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第六章 化学反应与能量
第18讲 原电池 化学电源（精练）
完卷时间：50分钟
可能用到的相对分子质量：Li7 Zn65
一、选择题（每小题只有一个正确选项，共12*5分）
1．（2021·安徽淮南市·高三二模）全固态锂电池能量密度大，安全性能高引起大量研究者的兴趣。一
种以硫化物固体电解质的锂-硫电池的工作示意图如下。下列说法错误的是
A．Li和LiS分别为电池的负极和正极
2
B．电流由电极a经导线、锂电极，LiS-PS 固态电解质回到电极a
2 2 5
C．电极a的反应为：S+16e-+16Li+=8LiS
8 2
D．硫化物固体电解质在空气中易发生反应，是实现电池实际应用的挑战
【答案】A
【解析】A．根据电池结构可知，放电时Li失电子发生氧化反应，则Li是负极，电极a中的S 得电子生成
8
LiS，为正极，故A错误；B．由A可知，Li为负极，电极a为正极，电流由电极a经导线、锂电极，LiS-
2 2
PS 固态电解质回到电极a，故B正确；C．电极a为正极，S 得电子生成LiS，电极方程式为：S+16e-
2 5 8 2 8
+16Li+=8LiS，故C正确；D．硫化物固体在空气中易与氧气反应生成二氧化硫，是实现电池实际应用的挑
2
战，故D正确；故选A。
2．（2021·上海高三一模）港珠澳大桥水下钢柱的防护采用了镶铝块的方法(如图)，关于该方法的分析
错误的是
A．钢柱做正极 B．铝块发生的电极反应：Al-3e-=Al3+
C．可使化学能转变为电能 D．电子由钢柱经导线流向铝块【答案】D
【解析】A．钢柱的主要成分是铁，铁、铝、海水构成原电池，铝比铁活泼，所以钢柱做正极，A项正确；
B．钢柱的主要成分是铁，铁、铝、海水构成原电池，铝比铁活泼，所以铝为负极，失电子，电极反应为
Al-3e-=Al3+，B项正确；C．钢柱的主要成分是铁，铁、铝、海水构成原电池，原电池可使化学能转变为电
能，C项正确；D．钢柱的主要成分是铁，铁、铝、海水构成原电池，铝比铁活泼，所以铝为负极，失电
子，电子由铝块经导线流向钢柱，D项错误；答案选D。
3．（2021·广东潮州市·高三二模）已知：电流效率＝电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总数之
比。现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。
下列说法正确的是( )
A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应不同 B．Ⅰ和Ⅱ的能量转化形式不同
C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率 D．放电一段时间后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质
【答案】C
【解析】在电池Ⅰ中，金属铜发生氧化反应而被腐蚀，负极反应式：Cu-2e-=Cu2+，正极上是Fe3++e-=Fe2+，
电池Ⅱ的工作原理和电池Ⅰ相同，都是将化学能转化为电能的装置，采用了离子交换膜，可以减少能量损
失。A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应相同，故A错误；B．根据分析，Ⅰ和Ⅱ都为原电池，都是将化学能转化为电能
的装置，故B错误；C．电池Ⅱ的工作原理和电池Ⅰ相同，都是将化学能转化为电能的装置，采用了离子交
换膜，金属铜和铁离子之间不接触，减少能量损失，Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率，故C正确；D．根据
分析，Ⅰ和Ⅱ的电池反应相同，根据电极反应，负极反应式：Cu−2e−=Cu2+，正极上是Fe3++e−=Fe2+，总反
应为：2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+，放电一段时间后，Ⅰ、Ⅱ中都含2种溶质：氯化铜和氯化亚铁，故D错误；答
案选C。
4．（2020·陕西榆林市·高三三模）2019年诺贝尔化学奖授予了锂离子电池开发的三位科学家，一种高
