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第11讲　原电池及其应用
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课前思考 问题1　原电池正、负极判断方法有哪些？ (1) 由原电池的电极材料判断：如果两极是由活动性不同的金属作电极，一般情况下相对活泼的金属是负极，活动性较弱的金属是正极(要注意特殊条件，如MgAlNaOH电池，Al是负极；AlCu 浓硝酸电池，Cu是负极等)；若两个电极是由金属和非金属导体(或金属氧化物导体)作电极，金属是负极，非金属导体(或金属氧化物导体)是正极。(2) 根据氧化还原反应判断：发生氧化反应的电极为负极；发生还原反应的电极为正极。(3) 根据电子或电流的流向判断：电子流出或电流流入的电极为负极，反之为正极。(4) 根据原电池里电解质溶液中离子的流动方向判断：阳离子移向的电极为正极，阴离子移向的电极为负极。(5) 根据原电池的两极发生的现象判断：一般情况下，电极溶解或质量减轻的为负极，有气体生成或金属析出的为正极。 问题2　分别写出酸性和碱性氢氧燃料电池的电极反应式。电池总反应：__2H2＋O2===2H2O__。 (1) 酸性氢氧燃料电池 负极反应式：__H2－2e－===2H＋__； 正极反应式：__O2＋4H＋＋4e－===2H2O__。 (2) 碱性氢氧燃料电池 负极反应式：__H2＋2OH－－2e－===2H2O__； 正极反应式：__O2＋2H2O＋4e－===4OH－__。
能力自测　 　 排查问题，找出差距
【课前8 min】
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能　　(　×　)
(2) 图1所示装置中石墨电极反应式：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O(　×　)
图1
图2
(3) 图2中a电极的电极反应式：
O2－4e－＋4H＋===2H2O(　×　)
(4) 氢氧燃料电池的负极反应式：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－(　×　)
(5) 轮船镶嵌锌块是牺牲阳极法(　√　)
【高考能力】
[原电池]
1．(2023·海南卷)某一款利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成如图所示的电池。下列说法正确的是(　A　)
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1 kg Al，电池最多向外提供约37 mol电子的电量
【解析】 该装置为原电池，铝为活泼金属，作负极：Al－3e－===Al3+；石墨作正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，A正确；原电池中阳离子(Na＋)向正极(b电极)移动，B错误；a电极处生成Al3+，其水解使得a电极附近的海水显弱酸性，C错误；由电极反应式可得关系式：Al～3e－，则每消耗1 kg(约37 mol) Al，该装置可以最多向外提供约111 mol电子的电量，D错误。
2．(2021·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。下列关于该电池在放电时的说法正确的是(　B　)
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】 该原电池中，金属钠作负极，发生氧化反应：Na－e－===Na＋，A错误；碳纳米管作正极，CO2在正极上得电子，发生还原反应：3CO2＋4e－===C＋2CO，B正确；原电池工作时，阳离子向正极移动，C错误；原电池是将化学能转化为电能的装置，D错误。
3．(2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)，其电池构造示意如图所示。下列说法正确的是(　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】 该装置为原电池，根据总反应可知Zn作负极：Zn－2e－＋2OH―===ZnO＋H2O；MnO2作正极：MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH―，发生还原反应，A错误；原电池工作时，阴离子(OH―)通过隔膜向负极移动，B错误；温度降低，化学反应速率减小，不利于电池放电，C正确；由电极反应式可得关系式：MnO(OH)～e－，则反应中每生成1 mol MnO(OH)，转移电子数约为6.02×1023，D错误。
4．(2023·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，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　B　)
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11.2 L O2，最多去除1 mol Cl－
【解析】 该装置为原电池，金属活动性：AgPt，则Ag作负极：Ag－e－＋Cl―===AgCl；Pt作正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，A、C错误；电子通过外电路(活性炭)从负极(Ag)流向正极(Pt)，B正确；由电极反应式可得关系式：O2～4e－～4Ag＋～4Cl－，则每消耗标准状况下11.2 L (约0.5 mol) O2，可以最多去除2 mol Cl―，D错误。
5．(2023·山东卷)(不定项)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(　CD　)
A．甲室中Cu电极为正极
B．隔膜的类型是阳离子膜
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】 该装置为原电池，甲室中的Cu电极作负极：Cu－2e－＋4NH3===[Cu(NH3)4]2+，形成[Cu(NH3)4]SO4溶液进入“低温热解”生成CuSO4溶液，实现电镀废液的浓缩再生和NH3的重复利用；乙室中的Cu电极作正极：Cu2+＋2e－===Cu，A错误；原电池中电解质溶液中的阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，甲室溶液生成的[Cu(NH3)4]2+进入乙室，不利于实现废液的浓缩再生，故隔膜应为阴离子膜，B错误；根据两电极反应式可得该原电池的总反应为Cu2+＋4NH3===[Cu(NH3)4]2+，C正确；若NH3扩散到乙室会与Cu2+配位生成[Cu(NH3)4]2+，c(Cu2+)减小，Cu2+在正极得电子的能力减弱，进而对电池电动势产生影响，D正确。
6．(2025·广东卷)某理论研究认为燃料电池(图甲)的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意分别如图乙和图丙所示，其中O2获得第一个电子的过程最慢。下列说法正确的是(　C　)
　　
A．ⅰ是负极反应的催化剂
B．图乙中，ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最小
C．电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变
D．相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数相同
【解析】 由图乙可知，O2发生还原反应，作正极，则ⅰ是正极反应的催化剂，A错误；图乙中，ⅰ到ⅱ过程为O2获得第一个电子的过程，由题干信息可知，O2获得第一个电子的过程最慢，故ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最大，B错误；H2发生氧化反应，作负极：H2－2e－===2H＋，电路中每转移1个电子，就有1个H＋通过质子交换膜进入正极室，故在电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变，C正确；由图乙和图丙可知，O2(负极)催化循环1次需要转移的电子数为4，H2(正极)催化循环1次需要转移的电子数为2，故在相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数不相同，D错误。
[原电池电极反应式的书写]
7．按要求写出下列电极反应式。
(1) (2022·江苏卷)铅酸蓄电池放电时的负极反应式：__Pb－2e－＋SO===PbSO4__。
(2) 写出第2题中正极反应式：
__3CO2＋4e－===C＋2CO__。
(3) 写出第3题中正极反应式：
__MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－__。
(4) 写出第4题中负极反应式：
__Ag－e－＋Cl－===AgCl__。
考点研析 精细归纳，构建体系
考点1　原电池的工作原理
原电池
1．含义：将__化学能__转化为__电能__的装置，其本质是可自发进行的氧化还原反应(浓差电池除外)。
2．构成条件
(1) 两种活动性不同的电极(燃料电极等个别例外)；
(2) 电极材料在__电解质溶液(或熔融电解质)__中；
(3) 形成__闭合电路__；
(4) 能够自发进行的氧化还原反应。
3．工作原理(以锌铜原电池为例)
装置图
工作 原理 负极：(氧化反应) __Zn－2e－===Zn2+__ 正极：(还原反应) 2H＋＋2e－===H2↑__ 负极：(氧化反应) Zn－2e－===Zn2+__ 正极：(还原反应) Cu2+＋2e－===Cu__
电池总反应： Zn＋2H＋===__ Zn2+＋H2↑__ 电池总反应： Zn＋Cu2+===__ Zn2+＋Cu__
(1)原电池中三个流向
①电子流向：电子从__负极__经导线流向__正极__；
②电流流向：电流从__正极__经导线流向__负极__(电势高低：正极__高于__负极)；
③离子流向：在电解质溶液中，阳离子向__正极区__迁移；阴离子向__负极区__迁移。
(2)盐桥在原电池的作用
①连接内电路形成__闭合电路__；
②维持两电极电势差(平衡电荷)，使电池能持续提供电流；
③能减少能量转化的损耗。
4．应用：①增大氧化还原反应的化学反应速率；②比较金属活动性；③金属的防护。
解疑释惑　25
原电池正、负极的判断依据
1．依据电子的流动方向：电子流出的电极为负极，电子流入的电极为正极(电子不入池)。
2．依据电流的流动方向：电流流入的电极为负极，电流流出的电极为正极。
3．依据电解质中离子的流动方向：阳离子向正极区迁移，阴离子向负极区迁移(正正负负，离子不上岸)。
4．依据电极发生的反应类型：发生氧化反应的电极为负极，发生还原反应的电极为正极。
5．依据电极材料判定：一般情况下，相对活泼的金属电极为负极，活动性较弱的金属电极或惰性电极为正极(极个别特殊情况，如Mg－Al－NaOH电池或Al－Cu－浓硝酸电池)。
6．依据电极两极发生的现象：一般情况下，质量减轻的电极为负极，有气体生成或质量增大的电极为正极(极个别特殊情况例外，如铅酸蓄电池放电时，两极质量均增大)。
【及时巩固】
例1　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。下列说法正确的是(　C　)
A．Cu电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO)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】 该装置为原电池，Zn电极作负极：Zn－2e－===Zn2+，Cu电极作正极：Cu2+＋2e－===Cu。Cu电极为正极，发生还原反应，A错误；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池中的c(SO)保持不变，B错误；电解过程中，Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，乙池的溶液中的Cu2+转化为Cu附着在Cu电极上，且摩尔质量：Cu＜Zn，故乙池溶液的总质量增加，C正确；阴离子不能通过阳离子交换膜，D错误。
例2　如图所示的是某科研小组研制电池的工作原理。该电池工作的总反应为2Na＋FeCl2===Fe＋2NaCl。下列关于该电池的说法错误的是(　C　)
A．实现了化学能向电能的转化
B．b电极为正极
C．熔融Na发生了还原反应
D．电子由a电极经外电路流向b电极
【解析】 该装置为原电池，实现了化学能向电能的转化，A正确；a电极作负极：Na－e－===Na＋，发生氧化反应；b电极作正极：Fe2+＋2e－===Fe，发生还原反应，B正确，C错误；原电池中，电子由负极(a电极)经外电路流向正极(b电极)，D正确。
例3　(2022·湖南卷)海水电池在海洋能源领域备受关注。一种锂－海水电池构造示意如图所示。下列说法错误的是(　C　)
