文档内容
第2讲 原电池 化学电源
【2020·备考】
最新考纲：1.理解原电池的构成、工作原理及应用。2.能书写电极反应和总反应方
程式。3.了解常见化学电源的种类及其工作原理。
核心素养：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，能从多角
度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转化。2.科学精神与社会责任：通过
原电池装置的应用，能对与化学有关的热点问题作出正确的价值判断，能参与有
关化学问题的社会实践。
考点一 原电池的工作原理及其应用
（频数：★★☆ 难度：★☆☆）
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化学是化学能与热能知识的延伸，是氧化还原反应知识的应用，是高考热点，对于
本考点的主要考查知识点有：（1）电池的正负极的判断；（2）原电池的原理应用；
（3）电极方程式的书写，特别是电极方程式的书写是高考重点，应给予关注。
1.原电池的工作原理
（1）概念和反应本质
原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。
（2）原电池的构成条件
一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生（一般是活泼性强的金属与
电解质溶液反应）。
二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。
三看是否形成闭合回路，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中。
（3）工作原理
装置图
电极名称 负极 正极
电极材料 锌片 铜片
Cu 2 ＋ ＋ 2e －
电极反应 Zn － 2e － == =Zn 2 ＋
== =Cu
反应类型 氧化反应 还原反应
电子流向 由锌片沿导线流向铜片
离子迁移
阴离子向负极迁移阳离子向正极迁移
方向
方程式 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
（4）原电池中移动方向及闭合回路形成原理图示
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1.原电池仍然体现的是反应过程中的能量守恒，是化学能与热能的知识延伸，是化
学能与电能的转化。
2.原电池反应必须是氧化还原反应，但自行发生的氧化还原反应并不一定是电极
与电解质溶液反应，也可能是电极与溶解的氧气等发生反应，如将铁与石墨相连
插入食盐水中。
2.原电池原理的应用（1）加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在Zn与稀
H SO 反应时加入少量CuSO 溶液能使产生H 的反应速率加快。
2 4 4 2
（2）比较金属活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
（3）设计制作化学电源
①首先将氧化还原反应分成两个半反应。
②根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。
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1.在理解形成原电池可加快反应速率时，要注意对产物量的理解，Zn与稀H SO
2 4
反应时加入少量CuSO 溶液，锌足量时，不影响产生H 的物质的量，但稀H SO 足
4 2 2 4
量时，产生H 的物质的量要减少。
2
2.把一个氧化还原反应拆写成两个电极反应时，首先要写成离子反应，要注意通过
电荷守恒与原子守恒把H＋、OH－、H O分解到两个电极反应中。
2
[速查速测]
1.（易混点排查）正确的打“√”，错误的打“×”
（1）在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极（√）
（2）在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强（×）
（3）在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应
（×）
（4）在锌铜原电池中，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
（×）
（5）两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极（×）
2.（教材改编题）下列装置不能形成原电池的是（ ）解析 A、B、D项都具有①活泼性不同的电极；②电解质溶液；③闭合回路；④自
发进行的氧化还原反应，均能构成原电池；C项中酒精为非电解质，不能构成原电
池。
答案 C
3.（动手能力培养）某学校研究性学习小组欲以镁条、铝片为电极，以稀NaOH溶
液为电解质溶液设计原电池。给你一只电流表，请你画出该原电池的示意图，并标
出正负极，写出电极反应式。
答案 如图所示
负极 Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H O
2
正极 2H O＋2e－===H ↑＋2OH－
2 2
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[A组 基础知识巩固]
1（. 2019·聊城三中月考）课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、
橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是（ ）A.原电池是将化学能转化成电能的装置
B.原电池由电极、电解质溶液和导线等组成
C.图中电极a为铝条、电极b为锌片时，导线中会通过电流
D.图中电极a为锌片、电极b为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片
解析 D项，电极a为负极，电子由负极（锌片）流出。
答案 D
2（. 2018·合肥质检）用a、b、c、d四种金属按表中所示的装置进行实验，下列叙述中
正确的是（ ）
甲 乙 丙
实验
装置
现象 a不断溶解 c的质量增加 a上有气泡产生
A.装置甲中的b金属是原电池的负极
B.装置乙中的c金属是原电池的阳极
C.装置丙中的d金属是原电池的正极
D.四种金属的活泼性顺序：d>a>b>c
解析 甲中a溶解说明a是负极，活泼性a>b，A错误；原电池一般用正极或负极
命名电极，B错误，由乙中现象知活泼性b>c；丙中d是负极，活泼性d>a，C错误；
综上可知D正确。
答案 D
3（. 2019·潍坊上学期统考，12）根据光合作用原理，设计如图原电池装置。下列说
法正确的是（ ）A.a电极为原电池的正极
B.外电路电流方向是a→b
C.b电极的电极反应式为：O ＋2e－＋2H＋===H O
2 2 2
D.a电极上每生成1 mol O ，通过质子交换膜的H＋为2 mol
2
解析 根据图示可知，a电极上H O转化为H＋和O ，发生氧化反应，则a电极为
2 2
原电池的负极，A项错误；a电极为负极，b电极为正极，外电路电流方向应从正极
到负极，即b→a，B项错误；根据图示可知，b电极上O 得电子转化为H O ，电极
2 2 2
反应式为：O ＋2e－＋2H＋===H O ，C项正确；a电极上每生成1 mol O ，转移4
2 2 2 2
mol电子，则通过质子交换膜的H＋为4 mol，D项错误。
答案 C
【方法技巧】
判断原电池正、负极的5种方法
[B组 考试能力过关]
4.（2017·上海化学）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。
答案 D
5.（天津理综）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（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 A项，由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Cu2＋得电子发生
还原反应生成Cu，错误；B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故
甲池的c（SO）不变，错误；C项，在乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通
过阳离子交换膜进入乙池中，由于M（Zn2＋）>M（Cu2＋），故乙池溶液的总质量增加
正确；D项，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电池工作过程中Zn2＋通过
阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，错误。
答案 C
6（. 新课标全国Ⅰ）银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag S的缘故，根据
2
电化学原理可进行如下处理，在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入
该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去，下列说法正确的是（ ）
A.处理过程中银器一直保持恒重
B.银器为正极，Ag S被还原生成单质银
2
C.该过程中总反应为2Al＋3Ag S===6Ag＋Al S
2 2 3
D.黑色褪去的原因是黑色Ag S转化为白色AgCl
2
解析 本题要注意运用“电化学原理”这个关键词，由题干信息中Ag、Al、食盐
溶液构成原电池的条件，Ag S 是氧化剂，作正极，发生还原反应，B项正确。C项忽
2
视了Al S 在水溶液中发生完全的双水解反应，正确的方程式应为 2Al＋3Ag S＋
2 3 26H O===6Ag＋2A（l OH）↓＋3H S↑。D项中黑色褪去的原因是Ag S被还原成了
2 3 2 2
Ag。
答案 B
考点二 化学电源
（频数：★★★ 难度：★★★）
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学电源知识是电化学中的难点，是我们高考热点题型新型化学电源的知识源头，
特别是燃料电池与充电电池更是重中之重，要熟练掌握介质对半反应的影响及充
电电池四个电极的关系。
1.一次电池
（1）碱性锌锰干电池（图一）
负极材料：Zn
电极反应： Zn ＋ 2OH － － 2e － == =Zn （ OH ）
2
正极材料：碳棒
电极反应：2MnO ＋ 2H O ＋ 2e － == =2MnOOH ＋ 2OH －
2 2
总反应：Zn＋2MnO ＋2H O===2MnOOH＋Zn（OH）
2 2 2
（2）锌银电池（图二）负极材料：Zn
电极反应： Zn ＋ 2OH － － 2e － == =Zn （ OH ）
2
正极材料：Ag O
2
电极反应：Ag O ＋ H O ＋ 2e － == =2Ag ＋ 2OH －
2 2
总反应：Zn＋Ag O＋H O===Zn（OH） ＋2Ag
2 2 2
2.二次电池
铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为