能LiFePO 电池多应用于公共交通，结构如图所示。电池中间是聚合物的隔膜，其主要作用是在反应过程
4
中只让Li＋通过，原理如下：(1－x)LiFePO＋xFePO＋LiC LiFePO＋nC。下列说法错误的是
4 4 x n 4A．放电时，Li+向正极移动
B．放电时，电子由负极→用电器→正极
C．充电时，阴极反应为xLi+＋nC＋xe-＝LiC
x n
D．充电时，当溶液中通过1 mol e-时，阳极质量减小7g
【答案】D
【解析】A．放电时，该装置为原电池，在原电池中，阳离子向正极移动，即Li+向正极移动，A正确；B．
放电时，该装置为原电池，在原电池中，电子由负极→用电器→正极，B正确；C．充电时，该装置为电解
池，左边为阳极，右边为阴极，阴极得电子，电极反应为xLi+＋nC＋xe-＝LiC，C正确；D．充电时，该
x n
装置为电解池，电子只在导线上传递，不会在溶液中传递，D错误；故选D。
5．（2020·福建福州市·高三二模）一种零价铁纳米簇可用于水体修复，其处理三氯乙烯(
)所形成原电池如图所示。水体中 ， ， 等离子也发生反应。下列说法正确的是
A．零价铁纳米簇发生的电极反应为：Fe-3e-=Fe3+
B．反应①在正极发生，反应②③④在负极发生
C．③的电极反应式为4OH--4e-=O↑+2HO
2 2
D．三氯乙烯脱去3mol Cl时反应①转移6mol电子
【答案】D
【解析】A．由原理图可知，零价铁纳米簇反应生成Fe2+，A错误；B．由图可知反应①②③④均为得电子
的反应，所以都在正极发生，B错误；C．由原理图可知，反应③是由O 转化为OH-，故电极方程式为O
2 2
+4e- + 2HO= 4OH-，C错误；D．由原理图可知，三氯乙烯脱去氯变成乙烯，C原子化合价从+1价转化为-2
2
价， 1 mol三氯乙烯转化得到6 mol电子，脱去3mol氯原子，D正确；故选D。
6．（2020·四川成都市·高三三模）有机一无机活性材料的液流电池具有能量密度大、环境友好等特点。其负极反应为Zn-2e-+4NH·HO=Zn(NH)2++4HO，以LiPF 为电解质，工作示意图如图。电池放电过程
3 2 3 4 2 6
中，下列说法错误的是
A．电子从负极经外电路流向正极
B．已知正极发生反应： +e-→ ，此过程为还原反应
C．负极附近溶液pH会降低
D．电解质溶液中的Li+自左向右移动
【答案】D
【解析】A．原电池中，还原剂在负极发生氧化反应，正极发生还原反应，电子经外电路从负极流向正
极，故A正确；B．原电池中，氧化剂在正极得电子发生还原反应，由题中信息可知，B正确；C．负极反
应为Zn-2e-+4NH·HO=Zn(NH)2++4HO，消耗了一水合氨，电极附近碱性减弱，pH降低，故C正确；D．电
3 2 3 4 2
解质中的阳离子由向正极迁移，即自右向左移动，故D错误；故答案为D。
7．（2021·天津高三二模）锂/氟化碳电池稳定性很高。电解质溶液为 的乙二醇二甲醚(
)溶液，总反应为 ，放电产物 沉积在正极，工作原理如图
所示：下列说法正确的是
A．外电路电子由b流向a
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解质溶液可用 的乙醇溶液代替
D．正极的电极反应式为
【答案】D
【解析】电解质为LiClO 的乙二醇二甲醚溶液，总反应为xLi+CF═xLiF+C，负极为Li，负极上Li失电子
4 x
生成Li+，正极为CF，正极反应为CF+xe-+xLi+═xLiF+C。A．由上述分析可知，负极为Li，电子由负极流
x x
向正极，即a流向b，故A错误；B．Li+通过离子交换膜在正极上形成LiF，所以交换膜为阳离子交换膜，
故B错误；C．Li是活泼金属能与乙醇反应，所以不能乙醇溶液代替，故C错误；D．由分析可知，正极的
电极反应为： ，故D正确。答案选D。
8．（2021·重庆高三二模）微生物燃料电池是利用微生物作为催化剂降解污水中的有机物(以对苯二甲酸
为例)，其原理如图装置所示。下列判断错误的是
A．该微生物电池工作时 向负极移动
B．该微生物电池工作时，电流由b极经负载流向a极
C．微生物电池在处理废水时的能量转化为化学能变为电能
D．该微生物电池的负极电极反应式为： +12HO-30e- 8CO+30H+
2 2
【答案】A
【解析】根据原理图分析，氧气转化为水，发生还原反应，b电极为正极；对苯二甲酸转化为二氧化碳，