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】 该装置为原电池，M电极的Li为活泼金属，作负极：Li－e－===Li＋；N电极作正极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH―，B正确；海水中含有丰富的电解质，如NaCl、MgCl2等均可作为电解质溶液，A正确；Li是一种性质活泼的碱金属，易与水反应，故玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，但不能传导离子，C错误；该电池不可充电，属于一次电池，D正确。
例4　一种锂－空气电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是(　C　)
A．金属锂作电池的负极
B．电子由金属锂经负载流向石墨烯
C．石墨烯表面发生的电极反应式：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
D．每消耗1 mol O2，金属锂电极的质量减少28 g
【解析】 该装置为原电池，金属锂电极作负极：Li－e－===Li＋；石墨烯电极作正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，A正确，C错误；原电池中，电子由负极(金属锂电极)经负载流向正极(石墨烯电极)，B正确；由电极反应式可得关系式：O2～4e－～4Li，则每消耗1 mol O2，金属锂电极的质量减少4 mol×7 g/mol＝28 g，D正确。
深度指津
电化学装置中的离子交换膜的类型和应用
1．常见的离子交换膜的类型：阳离子交换膜(包括质子交换膜)和阴离子交换膜。
(1) 阳离子交换膜：只允许阳离子经过，阳离子从负极区(阳极区)向正极区(阴极区)定向通过。
(2) 阴离子交换膜：只允许阴离子经过，阴离子从正极区(阴极区)向负极区(阳极区)定向通过。
(3) 特定离子交换膜：只允许特定离子经过，其他离子不能定向通过。
2．离子交换膜的作用
(1) 平衡两边电极区的电荷；
(2) 避免离子交换膜两边物质发生副反应；
(3) 可以组装形成浓差电池。
3．离子交换膜的应用——浓差电池
(1) 如图所示：正、负电极均为Ag单质，左右两池AgNO3溶液的浓度不同。只有两边AgNO3溶液的浓度不同，才能形成浓差电池。
(2) 根据电子流动的方向，可推出左侧为__负__极，右侧为__正__极。
负极反应式：Ag－e－===Ag＋；
正极反应式：Ag＋＋e－===Ag。
负极Ag失电子变成Ag＋，为了平衡电荷，离子是从(原溶液)浓度__大__的一方迁移到浓度__小__的一方。由此判断是__NO__(填“Ag＋”或“NO”)穿过离子交换膜，则该离子交换膜是__阴__(填“阳”或“阴”)离子交换膜。
(3) 随着反应进行，左右两池浓度的差值逐渐减小，外电路中电流也逐渐减小，电流计指针偏转幅度逐步变小。当左右两侧离子浓度相等时，电池将停止工作、不再有电流产生，此时溶液中左、右边AgNO3溶液的物质的量浓度相等。
考点2　燃料电池
燃料电池
1．定义：一种持续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源。
2．特点：能量利用率高，污染小，排放低等。
常见的燃料电池
1．氢氧燃料电池
根据电解质溶液的酸、碱性不同分为酸性电池和碱性电池。工作原理如图所示：
(1) 酸性氢氧燃料电池
负极反应式：__H2－2e－===2H＋__；
正极反应式：__O2＋4H＋＋4e－===2H2O__；
总反应：2H2＋O2===2H2O。
(2) 碱性氢氧燃料电池
负极反应式：__H2＋2OH－－2e－===2H2O__；
正极反应式：__O2＋2H2O＋4e－===4OH－__；
总反应：2H2＋O2===2H2O
(1) 燃料电池的负极一般是H2、天然气、甲醇、乙醇等燃料，正极一般是O2或空气通入的一极。
(2) 书写燃料电池的电极反应式时，若处于酸性环境中，用H＋平衡电荷，电极反应式中不能出现OH－；若处于碱性环境，用OH－平衡电荷，电极反应式中不能出现H＋。
2．有机物燃料电池
(1) 甲烷－O2燃料电池
① 电解质为硫酸溶液
负极反应式：__CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋__；
正极反应式：__O2＋4e－＋4H＋===2H2O__；
总反应：__CH4＋2O2===CO2＋2H2O__。
②电解质为KOH溶液
负极反应式：__CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O__；
正极反应式：__O2＋4e－＋2H2O===4OH－__；
总反应：__CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O__。
(2) 乙醇O2燃料电池
①电解质为硫酸溶液
负极反应式：__C2H5OH－12e－＋3H2O===2CO2↑＋12H＋__；
正极反应式：__O2＋4e－＋4H＋===2H2O__；
总反应：__C2H5OH＋3O2===2CO2↑＋3H2O__。
②电解质为KOH溶液
负极反应式：__C2H5OH－12e－＋16OH―===2CO＋11H2O__；
正极反应式：__O2＋4e－＋2H2O===4OH―__；
总反应：__C2H5OH＋3O2＋4OH―===2CO＋5H2O__。
(3) 苯－O2燃料电池
①电解质为硫酸溶液
负极反应式：__C6H6－30e－＋12H2O===6CO2↑＋30H＋__；
正极反应式：__O2＋4e－＋4H＋===2H2O__；
总反应：__2C6H6＋15O2===12CO2↑＋6H2O__。
②电解质为KOH溶液
负极反应式：__C6H6－30e－＋42OH－===6CO＋24H2O__；
正极反应式：__O2＋4e－＋2H2O===4OH－__；
总反应：__2C6H6＋15O2＋24OH－===12CO＋18H2O__。
3．固态熔融类燃料电池
(1) 熔融碳酸盐燃料电池：电极反应用CO平衡电荷
甲烷－O2－Li2CO3/Na2CO3燃料电池
负极反应式：__CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O__；
正极反应式：__O2＋2CO2＋4e－===2CO__；
总反应：__CH4＋2O2===CO2＋2H2O__。
(2) 固态氧化物燃料电池：电极反应用O2－平衡电荷
N2H4－O2－固态氧化物燃料电池
负极反应式：__N2H4－4e－＋2O2－===N2↑＋2H2O__；
正极反应式：__O2＋4e－===2O2－__；
总反应：__N2H4＋O2===N2＋2H2O__。
解疑释惑　26
有机化合物燃料电池的电极反应式的书写
以甲醇碱性燃料电池为例
1．首先书写甲醇在纯氧中燃烧的化学方程式，计算反应转移的电子数目(整体标零法计算或用有机物碳元素的平均化合价→CO2中碳元素的化合价变化，CH3OH～6e－)
CH3OH＋O2CO2＋2H2O
2．书写电极反应式，需要结合电解质溶液的酸、碱性，若为酸性溶液时，碳元素的氧化产物为CO2；若为碱性溶液时，碳元素的氧化产物为CO(或HCO)。
总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O
(1) 在负极，CH3OH失电子：
(2) 在正极，O2得电子：
3．最后检查各电极反应式和总反应是否满足守恒。
【及时巩固】
例5　氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理如图所示。下列说法正确的是(　D　)
A．电池工作时，电能转化为化学能
B．负极的电极反应式：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电子由电极b通过导线流向电极a
D．2 mol H2和1 mol O2的总能量高于2 molH2O的能量
【解析】 该装置为原电池，原电池是将化学能转化为电能的装置，A错误；通H2的一极作负极：H2－2e－＋2OH―===2H2O；通O2的一极作正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH―，B错误；电子由负极(电极a)通过导线流向正极(电极b)，C错误；H2和O2反应生成H2O的过程属于放热反应，即2 mol H2和1 mol O2的总能量高于2 mol H2O的能量，D正确。
例6　微生物电池是一种借助微生物实现化学能转化为电能的装置。某微生物电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　D　)
A．电极Ⅱ的电极反应式：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B．电路中每转移4 mol 电子时，理论上电极Ⅱ室溶液的质量增加36 g
C．电极Ⅰ室的H＋通过质子交换膜移向电极Ⅱ室
D．温度越高，反应的化学反应速率越大，电池的工作效率越高
【解析】 该装置为原电池，电极Ⅰ作负极：C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋；电极Ⅱ作正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A正确；电路中每转移4 mol 电子时，电极Ⅱ室有1 mol O2进入溶液参与反应，同时电极Ⅰ室中的4 mol H＋通过质子交换膜进入电极Ⅱ室，则电极Ⅱ溶液的质量增加1 mol×32 g/mol＋4 mol×1 g/mol＝36 g，B、C正确；若温度过高，微生物可能会失活，化学反应速率减小，电池的工作效率不一定提高，D错误。
例7　按要求完成下列填空
(1) 如图1所示的是“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。a、b电极均为多孔Pt电极。
①b电极是__正__(填“正”或“负”)极。
②a电极上的电极反应式为__CH3OCH3—12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋__。
图1
图2
(2) (2020·江苏卷)研究HCOOH燃料电池性能的装置如图2所示，两电极区之间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。
①电池负极反应式为__HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O__；放电过程中需补充的物质A为__H2SO4__(填化学式)。
②图2所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为__2HCOOH＋2OH－＋O2===2HCO＋2H2O__。
考点3　常见的化学电源
常见的化学电源
1．一次电池——干电池
(1) 普通锌锰干电池(图1，写出各电极反应式，下同)
负极(Zn)：__Zn－2e－＋2NH3===[Zn(NH3)2]2+__；
正极(MnO2、NH4Cl)：
__MnO2＋NH＋e－===MnO(OH)＋NH3__；
电池总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===[Zn(NH3)2]Cl2＋2MnO(OH)。
图1　　　
图2
(2) 碱性锌锰干电池(图2)
负极(Zn)：__Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2__；
正极(MnO2)：__MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－__；
电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
(3) 锌银电池(图3)
负极(Zn)：__Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O__；
正极(Ag2O)：__Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－__；
电池总反应：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。
图3
2．二次电池(可充电电池)
以铅酸蓄电池为例
　
负极材料：__Pb__；正极材料：__PbO2__；电解质：H2SO4溶液。
(1) 放电过程
负极：__Pb＋SO－2e－===PbSO4__(__氧化__反应)；
正极：__PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O__(__还原__反应)；
总反应：__Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O__。
(2) 充电过程(是放电反应的逆过程)
阴极：__PbSO4＋2e－===Pb＋SO__，(接电源的__负__极，发生__还原__反应)；
阳极：__PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO__，(接电源的__正__极，发生__氧化__反应)；
总反应：__2PbSO4＋2H2OPb＋PbO2＋2H2SO4__。
【及时巩固】
例8　(2024·北京卷)普通锌锰干电池的构造示意如图所示。下列关于该电池及其工作原理的说法正确的是(　D　)
A．石墨作电池的负极材料
B．电池工作时，NH向负极方向移动
C．MnO2发生氧化反应
D．锌筒发生的电极反应式：Zn－2e－===Zn2+
