资源简介

第18讲　原电池及其应用
高考导向
构建体系
能力自测 1. 判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1) 原电池是化学能转化为电能的装置，其反应是自发的(√)(2) Cu-硫酸-Zn原电池中，电子由Zn出发经溶液移动到Cu(×)(3) 下图是锌铜原电池，盐桥中的K＋向Zn电极移动(×)(4) (2019·江苏卷)常温常压下，氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2，转移电子的数目约为6.02×1023(×)(5) 钢铁水闸可用牺牲阳极法防止其腐蚀(√)2. 完成下列填空。(1) (2019·江苏卷)碱性氢氧燃料电池的负极反应式：H2－2e－＋2OH－===2H2O。(2) 碱性电解质中，苯－氧气燃料电池的负极反应式：C6H6－30e－＋42OH－===6CO＋24H2O。(3) (2022·江苏卷)铅酸蓄电池放电时的负极反应式：Pb－2e－＋SO===PbSO4。
考点1　原电池工作原理
知 识 梳 理
原电池定义和反应实质
原电池是将化学能转变为电能的装置，其反应实质是自发进行的氧化还原反应。
原电池工作原理(以锌铜原电池为例)
装置图 图1 图2
构成条件 ① 两种不同活性的电极(燃料电池两极都为石墨电极)；②电解质溶液或熔融电解质；③形成闭合回路
工作原理 1. 电极反应式(图2装置)负极(氧化反应)：Zn－2e－===Zn2＋；正极(还原反应)：Cu2＋＋2e－===Cu。总反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋。2. 盐桥(装有琼脂凝胶，内含KCl)作用及离子移向(1) 连接内电路形成闭合回路。(2) 平衡电荷，盐桥中K＋向正极移动，Cl－向负极移动。(3) 减少能量损耗。3. 三个流向(1) 外电路电子的流向：电子由负极出发经导线流向正极(电子不入水)。(2) 溶液中离子的流向(正正负负)：阳离子向正极迁移；阴离子向负极迁移。(3) 电流流向：电流由正极出发经导线流向负极，再由负极出发经溶液流向正极，形成闭合回路
[及时巩固]
(1) 下列装置能将化学能转化为电能的是⑤(填序号)。
① ② ③ ④ ⑤
(2) 写出装置⑤对应的电极反应式和三个流向。
负极：Fe－2e－===Fe2＋，
正极：2H＋＋2e－===H2↑，
总反应：Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋。
电子流向：由Fe电极经外电路流向C电极。
电流流向：由C电极出发经导线流向Fe电极，再由Fe电极出发经溶液流向正极，形成闭合回路。
H＋迁移方向：H＋向C电极(正极)迁移。
(3) (2024·江苏卷)在AgCl沉淀中埋入铁圈并压实，加入足量0.5 mol/L盐酸后静置，充分反应得到Ag。不与铁圈直接接触的AgCl也能转化为Ag的原因是形成了以Fe为负极，AgCl为正极，盐酸为电解质溶液的原电池，正极AgCl得到电子，电极反应式为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，生成Ag。
原电池正、负极的判断
1. 依据电子流向：电子由负极出发经导线流向正极(溶液中无电子流动)。
2. 依据电流流向：电流由正极出发经导线流向负极，正极的电势高，负极的电势低。
3. 依据离子迁移方向(正正负负)：阳离子向正极迁移；阴离子向负极迁移。
4. 依据两极材料：一般活泼金属作负极，活动性较弱的金属或惰性电极作正极。
特例：Al-NaOH溶液-Mg原电池中，虽然Mg比Al活泼，但是Mg不与NaOH溶液反应，故Al作负极，Mg作正极。Fe(Al)-浓硝酸-Cu原电池中，虽然Fe、Al比Cu活泼，但是Fe、Al会在浓硝酸中钝化，故钝化后，Cu作负极，Fe或Al作正极。
5. 依据电极现象：一般，电极逐渐溶解的为负极，电极增重或有气体放出的为正极。
6. 依据电极反应：失去电子发生氧化反应的一极是负极，得到电子发生还原反应的一极是正极。
7. 依据电解质溶液：能与电解质溶液反应的一极作负极，不能与电解质溶液反应的一极作正极。
典 题 悟 法
原电池工作原理
例1　(2025·南通)银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O、Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。下列说法错误的是(B)
A. 原电池放电时，负极上发生反应的物质是Zn
B. 溶液中OH－向正极移动，K＋、H＋向负极移动
C. 工作时，电子由Zn电极沿导线流向Ag2O电极
D. 正极上发生的反应是Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
【解析】 Zn是活泼金属，失去电子发生氧化反应，Zn为负极，A正确；原电池放电时，溶液内部阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，B错误；电子由负极Zn经外电路到正极，C正确；负极上Zn失去电子，在碱性溶液中生成Zn(OH)2，正极Ag2O得电子发生还原反应生成Ag单质，正极电极反应式Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，D正确。
原电池原理的应用
例2　(2025·苏州期中)为探究AgNO3与KI溶液能否发生氧化还原反应，设计了如图所示的原电池装置，闭合K一段时间后，观察到Y电极表面有银白色物质析出，左侧烧杯中溶液变蓝。下列说法正确的是(D)
A. X电极为正极
B. 盐桥中的NO移向右侧烧杯
C. 闭合K一段时间后，右侧烧杯中溶液pH降低
D. 该原电池总反应为2AgNO3＋2KI===2Ag＋I2＋2KNO3