发生氧化反应，a为负极。A．原电池工作时阳离子往正极移动，所以 应向正极移动，故A错误；B．该
微生物原电池工作时，电流由正极b极经负载流向负极a极，故B正确；C．微生物电池属于原电池，所以在处理废水时的能量转化为化学能变为电能，故C正确；D．该微生物原电池的负极电极反应是
发生氧化反应生成CO。其电极反应式为：
2
+12HO-30e- 8CO +30H+，故D正确；故答案：A。
2 2
9．（2021·河南郑州市·高三二模）某实验小组用以下装置探究了铝和铜组成的原电池在不同浓度的
NaOH溶液中放电的情况，NaOH溶液浓度对铝一碱电池的放电电流和持续放电时间的影响如下表。
C(NaOH)/
0.1 0.5 1.0 1.5 2.0
mol·L-1
0.2
放电电流I/mA 0.13 0.40 0.52 0.65
6
放电时间t/min 45 14 9 8 7
根据以上数据分析，下列说法错误的是
A．在铜电极上发生还原反应放出氢气
B．负极反应为Al-3e-+4OH-=[Al(OH)]-
4
C．NaOH溶液浓度越大，反应速率越快，放电电流越大
D．该电池是一种二次电池，可充电后重复使用
【答案】D
【解析】电极分别问Al电极、Cu电极，电解质溶液为NaOH溶液，Al作负极，发生氧化反应，Cu作正极发
生，还原反应，电池总反应为： 。A．Cu作正极发生，还原反
应，电极反应为： ，反应放出氢气，A项正确；B．Al作负极，发生氧化反应，电
极反应为：Al-3e-+4OH-=[Al(OH)]-，B项正确；C．由表中数据可知，NaOH溶液浓度越大，电流越大，反
4应速率越大，C项正确；D．该电池为一次电池，不可重复使用，D项错误；答案选D。
10．（2021·天水市第一中学高三月考）我国科学家研发了一种水系可逆Zn—CO 电池，电池工作时，复
2
合膜(由a、b膜复合而成)层间的HO解离成H＋和OH- ，在外加电场中可透过相应的离子膜定向移动。当闭
2
合K 时，Zn—CO 电池工作原理如图所示。下列说法不正确的是
1 2
A．闭合K 时，H＋通过a膜向Pd电极方向移动
1
B．闭合K 时，Zn表面的电极反应式为Zn＋4OH--2e- = Zn(OH)
1
C．闭合K 时，Zn电极与直流电源正极相连
2
D．闭合K 时，在Pd电极上有CO 生成
2 2
【答案】C
【解析】A．闭合K 时，形成原电池，锌为负极，Pd电极是正极 ，氢离子是阳离子，向正极移动，故A不
1
选；B．闭合K 时，形成原电池，锌为负极，Zn表面的电极反应式为Zn＋4OH--2e- = Zn(OH) ，符合原电
1
池原理，电荷守恒，原子守恒，故B不选；C．闭合K 时，形成电解池，Zn电极发生还原反应做阴极，应
2
与直流电源负极相连，C选；D．闭合K 时，Pd电极是阳极，发生氧化反应， 氧化生成CO，故
2 2
D不选；故选：C。
11．（2020·四川广元市·广元中学高三月考）如图是一种新型燃料电池，O2-可在高温条件下在固体氧化
物电解质中自由移动，电极上产生的均为无毒无害的物质。下列说法正确的是A．电极甲为正极，发生氧化反应
B．电池内的O2-由电极甲移向电极乙
C．电池总反应为NH +O =N +2HO
2 4 2 2 2
D．当甲电极上有32g NH 消耗时，乙电极上有22.4L O 参与反应
2 4 2
【答案】C
【解析】A. 反应生成物均为无毒无害的物质，负极上反应生成氮气，则电池总反应为：NH +O =N
2 4 2 2
+2HO，电极甲发生氧化反应，是负极，故A错误；B. 放电时，阴离子向负极移动，即O2-由电极乙移向电
2
极甲，故B错误；C. 反应生成物均为无毒无害的物质，负极上反应生成氮气，则电池总反应为：NH +O
2 4
=N +2HO，故C正确；D. 由电池总反应为：NH +O =N +2HO可知，当甲电极上有1molNH 消耗时，乙
2 2 2 2 4 2 2 2 2 4
电极上有1molO 被还原，状况不知，所以体积不一定是22.4LO，故D错误；故选：C。
2 2
12．（2021·济南市·山东省实验中学西校区高三月考）近年来我国在天然气脱硫研究方面取得了新进
展，利用如图1装置可完成天然气脱硫，甲池中发生反应如图2所示。
下列关于该装置工作原理的说法中，正确的是（ ）
A．碳棒为该脱硫装置的负极
