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2027届高考化学第一轮复习
第三章 化学反应与能量转化
第2讲 原电池原理及其应用
第2课时 化学电源及新型化学电源突破
1.一次电池
整合必备知识
负极反应式：_____________________________；
正极反应式：________________________________；
总反应：Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2
负极反应式：___________________________；
正极反应式：_____________________________；
总反应：Zn+Ag2O===ZnO+2Ag
Zn+2OH－－2e－===Zn(OH)2
MnO2+H2O+e－===MnO(OH)+OH－
Zn+2OH－－2e－===ZnO+H2O
Ag2O+H2O+2e－===2Ag+2OH－
实用电源的特点：能产生稳定而且有较高电压的电流；安全、耐用且便于携带；能够适用于特殊用途；便于回收处理，不污染环境或对环境产生影响较小。
判断一种电池的优劣或是否适合某种用途，主要看这种电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少（比能量）或者输出功率的大小（比功率），以及电池可储存时间的长短。除了特殊情况，质量小、体积小、输出功率大和储存时间长的电池，更易满足使用者要求。
2.二次电池
铅酸蓄电池是最常见的二次电池，总反应：Pb+PbO2+2H2SO4　　2PbSO4+2H2O。
(1)放电时：
负极反应式：_________________________；
正极反应式：__________________________________。
放电时，当外电路上有2 mol e－通过时，溶液中消耗H2SO4 mol。
Pb+S－2e－===PbSO4
PbO2+4H++S+2e－===PbSO4+2H2O
2
(2)充电时：
阴极反应式： ；
阳极反应式：_____________________________
________。
充电一段时间电解质溶液的pH 　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。
提醒　充电时电极的连接：负接负作阴极，正接正作阳极。
PbSO4+2e－===Pb+S
PbSO4+2H2O－2e－===PbO2+4H+
+S
减小
整合必备知识
3.燃料电池 (1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，常见的燃料除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。如无特别提示，燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧。
(2)燃料电池的电解质常有四种类型：酸性条件、碱性条件、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应式、电极反应式有影响。
(3)以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式。
①酸性溶液(或含质子交换膜)
正极：______________________，负极： __________________________。
②碱性溶液
正极： ______________________ ,负极： ________________________ 。
O2+4e－+4H+===2H2O
CH3OH－6e－+H2O===CO2+6H+
O2+4e－+2H2O===4OH－
CH3OH－6e－+8OH－===C+6H2O
③固体氧化物(其中O2－可以在固体介质中自由移动)
正极： _________________，负极： _______________________ 。
④熔融碳酸盐(C)
正极(通入CO2)： ________________ ，负极： ___________________ 。
O2+4e－===2O2－
CH3OH－6e－+3O2－===CO2+2H2O
O2+4e－+2CO2===2C
CH3OH－6e－+3C===4CO2+2H2O
若某电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，用总反应式减去较易写出的电极反应式，即可得出较难写出的电极反应式。
第一步：写出总反应：CH3OCH3 ＋3O2＝2CO2 ＋3H2O
第二步：写出正极：3O2 ＋ 12e－ ＋12H+ ＝6H2O
第三步：总反应减正极得负极： (要把O2彻底消去)
CH3OCH3 — 12e－ — 12H+ ＝ 2CO2 — 3H2O
例如（ 2 013年高考）二甲醚（ CH3OCH3 ）酸性燃料电池
－
（根据 燃烧反应 写出）
调整
负 极： CH3OCH3 — 12e－ ＋ 3H2O ＝ 2CO2 ＋ 12H+
原电池电极反应式的书写技巧之——加减法应用
（根据氢氧燃料电池写出，O2计量数扩大到和总反应一致）
电池反应的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式。
注意：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（正极电极反应式通常有上述四种写法，因此要看环境介质，选择正确的正极，利用正确的总反应减掉正极反应式，可得负极电极反应式）。
1.解答可充电电池题目的思路
2.燃料电池分析思路
(1)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(或其他氧化剂)。
(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。
(4)根据零价法书写负极的电极反应式。若负极有机物燃料为 ，产物中碳元素为价的或 ，则转移电子数为
，若有机阴离子在负极反应如，转移电子数则为 电荷数。
1.干电池根据电池内的电解质分为酸性电池和碱性电池(　　)
2.铅酸蓄电池放电时，正极与负极质量均增加(　　)
3.二次电池充电时，阴极连接电源的负极，发生还原反应(　　)
4.铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应(　　)
5.在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定发生氧化反应(　　)
√
√
×
√
×
一、多样化的燃料电池