【解析】 该装置为原电池，闭合K一段时间后，观察到Y电极表面有银白色物质析出，则Y电极是正极，生成的银白色物质为银单质，Y电极的电极反应式是Ag＋＋e－===Ag，X电极是负极，X电极的电极反应式为2I－－2e－===I2，A错误；原电池中，阴离子移向负极，盐桥中的NO移向左侧烧杯，B错误；闭合K一段时间后，右侧烧杯中溶液由AgNO3 转化为KNO3(盐桥中K＋进入右侧烧杯)，pH升高，C错误；该原电池总反应为2AgNO3＋2KI===2Ag＋I2＋2KNO3，D正确。
原电池的应用与设计
1. 原电池原理的应用
(1) 比较金属活动性强弱
原电池的两极为两种金属时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼(注意电解质溶液的种类)。
(2) 加快化学反应速率
有原电池的反应比没有原电池的反应速率快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加几滴CuSO4溶液，形成铜锌原电池，产生氢气的速率加快(填“加快”或“减慢”)。
(3) 用于金属的防护
将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。如在轮船船体四周镶嵌锌块，保护船体不受腐蚀。
2. 设计化学电源
(1) 首先将氧化还原反应分成两个半反应。
(2) 根据原电池反应的特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。
(3) 如氧化还原反应：2FeCl3＋Fe===3FeCl2可以设计成原电池。
考点2　燃料电池
知 识 梳 理
氢氧燃料电池
物质 介质 电极反应式 工作原理示意图
H2 酸性介质 H2－2e－===2H＋ 氢氧燃料电池工作原理示意图(人教版)　碱性氢氧燃料电池的原理示意图(苏教版)
碱性介质 H2＋2OH－－2e－===2H2O
O2 酸性介质 O2＋4e－＋4H＋===2H2O
碱性介质 O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应 H2＋O2===H2O(或2H2＋O2===2H2O)
酸性电池中，用H＋平衡电荷，不允许出现OH－。碱性电池中，用OH－平衡电荷，不允许出现H＋。
常见燃料电池电极反应式的书写
1. 几种燃料电池分别在酸性、碱性溶液中电极反应式的比较。
燃料 电极 酸性溶液(如H2SO4溶液) 碱性溶液(如KOH溶液)
甲烷 负极 CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
正极 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应 CH4＋2O2===CO2＋2H2O CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O
乙醇 负极 C2H5OH－12e－＋3H2O===2CO2↑＋12H＋ C2H5OH－12e－＋16OH－=== 2CO＋11H2O
正极 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应 C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O C2H5OH＋3O2＋4KOH=== 2K2CO3＋5H2O
苯 负极 C6H6－30e－＋12H2O===6CO2↑＋30H＋ C6H6－30e－＋42OH－=== 6CO＋24H2O
正极 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应 2C6H6＋15O2===12CO2＋6H2O 2C6H6＋15O2＋24KOH=== 12K2CO3＋18H2O
(1) 如何判断有机物中C元素化合价：有机物中H元素一般定义为＋1价，O元素一般定义为－2价，C元素算平均价态。如：CH3OH、CH3CH2OH中的C元素一般认定为－2价，C6H6中的C元素一般认定为－1价，HCOOH中的C元素一般认定为＋2价。
(2) 有机物在酸性电池中的含碳产物为CO2，一个电极消耗H＋，另一个电极产生H＋；在碱性电池中的含碳产物为CO，一个电极消耗OH－，另一个电极产生OH－。
2. 电解质为熔融碳酸盐或熔融氧化物的电极反应式的书写。
(1) CH4熔融碳酸盐燃料电池
负极：CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O。
(2) CH4熔融氧化物燃料电池
负极：CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O。
典 题 悟 法
电解质溶液燃料电池
例3　一种肼燃料电池的工作原理如图所示，电池工作过程中会有少量N2H4在电极表面发生自分解反应生成NH3、N2、H2逸出。下列说法正确的是(D)
A. 电池工作时，化学能完全转化为电能
B. 放电过程中，负极区溶液pH增大
C. 负极的电极反应式为N2H4－4e－===N2＋4H＋
D. 电池工作时，负极区消耗的NaOH与正极区生成的NaOH物质的量相等
【解析】 任何实用电池都不可能将化学能完全转化为电能，A错误；通入N2H4的一极是负极，由图可知，放电时负极反应消耗OH－，pH减小，B错误；负极反应式为N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O，C错误；总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，反应前后NaOH的物质的量不变，即负极消耗的NaOH与正极生成的NaOH的物质的量相等，D正确。
熔融碳酸盐燃料电池
例4　(2025·射阳中学)一种熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是(D)
A. 电池工作时，化学能完全转化为电能
B. 电池工作时，CO向电极B移动
C. 电极B上发生的电极反应式为O2－4e－===2O2－
D. H2参与的电极反应式为H2＋CO－2e－===H2O＋CO2