Pb（s）＋PbO（s）＋2H SO（aq） INCLUDEPICTURE "F:\\方正文件\\2019文件\
2 2 4
\课件\\2020 版 创新设计 高考总复习 化学 人教版\\FY 放电.TIF" \*
MERGEFORMATINET 2PbSO （s）＋2H O（l）
4 2
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可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极的连接应符合：
电池的负极与外加电源的负极相连作电解池的阴极；电池的正极与外加电源的正极相连作电解池的阳极。如下图（板书）
3.燃料电池
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 2H － 4 e － == =4H ＋ 2H ＋ 4OH － － 4 e － == =4H O
2 2 2
正极反应式 O ＋ 4H ＋ ＋ 4 e － = =2H O O ＋ 2H O ＋ 4e － == =4OH －
2 2 2 2
电池反应式 2H ＋O ===2H O
2 2 2
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1.在书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸碱性，介质的酸碱性对半反应及
总反应书写的影响。
2.书写电极反应时应注意：“－ne－”相当正电荷，“＋ne－”相当负电荷，依据电
荷守恒配平其他物质的系数。
3.根据移动方向， 阳离子趋向正极，在正极上参与反应，在负极上生成（如H＋）；
阴离子趋向负极，在负极上参与反应，在正极上生成（如OH－、O2－、CO）。
[速查速测]
1.（教材基础知识填空）（1）氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一
段时间后，电解质溶液的浓度将 （填“减小”、“增大”或“不变”，下同）
溶液的pH 。
（2）氢氧燃料电池以H SO 溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的
2 4
浓度将 （填“减小”、“增大”或“不变”，下同），溶液的pH 。
答案 （1）减小 减小 （2）减小 增大
2.（课后习题改编）某蓄电池反应式为Fe＋Ni O ＋3H O Fe（OH） ＋2Ni
2 3 2 2（OH） 。下列推断中正确的是（ ）
2
①放电时，Fe为正极，Ni O 为负极
2 3
②充电时，阴极上的电极反应式是Fe（OH） ＋2e－===Fe＋2OH－
2
③充电时，Ni（OH） 为阳极
2
④蓄电池的电极必须是浸在某碱性溶液中
A.①②③ B.①②④
C.①③④ D.②③④
答案 D
3.（思维探究题）微型燃料电池是采用甲醇（质子交换膜）取代氢作燃料设计而成
的，性能良好，有望取代传统电池，说出此微型燃料电池的优点，并写出电池的负
极反应。__________________________________________________________
_____________________________________________________________________
答案 优点：①电池设计简单；
②和传统充电电池比电池的能量密度高。
负极反应：CH OH－6e－＋H O===CO ＋6H＋
3 2 2
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[A组 基础知识巩固]
1.下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是（ ）
干电池示意图 铅蓄电池示意图 氢氧燃料电池示意图
A.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
B.干电池在长时间使用后，锌筒被破坏C.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D.铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量减轻207 g
解析 干电池是一次电池，铅蓄电池是可充电电池，属于二次电池，氢氧燃料电池
属于燃料电池，故A正确；在干电池中，Zn作负极，被氧化，故B正确；氢氧燃料电
池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内，且工作的最终产物是水，故氢氧
燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源，故C正确；铅蓄电池工作过程中，硫酸
铅是在负极上析出，该极质量应该增加而非减小，故D错误。
答案 D
2.（2019·烟台模拟）铅蓄电池的工作原理为：Pb＋PbO ＋2H SO ===2PbSO ＋
2 2 4 4
2H O，研读下图，下列判断正确的是（ ）
2
A.K闭合时，d电极的电极反应式：PbSO ＋2e－===Pb＋SO
4
B.当电路中通过0.2 mol电子时，Ⅰ中消耗的H SO 为0.2 mol
2 4
C.K闭合时，Ⅱ中SO向c电极迁移
D.K闭合一段时间后，Ⅱ可单独作为原电池，d电极为负极
解析 根据图示，K闭合时，Ⅰ为原电池，a为正极，b为负极，Ⅱ为电解池，c为阴
极，d为阳极。d为阳极，发生氧化反应：PbSO －2e－＋2H O===PbO ＋4H＋＋SO，
4 2 2
A项错误；根据铅蓄电池的总反应知，电路中转移0.2 mol电子时，Ⅰ中消耗0.2