【解析】 普通锌锰干电池工作时，锌筒作负极：Zn－2e－===Zn2+，石墨电极作正极，A错误，D正确；原电池工作时，阳离子(NH)向正极(石墨电极)方向移动，B错误；MnO2发生还原反应，C错误。
例9　如图所示的是铅酸蓄电池示意，铅酸蓄电池工作时的总反应为Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO2PbSO4＋2H2O。某状态下测得两电极的质量都增加。下列说法正确的是(　D　)
A．a极为铅酸蓄电池的正极
B．铅酸蓄电池正在充电
C．一段时间后，溶液的pH减小
D．b电极反应式：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O
【解析】 由题给信息知，两电极质量都增加，故该状态下，铅酸蓄电池正在放电，则Pb作负极：Pb－2e－＋SO===PbSO4；PbO2作正极：PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，A、B错误，D正确；放电时，由电池总反应可知，H＋被消耗，即c(H＋)减小，pH增大，C错误。
课堂评价 即学即练，当堂评价
1．如图所示的是利用铝－空气电池驱动风扇的工作原理。下列说法正确的是(　B　)
A．电池工作时，电流从a电极流向b电极
B．电池工作时，b电极附近的pH上升
C．a电极的电极反应式：Al－3e－＋3OH－===Al(OH)3
D．电路中每转移0.6 mol电子，约消耗3.36 L O2
【解析】 该装置为原电池，Al失电子，发生氧化反应，a电极作负极：Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－；O2得电子，发生还原反应，b电极作正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，b电极附近有OH－生成，pH上升，电流从正极(b电极)流向负极(a电极)，A、C错误，B正确；气体的状态未知，则不能根据标准状况下的气体摩尔体积计算气体的物质的量，D错误。
2．如图所示的是一种新型锌电池的工作原理。双极膜中的H2O解离为H＋和OH－，两种离子在电场作用下分别向两极迁移。该电池工作时，下列说法不正确的是(　C　)
A．a膜为阴离子交换膜，b膜为阳离子交换膜
B．Ⅱ室中酸性溶液的pH逐渐增大
C．理论上，每生成1 mol NH，Ⅰ室溶液的质量增加532 g
D．理论上，电路中每通过4 mol电子，双极膜内有4 mol H2O发生解离
【解析】 该装置为原电池，锌电极失电子，作负极：Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－；催化电极上，NO得电子生成NH，作正极：NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O。原电池中，阴离子向负极区迁移，阳离子向正极区迁移，则a膜为阴离子交换膜，b膜为阳离子交换膜，A正确；由正极反应式可知，原电池工作时，正极区消耗H＋，则Ⅱ室中酸性溶液的pH逐渐增大，B正确；由电极反应式可得关系式：NH～8e－～4Zn，故每生成1 mol NH，Ⅰ室溶液中溶解4 mol Zn，同时有8 mol OH－经过阴离子交换膜迁移到Ⅰ室，则Ⅰ室溶液的质量增加4 mol×65 g/mol＋8 mol×17 g/mol＝396 g，C错误；外电路中每转移4 mol电子，则双极膜中各有4 mol H＋和4 mol OH－定向移动，即有4 mol H2O发生解离，D正确。
3．如图所示的是可用于驱动无人驾驶的潜航器的Mg－H2O2电池，工作时以海水为电解质溶液。该电池工作时，下列说法正确的是(　D　)
A．石墨电极作负极
B．镁电极发生还原反应
C．溶液中Na＋向负极移动
D．石墨电极的电极反应式：H2O2＋2e－===2OH－
【解析】 该装置为原电池，Mg电极作负极：Mg－2e－===Mg2+；石墨电极作正极：H2O2＋2e－===2OH－，A错误，D正确；Mg电极作负极，发生氧化反应，B错误；原电池中，阳离子(Na＋)向正极区迁移，C错误。
4．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。下列说法错误的是(设NA为阿伏加德罗常数的值)(　B　)
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
【解析】 该装置为原电池，a电极作负极，有机物转化为CO2和H＋；b电极作正极：SO＋8e－＋8H＋===S2―(按图信息)＋4H2O、O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A正确；电子从负极(a极)经过导线流向负极(b极)，电子不经过电解质溶液，B错误；原电池中阳离子(H＋)移向正极(b极)，C正确；若该有机物是甲烷，则a极电极反应式：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋，则每产生4.4 g (即0.1 mol) CO2，转移电子数为0.8NA，D正确。
配套精练 分层训练，综合应用
1．下列说法正确的是(　B　)
A．光伏发电是将化学能转化为电能
B．钢铁吸氧腐蚀正极的电极反应式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
C．通过电解饱和食盐水的方法生产金属钠
D．铅酸蓄电池的负极材料是Pb，正极材料是PbSO4
【解析】 光伏发电是将光能转化为电能，A错误；电解饱和食盐水得到NaOH、H2和Cl2，C错误；铅酸蓄电池的负极材料是Pb，正极材料是PbO2，D错误。
2．如图所示的是一种铝－空气电池的工作原理，只需将灯放入海水中就会发出耀眼的白光。下列关于该电池的说法正确的是(　D　)
A．铝作负极，发生还原反应
B．由于海水和空气足量，该电池几乎可以一直使用
C．电子从空气电极经海水回到铝电极
D．空气电极发生的电极反应式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
【解析】 该装置为原电池，铝电极作负极，发生氧化反应：Al－3e－===Al3+；空气电极作正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，A错误，D正确；该电池工作时，铝电极大量被消耗溶解，故该电池不能一直使用，B错误；原电池工作中，电子从负极(铝电极)经负载回到正极(空气电极)，C错误。
3．Mg－AgCl电池是一种以海水为电解质的水激活电池。该电池工作时，发生反应：Mg＋2AgCl===MgCl2＋2Ag。下列说法不正确的是(　D　)
A．Mg电极作原电池的负极
B．Cl－由正极向负极迁移
C．AgCl电极的电极反应式：AgCl＋e－===Ag＋Cl－
D．若电路中转移了1 mol电子，则参与反应Mg的质量为24 g
【解析】 由电池工作的总反应可知，Mg电极失电子，发生氧化反应，作负极：Mg－2e－===Mg2+；AgCl电极作正极：AgCl＋e－===Cl－＋Ag，A、C正确；原电池工作时，阴离子(Cl－)向负极区迁移，B正确；由电极反应式可得关系式：Mg～2e－，则电路中转移了1 mol电子，则参与反应Mg的质量为0.5 mol×24 g/mol＝12 g，D错误。
4．如图所示的是一种电化学法制备甲醇的原理。下列说法正确的是(　B　)
A．通入CO的一端是电池的负极
B．通入CO的一端发生的电极反应式：
CO＋4H＋＋4e－===CH3OH
C．生产甲醇过程中左侧溶液的pH升高
D．理论上，在电池工作过程中，每生成0.5 mol CH3OH，有1 mol H＋透过质子交换膜向右移动
【解析】 该装置为原电池，根据物质的转化关系可知，左侧电极为H2在电极上失电子，发生氧化反应，作负极：H2－2e－===2H＋；右侧电极作正极：CO＋4H＋＋4e－===CH3OH，A错误，B正确；由负极反应式可知，每当左侧溶液中生成1 mol H＋，就有1 mol H＋通过质子交换膜迁移到右侧溶液中，故生产甲醇过程中左侧溶液的pH基本不变，C错误；由电极反应式可得关系式：CH3OH～4e－～4H＋，则每生成0.5 mol CH3OH，有2 mol H＋透过质子交换膜向右移动，D错误。
5．锂电池具有质量轻、能量密度高等优点，如图所示的是一种Li－CO2电池在放电时的工作原理，总反应为3CO2＋4Li===2Li2CO3＋C。下列关于该电池放电的说法不正确的是(　D　)
A．Li＋向正极迁移
B．电子流向：锂金属片→外电路→碳纳米管
C．正极反应式：3CO2＋4e－＋4Li＋===2Li2CO3＋C
D．该电池可使用水溶液作电解液
【解析】 原电池工作时，阳离子(Li＋)向正极区迁移，A正确；由总反应可知，锂金属片作负极：Li－e－===Li＋，碳纳米管电极作正极：3CO2＋4e－＋4Li＋===2Li2CO3＋C，原电池放电时，电子由负极(锂金属片)经过导线(外电路)流向正极(碳纳米管)，B、C正确；金属锂是活泼金属，能与水反应，则该电池不能使用水溶液作电解液，D错误。
6．已知氧化性：Cr2O＞Fe3+，根据如图所示的装置可构成原电池(盐桥中装有含K2SO4饱和溶液的琼脂)。下列说法错误的是(　D　)
A．a为原电池的负极，b为原电池的正极
B．电池工作时，盐桥中的SO移向甲烧杯
C．a极的电极反应式：Fe2+－e－===Fe3+
D．工作一段时间后，乙烧杯中溶液的pH减小(忽略溶液体积变化)
【解析】 氧化性：Cr2O＞Fe3+，则该电池总反应：Cr2O＋6Fe2+＋14H＋===2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O；a电极作负极：Fe2+－e－===Fe3+；b电极作正极：Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3+＋7H2O，A、C正确；原电池中，阴离子(SO)移向负极区(甲烧杯)，B正确；由正极反应式可知，正极区会消耗H＋，则乙烧杯中溶液的pH增大，D错误。
7．利用电化学原理既能输出电能，又能合成有机物。如图所示的装置在输出电能的同时可合成苯胺。该电池工作时，下列说法不正确的是(　D　)
A．多孔惰性电极为正极
B．电流方向为A→B
C．负极电极反应式为Al－3e－===Al3+
D．反应一段时间后，负极区溶液的pH减小
【解析】 由多孔惰性电极上物质的转化可知，该电极上发生了还原反应，作正极：＋6H＋＋6e－===＋2H2O；铝电极作负极：Al－3e－===Al3+，A、C正确；原电池工作时，电流从正极(多孔惰性电极)经过外载回到负极(铝电极)，即A→B，B正确；由电极反应式可知，正极区每消耗6 mol H＋，则有6 mol H＋通过高分子电解质膜从负极区迁移到正极区，负极区溶液中的c(H＋)减小，pH增大，D错误。
8．如图所示的是一种基于Cu2O的储氯电池装置，放电过程中，a电极和b电极的质量均增大。若将b电极换成Ag/AgCl电极，b电极的质量仍增大。下列说法错误的是(　D　)
A．放电时，Na＋向b电极迁移
B．该电池可用于海水脱盐
C．a电极反应式：Cu2O－2e－＋2H2O＋Cl－===Cu2(OH)3Cl＋H＋
D．若以Ag/AgCl电极代替a电极，电池将失去储氯能力
【解析】 由“一种基于Cu2O的储氯电池装置”和a电极上的物质转化关系可知，a电极作负极：Cu2O－2e－＋2H2O＋Cl－===Cu2(OH)3Cl＋H＋；b电极作正极：NaTi2(PO4)3＋2e－＋2Na＋===Na3Ti2(PO4)3，原电池工作时，阳离子(Na＋)向正极(b电极)迁移，A、C正确；由电极反应式可知，a电极消耗Cl－，b电极消耗Na＋，故该电池可用于海水脱盐，B正确；若以Ag/AgCl电极代替b电极，b电极仍增重，说明此时b电极作负极：Ag－e－＋Cl－===AgCl，则电池不会失去储氯能力，D错误。
9．如图所示的是某种固体氧化物(作电解质，用于传导O2－)燃料电池的结构。下列说法错误的是(　D　)
A．外电路中，电流由多孔电极a流向多孔电极b
B．电池工作一段时间后，电解质中O2－的量基本不变
C．多孔电极b的电极反应式：CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
D．理论上，电路中每转移4 mol电子，产生的CO2与物质X的体积之比(同温同压下)约为1∶5
【解析】 由多孔电极b的物质转化关系可知，多孔电极b作负极：CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O；则多孔电极a作正极：O2＋4e－===2O2－，原电池工作时，电流从正极(多孔电极a)经过外电路流向负极(多孔电极b)，A、C正确；由电极反应式可知，电池工作一段时间后，生成和消耗的O2－的量相等，故固体电解质中的O2－的量基本不变，B正确；由电极反应式可得关系式：CH4～8e－～2O2，则理论上，电路中每转移4 mol电子，负极生成1 mol CO2，正极上消耗1 mol O2，同时还剩约4 mol N2(物质X)，则二者体积之比约为1∶4，D错误。
10．银饰用久了表面会有一层Ag2S而发黑，将银饰与铝片接触并加入NaCl溶液，可以除去银饰表面的Ag2S。下列说法错误的是(　C　)
A．铝片是负极
B．阳离子向银饰移动
C．电子由负极经NaCl溶液流向正极
D．Ag2S表面发生反应式：Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－