【解析】 在电池工作过程中，大部分化学能会转化为电能，少部分能量以热能的形式损失掉，故化学能不能完全转化为电能，A错误；原电池工作时，阴离子向负极移动，则CO向电极A移动，B错误；电极B为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO，C错误；H2参与反应的电极A为负极，电极反应式为H2＋CO－2e－===H2O＋CO2，D正确。
微生物燃料电池
例5　(2025·苏锡常镇一模)微生物电池除去废水中CH3COO－的装置如图所示。下列说法正确的是(C)
A. 高温可以提高CH3COO－的去除速率
B. 不锈钢表面发生了氧化反应
C. 石墨电极表面发生的电极反应式为
CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋
D. 电池工作时，每消耗0.1 mol CH3COO－，有0.7 mol H＋从质子交换膜左侧向右侧迁移
【解析】 高温下，微生物可能失去活性，不利于提高CH3COO－去除速率，A错误；在不锈钢的表面，Fe元素的化合价降低，发生还原反应，B错误；在石墨电极表面CH3COO－失去电子，生成CO2和H＋，电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋，C正确；由石墨电极的电极反应式可知，每消耗0.1 mol CH3COO－，有0.8 mol电子发生转移，故有0.8 mol H＋从质子交换膜左侧向右侧迁移，D错误。
离子交换膜类型、作用及应用
1. 常见的离子交换膜
种类 允许通过的离子 移动方向
阳离子交换膜 只允许阳离子通过 阳离子→电解池的阴极(或原电池的正极)
阴离子交换膜 只允许阴离子通过 阴离子→电解池的阳极(或原电池的负极)
质子交换膜 只允许H＋通过 质子→电解池的阴极(或原电池的正极)
2. 离子交换膜的作用
(1) 平衡两边电极区的电荷。
(2) 避免交换膜两边物质发生反应(反应物发生反应或产物发生反应)。
(3) 形成交换膜两边电解质溶液浓度不同的浓差电池。
3. 离子交换膜的应用——浓差电池
装置图及装置特点 用如图所示装置进行实验，观察到灵敏电流计的指针发生偏转。(1) a、b电极均为Ag单质。(2) 左池为AgNO3稀溶液，右池为AgNO3浓溶液。两池AgNO3溶液的浓度不同，可以形成浓差电池。(3) 离子交换膜作用：使两池Ag＋浓度不同；平衡两池的电荷。(4) 随着反应进行，左右两池浓度的差值逐渐减小，外电路中电流逐渐减小，电流计指针偏转幅度逐渐变小。当左右两池离子浓度相等时，电池将停止工作，不再有电流产生，此时左右两池硝酸银溶液的物质的量浓度相等
原理分析 (1) Ag＋浓度越大，氧化性越强，故b电极为正极，发生还原反应，b电极反应式为Ag＋＋e－===Ag；a电极为负极，发生氧化反应，a电极反应式为Ag－e－===Ag＋。(2) 离子交换膜的类型和作用：不允许Ag＋通过，只允许NO通过，是阴离子交换膜。随着反应进行，NO穿过离子交换膜的速率将减小
4. 离子交换膜的判断
微生物脱盐池是在微生物燃料电池的基础上发展而来的新兴生物电化学系统，示意图如下，判断隔膜1、2的离子交换膜的类型。
考点3　常见的化学电源
知 识 梳 理
名称 装置图 电极材料及电极反应式
(1) 普通锌锰干电池 负极材料：Zn；正极材料：MnO2负极反应：Zn－2e－＋2NH3===[Zn(NH3)2]2＋正极反应：MnO2＋e－＋NH===MnO(OH)＋NH3总反应：Zn＋2MnO2＋2NH4Cl===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)
(2) 碱性锌锰干电池 负极材料：Zn；正极材料：MnO2负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2正极反应：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2
(3) 纽扣式锌银电池 负极材料：Zn；正极材料：Ag2O负极反应：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－总反应：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag
(4) 铅酸蓄电池 ① 放电(如图1)是原电池原理负极材料：Pb；正极材料：PbO2负极反应：Pb－2e－＋SO===PbSO4正极反应：PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O 图1(放电)　　 图2(充电)② 充电(如图2)是电解池原理，是原电池的逆反应阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋SO＋4H＋总反应：2PbSO4＋2H2OPb＋PbO2＋2H2SO4
典 题 悟 法
如何判断装置是原电池
例6　下列装置不属于原电池装置的是(D)
A B C D
【解析】 D项装置中含有外接电源，属于电解池，D符合题意。
常见的化学电池
例7　(2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===2MnO(OH)＋ZnO，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是(C)
A. 电池工作时，MnO2发生氧化反应
B. 电池工作时，OH－通过隔膜向正极移动
C. 环境温度过低，不利于电池放电
D. 反应中每生成1 mol MnO(OH)，转移电子数约为2×6.02×1023
【解析】 碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)，负极为锌，正极为MnO2。电池工作时，正极MnO2发生还原反应，A错误；原电池工作时，阴离子向负极移动，则OH－通过隔膜向负极移动，B错误；环境温度过低，化学反应速率较慢，不利于电池放电，C正确；反应中锰元素的化合价由＋4降低到＋3，则每生成1 mol MnO(OH)，转移电子数约为6.02×1023，D错误。
