应为：NamCn-me-=Cn+mNa+，充电时，b与电源负极相连为阴极，电极反应为：Cn＋mNa+＋me－＝NamCn则含钠过渡金属氧化物为正极a，电极反应为：Na1-mMnO2＋me－＋mNa+＝NaMnO2，充电时，a与电源正极相连作阳极，电极反应为：NaMnO2－me－＝Na1-mMnO2＋mNa+；
A．钠的摩尔质量大于锂，故钠离子电池能量密度小于锂离子电池，A正确；
B．放电时，电子由负极 b极经导线流向正极a极，B正确；
C．充电时，a与电源正极相连作阳极，电极反应为：NaMnO2－me－＝Na1-mMnO2＋mNa+，C正确；
D．常温下，若用该电池电解200mL 饱和食盐水，当碳基材料减轻0.46g时，则反应钠离子0.02mol，转移电子0.02mol，电解食盐水中阴极反应：2H2O＋2e－＝2OH－＋H2↑，则生成0.02mol氢氧根离子，氢氧根离子浓度为0.1mol/L，则测得食盐水的 pH 为13，D错误；
√
6．(2024年1月浙江选考仿真模拟)现有一微型原电池，含有Fe－C，用于除去废水中的HCOOH，其工作原理为：向废水中通入空气后生成H2O2，H2O2与HCOOH反应生成CO2，以下说法不正确的是
A．正极反应：H2O2＋2e－＋2H+＝2H2O
B．若不通入O2，则可能产生H2
C．H2O2处理废液生成CO2的方程式：
HCOOH＋H2O2＝CO2↑＋2H2O
D．每转移2 mol电子，可以除去废水中
的HCOOH 46 g
解析：由题意可知，铁屑为原电池的负极，铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，碳粉为正极，酸性条件下，通入的氧气在正极得到电子发生还原反应生成过氧化氢，过氧化氢与废水中的甲酸反应生成二氧化碳和水。
A．碳粉为正极，酸性条件下，通入的氧气在正极得到电子发生还原反应生成过氧化氢，A错误；
B．若不通入氧气，废水中的甲酸电离出的氢离子能在正极得到电子发生还原反应生成氢气，B正确；
C．正极放电生成的过氧化氢与废水中的甲酸反应生成二氧化碳和水，反应的化学方程式为HCOOH＋H2O2＝CO2↑＋2H2O，C正确；
D．由正极电极反应式O2＋2e－＋2H+＝H2O2可知转移2 mol电子时生成1 mol过氧化氢，由反应HCOOH＋H2O2＝CO2↑＋2H2O可知此时消耗甲酸1 mol，质量为(1×46)g＝46g，D正确。
√
7．(2024届四川江油中学)一种水性电解液Zn－MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以 存在)。电池放电时，K2SO4溶液浓度增大，下列叙述错误的是
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的 通过隔膜向Ⅱ区迁移
C．MnO2电极反应：MnO2＋4H+＋
2e－＝Mn2+＋2H2O
D．电池总反应：Zn＋4OH－＋MnO2＋
4H+＝ ＋Mn2+＋2H2O
√
8．(2024届重庆巴蜀中学)某种利用垃圾渗透液

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