mol H SO ，B项正确；K闭合时，Ⅱ中SO向阳极（d极）迁移，C项错误；K闭合一
2 4
段时间后，c电极析出Pb，d电极析出PbO ，电解质溶液为H SO 溶液，此时可以
2 2 4
形成铅蓄电池，d电极作正极，D项错误。
答案 B
3（. 传统锌锰干电池的改进）（2018·北京大联盟联考）由我国科学家研发成功的铝
锰电池是一种比能量很高的新型干电池，以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质，
铝和二氧化锰—石墨为两极，其电池反应为Al＋3MnO ＋3H O===3MnO（OH）＋
2 2Al（OH） 。下列有关该电池放电时的说法不正确的是（ ）
3
A.二氧化锰—石墨为电池正极
B.负极反应式为Al－3e－＋3NH ·H O===Al（OH） ＋3NH
3 2 3
C.OH－不断由负极向正极移动
D.每生成1 mol MnO（OH）转移1 mol电子
解析 由电池反应方程式知，铝为电池负极，铝失去电子转化为Al（OH），A、B
3
正确；阴离子移向负极，C错误；由反应中锰元素价态变化知D正确。
答案 C
【归纳反思】
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CO 不可能存在，也不可能有H＋参加反应
2
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H O（电解质为酸性时）或OH－（电解质为
2
碱性或中性时）；失氧时，在反应物中加H O（电解质为碱性或中性时）或H＋（电解
2
质为酸性时）。
3.中性吸氧反应成碱原则：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。
[B组 考试能力过关]
4.（2015·课标全国Ⅰ，11）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电
能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是（ ）
A.正极反应中有CO 生成
2
B.微生物促进了反应中电子的转移
C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C H O ＋6O ===6CO ＋6H O
6 12 6 2 2 2解析 由题意可知，微生物电池的原理是在微生物的作用下，O 与C H O 发生氧
2 6 12 6
化还原反应，将化学能转化为电能，B项正确；氧气在正极反应，由于质子交换膜
只允许H＋通过，则正极反应为：O ＋4e－＋4H＋===2H O，没有CO 生成，A项错误
2 2 2
负极发生反应：C H O －24e－＋6H O===6CO ＋24H＋，H＋在负极区生成，移向正
6 12 6 2 2
极区，在正极被消耗，C项正确；总反应为：C H O ＋6O ===6CO ＋6H O，D项正
6 12 6 2 2 2
确。
答案 A
5.（2018·课标全国Ⅱ，12）我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO 二
2
次电池。将NaClO 溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳钠米管的镍网分别作为
4
电极材料，电池的总反应为：3CO ＋4Na 2Na CO ＋C。下列说法错误的是（
2 2 3
）
A.放电时，ClO向负极移动
B.充电时释放CO ，放电时吸收CO
2 2
C.放电时，正极反应为：3CO ＋4e－===2CO＋C
2
D.充电时，正极反应为：Na＋＋e－===Na
解析 电池放电时，ClO向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收
CO ，而充电时释放出CO ，B项正确；放电时，正极CO 得电子被还原生成单质
2 2 2
C，即电极反应式为3CO ＋4e－===2CO＋C，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，
2
即C被氧化生成CO ，D项错误。
2
答案 D
6（. 2015·全国卷Ⅱ，26节选）酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，
中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO 、ZnCl 和NH Cl等组成的糊状填充物。该电
2 2 4
池放电过程产生MnOOH。
该电池的正极反应式为______________________________________________，
电池反应的离子方程式为______________________________________________。维持电流强度为0.5 A，电池工作5分钟，理论上消耗锌 g。（已知F＝
96 500 C·mol－1）
解析 酸性锌锰干电池中正极上发生还原反应，该电池放电过程中产生MnOOH，
则正极反应式为MnO ＋H＋＋e－===MnOOH。金属锌作负极，发生氧化反应生成
2
Zn2＋，则负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，结合得失电子守恒可得电池反应式为
2MnO ＋2H＋＋Zn===2MnOOH＋Zn2＋。电流强度为I＝0.5 A，时间为t＝5 min＝
2
300 s，则通过电极的电量为Q＝It＝0.5 A×300 s＝150 C，又知F＝96 500 C·mol－
1，故通过电子的物质的量为≈0.001 6 mol，则理论上消耗Zn的质量为65 g·mol－