例8　(2025·无锡期中)铅酸蓄电池放电时的工作原理可表示为PbO2＋Pb＋2H2SO4=== 2PbSO4＋2H2O，其构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是(A)
A. 电池工作时，H＋移向PbO2极
B. 电池工作时，负极质量减小
C. 电池工作时，PbO2发生氧化反应
D. 每生成1 mol PbSO4，转移电子数约为2×6.02×1023
【解析】 铅酸蓄电池工作放电时，Pb为负极，PbO2为正极，正极电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。电池放电时，阳离子移向正极，H＋移向PbO2极移动，A正确；放电时，负极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4，故负电极质量增大，B错误；电池工作时，PbO2作正极，得电子发生还原反应，C错误；根据总反应每生成2 mol PbSO4，转移2 mol电子，故每生成1 mol PbSO4，转移电子数约为6.02×1023，D错误。
新型空气电池
例9　硼化钒(VB2)－空气电池是目前储电能力最高的电池，工作原理如图所示，该电池工作时反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5。下列说法不正确的是(D)
A. 电极a发生还原反应
B. 电流由电极a经负载流向VB2极
C. VB2极发生的电极反应为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O
D. 图中选择性透过膜允许阳离子选择性透过
【解析】 通入空气的电极a为正极，发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A正确；原电池中电流由正极到负极，即由电极a经过负载流向VB2极，B正确；VB2极发生氧化反应，电极反应式为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，C正确；图中OH－从电极a通过选择性透过膜进入VB2极，故该膜为阴离子选择性透过膜，D错误。
考点4　金属的腐蚀与防护
知 识 梳 理
金属腐蚀
注意：钢铁的腐蚀主要是吸氧腐蚀。
析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以Fe为例)
1. 析氢腐蚀
图1　钢铁的析氢腐蚀示意图
条件：溶液呈酸性
负极反应：Fe－2e－===Fe2＋
正极反应：2H＋＋2e－===H2↑
2. 吸氧腐蚀
　图2　钢铁的吸氧腐蚀示意图
条件：中性或弱酸性
负极反应：Fe－2e－===Fe2＋
正极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
电池反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
Fe(OH)2进一步被O2氧化：
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
典 题 悟 法
例10　下列有关说法正确的是(C)
A. 中性环境微生物介导的铁循环过程，其部分过程为，此环境下主要发生析氢腐蚀
B. 钢铁制品在潮湿空气中发生电化学腐蚀的负极反应为Fe－3e－===Fe3＋
C. 以Zn、Fe为电极，以酸化的3% NaCl溶液作电解质溶液，连接成原电池装置，过一段时间，从Fe电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6]溶液，观察现象，探究金属的电化学保护法
D. 将中间裹有锌皮的铁钉放在滴有酚酞的饱和NaCl溶液中，一段时间后观察铁钉周围溶液颜色变化，探究铁钉能发生吸氧腐蚀
【解析】 中性环境中，Fe发生吸氧腐蚀，A错误；钢铁制品在潮湿空气中发生电化学腐蚀，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，B错误；该原电池装置中，Fe作正极被保护，从Fe电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6]溶液，没有特征蓝色沉淀生成，该方案能用于探究金属的电化学保护法，C正确；Zn比Fe活泼，Zn作负极，铁钉被保护，未发生吸氧腐蚀，该方案不能用于探究铁钉的吸氧腐蚀，D错误。
1. (2025·南通一模)某乙烯燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(B)
A. 放电时，电子由电极b经外电路流向电极a
B. 电极a的电极反应式为CH2===CH2－2e－＋H2O===CH3CHO＋2H＋
C. 当有0.2 mol H＋通过质子交换膜时，电极b表面理论上消耗O2的体积为1.12 L
D. 验证生成CH3CHO的操作：取反应后的左室溶液，加入新制Cu(OH)2，加热，观察现象
【解析】 放电时，电极a为负极，电极b为正极，电子由电极a经外电路流向电极b，A错误；负极乙烯失去电子发生氧化反应：CH2===CH2－2e－＋H2O===CH3CHO＋2H＋，B正确；当有0.2 mol H＋通过质子交换膜时，电路中转移0.2 mol电子，电极b表面理论上消耗O2的体积在标准状况下约为1.12 L，题中未指明是标准状况，故无法计算，C错误；左室溶液中含有硫酸，故验证生成CH3CHO时，应取反应后的左室溶液，先加入NaOH中和硫酸，后加入新制Cu(OH)2，加热，观察现象，D错误。
2. 铜板上的铁铆钉暴露在空气中，表面被潮湿空气或雨水浸润容易生锈，腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是(B)