1.(2024·广东省名校高三4月联考)某种氢燃料电池的内部结构如图，下列说法正确的是
A.左侧电极是负极，发生还原反应
B.右侧电极反应式为O2+2H2O+4e-
===4OH-
C.当有0.1 mol电子通过导线时，左侧消耗标准状况下1.12 L气体
D.电子由左侧电极流出经用电器到达右侧电极，再由右侧电极经电解质
溶液流回左侧电极形成闭合回路
提升关键能力
√
2.(2024·广州模拟)微生物燃料电池能在较低的有机负荷下将化学能转化为电能，可用于有机污染的生物修复，其反应原理如图所示。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是
A.a极是电池负极
B.电子从a极经电解质溶液流向b极
C.H+向b极移动
D.若“有机物”是甲烷，则a极每产生
4.4 g CO2，转移电子数为0.8NA
√
类型一　锂电池
1.(2022·全国乙卷，12)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，电池的总反应为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++2e-===Li2O2
√
关键能力提升
解答新型化学电源题目的方法
(1)根据总反应分析元素化合价的变化，确定正、负极反应物。
(2)注意溶液酸碱性环境，书写正、负极反应式。
(3)依据原电池原理或正、负极反应式分析判断电子、离子的移向，电解
质溶液的酸碱性变化。
(4)灵活应用守恒法、关系式法进行计算。
2.(2024·福建，9)一种兼具合成功能的新型锂电池工作原理如图。电解质为含Li+有机溶液。放电过程中产生(CF3SO2)2NLi，充电过程中电解LiCl产生Cl2。下列说法正确的是
A.交换膜为阴离子交换膜
B.电解质溶液可替换为LiCl水溶液
C.理论上每生成1 mol Cl2，需消耗2 mol Li
D.放电时总反应：6Li+N2+4CF3SO2Cl===2(CF3SO2)2NLi+4LiCl
√
关键能力提升
类型二　打破思维定势的浓差电池
3.(2023·山东，11改编)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。下列说法错误的是
A.甲室Cu电极为负极
B.隔膜为阳离子膜
C.电池总反应：Cu2++4NH3=== [Cu(NH3)4]2+
D.NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
√
关键能力提升
4.(2022·浙江1月选考，21)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=。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-(0.1 mol·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
√
(1)浓差电池是仅由一种物质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池。电池内部，当某种电解质离子或分子浓度越大时，其氧化性或还原性越强。
(2)“浓差电池”的分析方法
浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，依据阳离子移向正极区域、阴离子移向负极区域判断电池的正、负极，这是解题的关键。
类型三　基于废物利用的微生物燃料电池
5.利用某新型微生物电池可消除水中碳水化合物的污染，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是
A.X电极是负极
B.Y电极上的反应式：Cm-4me-===
　mCO2↑+(n-2m)H2O+4mH+
C.H+由左向右移动
D.有1 mol CO2生成时，消耗1 mol MnO2
√
关键能力提升
6.(2020·山东，10)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，用如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
√
关键能力提升
类型四　太阳能转化电池
7.我国科学家在太阳能光电催化—化学耦合分解H2S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
A.该装置的总反应为H2S　　　　H2+S
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
√
关键能力提升
8.一种光照充电电池结构如图所示，充电时TiO2光辅助电极受光激发产生电子和空穴，在空穴作用下NaI转化为NaI3。下列说法正确的是
A.充电过程中，光能最终转化为电能
B.充电效率只与光照产生的电子量有关
C.放电时，电极M为正极，电极反应为
　+6e-===4S2-
D.放电时N电极室增加2 mol离子，理论
　上外电路转移1 mol电子
√
关键能力提升
类型五　液流储能电池
9.一种新型铁 铬液流电池的工作原理如图所示，已知Cr2+的还原性比Fe2+强，下列说法正确的是
A.放电时，电极a为正极
B.放电时，当电路中通过2 mol电子时，
　Ⅱ区质量净增2 g
C.充电时，阳极反应式为Cr2+-e-===Cr3+
D.隔膜应选用阴离子交换膜
√
关键能力提升
10.(2022·广东，16)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1 mol Cl2，电极a质量理论上
增加23 g
√
关键能力提升
复杂载体电极反应分析的一般思路
在二次电池中，复杂的电极反应物和产物多为难溶物质，附着在导电的惰性材料上用作电极。分析电极组成时，常把惰性物质元素的化合价看成0价，仅起导电作用，不参与电极反应。例如：充电过程中阴极的电极反应式：H2O+M+e-===MH+OH-。MH看成是M吸附H，其中M看成0价，反应H(+1)得到电子还原成(0价)H，而不是以简化问题。由于石墨烯具有稳定、导电性好和比表面积大的优点，常用作气体吸附或离子电池的载体电极。
用载体电极分析的事例比较常见，例如某锂离子电池的总反应
为LixC+Li1-xCoO2　 　C+LiCoO2，LixC中的C也可以看成载体
电极，反应前后元素化合价都为0价。用载体电极的思想分析
反应，常可以使问题简单化，如：3LiFePO4+Li4Ti5O12　　
Li7Ti5O12+3FePO4，把FePO4、Li4Ti5O12分别看成一个整体A、
B分析：3LiA+B 　　Li3B+3A。

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