1×0.001 6 mol×1/2≈0.05 g。
答案 MnO ＋H＋＋e－===MnOOH 2MnO ＋Zn＋2H＋===2MnOOH＋Zn2＋
2 2
0.05
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[A级 全员必做题]
1.下列关于原电池的叙述中正确的是（ ）
A.正极和负极必须是金属
B.原电池是把化学能转化成电能的装置
C.原电池工作时，正极和负极上发生的都是氧化还原反应
D.锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5 g锌溶解，正极上就有0.1 g氢
气生成
解析 一般普通原电池中负极必须是金属，正极可以是金属或非金属导体，A错
误；原电池是把化学能转化成电能的装置，B正确；原电池工作时，正极上发生还
原反应，负极上发生氧化反应，C错误；锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上
有6.5 g锌溶解，正极上有0.2 g氢气生成，D错误。
答案 B
2.各式各样电池的迅速发展是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述
正确的是（ ）
A.手机上用的锂离子电池可以用KOH溶液作电解液B.锌锰干电池中，锌电极是负极
C.氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被还原
D.太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
解析 锂能与水反应，不能用水溶液作电解液，A错误；锌锰干电池中锌失去电子
生成Zn2＋为负极，B正确；氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化，C错误；太阳
能电池的主要材料为硅，D错误。
答案 B
3（. 2019·深圳模拟）如图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置
下列说法错误的是（ ）
A.铜片表面有气泡生成
B.装置中存在“化学能→电能→光能”的转换
C.如果将硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动
D.如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变
解析 铜锌原电池中，Cu作正极，溶液中的氢离子在正极上得电子生成氢气，所
以Cu上有气泡生成，故A正确；原电池中化学能转化为电能，LED灯发光时，电
能转化为光能，故B正确；柠檬汁显酸性也能作电解质溶液，所以将硫酸换成柠檬
汁，仍然构成原电池，所以导线中有电子流动，故C错误；金属性Cu比Zn、Fe弱，
Cu作正极，所以电路中的电流方向不变，故D正确。
答案 C
4.（2019·山东滨州月考）下列有关说法中错误的是（ ）
A.某燃料电池用熔融碳酸盐作电解质，两极分别通入CO和O ，则通入CO的一极
2
为负极，电极反应式为CO－2e－＋CO===2CO
2
B.Zn 粒与稀硫酸反应制氢气时，为加快反应速率，可在反应过程中滴加几滴
CuSO 溶液
4
C.根据自发氧化还原反应Cu＋2NO＋4H＋===Cu2＋＋2NO ↑＋2H O设计原电池，
2 2
可在常温下用铜和铁作电极，使用浓硝酸作电解质溶液D.原电池中电子从负极出发，经外电路流向正极，再从正极经电解液回到负极构
成闭合回路
答案 D
5.（2019·福建厦门第一次质量检测）铁碳微电解技术是利用原电池原理处理酸性
污水的一种工艺，装置如图。若上端开口关闭，可得到强还原性的H（· 氢原子）；若
上端开口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性的·OH（羟基自由基）。下列说法错误
的是（ ）
A.无论是否鼓入空气，负极的电极反应式均为Fe－2e－===Fe2＋
B.不鼓入空气时，正极的电极反应式为H＋＋e－===H·
C.鼓入空气时，每生成1 mol·OH有2 mol电子发生转移
D.处理含有草酸（H C O ）的污水时，上端开口应打开并鼓入空气
2 2 4
解析 根据铁碳微电解装置示意图可知，Fe为原电池负极，发生氧化反应：Fe－2e
－===Fe2＋，故A正确；由题意可知上端开口关闭，可得到强还原性的H·，则不鼓入
空气时，正极的电极反应式为H＋＋e－===H·，故B正确；鼓入空气时，正极的电极
反应式为O ＋2H＋＋2e－===2·OH，每生成1 mol·OH有1 mol电子发生转移，故C
2
错误；处理含有草酸（H C O ）的污水时，因C O具有很强的还原性，与氧化剂作用
2 2 4 2
易被氧化为CO 和H O，则上端开口应打开并鼓入空气生成强氧化性的·OH，以氧
2 2
化H C O 处理污水，故D正确。
2 2 4
答案 C
6.（2018·安徽“江南十校”第一次联考）某种熔融碳酸盐燃料电池以Li CO 、
2 3
K CO 为电解质、以CH 为燃料时，该电池工作原理见图。下列说法正确的是（
2 3 4
）A.a为CH ，b为CO
4 2
B.CO向正极移动
C.此电池在常温时也能工作
D.正极电极反应式为：O ＋2CO ＋4e－===2CO
2 2
解析 由图可知a为负极，发生反应：CH －8e－→CO ，电池中传导的是CO，利用
4 2
CO平衡电荷得：CH －8e－＋4CO===5CO ＋2H O，b极通入空气，发生反应：2O
4 2 2 2
＋4CO ＋8e－===4CO，A、B错误，D正确；熔融碳酸盐，在常温下不能进行，C错
2
误。
答案 D