【解析】 该装置为原电池，铝片作原电池的负极：Al－3e－===Al3+；银饰作正极：Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－，A、D正确；原电池工作时，阳离子向正极(银饰)移动，B正确；电子不能在电解质溶液传递，C错误。
11．我国科学家设计了水/有机混合高能锂硫电池，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　C　)
A．硫电极为负极
B．Cu2+通过阳离子交换膜向锂电极方向迁移
C．硫电极的电极反应式：
2Cu2+＋S＋4e―===Cu2S
D．理论上，每消耗1 mol S，同时消耗2 mol Li
【解析】 该装置属于原电池，根据硫电极上物质的转化可知，硫电极作正极：2Cu2+＋S＋4e―===Cu2S；锂电极作负极：Li－e―===Li＋，A错误，C正确；原电池中，阳离子(Cu2+)向正极区(硫电极)移动，B错误；根据电极反应式可得关系式：S～4e―～4Li，故理论上每消耗1 mol S，同时消耗4 mol Li，D错误。
12．SO2空气电池是一种新型环保电池，可在发电的同时制得硫酸，电池内部以稀硫酸为电解液。电池工作时，下列说法正确的是(　B　)
A．SO2发生还原反应
B．H2SO4在电池的负极生成
C．电子从负极通过电解液移向正极
D．通入空气发生的电极反应式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
【解析】 SO2发生氧化反应，失电子，故通SO2的一极作负极：SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋，同时生成硫酸；通入O2的一极作正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，A、D错误，B正确；电子不会经过电解质溶液，C错误。
13．一种镁－海水燃料电池处理海水富营养化的工作原理如图所示。下列说法正确的是　　(　D　)
A．Mg电极作原电池的正极
B．放电时，PO向气体扩散电极移动
C．反应初始阶段产生的是Mg(OH)2，后期会产生NH4MgPO4沉淀
D．气体扩散电极发生的电极反应式：
O2＋4NH＋2H2O＋4e―===4NH3·H2O
【解析】 该装置为原电池，Mg电极作负极：Mg－2e―===Mg2+；气体扩散电极作正极，电极反应式：O2＋4NH＋2H2O＋4e―===4NH3·H2O，A错误，D正确；原电池中，阴离子(PO)向负极区(Mg电极)迁移，B错误；反应初始阶段，Mg电极上产生的Mg2+会立即与环境中的NH、PO生成NH4MgPO4沉淀，NH向正极移动，与正极产生的OH―形成NH3·H2O，过一段时间后，溶液碱性增强，Mg2+与NH3·H2O反应生成Mg(OH)2沉淀，C错误。
14．我国某大学科研团队通过超快电脉冲热还原法开发了一种新型碳载钌镍合金纳米催化剂(RuNi/C)，并基于此催化剂制备出一种极具竞争力的高能量镍－氢气(NiH2)电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(　B　)
A．放电时，OH－向电极a移动
B．放电一段时间后，KOH溶液的浓度增大
C．放电时，电极b的电极反应式：NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－
D．以H2为能源较为环保
【解析】放电时，电极a作原电池的负极：H2－2e－＋2OH－===2H2O；则电极b为正极：NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－，且阴离子(OH－)向负极区(电极a)移动，A、C正确；根据电极反应式可知总反应：2NiOOH＋H2===2Ni(OH)2，则放电一段时间后，KOH溶液的浓度基本不变，B错误；氢能源较为环保，不会对环境造成污染，D正确。第11讲 原电池及其应用
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课前思考 问题1 原电池正、负极判断方法有哪些？ 问题2 分别写出酸性和碱性氢氧燃料电池的电极反应式。电池总反应：__________________________。 (1) 酸性氢氧燃料电池 负极反应式：__________________________________；正极反应式：__________________________________。 (2) 碱性氢氧燃料电池 负极反应式：__________________________________；正极反应式：__________________________________。
能力自测 排查问题，找出差距
【课前8 min】
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能 (　　)
(2) 图1所示装置中石墨电极反应式：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O(　　)
图1
(3) 图2中a电极的电极反应式：
图2
O2－4e－＋4H＋===2H2O(　　)
(4) 氢氧燃料电池的负极反应式：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－(　　)
(5) 轮船镶嵌锌块是牺牲阳极法(　　)
【高考能力】
[原电池]
1．(2023·海南卷)某一款利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成如图所示的电池。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1 kg Al，电池最多向外提供约37 mol电子的电量
2．(2021·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。下列关于该电池在放电时的说法正确的是(　　)
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
3．(2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)，其电池构造示意如图所示。下列说法正确的是(　　)
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
4．(2023·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，其工作原理如图所示。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11.2 L O2，最多去除1 mol Cl－
5．(2023·山东卷)(不定项)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．甲室中Cu电极为正极
B．隔膜的类型是阳离子膜
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
6．(2025·广东卷)某理论研究认为燃料电池(图甲)的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意分别如图乙和图丙所示，其中O2获得第一个电子的过程最慢。下列说法正确的是(　　)
A．ⅰ是负极反应的催化剂
B．图乙中，ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最小
C．电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变
D．相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数相同
[原电池电极反应式的书写]
7．按要求写出下列电极反应式。
(1) (2022·江苏卷)铅酸蓄电池放电时的负极反应式：______________________。
(2) 写出第2题中正极反应式：________________________________________。
(3) 写出第3题中正极反应式：________________________________________。
(4) 写出第4题中负极反应式：________________________________________。
考点研析 精细归纳，构建体系
考点1　原电池的工作原理
原电池
1．含义：将______转化为______的装置，其本质是可自发进行的氧化还原反应(浓差电池除外)。
2．构成条件
(1) 两种活动性不同的电极(燃料电极等个别例外)；
(2) 电极材料在____________中；
(3) 形成____________；
(4) 能够自发进行的氧化还原反应。
3．工作原理(以锌铜原电池为例)
装置图
工作 原理 负极：(氧化反应) ______________ 正极：(还原反应) ______________ 负极：(氧化反应) ______________ 正极：(还原反应) ______________
电池总反应： ____________________________ 电池总反应： ____________________________
(1)原电池中三个流向
①电子流向：电子从____经导线流向____；
②电流流向：电流从_____经导线流向_____(电势高低：正极______负极)；
③离子流向：在电解质溶液中，阳离子向________迁移；阴离子向________迁移。
(2)盐桥在原电池的作用
①连接内电路形成________；
②维持两电极电势差(平衡电荷)，使电池能持续提供电流；
③能减少能量转化的损耗。
4．应用：①增大氧化还原反应的化学反应速率；②比较金属活动性；③金属的防护。
解疑释惑 25
原电池正、负极的判断依据
1．依据电子的流动方向：电子流出的电极为负极，电子流入的电极为正极(电子不入池)。
2．依据电流的流动方向：电流流入的电极为负极，电流流出的电极为正极。
3．依据电解质中离子的流动方向：阳离子向正极区迁移，阴离子向负极区迁移(正正负负，离子不上岸)。
4．依据电极发生的反应类型：发生氧化反应的电极为负极，发生还原反应的电极为正极。
5．依据电极材料判定：一般情况下，相对活泼的金属电极为负极，活动性较弱的金属电极或惰性电极为正极(极个别特殊情况，如Mg－Al－NaOH电池或Al－Cu－浓硝酸电池)。
6．依据电极两极发生的现象：一般情况下，质量减轻的电极为负极，有气体生成或质量增大的电极为正极(极个别特殊情况例外，如铅酸蓄电池放电时，两极质量均增大)。
【及时巩固】
例1　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。下列说法正确的是(　　)
A．Cu电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO)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
例2　(2025·清远一模)如图所示的是某科研小组研制电池的工作原理。该电池工作的总反应为2Na＋FeCl2===Fe＋2NaCl。下列关于该电池的说法错误的是(　　)
A．实现了化学能向电能的转化
B．b电极为正极
C．熔融Na发生了还原反应
D．电子由a电极经外电路流向b电极
例3　(2022·湖南卷)海水电池在海洋能源领域备受关注。一种锂－海水电池构造示意如图所示。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
例4　(2025·惠州模拟)一种锂－空气电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是(　　)
A．金属锂作电池的负极
B．电子由金属锂经负载流向石墨烯
C．石墨烯表面发生的电极反应式：
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
D．每消耗1 mol O2，金属锂电极的质量减少28 g
深度指津
电化学装置中的离子交换膜的类型和应用
1．常见的离子交换膜的类型：阳离子交换膜(包括质子交换膜)和阴离子交换膜。
(1) 阳离子交换膜：只允许阳离子经过，阳离子从负极区(阳极区)向正极区(阴极区)定向通过。
(2) 阴离子交换膜：只允许阴离子经过，阴离子从正极区(阴极区)向负极区(阳极区)定向通过。
(3) 特定离子交换膜：只允许特定离子经过，其他离子不能定向通过。
2．离子交换膜的作用
(1) 平衡两边电极区的电荷；
(2) 避免离子交换膜两边物质发生副反应；
(3) 可以组装形成浓差电池。
3．离子交换膜的应用——浓差电池
(1) 如图所示：正、负电极均为Ag单质，左右两池AgNO3溶液的浓度不同。只有两边AgNO3溶液的浓度不同，才能形成浓差电池。
(2) 根据电子流动的方向，可推出左侧为____极，右侧为______极。
负极反应式：Ag－e－===Ag＋；
正极反应式：Ag＋＋e－===Ag。
负极Ag失电子变成Ag＋，为了平衡电荷，离子是从(原溶液)浓度________的一方迁移到浓度____的一方。由此判断是________(填“Ag＋”或“NO”)穿过离子交换膜，则该离子交换膜是________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。