A. 铜板上的电极反应式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
B. 腐蚀过程中电子从铁移向铜
C. 当有1 mol Fe2＋生成时，水膜中释放22.4 L H2
D. 铁铆钉腐蚀过程中化学能全部转化为电能
【解析】 图示为铁的析氢腐蚀，铜板上的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A错误；原电池中，电子从负极流向正极，因此是从铁移向铜，B正确；未说明气体所处状态，无法计算H2体积，C错误；铁铆钉腐蚀过程中化学能一部分转化为电能，一部分转化为热能等形式，D错误。
3. (2025·苏州中学、海门中学、淮阴中学、姜堰中学)某实验室设计了如图所示装置制备N2H4。双极膜是阴、阳复合膜，层间的H2O解离成OH－和H＋并可分别通过阴、阳膜定向移动。
(1) 双极膜中产生的OH－(填“H＋”或“OH－”)移向多孔铂电极。
(2) 石墨电极发生的电极反应式为ClO－＋2e－＋H2O===Cl－＋2OH－。
【解析】 (1) 由图可知，氨气转化为N2H4，氮元素化合价由－3变为－2，化合价升高，发生氧化反应，则多孔铂电极为负极，石墨为正极，在原电池中，OH－向多孔铂电极移动。(2) 石墨为正极，次氯酸钠中的氯元素化合价降低，转化为Cl－。
练习1　原电池原理　化学电源
1. (2025·江苏各地模拟)下列说法正确的是(C)
A. 碱性氢氧燃料电池的正极反应：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
B. 碱性N2H4燃料电池的正极反应：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O
C. 氢燃料汽车使用的燃料电池是将化学能转化为电能
D. 一种硒电池放电时总反应为Se＋2CuSO4＋2Zn===Cu2Se＋2ZnSO4，则其正极反应：Se＋2Cu2＋－4e－===Cu2Se
【解析】 碱性氢氧燃料电池的正极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，A错误；燃料电池正极应为O2得电子的还原反应，正极的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B错误；放电时总反应为Se＋2CuSO4＋2Zn===Cu2Se＋2ZnSO4，Se元素化合价下降，作正极，故硒电池放电时正极反应：Se＋2Cu2＋＋4e－===Cu2Se，D错误。
2. (2025·江苏各地模拟)下列说法正确的是(D)
A. 氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能
B. 太阳能电池是一种将化学能转化为电能的装置
C. 甲烷－空气碱性燃料电池正极反应：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
D. 碱性硼化钒－空气电池的负极反应：VB2－11e－＋16OH－===VO＋2[B(OH)4]－＋4H2O
【解析】 燃料电池工作时，化学能不可能全部转化为电能，部分会转化为热能，A错误；太阳能电池是一种将光能转化为电能的装置，B错误；甲烷－空气碱性燃料电池中甲烷为燃料，发生氧化反应，故该反应为负极的电极反应式，C错误。
3. (2025·南通)某新型电池可以处理含CN－的碱性废水，同时还可以淡化海水，电池构造示意图如图所示。下列关于电池工作时的说法正确的是(D)
A. a极发生还原反应
B. b极上电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
C. Na＋通过交换膜向左室迁移
D. 反应中每消耗1 mol CN－，转移电子数约为5×6.02×1023
【解析】 由图可知，a极上CN－转化为CO和N2，C元素由＋2价升高到＋4价，N元素由－3价升高到0价，则a极发生氧化反应，为该电池的负极，A错误；b极为正极，H＋得电子生成H2，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，B错误；原电池工作时阳离子向正极移动，则Na＋通过交换膜Ⅱ向右室迁移，C错误；CN－转化为CO和N2，即有关系式：CN－～5e－，则反应中每消耗1 mol CN－，转移电子数约为5×6.02×1023，D正确。
4. (2025·镇江)某校课外活动小组利用电化学原理降解酸性废水中的NO，装置如图所示。下列说法错误的是(C)
A. Pt电极作正极
B. Ag电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl
C. 溶液中电子通过质子交换膜由Ag电极向Pt电极移动
D. 若外电路转移1 mol电子，则右侧溶液质量减少1.8 g
【解析】 由氢离子移动方向可知，银电极为原电池的负极，铂电极为正极，A正确；负极银失去电子发生氧化反应生成氯化银，电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，B正确；电子不能通过溶液，C错误；铂电极为正极，酸性条件下硝酸根离子在正极得到电子发生还原反应，电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，氢离子通过质子交换膜进入正极区溶液中，则外电路转移1 mol电子时，右侧溶液质量减少1 mol××28 g/mol－1 mol×1 g/mol＝1.8 g，D正确。
5. 液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种甲醇(CH3OH)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是(A)
A. a电极发生氧化反应
B. b电极为该电池的负极
C. 放电时，电子从b电极流向负载，再由负载流向a电极