B．乙池中发生的反应为：HS+2e-=S+2H+
2
C．AQ与HAQ间的转化属于非氧化还原反应
2
D．除I /I-外，Fe3+/Fe2+也能实现如图所示循环过程
【答案】D
【解析】A．碳棒上AQ和氢离子反应生成HAQ发生还原反应，所以碳棒为正极，故A错误；B．在乙池
2
中，硫化氢失电子生成硫单质，碘单质得电子生成I-，发生的反应为HS+I =3I-+S↓+2H+，故B错误；C．
2
据图可知，AQ与HAQ互相转化过程中C元素的化合价发生变化，属于氧化还原反应，故C错误；D．Fe3+也
2
可以氧化HS生成S，同时自身被还原成Fe2+，Fe2+再在N型半导体上被氧化生成Fe3+，从而实现循环，所以
2
除I /I-外，Fe3+/Fe2+也能实现如图所示循环过程，故D正确；故答案为D。二、主观题（共3小题，共40分）
13．（2021·四川高三期中）（10分）铅蓄电池、镍镉碱性充电电池都是重要的二次电池。已知：
①铅蓄电池总的化学方程式为： ，使用(放电)段时间后，其
内阻明显增大，电压却几乎不变，此时只有充电才能继续使用；
②镍镉碱性充电电池放电时，正极反应为： ，负极反应式：
，使用(放电)到后期，当电压明显下降时，其内阻却几乎不变，此时充电后也
能继续使用；
回答下列问题：
(1)铅蓄电池负极板上覆盖的物质是_______(填名称)，充电时，PbSO 在________(填“阳极”、“阴极”
4
或“两个电极”)上________(填“生成或除去”)。
(2)镍镉碱性充电电池在充电时的总反应的化学方程式为_________________。
(3)铅蓄电池和镍镉碱性充电电池使用一段时间后，一个内阻明显增大，而另一个内阻却几乎不变的主要
原因可能是_____________________。
【答案】（每空2分）(1)铅 两个电极 除去
(2)Cd(OH) + 2Ni(OH)＝Cd + 2NiOOH + 2HO
2 2 2
(3)放电时，铅蓄电池中硫酸溶液浓度减小，故内阻明显增大，而镍镉碱性电池的电解质溶液浓度几乎不
变，故内阻几乎不变
【解析】(1)反应中Pb失去电子，作负极，因此铅蓄电池负极板上覆盖的物质是铅，由于放电时两个电极
上均生成硫酸铅，所以充电时，PbSO 在两个电极除去。
4
(2)镍镉碱性充电电池放电时，正极反应为： ，负极反应
式： ，因此镍镉碱性充电电池放电时的总反应式为Cd + 2NiOOH + 2HO＝
2
Cd(OH) + 2Ni(OH)，则在充电时的总反应的化学方程式为Cd(OH) + 2Ni(OH)＝Cd + 2NiOOH + 2HO。
2 2 2 2 2
(3)由于放电时，铅蓄电池中硫酸溶液浓度减小，故内阻明显增大，而镍镉碱性电池的电解质溶液浓度几
乎不变，故内阻几乎不变。
14．(2021·江西南昌高三摸底)（14分）为验证反应Fe3＋＋Ag Fe2＋＋Ag＋，利用如图电池装置进行实
验。(1)由Fe(SO) 固体配制500 mL 0.1 mol·L－1 Fe(SO) 溶液，需要的仪器有胶头滴管、量筒、烧杯、玻
2 4 3 2 4 3
璃棒、500 mL容量瓶、 (填写名称)；在烧杯中溶解固体时，先加入一定体积的
稀溶液，搅拌后再加入一定体积的水。
(2)电流表显示电流由银电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入 电极溶液中。
(3)根据(2)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为_____________________，银电极的电极反应式为
_______________ 。因此，Fe3＋氧化性小于 。
(4)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。如果盐桥中电解质为 KNO ，反应一段时间后，可以观察到
3
电流表指针反转，原因是________________________________________。
【答案】（每空2分）(1)药匙、托盘天平 硫酸
(2)银
(3)Fe2＋－e－===Fe3＋ Ag＋＋e－===Ag Ag＋
(4)原电池反应使c(Fe3＋)增大，同时NO进入石墨电极酸性溶液中，氧化亚铁离子，c(Fe3＋)又增大，致使
平衡正向移动