(3) 随着反应进行，左右两池浓度的差值逐渐减小，外电路中电流也逐渐减小，电流计指针偏转幅度逐步变小。当左右两侧离子浓度相等时，电池将停止工作、不再有电流产生，此时溶液中左、右边AgNO3溶液的物质的量浓度相等。
考点2　燃料电池
燃料电池
1．定义：一种持续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源。
2．特点：能量利用率高，污染小，排放低等。
常见的燃料电池
1．氢氧燃料电池
根据电解质溶液的酸、碱性不同分为酸性电池和碱性电池。工作原理如图所示：
(1) 酸性氢氧燃料电池
负极反应式：________________；
正极反应式：________________；
总反应： 2H2＋O2===2H2O。
(2) 碱性氢氧燃料电池
负极反应式：________________；
正极反应式：________________；
总反应： 2H2＋O2===2H2O
(1) 燃料电池的负极一般是H2、天然气、甲醇、乙醇等燃料，正极一般是O2或空气通入的一极。
(2) 书写燃料电池的电极反应式时，若处于酸性环境中，用H＋平衡电荷，电极反应式中不能出现OH－；若处于碱性环境，用OH－平衡电荷，电极反应式中不能出现H＋。
2．有机物燃料电池
(1) 甲烷－O2燃料电池
① 电解质为硫酸溶液
负极反应式：____________________；
正极反应式：____________________；
总反应：____________________。
②电解质为KOH溶液
负极反应式：____________________；
正极反应式：____________________；
总反应：____________________。
(2) 乙醇O2燃料电池
①电解质为硫酸溶液
负极反应式：________________；
正极反应式：________________；
总反应：________________。
②电解质为KOH溶液
负极反应式：________________；
正极反应式：________________；
总反应：________________。
(3) 苯－O2燃料电池
①电解质为硫酸溶液
负极反应式：____________________；
正极反应式：____________________；
总反应：____________________。
②电解质为KOH溶液
负极反应式：____________________；
正极反应式：____________________；
总反应：____________________。
3．固态熔融类燃料电池
(1) 熔融碳酸盐燃料电池：电极反应用CO平衡电荷
甲烷－O2－Li2CO3/Na2CO3燃料电池
负极反应式：________________；
正极反应式：________________；
总反应：________________。
(2) 固态氧化物燃料电池：电极反应用O2－平衡电荷
N2H4－O2－固态氧化物燃料电池
负极反应式：________________；
正极反应式：________________；
总反应：________________。
解疑释惑 26
有机化合物燃料电池的电极反应式的书写
以甲醇碱性燃料电池为例
1．首先书写甲醇在纯氧中燃烧的化学方程式，计算反应转移的电子数目(整体标零法计算或用有机物碳元素的平均化合价→CO2中碳元素的化合价变化，CH3OH～6e－)
CH3OH＋O2CO2＋2H2O
2．书写电极反应式，需要结合电解质溶液的酸、碱性，若为酸性溶液时，碳元素的氧化产物为CO2；若为碱性溶液时，碳元素的氧化产物为CO(或HCO)。
总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O
(1) 在负极，CH3OH失电子：
(2) 在正极，O2得电子：
3．最后检查各电极反应式和总反应是否满足守恒。
【及时巩固】
例5　氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．电池工作时，电能转化为化学能
B．负极的电极反应式：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电子由电极b通过导线流向电极a
D．2 mol H2和1 mol O2的总能量高于2 molH2O的能量
例6　(2025·湛江模拟)微生物电池是一种借助微生物实现化学能转化为电能的装置。某微生物电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．电极Ⅱ的电极反应式：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B．电路中每转移4 mol 电子时，理论上电极Ⅱ室溶液的质量增加36 g
C．电极Ⅰ室的H＋通过质子交换膜移向电极Ⅱ室
D．温度越高，反应的化学反应速率越大，电池的工作效率越高
例7　按要求完成下列填空
(1) 如图1所示的是“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。a、b电极均为多孔Pt电极。
①b电极是________(填“正”或“负”)极。
②a电极上的电极反应式为______________________________。
图1
图2
(2) (2020·江苏卷)研究HCOOH燃料电池性能的装置如图2所示，两电极区之间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。
①电池负极反应式为__________________；放电过程中需补充的物质A为________(填化学式)。
②图2所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为____________________________。
考点3　常见的化学电源
常见的化学电源
1．一次电池——干电池
(1) 普通锌锰干电池(图1，写出各电极反应式，下同)
负极(Zn)：______；
正极(MnO2、NH4Cl)：______；
电池总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===[Zn(NH3)2]Cl2＋2MnO(OH)。
图1
图2
(2) 碱性锌锰干电池(图2)
负极(Zn)：________________；
正极(MnO2)：________________；
电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
(3) 锌银电池(图3)
负极(Zn)：________________；
正极(Ag2O)：________________；
电池总反应：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。
图3
2．二次电池(可充电电池)
以铅酸蓄电池为例
负极材料：__________________；正极材料：__________________；电解质：H2SO4溶液。
(1) 放电过程
负极：____________________(________反应)；
正极：____________________(________反应)；
总反应：______________________________。
(2) 充电过程(是放电反应的逆过程)
阴极：____________________，
(接电源的______极，发生_________反应)；
阳极：____________________，
(接电源的______极，发生_________反应)；
总反应：______________________________。
【及时巩固】
例8　(2024·北京卷)普通锌锰干电池的构造示意如图所示。下列关于该电池及其工作原理的说法正确的是(　　)
A．石墨作电池的负极材料
B．电池工作时，NH向负极方向移动
C．MnO2发生氧化反应
D．锌筒发生的电极反应式：Zn－2e－===Zn2+
例9　如图所示的是铅酸蓄电池示意，铅酸蓄电池工作时的总反应为Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO2PbSO4＋2H2O。某状态下测得两电极的质量都增加。下列说法正确的是(　　)
A．a极为铅酸蓄电池的正极
B．铅酸蓄电池正在充电
C．一段时间后，溶液的pH减小
D．b电极反应式：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O
课堂评价 即学即练，当堂评价
1．(2025·广东模拟)如图所示的是利用铝－空气电池驱动风扇的工作原理。下列说法正确的是(　　)
A．电池工作时，电流从a电极流向b电极
B．电池工作时，b电极附近的pH上升
C．a电极的电极反应式：Al－3e－＋3OH－===Al(OH)3
D．电路中每转移0.6 mol电子，约消耗3.36 L O2
2．(2025·广东二模)如图所示的是一种新型锌电池的工作原理。双极膜中的H2O解离为H＋和OH－，两种离子在电场作用下分别向两极迁移。该电池工作时，下列说法不正确的是(　　)
A．a膜为阴离子交换膜，b膜为阳离子交换膜
B．Ⅱ室中酸性溶液的pH逐渐增大
C．理论上，每生成1 mol NH，Ⅰ室溶液的质量增加532 g
D．理论上，电路中每通过4 mol电子，双极膜内有4 mol H2O发生解离
3．(2025·广州模拟)如图所示的是可用于驱动无人驾驶的潜航器的Mg－H2O2电池，工作时以海水为电解质溶液。该电池工作时，下列说法正确的是(　　)
A．石墨电极作负极
B．镁电极发生还原反应
C．溶液中Na＋向负极移动
D．石墨电极的电极反应式：
H2O2＋2e－===2OH－
4．(2024·广东一模)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。下列说法错误的是(设NA为阿伏加德罗常数的值)(　　)
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
配套热练
1．(2025·广东一模)下列说法正确的是(　　)
A．光伏发电是将化学能转化为电能
B．钢铁吸氧腐蚀正极的电极反应式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
C．通过电解饱和食盐水的方法生产金属钠
D．铅酸蓄电池的负极材料是Pb，正极材料是PbSO4
2．(2025·清远二模)如图所示的是一种铝－空气电池的工作原理，只需将灯放入海水中就会发出耀眼的白光。下列关于该电池的说法正确的是(　　)
A．铝作负极，发生还原反应
B．由于海水和空气足量，该电池几乎可以一直使用
C．电子从空气电极经海水回到铝电极
D．空气电极发生的电极反应式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
3．(2025·深圳罗湖)Mg－AgCl电池是一种以海水为电解质的水激活电池。该电池工作时，发生反应：Mg＋2AgCl===MgCl2＋2Ag。下列说法不正确的是(　　)
A．Mg电极作原电池的负极
B．Cl－由正极向负极迁移
C．AgCl电极的电极反应式：AgCl＋e－===Ag＋Cl－
D．若电路中转移了1 mol电子，则参与反应Mg的质量为24 g
4．如图所示的是一种电化学法制备甲醇的原理。下列说法正确的是(　　)
A．通入CO的一端是电池的负极
B．通入CO的一端发生的电极反应式：CO＋4H＋＋4e－===CH3OH
C．生产甲醇过程中左侧溶液的pH升高
D．理论上，在电池工作过程中，每生成0.5 mol CH3OH，有1 mol H＋透过质子交换膜向右移动
5．(2025·肇庆二模)锂电池具有质量轻、能量密度高等优点，如图所示的是一种Li－CO2电池在放电时的工作原理，总反应为3CO2＋4Li===2Li2CO3＋C。下列关于该电池放电的说法不正确的是(　　)
A．Li＋向正极迁移
B．电子流向：锂金属片→外电路→碳纳米管
C．正极反应式：3CO2＋4e－＋4Li＋===2Li2CO3＋C
D．该电池可使用水溶液作电解液
6．(2024·广州联考)已知氧化性：Cr2O＞Fe3+，根据如图所示的装置可构成原电池(盐桥中装有含K2SO4饱和溶液的琼脂)。下列说法错误的是(　　)
A．a为原电池的负极，b为原电池的正极
B．电池工作时，盐桥中的SO移向甲烧杯
C．a极的电极反应式：Fe2+－e－===Fe3+
D．工作一段时间后，乙烧杯中溶液的pH减小(忽略溶液体积变化)
7．(2025·肇庆一模)利用电化学原理既能输出电能，又能合成有机物。如图所示的装置在输出电能的同时可合成苯胺。该电池工作时，下列说法不正确的是(　　)
A．多孔惰性电极为正极
B．电流方向为A→B
C．负极电极反应式为Al－3e－===Al3+
D．反应一段时间后，负极区溶液的pH减小
8．(2025·黑吉辽蒙卷)如图所示的是一种基于Cu2O的储氯电池装置，放电过程中，a电极和b电极的质量均增大。若将b电极换成Ag/AgCl电极，b电极的质量仍增大。下列说法错误的是(　　)
A．放电时，Na＋向b电极迁移
B．该电池可用于海水脱盐
C．a电极反应式：Cu2O－2e－＋2H2O＋Cl－===Cu2(OH)3Cl＋H＋