7（. 2019·山东济宁期末）H S废气资源化利用途径之一是回收能量并得到单质硫。
2
反应原理为：2H S（g）＋O（g）===S（s）＋2H O（l） ΔH＝－632 kJ·mol－1。下图
2 2 2 2
为质子膜H S燃料电池的示意图。下列说法不正确的是（ ）
2
A.电路中每流过2 mol电子，电池内部释放316 kJ热能
B.每34 g H S参与反应，有2 mol H＋经质子膜进入正极区
2
C.电极a为电池的负极
D.电极b上发生的电极反应为：O ＋4e－＋4H＋===2H O
2 2
解析 A项原电池中能量转换形式为化学能转化为电能，故A项错误。
答案 A
8.我国对可呼吸的钠——二氧化碳电池的研究取得突破性进展，该电池的总反应
式为：4Na＋3CO INCLUDEPICTURE "F:\\方正文件\\2019文件\\课件\\2020版
2
创新设计 高考总复习 化学 人教版\\FY 放电.TIF" \* MERGEFORMATINET2Na CO ＋C，其工作原理如图所示（放电时产生的碳酸钠固体储存于碳纳
2 3
米管中）。关于该电池，下列说法错误的是（ ）
A.充电时，Na＋从阳极向阴极移动
B.可以用乙醇代替TEGDME作有机溶剂
C.放电时，当转移1 mol电子时负极质量减轻23 g
D.放电时，正极反应式为3CO ＋4Na＋＋4e－===2Na CO ＋C
2 2 3
解析 已知 4Na＋3CO INCLUDEPICTURE "F:\\方正文件\\2019 文件\\课件\
2
\2020 版 创 新 设 计 高 考 总 复 习 化 学 人 教 版 \\FY 放 电 .TIF" \*
MERGEFORMATINET 2Na CO ＋C，放电时Na为负极，充电时Na金属片
2 3
连接电源的负极为阴极；A.充电时是电解池，Na＋从阳极向阴极移动，故A正确；
B.Na能与乙醇反应，不可代替TEGDME做有机溶剂，故B错误；C.放电时，当转
移1 mol电子时，负极氧化的钠为1 mol，即质量减轻23 g，故C正确；D.放电时，
正极上 CO 发生还原反应生成 C，发生的电极反应为 3CO ＋4Na＋＋4e－
2 2
===2Na CO ＋C，故D正确。
2 3
答案 B
9.（2018·安徽皖北协作区联考）一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水
淡化，其工作原理如图所示，图中有机废水中有机物可用C H O 表示。下列有关
6 10 5
说法不正确的是（ ）A.Cl－由中间室移向左室
B.X气体为CO
2
C.处理后的含NO废水的pH降低
D.电路中每通过4 mol电子，产生标准状况下X气体的体积为22.4 L
解析 该电池中，NO得电子发生还原反应，则装置中右边电极是正极，电极反应
为2NO＋10e－＋12H＋===N ↑＋6H O，装置左边电极是负极，负极上有机物失电
2 2
子发生氧化反应生成X，有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳。放电时，电解质溶
液中阴离子Cl－移向负极室（左室），A项正确；有机物在厌氧菌作用下生成二氧化
碳，所以X气体为CO ，B项正确；正极反应为2NO＋10e－＋12H＋===N ↑＋
2 2
6H O，H＋参加反应导致溶液酸性减小，溶液的pH增大，C项错误；根据负极上有
2
机物失电子发生氧化反应，有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳，电极反应为
C H O －24e－＋7H O===6CO ↑＋24H＋知，电路中每通过4 mol电子，产生标准
6 10 5 2 2
状况下X气体的体积为×6×22.4＝22.4（L），D项正确。
答案 C
10.蓄电池是一种反复充电、放电的装置。有一种蓄电池在充电和放电时发生的反
应如下：NiO ＋Fe＋2H O INCLUDEPICTURE "F:\\方正文件\\2019文件\\课件\
2 2
\2020 版 创 新 设 计 高 考 总 复 习 化 学 人 教 版 \\FY 放 电 .TIF" \*
MERGEFORMATINET Fe（OH） ＋Ni（OH） 。
2 2
（1）此蓄电池在充电时，电池负极应与外加电源的 极连接，电极反应式为
__________________________________________________________________。
（2）以铜为电极，用此蓄电池作电源，电解以下溶液，开始阶段发生反应：
Cu＋2H O===Cu（OH） ＋H ↑的有 。
2 2 2
A.稀硫酸 B.NaOH溶液C.Na SO 溶液 D.CuSO 溶液
2 4 4
E.NaCl溶液
（3）假如用此蓄电池电解以下溶液（电解池两极均为惰性电极），工作一段时间后，
蓄电池内部消耗了0.36 g水，则：电解足量N（NO ）溶液时某一电极析出了a g金
3 x
属N，则金属N的相对原子质量R的计算公式为R＝ （用含a、x的代数
式表示）。
（4）熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质、CH 为燃料、空气为氧化剂、稀土
4
金属材料为电极的新型电池。已知该熔融盐电池的负极的电极反应是CH －
4
8e － ＋ 4CO===5CO ＋ 2H O ， 则 正 极 的 电 极 反 应 式 为
2 2
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
。
解析 （1）此蓄电池在充电时，电池阴极应与外加电源的负极连接，发生氢氧化亚
铁得电子的还原反应，其电极反应式为Fe（OH） ＋2e－===Fe＋2OH－。
2