【解析】(1)由固体配制500 mL一定物质的量浓度的溶液，整个过程需要的仪器有托盘天平、药匙、胶头
滴管、量筒、烧杯、玻璃棒、500 mL容量瓶。Fe(SO) 为强酸弱碱盐，在溶解固体时，应在烧杯中先加入
2 4 3
一定体积的稀硫酸，以防止Fe3＋水解。
(2)电流表显示电流由银电极流向石墨电极，则银电极为正极。由原电池的工作原理可知，阳离子向正极
移动，即盐桥中的阳离子进入银电极溶液中。
(3)石墨电极为负极，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋。银电极为正极，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag。电池
的总反应为Ag＋＋Fe2＋===Fe3＋＋Ag，由此可知Ag＋的氧化性大于Fe3＋。
(4)随着原电池反应Ag＋＋Fe2＋===Fe3＋＋Ag的进行，溶液中c(Fe3＋)增大，当盐桥中电解质为KNO 时，NO
3
进入石墨电极酸性溶液中，氧化亚铁离子，c(Fe3＋)又增大，致使Fe3＋＋Ag Ag＋＋Fe2＋平衡正向移动，
故一段时间后，可观察到电流表指针反转。
15．（16分）（1）高铁酸钾(KFeO)不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。如图
2 4
是高铁电池的模拟实验装置：①该电池放电时正极的电极反应式为____________________；若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，
理论上消耗Zn______ g(计算结果保留一位小数，已知F＝96500 C·mol-1)。
②盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向______(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替
盐桥，则钾离子向________(填“左”或“右”)移动。
③下图为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有__________。
（2）有人设想以N 和H 为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮
2 2
的新型燃料电池，装置如图所示，电池正极的电极反应式是__________________________，A是
________。
（3）利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度，其装置如图所示。该电池中O2－可以在固体介质
NASICON (固溶体)内自由移动，工作时O2－的移动方向________(填“从a到b”或“从b到a”)，负极发
生的电极反应式为__________________________。
【答案】（除标注外，每空2分）(1) ① 0.2 ②右
（1分） 左（1分） ③使用时间长、工作电压稳定(2) 氯化铵（或NHCl）
4
(3)从b到a CO＋O2－－2e－=CO
2
【解析】(1) ①根据电池装置，锌做负极，碳为正极，高铁酸钾的氧化性很强，正极上高铁酸钾发生还原
反应生成氢氧化铁，电极反应为 ；若维持电离强度为1A，
电池工作十分钟，通过的电子为 ，则理论消耗锌的质量为 =
0.2g。
②盐桥中阴离子向负极移动，盐桥起的作用是使两个半电池连成一个通路，使两溶液保持电中性，起到平
衡电荷、构成闭合回路的作用，放电时盐桥中氯离子向右移动，用某种高分子材料制成阳离子交换膜代替
盐桥，则钾离子向左移动。
③由图可知高铁电池的优点有使用时间长、工作电压稳定。
(2)该电池的本质反应是合成氨的反应，电池中氢气失去电子，在负极上发生氧化反应，氮气得到电子在
正极上发生还原反应，则正极反应为 ，氨气和氯化氢反应生成氯化铵，则电解质
溶液为氯化铵。
(3)根据图可知，一氧化碳和空气形成燃料电池，一氧化碳失去电子和氧离子反应生成二氧化碳发生氧化
反应，电极反应式为CO＋O2－－2e－=CO，所以一氧化碳所在极为负极，通入空气的一极为正极，原电池放
2
电时电子从负极流向正极，阴离子向负极移动，所以工作时氧离子的移动方向为从b到a。