D．若以Ag/AgCl电极代替a电极，电池将失去储氯能力
9．(2025·广东四校二联)如图所示的是某种固体氧化物(作电解质，用于传导O2－)燃料电池的结构。下列说法错误的是(　　)
A．外电路中，电流由多孔电极a流向多孔电极b
B．电池工作一段时间后，电解质中O2－的量基本不变
C．多孔电极b的电极反应式：CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
D．理论上，电路中每转移4 mol电子，产生的CO2与物质X的体积之比(同温同压下)约为1∶5
10．(2024·梅州二模)银饰用久了表面会有一层Ag2S而发黑，将银饰与铝片接触并加入NaCl溶液，可以除去银饰表面的Ag2S。下列说法错误的是(　　)
A．铝片是负极
B． 阳离子向银饰移动
C． 电子由负极经NaCl溶液流向正极
D．Ag2S表面发生反应式：Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－
11．(2024·深圳一模)我国科学家设计了水/有机混合高能锂硫电池，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．硫电极为负极
B．Cu2+通过阳离子交换膜向锂电极方向迁移
C．硫电极的电极反应式：2Cu2+＋S＋4e―===Cu2S
D．理论上，每消耗1 mol S，同时消耗2 mol Li
12．(2024·肇庆二模)SO2空气电池是一种新型环保电池，可在发电的同时制得硫酸，电池内部以稀硫酸为电解液。电池工作时，下列说法正确的是(　　)
A． SO2发生还原反应
B． H2SO4在电池的负极生成
C． 电子从负极通过电解液移向正极
D． 通入空气发生的电极反应式：
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
13．(2024·大湾区联考)一种镁－海水燃料电池处理海水富营养化的工作原理如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A．Mg电极作原电池的正极
B．放电时，PO向气体扩散电极移动
C．反应初始阶段产生的是Mg(OH)2，后期会产生NH4MgPO4沉淀
D．气体扩散电极发生的电极反应式：
O2＋4NH＋2H2O＋4e―===4NH3·H2O
14．(2024·揭阳二模)我国某大学科研团队通过超快电脉冲热还原法开发了一种新型碳载钌镍合金纳米催化剂(RuNi/C)，并基于此催化剂制备出一种极具竞争力的高能量镍－氢气(NiH2)电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．放电时，OH－向电极a移动
B．放电一段时间后，KOH溶液的浓度增大
C．放电时，电极b的电极反应式：NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－
D．以H2为能源较为环保(共92张PPT)
大单元四
第11讲　原电池及其应用
化学反应与能量
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课前思考 问题1　原电池正、负极判断方法有哪些？

(1) 由原电池的电极材料判断：如果两极是由活动性不同的金属作电极，一般情况下相对活泼的金属是负极，活动性较弱的金属是正极(要注意特殊条件，如Mg－Al－NaOH电池，Al是负极；Al－Cu－浓硝酸电池，Cu是负极等)；若两个电极是由金属和非金属导体(或金属氧化物导体)作电极，金属是负极，非金属导体(或金属氧化物导体)是正极。(2) 根据氧化还原反应判断：发生氧化反应的电极为负极；发生还原反应的电极为正极。(3) 根据电子或电流的流向判断：电子流出或电流流入的电极为负极，反之为正极。(4) 根据原电池里电解质溶液中离子的流动方向判断：阳离子移向的电极为正极，阴离子移向的电极为负极。(5) 根据原电池的两极发生的现象判断：一般情况下，电极溶解或质量减轻的为负极，有气体生成或金属析出的为正极。
课前思考 问题2　分别写出酸性和碱性氢氧燃料电池的电极反应式。电池总反应：______________________。
(1) 酸性氢氧燃料电池
负极反应式：____________________；
正极反应式：___________________________。
(2) 碱性氢氧燃料电池
负极反应式：___________________________；
正极反应式：___________________________。
2H2＋O2═══2H2O
H2－2e－═══2H＋
O2＋4H＋＋4e－═══2H2O
H2＋2OH－－2e－═══2H2O
O2＋2H2O＋4e－═══4OH－
能力自测
【课前8 min】
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能　　 (　　)
(2) 图1所示装置中石墨电极反应式：O2＋4H＋＋4e－═══2H2O (　　)
(3) 图2中a电极的电极反应式：O2－4e－＋4H＋═══2H2O (　　)
(4) 氢氧燃料电池的负极反应式：O2＋2H2O＋4e－═══4OH－ (　　)
(5) 轮船镶嵌锌块是牺牲阳极法 (　　)
图1
×
×
×
×
√
图2
【高考能力】
[原电池]
1．(2023·海南卷)某一款利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成如图所示的电池。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1 kg Al，电池最多向外提供约37 mol电子的电量
A
【解析】 该装置为原电池，铝为活泼金属，作负极：Al－3e－═══Al3+；石墨作正极：O2＋4e－＋2H2O═══4OH－，A正确；原电池中阳离子(Na＋)向正极(b电极)移动，B错误；a电极处生成Al3+，其水解使得a电极附近的海水显弱酸性，C错误；由电极反应式可得关系式：Al～3e－，则每消耗1 kg(约37 mol) Al，该装置可以最多向外提供约111 mol电子的电量，D错误。
2．(2021·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。下列关于该电池在放电时的说法正确的是 (　　)
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
B
3．(2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋H2O═══ZnO＋2MnO(OH)，其电池构造示意如图所示。下列说法正确的是 (　　)
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
C
D．反应中每生成1 mol MnO(OH)，转移电子数约为2×6.02×1023
【解析】 该装置为原电池，根据总反应可知Zn作负极：Zn－2e－＋2OH―═══ ZnO＋H2O；MnO2作正极：MnO2＋e－＋H2O═══MnO(OH)＋OH―，发生还原反应，A错误；原电池工作时，阴离子(OH―)通过隔膜向负极移动，B错误；温度降低，化学反应速率减小，不利于电池放电，C正确；由电极反应式可得关系式：MnO(OH)～e－，则反应中每生成1 mol MnO(OH)，转移电子数约为6.02×1023，D错误。
4．(2023·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，其工作原理如图所示。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11.2 L O2，最多去除1 mol Cl－
B
【解析】 该装置为原电池，金属活动性：AgPt，则Ag作负极：Ag－e－＋Cl―═══AgCl；Pt作正极：O2＋4H＋＋4e－═══2H2O，A、C错误；电子通过外电路(活性炭)从负极(Ag)流向正极(Pt)，B正确；由电极反应式可得关系式：O2～4e－～4Ag＋～4Cl－，则每消耗标准状况下11.2 L (约0.5 mol) O2，可以最多去除2 mol Cl―，D错误。
5．(2023·山东卷)(不定项)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．甲室中Cu电极为正极
B．隔膜的类型是阳离子膜
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
CD
【解析】 该装置为原电池，甲室中的Cu电极作负极：Cu－2e－＋4NH3═══ [Cu(NH3)4]2+，形成[Cu(NH3)4]SO4溶液进入“低温热解”生成CuSO4溶液，实现电镀废液的浓缩再生和NH3的重复利用；乙室中的Cu电极作正极：Cu2+＋2e－═══ Cu，A错误；原电池中电解质溶液中的阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，甲室溶液生成的[Cu(NH3)4]2+进入乙室，不利于实现废液的浓缩再生，故隔膜应为阴离子膜，B错误；根据两电极反应式可得该原电池的总反应为Cu2+＋4NH3═══ [Cu(NH3)4]2+，C正确；若NH3扩散到乙室会与Cu2+配位生成[Cu(NH3)4]2+，c(Cu2+)减小，Cu2+在正极得电子的能力减弱，进而对电池电动势产生影响，D正确。
6．(2025·广东卷)某理论研究认为燃料电池(图甲)的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意分别如图乙和图丙所示，其中O2获得第一个电子的过程最慢。
下列说法正确的是 (　　)
A．ⅰ是负极反应的催化剂
B．图乙中，ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最小
C．电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变
D．相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数相同
C
【解析】 由图乙可知，O2发生还原反应，作正极，则ⅰ是正极反应的催化剂，A错误；图乙中，ⅰ到ⅱ过程为O2获得第一个电子的过程，由题干信息可知，O2获得第一个电子的过程最慢，故ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最大，B错误；H2发生氧化反应，作负极：H2－2e－═══2H＋，电路中每转移1个电子，就有1个H＋通过质子交换膜进入正极室，故在电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变，C正确；由图乙和图丙可知，O2(负极)催化循环1次需要转移的电子数为4，H2(正极)催化循环1次需要转移的电子数为2，故在相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数不相同，D错误。
[原电池电极反应式的书写]
7．按要求写出下列电极反应式。
(1) (2022·江苏卷)铅酸蓄电池放电时的负极反应式：
_____________________________。
(2) 写出第2题中正极反应式：__________________________。
(3) 写出第3题中正极反应式：_____________________________________。
(4) 写出第4题中负极反应式：_______________________。
MnO2＋e－＋H2O═══MnO(OH)＋OH－
Ag－e－＋Cl－═══AgCl
考点研析
考点1　原电池的工作原理
1．含义：将__________转化为________的装置，其本质是可自发进行的氧化还原反应(浓差电池除外)。
2．构成条件
(1) 两种活动性不同的电极(燃料电极等个别例外)；
(2) 电极材料在___________________________中；
(3) 形成____________；
(4) 能够自发进行的氧化还原反应。
1
知识
1
原电池
化学能
电能
电解质溶液(或熔融电解质)
闭合电路
3．工作原理(以锌铜原电池为例)
装
置
图
工作
原理 负极：(氧化反应)
_______________________
正极：(还原反应)
____________________ 负极：(氧化反应)
_____________________
正极：(还原反应)
_____________________
电池总反应：
_____________________________ 电池总反应：
____________________________
Zn－2e－═══Zn2+
2H＋＋2e－═══H2↑
Zn－2e－═══Zn2+
Cu2+＋2e－═══Cu
Zn＋2H＋═══Zn2+＋H2↑
Zn＋Cu2+═══Zn2+＋Cu
(1)原电池中三个流向
①电子流向：电子从________经导线流向________；
②电流流向：电流从________经导线流向________(电势高低：正极________负极)；
③离子流向：在电解质溶液中，阳离子向_________迁移；阴离子向_________迁移。
(2)盐桥在原电池的作用
①连接内电路形成____________；
②维持两电极电势差(平衡电荷)，使电池能持续提供电流；
③能减少能量转化的损耗。