（2）以铜为电极，用此蓄电池作电源，则阳极铜失去电子，根据总电极方程式可知
阴极是氢离子得到电子，铜离子与氢氧根结合生成氢氧化铜沉淀，稀硫酸溶液显
酸性，不能生成氢氧化铜，A错误；氢氧化钠溶液显碱性，阴极氢离子放电，可以产
生氢氧化铜，B正确；铜电极电解硫酸钠溶液，阴极氢离子放电，破坏水的电离平
衡，产生氢氧化铜，C正确；铜电极电解硫酸铜溶液，开始阴极铜离子放电，D错误；
铜电极电解氯化钠溶液，阴极氢离子放电，破坏水的电离平衡，产生氢氧化铜，E
正确。
（3）假如用此蓄电池电解以下溶液（电解池两极均为惰性电极），工作一段时间后，
蓄电池内部消耗了0.36 g水，即0.02 mol水，根据方程式可知反应中转移0.02 mol
电子。电解足量N（NO ）溶液时某一电极析出了a g金属N，则根据电子得失守恒
3 x
可知，金属N的相对原子质量R的计算公式为R＝＝50ax。
（4）已知该熔融盐电池的负极的电极反应是CH －8e－＋4CO===5CO ＋2H O，则
4 2 2
正极是氧气得到电子，根据负极反应式可知，正极电极反应式为2O ＋4CO ＋8e－
2 2
===4CO。
答案 （1）负 Fe（OH） ＋2e－===Fe＋2OH－
2
（2）B、C、E （3）50ax （4）O ＋2CO ＋4e－===2CO（或2O ＋4CO ＋8e－
2 2 2 2===4CO）
11.（2018·天津静海一中等五校期末联考）某兴趣小组做如下探究实验：
（1）图Ⅰ为依据氧化还原反应设计的原电池装置，该反应的离子方程式为
_____________________________________________________________________。
反应前，两电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12 g，则导线中通过
mol电子。
（2）如图Ⅰ，其他条件不变，若将CuCl 溶液换为NH Cl溶液，石墨电极的反应式
2 4
为_____________________________________________________________，
这是由于NH Cl溶液显 （填“酸性”“碱性”或“中性”），用离子方程
4
式 表 示 溶 液 显 此 性 的 原 因 ：
______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
。
（3）如图Ⅱ，其他条件不变，将图Ⅰ中盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n形，则乙
装置中石墨（1）为 （填“正”“负”“阴”或“阳”）极，乙装置中与铜线
相 连 的 石 墨 （ 2 ） 电 极 上 发 生 反 应 的 反 应 式 为
_____________________________________________________________________。
（4）将图Ⅱ乙装置中CuCl 溶液改为加入400 mL CuSO 溶液，一段时间后，若电极
2 4
质 量 增 重 1.28 g ， 则 此 时 溶 液 的 pH 为
_____________________________________________________________________（不考虑反应中溶液体积的变化）。
解析 （1）Fe是活泼电极，失电子被氧化生成Fe2＋，石墨是惰性电极，溶液中Cu2＋
在石墨电极得电子被还原生成Cu，故该原电池的反应为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。
工作过程中，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，铁电极质量减少；石墨作
正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，石墨电极质量增加；设两电极质量相差12
g时电路中转移电子为x mol，则有x mol××56 g·mol－1＋x mol××64 g·mol－1＝
12 g，解得x＝0.2。
（2）NH Cl溶液中NH发生水解反应：NH＋H O NH ·H O＋H＋，使溶液呈
4 2 3 2
酸性，故石墨电极（即正极）上发生的反应为2H＋＋2e－===H ↑。
2
（3）其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n形，则甲装置为原电池，
Fe作负极，Cu作正极；乙装置为电解池，则石墨（1）为阴极，石墨（2）为阳极，溶液
中Cl－在阳极放电生成Cl ，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl ↑。
2 2
（4）若将乙装置中电解质溶液改为加入400 mL CuSO 溶液，则阴极反应式为Cu2＋
4
＋2e－===Cu，当电极质量增重1.28 g（即析出0.02 mol Cu）时，电路中转移0.04
mol电子。电解CuSO 溶液的总反应方程式为2CuSO ＋2H O INCLUDEPICTURE
4 4 2
"F:\\方正文件\\2019文件\\课件\\2020版 创新设计 高考总复习 化学 人教版\\反
应通电.TIF" \* MERGEFORMATINET 2H SO ＋2Cu＋O ↑，则转移
2 4 2
0.04 mol电子时生成0.02 mol H SO ，则有c（H＋）＝＝0.1 mol·L－1，pH＝－lg 0.1＝
2 4
1，故此时溶液的pH为1。
答案 （1）Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu 0.2
（2）2H＋＋2e－===H ↑ 酸性 NH＋H O NH ·H O＋H＋