D. b电极的电极反应式：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
【解析】 该燃料电池中，燃料失电子发生氧化反应，a电极为负极，电极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O，A正确；b电极为该电池的正极，B错误；放电时，从电子从负极经负载流向正极，所以从a电极流向负载，再由负载流向b电极，C错误；b电极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错误。
6. (2025·盐城)利用电化学原理，可将H2、CO2转化为C2H5OH，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(C)
A. 电极2是电源的负极
B. H＋由右侧通过质子膜移向左侧
C. 该装置工作时电能转化为化学能
D. 电极1上电极反应式为2CO2＋12e－＋12H＋===C2H5OH＋3H2O
【解析】 由图可知，该原电池中右侧氢气失电子，则电极2为负极，左侧二氧化碳得电子转化为乙醇，则电极1为正极，A正确；该原电池工作时，H＋由右侧通过质子膜移向左侧，B正确；原电池工作时是将化学能转化为电能，C错误；CO2在电极1上得到电子转化为乙醇，电极反应式为2CO2＋12e－＋12H＋===C2H5OH＋3H2O，D正确。
7. 普通水泥在固化过程中其自由水分子减少并形成碱性溶液。根据这一特点，科学家们发明了电动势法测水泥的初凝时间。此法的原理如图所示，反应的化学方程式为2Cu＋Ag2O===Cu2O＋2Ag。下列有关说法正确的是(B)
A. 该装置中的能量转化关系为电能转化为化学能
B. Ag2O/Ag电极为正极
C. 原理示意图中，电流从Cu流向Ag2O
D. 电池工作时，OH－向Ag2O/Ag极移动
【解析】 该装置为原电池，将化学能转化为电能，A错误；Ag2O 得电子生成银单质，Ag2O/Ag电极为正极，B正确；铜是负极、Ag2O是正极，电流从Ag2O流向Cu，C错误；原电池中，阴离子移向负极，电池工作时，OH－向负极移动，D错误。
8. 物质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池称为浓差电池。如图是由Ag电极和硝酸银溶液组成的电池(c1A. Ag＋由交换膜右侧向左侧迁移
B. B极为正极，发生氧化反应
C. 若外电路通过0.1 mol电子，则右侧溶液减轻6.2 g
D. 原电池的总反应不一定是氧化还原反应
【解析】 A极的质量不断减轻，则A极为负极，B极为正极，由于装置中所用的隔膜为阴离子交换膜，则只允许阴离子通过，故NO由交换膜右侧向左侧迁移，A错误；A极为负极，发生氧化反应，B极为正极，发生还原反应，B错误；若外电路通过0.1 mol 电子，则右侧溶液中有0.1 mol NO向左侧迁移，0.1 mol Ag＋得到电子生成Ag，故右侧溶液减少0.1 mol AgNO3，即减轻17.0 g，C错误。
9. 某水处理剂由纳米铁粉附着在多孔炭粉的表面复合而成，利用原电池原理处理弱酸性废水中的NO时，其表面发生如图所示反应。下列说法正确的是(D)
A. 电池工作时，H＋向负极移动
B. 正极附近溶液的酸性增强
C. 负极的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
D. 与单独使用纳米铁粉相比，该水处理剂能加快NO的去除速率
【解析】 电池工作时，H＋向正极移动，A错误；NO在正极上得电子被还原成NH，消耗H＋，正极附近溶液的酸性减弱，B错误；负极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，C错误；与单独使用纳米铁粉相比，该水处理剂利用了原电池原理，能加快NO的去除速率，D正确。
10. (2020·江苏卷)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是(C)
A. 阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B. 金属M的活动性比Fe的活动性弱
C. 钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D. 钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
【解析】 阴极的钢铁设施实际作原电池的正极，正极金属被保护，不失电子，A错误；阳极金属M实际为原电池装置的负极，一般原电池中负极金属比正极活泼，故金属M的活动性比Fe的活动性强，B错误；金属M失电子，电子经导线流入钢铁设施，使钢铁设施表面积累大量电子，自身金属不再失电子，从而被保护，C正确；海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度，离子浓度越大，溶液的导电性越强，故钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快，D错误。
11. (2025·南京模拟)液氨可作为汽车未来的新能源，用于汽车的液氨－液氧燃料电池工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是(A)
A. 电极a是正极
B. 工作时O2发生还原反应
C. 电子经导线由电极a流向电极b
D. 该装置实现了化学能转化为电能
【解析】 电极a上NH3发生氧化反应，转化为N2和H2O，电极a为负极，A错误；电极b为正极，发生反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B正确；原电池中，电子由负极经导线流向正极，C正确；该装置为原电池，化学能转化为电能，D正确。
12. (1) (2025·泰州中学)氨燃料电池以KOH溶液为电解质溶液放电时，负极发生的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。