负极
正极
正极
负极
高于
正极区
负极区
闭合电路
4．应用：①增大氧化还原反应的化学反应速率；②比较金属活动性；③金属的防护。
原电池正、负极的判断依据
1．依据电子的流动方向：电子流出的电极为负极，电子流入的电极为正极(电子不入池)。
2．依据电流的流动方向：电流流入的电极为负极，电流流出的电极为正极。
3．依据电解质中离子的流动方向：阳离子向正极区迁移，阴离子向负极区迁移(正正负负，离子不上岸)。
解疑释惑 25
4．依据电极发生的反应类型：发生氧化反应的电极为负极，发生还原反应的电极为正极。
5．依据电极材料判定：一般情况下，相对活泼的金属电极为负极，活动性较弱的金属电极或惰性电极为正极(极个别特殊情况，如Mg－Al－NaOH电池或Al－Cu－浓硝酸电池)。
6．依据电极两极发生的现象：一般情况下，质量减轻的电极为负极，有气体生成或质量增大的电极为正极(极个别特殊情况例外，如铅酸蓄电池放电时，两极质量均增大)。
【及时巩固】
例1　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。下列说法正确的是 (　　)
A．Cu电极上发生氧化反应
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
C
例2　如图所示的是某科研小组研制电池的工作原理。该电池工作的总反应为2Na＋FeCl2 ═══Fe＋2NaCl。下列关于该电池的说法错误的是 (　　)
A．实现了化学能向电能的转化
B．b电极为正极
C．熔融Na发生了还原反应
D．电子由a电极经外电路流向b电极
C
【解析】 该装置为原电池，实现了化学能向电能的转化，A正确；a电极作负极：Na－e－═══Na＋，发生氧化反应；b电极作正极：Fe2+＋2e－═══Fe，发生还原反应，B正确，C错误；原电池中，电子由负极(a电极)经外电路流向正极(b电极)，D正确。
例3　(2022·湖南卷)海水电池在海洋能源领域备受关注。一种锂－海水电池构造示意如图所示。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
C
【解析】 该装置为原电池，M电极的Li为活泼金属，作负极：Li－e－═══ Li＋；N电极作正极：2H2O＋2e－═══H2↑＋2OH―，B正确；海水中含有丰富的电解质，如NaCl、MgCl2等均可作为电解质溶液，A正确；Li是一种性质活泼的碱金属，易与水反应，故玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，但不能传导离子，C错误；该电池不可充电，属于一次电池，D正确。
例4　一种锂－空气电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是 (　　)
A．金属锂作电池的负极
B．电子由金属锂经负载流向石墨烯
C．石墨烯表面发生的电极反应式：
O2＋4e－＋4H＋═══2H2O
D．每消耗1 mol O2，金属锂电极的质量减少28 g
C
【解析】 该装置为原电池，金属锂电极作负极：Li－e－═══Li＋；石墨烯电极作正极：O2＋4e－＋2H2O═══4OH－，A正确，C错误；原电池中，电子由负极(金属锂电极)经负载流向正极(石墨烯电极)，B正确；由电极反应式可得关系式：O2～4e－～4Li，则每消耗1 mol O2，金属锂电极的质量减少4 mol×7 g/mol＝28 g，D正确。
电化学装置中的离子交换膜的类型和应用
1．常见的离子交换膜的类型：阳离子交换膜(包括质子交换膜)和阴离子交换膜。
(1)阳离子交换膜：只允许阳离子经过，阳离子从负极区(阳极区)向正极区(阴极区)定向通过。
(2)阴离子交换膜：只允许阴离子经过，阴离子从正极区(阴极区)向负极区(阳极区)定向通过。
(3)特定离子交换膜：只允许特定离子经过，其他离子不能定向通过。
深度指津
2．离子交换膜的作用
(1)平衡两边电极区的电荷；
(2)避免离子交换膜两边物质发生副反应；
(3)可以组装形成浓差电池。
3．离子交换膜的应用——浓差电池
(1)如图所示：正、负电极均为Ag单质，左右两池AgNO3溶液的浓度不同。只有两边AgNO3溶液的浓度不同，才能形成浓差电池。
(2)根据电子流动的方向，可推出左侧为______极，右侧为______极。
负极反应式：Ag－e－═══Ag＋；
正极反应式：Ag＋＋e－═══Ag。
(3)随着反应进行，左右两池浓度的差值逐渐减小，外电路中电流也逐渐减小，电流计指针偏转幅度逐步变小。当左右两侧离子浓度相等时，电池将停止工作、不再有电流产生，此时溶液中左、右边AgNO3溶液的物质的量浓度相等。
负
正
大
小
阴
考点2　燃料电池
1．定义：一种持续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源。
2．特点：能量利用率高，污染小，排放低等。
1
知识
1
燃料电池
1．氢氧燃料电池
根据电解质溶液的酸、碱性不同分为酸性电池和碱性电池。工作原理如图所示：
(1)酸性氢氧燃料电池
负极反应式：___________________；
正极反应式：__________________________；
总反应：2H2＋O2═══2H2O。
1
知识
2
常见的燃料电池
H2－2e－═══2H＋
O2＋4H＋＋4e－═══2H2O
(2)碱性氢氧燃料电池
负极反应式：____________________________；
正极反应式：____________________________；
总反应：2H2＋O2═══2H2O
H2＋2OH－－2e－═══2H2O
O2＋2H2O＋4e－═══4OH－
(1)燃料电池的负极一般是H2、天然气、甲醇、乙醇等燃料，正极一般是O2或空气通入的一极。
(2)书写燃料电池的电极反应式时，若处于酸性环境中，用H＋平衡电荷，电极反应式中不能出现OH－；若处于碱性环境，用OH－平衡电荷，电极反应式中不能出现H＋。
2．有机物燃料电池
(1)甲烷－O2燃料电池
① 电解质为硫酸溶液
负极反应式：_________________________________；
正极反应式：__________________________；
总反应：___________________________。
②电解质为KOH溶液
负极反应式：____________________________________；
正极反应式：_____________________________；
总反应：____________________________________。
CH4－8e－＋2H2O═══CO2＋8H＋
O2＋4e－＋4H＋═══2H2O
CH4＋2O2═══CO2＋2H2O
O2＋4e－＋2H2O═══4OH－
(2)乙醇O2燃料电池
①电解质为硫酸溶液
负极反应式：____________________________________；
正极反应式：__________________________；
总反应：__________________________________。
②电解质为KOH溶液
负极反应式：__________________________________________；
正极反应式：__________________________；
总反应：__________________________________。
O2＋4e－＋2H2O═══4OH－
C2H5OH－12e－＋3H2O═══2CO2↑＋12H＋
O2＋4e－＋4H＋═══2H2O
C2H5OH＋3O2═══2CO2↑＋3H2O
(3)苯－O2燃料电池
①电解质为硫酸溶液
负极反应式：_________________________________________；
正极反应式：___________________________；
总反应：_____________________________________。
②电解质为KOH溶液
负极反应式：______________________________________；
正极反应式：_________________________；
总反应：__________________________________。
O2＋4e－＋2H2O═══4OH―
C6H6－30e－＋12H2O═══6CO2↑＋30H＋
O2＋4e－＋4H＋═══2H2O
2C6H6＋15O2═══12CO2↑＋6H2O
3．固态熔融类燃料电池

甲烷－O2－Li2CO3/Na2CO3燃料电池
负极反应式：______________________________________；
正极反应式：___________________________；
总反应：________________________________________。
(2)固态氧化物燃料电池：电极反应用O2－平衡电荷
N2H4－O2－固态氧化物燃料电池
负极反应式：___________________________________；
正极反应式：__________________________；
总反应：___________________________。
O2＋4e－＋2H2O═══4OH－
CH4＋2O2═══CO2＋2H2O
有机化合物燃料电池的电极反应式的书写
以甲醇碱性燃料电池为例
1．首先书写甲醇在纯氧中燃烧的化学方程式，计算反应转移的电子数目(整体标零法计算或用有机物碳元素的平均化合价→CO2中碳元素的化合价变化，CH3OH～6e－)
解疑释惑 26
(2)在正极，O2得电子：
3．最后检查各电极反应式和总反应是否满足守恒。
【及时巩固】
例5　氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A．电池工作时，电能转化为化学能
B．负极的电极反应式：
O2＋2H2O＋4e－═══4OH－
C．电子由电极b通过导线流向电极a
D．2 mol H2和1 mol O2的总能量高于2 molH2O的能量
D
【解析】 该装置为原电池，原电池是将化学能转化为电能的装置，A错误；通H2的一极作负极：H2－2e－＋2OH―═══2H2O；通O2的一极作正极：O2＋4e－＋2H2O═══4OH―，B错误；电子由负极(电极a)通过导线流向正极(电极b)，C错误；H2和O2反应生成H2O的过程属于放热反应，即2 mol H2和1 mol O2的总能量高于2 mol H2O的能量，D正确。
例6　微生物电池是一种借助微生物实现化学能转化为电能的装置。某微生物电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是 (　　)
A．电极Ⅱ的电极反应式：
O2＋4H＋＋4e－═══2H2O
D
B．电路中每转移4 mol 电子时，理论上电极Ⅱ室溶液的质量增加36 g
C．电极Ⅰ室的H＋通过质子交换膜移向电极Ⅱ室
D．温度越高，反应的化学反应速率越大，电池的工作效率越高
【解析】 该装置为原电池，电极Ⅰ作负极：C6H12O6－24e－＋6H2O═══ 6CO2↑＋24H＋；电极Ⅱ作正极：O2＋4e－＋4H＋═══2H2O，A正确；电路中每转移4 mol 电子时，电极Ⅱ室有1 mol O2进入溶液参与反应，同时电极Ⅰ室中的4 mol H＋通过质子交换膜进入电极Ⅱ室，则电极Ⅱ溶液的质量增加1 mol×32 g/mol＋4 mol×1 g/mol＝36 g，B、C正确；若温度过高，微生物可能会失活，化学反应速率减小，电池的工作效率不一定提高，D错误。
例7　按要求完成下列填空
(1)如图1所示的是“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。a、b电极均为多孔Pt电极。
①b电极是______(填“正”或“负”)极。
②a电极上的电极反应式为_______________________ _____________________。
图1
正
CH3OCH3－2e－＋3H2O ═══2CO2＋12H＋
(2)(2020·江苏卷)研究HCOOH燃料电池性能的装置如图2所示，两电极区之间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。
①电池负极反应式为___________________ ____________________；放电过程中需补充的物质A为__________(填化学式)。
②图2所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为_____________________________________ _________。
图2
HCOO－＋2OH－－2e－
H2SO4
2H2O
考点3　常见的化学电源
1．一次电池——干电池
(1)普通锌锰干电池(图1，写出各电极反应式，下同)
负极(Zn)：__________________________________；
正极(MnO2、NH4Cl)：
______________________________________；
电池总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2═══[Zn(NH3)2]Cl2＋
2MnO(OH)。
1
知识
1
常见的化学电源
Zn－2e－＋2NH3═══[Zn(NH3)2]2+
图1
(2)碱性锌锰干电池(图2)
负极(Zn)：_______________________________；