2 2 3 2
（3）阴 2Cl－－2e－===Cl ↑ （4）1
2
[B级 拔高选做题]
12.某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl ===2AgCl。下列说法正确的是
2
（ ）A.正极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－
B.放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成
C.若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变
D.当电路中转移0.01 mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子
解析 根据电池总反应为2Ag＋Cl ===2AgCl可知，Ag失电子作负极，氯气在正
2
极上得电子生成氯离子。正极上氯气得电子生成氯离子，其电极反应为：Cl ＋2e－
2
===2Cl－，故A错误；放电时，交换膜左侧银为负极失电子形成银离子与溶液中的
氯离子结合成AgCl沉淀，所以左侧溶液中有大量白色沉淀氯化银生成，故B错误
根据电池总反应为2Ag＋Cl ===2AgCl可知，用NaCl溶液代替盐酸，电池的总反
2
应不变，故C错误；放电时，当电路中转移0.01 mol e－时，交换膜在左侧会有0.01
mol氢离子通过阳离子交换膜向正极移动，同时会有0.01 mol Ag失去0.01 mol电
子生成银离子，银离子会与氯离子反应生成氯化银沉淀，所以氯离子会减少0.01
mol，则交换膜左侧溶液中共约减少0.02 mol离子，故D正确；故选D。
答案 D
13.2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错
误的是（ ）
A.a为电池的正极
B.电池充电反应为LiMn O ===Li Mn O ＋xLi
2 4 1－x 2 4
C.放电时，a极锂的化合价发生变化
D.放电时，溶液中Li＋从b向a迁移
解析 图示所给出的是原电池装置。A项，由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，正确；B项，电
池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，正确；C项，放电时，a极为原
电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，不正确；D
项，放电时为原电池，锂离子应向正极（a极）迁移，正确。
答案 C
14（. 1）高铁酸钾（K FeO ）不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在
2 4
进行中，如图1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10 min，理论消耗Zn g（已知F＝96 500
C·mol－1）。
②盐桥中盛有饱和 KCl 溶液，此盐桥中氯离子向 移动（填“左”或
“右”）；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向 移动（填“左”或
“右”）。
③图2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
2 2
能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如下图所示，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，其装置如下图所示。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
____________________________________________________________________。
解析 （1）①放电时高铁酸钾为正极，正极发生还原反应，电极反应式为FeO＋
4H O＋3e－===Fe（OH）↓＋5OH－；若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，转
2 3
移电子的物质的量为1×10×60÷96 500＝0.006 217 6（mol）。理论消耗Zn的质量
0.006 217 6 mol÷2×65 g·mol－1≈0.2 g（已知F＝96 500 C·mol－1）。
②电池工作时，阴离子移向负极，阳离子移向正极，所以盐桥中氯离子向右移动；
若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向左移动。
③图2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
点有使用时间长、工作电压稳定。
（2）该电池的本质反应是合成氨反应，电池中氢气失去电子，在负极发生氧化反应，
氮气得电子在正极发生还原反应，则正极反应式为N ＋8H＋＋6e－===2NH，氨气
2
与HCl反应生成氯化铵，则电解质溶液为氯化铵溶液。
（3）工作时电极b作正极，O2－由电极b移向电极a；该装置是原电池，通入一氧化
碳的电极a是负极，负极上一氧化碳失去电子发生氧化反应，电极反应式为CO＋
O2－－2e－===CO 。
2
答案 （1）①FeO＋4H O＋3e－===Fe（OH） ↓＋5OH－ 0.2
2 3
②右 左③使用时间长、工作电压稳定
（2）N ＋8H＋＋6e－===2NH 氯化铵
2
（3）从b到a CO＋O2－－2e－===CO
2