(2) (2025·前黄中学)丙烷燃料电池脱氢制丙烯。电池工作时，负极发生主要反应的电极反应式为C3H8－2e－===C3H6＋2H＋。
13. (1) 普通锌锰干电池放电时发生的主要反应为Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)，其结构如图所示。
① 电池中属于盐的电解质为NH4Cl。
② 负极的电极反应式为Zn－2e－＋2NH===[Zn(NH3)2]2＋＋2H＋。
③ 放电时，正极上发生反应的物质是MnO2；NH向正极(填“正极”或“负极”)移动。
(2) 表面积相同的废锌皮(杂质不与硫酸反应)和纯锌片分别与同浓度的稀硫酸反应，产生氢气速率较快的是废锌皮，原因是废锌皮在稀硫酸中可构成原电池。若用过量的纯锌片与一定量的稀硫酸反应，为了加快反应速率又不影响产生氢气的量。下列措施可行的是AC(填字母)。
A. 微热
B. 加入适量氧化铜
C. 加入少量硫酸铜溶液
练习2　原电池综合
1. 纳米零价铁除去酸性废水中的三氯乙烯、五价砷的原理如图所示。下列说法正确的是(D)
A. 该处理过程中将电能转化为化学能
B. 该处理过程中纳米零价铁中的Fe为正极
C. 每生成11.2 L乙烷，转移0.4 mol电子
D. 酸性废水中的五价砷除去过程中，As和S均被Fe2＋还原
【解析】 该处理过程利用的是原电池原理，即将化学能转化为电能，A错误；Fe元素的化合价由0升高到＋2，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，作原电池的负极，B错误；气体所处状况未知，无法进行计算，C错误；由反应：14Fe2＋＋SO＋AsO＋14H＋===FeAsS↓＋13Fe3＋＋7H2O知，As、S元素的化合价均降低，故酸性废水中的五价砷除去过程中，As和S均被Fe2＋还原，D正确。
2. (2025·启东)燃煤烟气中产生的氮氧化物(NOx)及SO2会对大气造成严重污染，目前有多种处理吸收污染物的方法。其中一种隔膜电化学法去除NO装置如图所示。下列化学反应表示正确的是(A)
A. 吸收池中发生的反应：2S2O＋2NO＋2H2O===4HSO＋N2
B. 电解时电极A上发生的反应：SO2＋2e－＋2H2O===4H＋＋SO
C. 用氨水吸收过量SO2的反应：SO2＋2NH3·H2O===2NH＋SO＋H2O
D. 用NaOH溶液吸收NO2的反应：NO2＋2OH－===NO＋H2O
【解析】 吸收池中NO被S2O还原为氮气，S2O被氧化为HSO，离子方程式为2S2O＋2NO＋2H2O===4HSO＋N2，A正确；电极A室中，进入的是HSO，流出的是S2O，故电解时电极A上发生的反应为HSO还原生成S2O，电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===2H2O＋S2O，电极B上发生反应：SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋，B错误；用氨水吸收过量SO2时生成酸式盐，反应为SO2＋NH3·H2O===NH＋HSO，C错误；用NaOH溶液吸收NO2的反应为2NO2＋2OH－===NO＋NO＋H2O，D错误。
3. (2025·南京二模)暖贴是一种便捷的自发热保暖产品，具有发热快、持续时间久等优点。它主要由铁粉、活性炭、食盐、水等成分组成，如图所示。下列有关说法不正确的是(C)
A. 暖贴生效时，将化学能转化为热能
B. 水与食盐、活性炭共同作用可加快铁粉的腐蚀速率
C. 正极发生的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D. 透气膜的透氧速率可控制暖贴的发热时间和温度
【解析】 暖贴生效时，由铁粉、活性炭、食盐、水等成分组成了原电池，将化学能转化为热能，A正确；Fe作原电池负极，水与食盐、活性炭共同作用可加快铁粉的腐蚀速率，B正确；正极发生的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C错误；利用氧气通入量，可以控制反应速率，透气膜的透氧速率可控制暖贴的发热时间和温度，D正确。
4. (2025·南通)一种O2辅助的Al－CO2电池工作原理如图所示，电池使用AlCl3溶液作电解质溶液，反应后有Al2(C2O4)3沉淀生成。下列说法正确的是(B)
A. 电池工作时将电能转化为化学能
B. 正极区的总反应为6CO2＋6e－＋2Al3＋===Al2(C2O4)3↓
C. 放电时电子经导线移向铝电极
D. 常温时，铝电极质量减少2.7 g，理论上消耗6.72 L CO2
【解析】 该装置为原电池，是将化学能转变为电能，A错误；根据正极区物质转化关系图，先发生反应1：O2＋e－===O，然后生成的O再与CO2和Al3＋发生反应2：6CO2＋2Al3＋＋6O===Al2(C2O4)3↓＋6O2，则总反应由反应1×6＋反应2得：6CO2＋6e－＋2Al3＋===Al2(C2O4)3↓，B正确；该原电池中金属铝为负极，失去电子，电子从负极铝电极经导线流过负载流向正极，C错误；没有标注是否为标准状况下，故无法具体计算消耗二氧化碳的体积，D错误。
5. (2025·无锡)利用如图所示装置对工业废气、垃圾渗透液进行综合治理并实现发电。下列有关说法正确的是(D)
A. 惰性电极M为阳极
B. 高温有利于该装置工作
C. N极的电极反应式为2NO－10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O
D. 每生成1 mol N2，通过质子交换膜的H＋为3.75 mol