正极(MnO2)：____________________________________；
电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O═══2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
(3)锌银电池(图3)
负极(Zn)：___________________________________；
正极(Ag2O)：____________________________________；
电池总反应：Zn＋Ag2O═══ZnO＋2Ag。
Zn＋2OH－－2e－═══Zn(OH)2
　MnO2＋H2O＋e－═══MnO(OH)＋OH－
图2
Zn＋2OH－－2e－═══ZnO＋H2O
　Ag2O＋H2O＋2e－═══2Ag＋2OH－
图3
2．二次电池(可充电电池)
以铅酸蓄电池为例
负极材料：_______；正极材料：________；电解质：H2SO4溶液。
(1)放电过程
负极：_____________________________(________反应)；
正极：___________________________________________(_______反应)；
总反应：_______________________________________。
Pb
PbO2
氧化
还原
(2)充电过程(是放电反应的逆过程)
阴极：____________________________，(接电源的______极，发生________反应)；
阳极：_______________________________________，(接电源的______极，发生________反应)；
负
总反应：_______________________________________。
还原
正
氧化
【及时巩固】
例8　(2024·北京卷)普通锌锰干电池的构造示意如图所示。下列关于该电池及其工作原理的说法正确的是 (　　)
A．石墨作电池的负极材料
C．MnO2发生氧化反应
D．锌筒发生的电极反应式：Zn－2e－═══Zn2+
D
A．a极为铅酸蓄电池的正极
B．铅酸蓄电池正在充电
C．一段时间后，溶液的pH减小
D
课堂评价
1．如图所示的是利用铝－空气电池驱动风扇的工作原理。下列说法正确的是 (　　)
A．电池工作时，电流从a电极流向b电极
B．电池工作时，b电极附近的pH上升
C．a电极的电极反应式：Al－3e－＋3OH－═══Al(OH)3
D．电路中每转移0.6 mol电子，约消耗3.36 L O2
B
【解析】 该装置为原电池，Al失电子，发生氧化反应，a电极作负极：Al－　3e－＋4OH－═══[Al(OH)4]－；O2得电子，发生还原反应，b电极作正极：O2＋4e－＋2H2O═══4OH－，b电极附近有OH－生成，pH上升，电流从正极(b电极)流向负极(a电极)，A、C错误，B正确；气体的状态未知，则不能根据标准状况下的气体摩尔体积计算气体的物质的量，D错误。
2．如图所示的是一种新型锌电池的工作原理。双极膜中的H2O解离为H＋和OH－，两种离子在电场作用下分别向两极迁移。该电池工作时，下列说法不正确的是 (　　)
C
A．a膜为阴离子交换膜，b膜为阳离子交换膜
B．Ⅱ室中酸性溶液的pH逐渐增大
D．理论上，电路中每通过4 mol电子，双极膜内有4 mol H2O发生解离
3．如图所示的是可用于驱动无人驾驶的潜航器的Mg－H2O2电池，工作时以海水为电解质溶液。该电池工作时，下列说法正确的是 (　　)
A．石墨电极作负极
B．镁电极发生还原反应
C．溶液中Na＋向负极移动
D．石墨电极的电极反应式：
H2O2＋2e－═══2OH－
D
【解析】 该装置为原电池，Mg电极作负极：Mg－2e－═══Mg2+；石墨电极作正极：H2O2＋2e－═══2OH－，A错误，D正确；Mg电极作负极，发生氧化反应，B错误；原电池中，阳离子(Na＋)向正极区迁移，C错误。
4．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。下列说法错误的是(设NA为阿伏加德罗常数的值) (　　)
B
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
配套精练
1．下列说法正确的是 (　　)
A．光伏发电是将化学能转化为电能
B．钢铁吸氧腐蚀正极的电极反应式：O2＋4e－＋2H2O═══4OH－
C．通过电解饱和食盐水的方法生产金属钠
D．铅酸蓄电池的负极材料是Pb，正极材料是PbSO4
B
【解析】 光伏发电是将光能转化为电能，A错误；电解饱和食盐水得到NaOH、H2和Cl2，C错误；铅酸蓄电池的负极材料是Pb，正极材料是PbO2，D错误。
2．如图所示的是一种铝－空气电池的工作原理，只需将灯放入海水中就会发出耀眼的白光。下列关于该电池的说法正确的是 (　　)
A．铝作负极，发生还原反应
B．由于海水和空气足量，该电池几乎可以一直使用
C．电子从空气电极经海水回到铝电极
D
【解析】 该装置为原电池，铝电极作负极，发生氧化反应：Al－3e－═══ Al3+；空气电极作正极：O2＋4e－＋2H2O═══4OH－，A错误，D正确；该电池工作时，铝电极大量被消耗溶解，故该电池不能一直使用，B错误；原电池工作中，电子从负极(铝电极)经负载回到正极(空气电极)，C错误。
D．空气电极发生的电极反应式：O2＋4e－＋2H2O═══4OH－
3．Mg－AgCl电池是一种以海水为电解质的水激活电池。该电池工作时，发生反应：Mg＋2AgCl═══MgCl2＋2Ag。下列说法不正确的是 (　　)
A．Mg电极作原电池的负极
B．Cl－由正极向负极迁移
C．AgCl电极的电极反应式：AgCl＋e－═══Ag＋Cl－
D．若电路中转移了1 mol电子，则参与反应Mg的质量为24 g
D
【解析】 由电池工作的总反应可知，Mg电极失电子，发生氧化反应，作负极：Mg－2e－═══Mg2+；AgCl电极作正极：AgCl＋e－═══Cl－＋Ag，A、C正确；原电池工作时，阴离子(Cl－)向负极区迁移，B正确；由电极反应式可得关系式：Mg～2e－，则电路中转移了1 mol电子，则参与反应Mg的质量为0.5 mol×24 g/mol＝12 g，D错误。
4．如图所示的是一种电化学法制备甲醇的原理。下列说法正确的是 (　　)
A．通入CO的一端是电池的负极
B．通入CO的一端发生的电极反应式：
CO＋4H＋＋4e－═══CH3OH
C．生产甲醇过程中左侧溶液的pH升高
B
D．理论上，在电池工作过程中，每生成0.5 mol CH3OH，有1 mol H＋透过质子交换膜向右移动
【解析】 该装置为原电池，根据物质的转化关系可知，左侧电极为H2在电极上失电子，发生氧化反应，作负极：H2－2e－═══2H＋；右侧电极作正极：CO＋4H＋＋4e－═══CH3OH，A错误，B正确；由负极反应式可知，每当左侧溶液中生成1 mol H＋，就有1 mol H＋通过质子交换膜迁移到右侧溶液中，故生产甲醇过程中左侧溶液的pH基本不变，C错误；由电极反应式可得关系式：CH3OH～4e－～4H＋，则每生成0.5 mol CH3OH，有2 mol H＋透过质子交换膜向右移动，D错误。
5．锂电池具有质量轻、能量密度高等优点，如图所示的是一种Li－CO2电池在放电时的工作原理，总反应为3CO2＋4Li═══2Li2CO3＋C。下列关于该电池放电的说法不正确的是 (　　)
A．Li＋向正极迁移
B．电子流向：锂金属片→外电路→碳纳米管
C．正极反应式：3CO2＋4e－＋4Li＋═══2Li2CO3＋C
D．该电池可使用水溶液作电解液
D
【解析】 原电池工作时，阳离子(Li＋)向正极区迁移，A正确；由总反应可知，锂金属片作负极：Li－e－═══Li＋，碳纳米管电极作正极：3CO2＋4e－＋4Li＋═══ 2Li2CO3＋C，原电池放电时，电子由负极(锂金属片)经过导线(外电路)流向正极(碳纳米管)，B、C正确；金属锂是活泼金属，能与水反应，则该电池不能使用水溶液作电解液，D错误。
D
7．利用电化学原理既能输出电能，又能合成有机物。如图所示的装置在输出电能的同时可合成苯胺。该电池工作时，下列说法不正确的是 (　　)
A．多孔惰性电极为正极
B．电流方向为A→B
C．负极电极反应式为Al－3e－═══Al3+
D．反应一段时间后，负极区溶液的pH减小
D
8．如图所示的是一种基于Cu2O的储氯电池装置，放电过程中，a电极和b电极的质量均增大。若将b电极换成Ag/AgCl电极，b电极的质量仍增大。下列说法错误的是 (　　)
A．放电时，Na＋向b电极迁移
B．该电池可用于海水脱盐
C．a电极反应式：Cu2O－2e－＋2H2O＋Cl－═══Cu2(OH)3Cl＋H＋
D．若以Ag/AgCl电极代替a电极，电池将失去储氯能力
D
【解析】 由“一种基于Cu2O的储氯电池装置”和a电极上的物质转化关系可知，a电极作负极：Cu2O－2e－＋2H2O＋Cl－═══Cu2(OH)3Cl＋H＋；b电极作正极：NaTi2(PO4)3＋2e－＋2Na＋═══Na3Ti2(PO4)3，原电池工作时，阳离子(Na＋)向正极(b电极)迁移，A、C正确；由电极反应式可知，a电极消耗Cl－，b电极消耗Na＋，故该电池可用于海水脱盐，B正确；若以Ag/AgCl电极代替b电极，b电极仍增重，说明此时b电极作负极：Ag－e－＋Cl－═══AgCl，则电池不会失去储氯能力，D错误。
9．如图所示的是某种固体氧化物(作电解质，用于传导O2－)燃料电池的结构。下列说法错误的是 (　　)
A．外电路中，电流由多孔电极a流向多孔电极b
B．电池工作一段时间后，电解质中O2－的量基本不变
C．多孔电极b的电极反应式：CH4－8e－＋4O2－═══CO2＋2H2O
D．理论上，电路中每转移4 mol电子，产生的CO2与物质X的体积之比(同温同压下)约为1∶5
D
【解析】 由多孔电极b的物质转化关系可知，多孔电极b作负极：CH4－8e－＋4O2－═══CO2＋2H2O；则多孔电极a作正极：O2＋4e－═══2O2－，原电池工作时，电流从正极(多孔电极a)经过外电路流向负极(多孔电极b)，A、C正确；由电极反应式可知，电池工作一段时间后，生成和消耗的O2－的量相等，故固体电解质中的O2－的量基本不变，B正确；由电极反应式可得关系式：CH4～8e－～2O2，则理论上，电路中每转移4 mol电子，负极生成1 mol CO2，正极上消耗1 mol O2，同时还剩约4 mol N2(物质X)，则二者体积之比约为1∶4，D错误。
10．银饰用久了表面会有一层Ag2S而发黑，将银饰与铝片接触并加入NaCl溶液，可以除去银饰表面的Ag2S。下列说法错误的是 (　　)
A．铝片是负极
B．阳离子向银饰移动
C．电子由负极经NaCl溶液流向正极
D．Ag2S表面发生反应式：Ag2S＋2e－═══2Ag＋S2－
C
【解析】 该装置为原电池，铝片作原电池的负极：Al－3e－═══Al3+；银饰作正极：Ag2S＋2e－═══2Ag＋S2－，A、D正确；原电池工作时，阳离子向正极(银饰)移动，B正确；电子不能在电解质溶液传递，C错误。
11．我国科学家设计了水/有机混合高能锂硫电池，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．硫电极为负极
C
【解析】 该装置属于原电池，根据硫电极上物质的转化可知，硫电极作正极：2Cu2+＋S＋4e―═══Cu2S；锂电极作负极：Li－e―═══Li＋，A错误，C正确；原电池中，阳离子(Cu2+)向正极区(硫电极)移动，B错误；根据电极反应式可得关系式：S～4e―～4Li，故理论上每消耗1 mol S，同时消耗4 mol Li，D错误。
B．Cu2+通过阳离子交换膜向锂电极方向迁移
C．硫电极的电极反应式：2Cu2+＋S＋4e―═══Cu2S
D．理论上，每消耗1 mol S，同时消耗2 mol Li
12．SO2空气电池是一种新型环保电池，可在发电的同时制得硫酸，电池内部以稀硫酸为电解液。电池工作时，下列说法正确的是 (　　)
A．SO2发生还原反应
B．H2SO4在电池的负极生成
C．电子从负极通过电解液移向正极
D．通入空气发生的电极反应式：O2＋4e－＋2H2O═══4OH－
B
13．一种镁－海水燃料电池处理海水富营养化的工作原理如图所示。下列说法正确的是　　 (　　)
A．Mg电极作原电池的正极
D
14．我国某大学科研团队通过超快电脉冲热还原法开发了一种新型碳载钌镍合金纳米催化剂(RuNi/C)，并基于此催化剂制备出一种极具竞争力的高能量镍－氢气(NiH2)电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A．放电时，OH－向电极a移动
B．放电一段时间后，KOH溶液的浓度增大
C．放电时，电极b的电极反应式：
NiOOH＋e－＋H2O═══Ni(OH)2＋OH－
D．以H2为能源较为环保
B
【解析】放电时，电极a作原电池的负极：H2－2e－＋2OH－═══2H2O；则电极b为正极：NiOOH＋e－＋H2O═══Ni(OH)2＋OH－，且阴离子(OH－)向负极区(电极a)移动，A、C正确；根据电极反应式可知总反应：2NiOOH＋H2═══2Ni(OH)2，则放电一段时间后，KOH溶液的浓度基本不变，B错误；氢能源较为环保，不会对环境造成污染，D正确。

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