【解析】 该装置属于原电池，氨气在惰性电极M上发生失电子的氧化反应生成N2，则M电极是负极，负极反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋；NO在惰性电极N上发生得电子的还原反应生成N2，电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O。惰性电极M为负极，A错误；该治理过程有硝化细菌的参与，硝化细菌在高温下可能失活，B错误；NO在惰性电极N上得电子而被还原为N2，C错误；结合正负极反应，当转移30 mol e－时，该装置中共生成N2(5＋3)mol＝8 mol，通过质子交换膜的H＋为30 mol，则每生成1 mol N2，通过质子交换膜的H＋为 mol＝3.75 mol，D正确。
6. (2025·无锡期中)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，用如图所示装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法正确的是(C)
A. a极发生还原反应
B. 为了实现海水的淡化，隔膜1为阳离子交换膜
C. 电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比约为2∶1
D. 该装置内工作温度越高，海水淡化效果越好
【解析】 由图可知，a极上CH3COO－转化为CO2和H＋，C元素被氧化，故a极为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，则b极为正极，发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A错误；为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜1为阴离子交换膜，B错误；结合正、负极电极反应式，当转移8 mol电子时，正极产生4 mol气体，负极产生2 mol气体，正、负极产生气体的物质的量之比为4∶2＝2∶1，C正确；工作温度越高，微生物的催化效果反而会降低，海水淡化效果不一定越好，D错误。
7. (2025·无锡模拟)用热再生氨电池处理含Cu2＋电镀废液的装置如图，该装置由电池部分和热再生部分组成。电池部分中，a极室为(NH4)2SO4－NH3混合液，b极室为(NH4)2SO4溶液；热再生部分加热a极室流出液，使[Cu(NH3)4]2＋分解。下列说法不正确的是(A)
A. 装置中的离子交换膜为阳离子交换膜
B. a极的电极反应式为Cu－2e－＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋
C. 电池部分的总反应为Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋
D. 该方法可以富集Cu2＋并产生电能，同时循环利用NH3
【解析】 由图可知，a极为原电池的负极，铜在负极失去电子发生氧化反应，结合氨分子生成四氨合铜离子，b极为正极，铜离子在正极得到电子发生还原反应生成铜，溶液中硫酸根离子通过阴离子交换膜由正极迁移到负极，A错误；a极发生的电极反应式为Cu－2e－＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，B正确；b极发生的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，故总反应为Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，C正确；该装置为原电池装置，可以富集铜离子并产生电能，同时回收液受热分解释放出氨气，能循环利用氨气，D正确。
8. (2025·苏州)一种微生物电池可用于净化污水和淡化海水，工作原理如图所示。下列说法不正确的是(D)
A. 放电时电极a上反应为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋
B. 放电时电极b附近溶液的pH升高
C. 离子交换膜c和d分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜
D. 为加快净化污水和淡化海水的速率，该电池可在高温下工作
【解析】 右侧电极室加入含NO的废水，产生氮气，氮元素化合价降低，得到电子，故电极b是正极；左侧电极室加入葡萄糖废水，生成二氧化碳，碳元素化合价升高，失去电子，则电极a为负极，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋，A正确；电极b是正极，电极反应式为2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－，随着反应进行，溶液的pH升高，B正确；放电时阴离子Cl－移向左侧负极，阳离子Na＋移向右侧的正极，所以该电池工作时，离子交换膜c、d分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜，C正确；高温会导致厌氧菌、反硝化细菌等微生物的蛋白质发生变性而失去其生理活性，导致电池失效，因此该电池不能在高温下工作，D错误。
9. (2025·江苏卷)以稀硫酸为电解质溶液的光解水装置如图所示，总反应为2H2O2H2↑＋O2↑。下列说法正确的是(A)
A. 电极a上发生氧化反应生成O2
B. H＋通过质子交换膜从右室移向左室
C. 光解前后，H2SO4溶液的pH不变
D. 外电路每通过0.01 mol电子，电极b上产生0.01 mol H2
【解析】 由电子的移动方向可知，电极a发生失电子的氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，电极b发生得电子的还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A正确；电极a产生H＋，电极b消耗H＋，则H＋通过质子交换膜从左室移向右室，B错误；光解过程消耗水，则H2SO4溶液浓度增大，pH减小，C错误；由电极反应式可知，外电路通过0.01 mol电子时，电极b上生成0.005 mol H2，D错误。

展开更多......

收起↑