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专题37 原电池原理与应用
考点
十年考情(2015-2024)
命题趋势
考点1 原电池
原理
2024·北京卷、2024·江苏卷、2023•海南
卷、2016·全国II 卷、2016·海南卷、2015·
北京卷、2015·天津卷
随着全球能源逐渐枯竭，研发，推广新
型能源迫在眉睫，因此，新型化学电池
成为科学家研究的重点方向之一，也成
为高考的高频考点之一。高考有关原电
池的命题一直是常考常新，命题背景
新、设问角度新、解答方式新。虽然电
池的种类多样，但主要考查内容离不开
原电池的基本工作原理，着重考查考生
对原理的迁移应用能力。命题主要有两
种形式：(1)在选择题中，常通过新型电
池对原电池的工作原理进行考查，分值
为2~6 分。对原电池原理的复习备考应
该针对以下几点：一是理解原电池基本
原理；二是陌生电池电极反应式的书
写。
考点2 原电池
原理应用(选择
题)
2024·全国新课标卷、2023•山东卷、2022•
湖南选择性卷、2022·浙江省1 月卷、
2021•河北选择性卷、2021•广东选择性
卷、2020•新课标Ⅱ卷、2020•天津卷、
2019•上海卷、2019•浙江4 月卷、2018·浙
江、2018•新课标Ⅰ卷、2017•新课标Ⅲ
卷、2016•新课标Ⅱ卷、2016•浙江卷、
2016•海南卷、2016•上海卷、2016·浙江理
综、2015·海南卷
考点3 原电池
原理综合应用
(非选择题)
2020•新课标Ⅰ卷、2018•天津卷、2015·安
徽卷、2015·全国卷Ⅱ、2015·海南卷
考点1 原电池原理
1．(2024·北京卷，3，3 分)酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理，下列说法
正确的是( )
A．石墨作电池的负极材料
B．电池工作时，NH4
+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为Zn-2e-=Zn2＋
1
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2．(2024·江苏卷，8，3 分)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O= ZnO+2MnOOH，电池构造示意
图如图所示。下列有关说法正确的是( )
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1mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×10-23
3． (2023•海南卷，8)利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。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
海水呈强碱性
D．每消耗1kgAl，电池最多向外提供37mol 电子的电量
4．(2016·全国II 卷，11)Mg-AgCl 电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(
)
A．负极反应式为Mg-2e-=Mg2+
B．正极反应式为Ag++e-=Ag
C．电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑
5．(2016·海南卷，10)某电池以K2FeO4和Zn 为电极材料，KOH 溶液为电解溶质溶液。下列说法正确
的是( )
A．Zn 为电池的负极
B．正极反应式为2FeO4
2− +6e−+10H+ =Fe2O3+5H2O
C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变
D．电池工作时
向负极迁移
6．(2015·北京卷，12)在通风橱中进行下列实验：
2
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步
骤
现
象
Fe 表面产生大量无色气泡，液面
上方变为红棕色
Fe 表面产生少量红棕色气泡
后，迅速停止
Fe、Cu 接触后，其表面均产
生红棕色气泡
下列说法不正确的是( )
A．Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式：2NO+O2=2NO2
B．Ⅱ中的现象说明Fe 表面形成致密的氧化层，阻止Fe 进一步反应
C．对比Ⅰ、Ⅱ中现象，说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3
D．针对Ⅲ中现象，在Fe、Cu 之间连接电流计，可判断Fe 是否被氧化
7．(2015·天津卷，4)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(SO4
2-)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
考点2 原电池原理应用
1．(2024·全国新课标卷，6，3 分)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO 催化消耗
血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电
池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)
电池工作时，下列叙述错误的是
3
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A．电池总反应为2C6H12O6+O2=2C6H12O7
B．b 电极上CuO 通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用
C．消耗18mg 葡萄糖，理论上a 电极有0.4mmol 电子流入
D．两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a
2．(2023•山东卷，11)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Cu 电极为正极
B．隔膜为阳离子膜
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
3．(2022•湖南选择性卷，8)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。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
4．(2022·浙江省1 月卷，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=(E-常数)/0.059。下列说法正确的是( )
4
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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(0.1mol·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
5．(2021•河北选择性卷，9)K—O2电池结构如图，a 和b 为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电
池，下列说法错误的是( )
A．隔膜允许K+通过，不允许O2通过
B．放电时，电流由b 电极沿导线流向a 电极；充电时，b 电极为阳极
C．产生1Ah 电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g 钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g 水
6．(2021•广东选择性卷，9)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，放电时
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
7．(2020•新课标Ⅱ卷，12)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变
色器件的示意图。当通电时，Ag+注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，
下列叙述错误的是( )
A．Ag 为阳极
B．Ag+由银电极向变色层迁移
C．W 元素的化合价升高
D．总反应为：WO3+xAg=AgxWO3
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8．(2020•天津卷，11)熔融钠-硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为
2Na+xS
Na2Sx (x=5~3，难溶于熔融硫)，下列说法错误的是( )
A．Na2S4的电子式为
B．放电时正极反应为2Na++xS+2e-= Na2Sx
C．Na 和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D．该电池是以Na —β—Al2O3为隔膜的二次电池
9．(2019•上海卷)关于下列装置(只是个示意图)，叙述错误的是 ( )
A．石墨电极反应：O2+4H++4e → 2H2O B．鼓入少量空气，会加快Fe 的腐蚀
C．加入少量NaCl，会加快Fe 的腐蚀 D．加入HCl，石墨电极反应式：2H++2e → 2H2↑
10．(2019•浙江4 月卷，12)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。
下列说法不正确的是( )
A．甲：Zn2+向Cu 电极方向移动，Cu 电极附近溶液中H+浓度增加
B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O===2Ag＋2OH−
C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
11．(2018·浙江卷，17)锂(Li)—空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是
( )
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A.金属锂作负极，发生氧化反应 B.Li+通过有机电解质向水溶液处移动
C.正极的电极反应：O2+4e-=2O2- D.电池总反应：4Li+O2+2H2O=4LiOH
12．(2018•新课标Ⅰ卷，13)最近我国科学家设计了一种CO2+H2S 协同转化装置，实现对天然气中CO2
和H2S 的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨
烯电极区发生反应为：
①EDTA-Fe2+-e-＝EDTA-Fe3+
②2EDTA-Fe3++H2S＝2H++S+2EDTA-Fe2+
该装置工作时，下列叙述错误的是( )
A．阴极的电极反应：CO2+2H++2e-＝CO+H2O
B．协同转化总反应：CO2+H2S＝CO+H2O+S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+，溶液需为酸性
13．(2017•新课标Ⅲ卷，11)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a
常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是( )
A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4
B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol 电子，负极材料减重0.14 g
C．石墨烯的作用主要是提高电极a 的导电性
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D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多
14．(2016•新课标Ⅱ卷，11)Mg—AgCl 电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误
的是( )
A．负极反应式为Mg-2e-=Mg2+
B．正极反应式为Ag++e-=Ag
C．电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑
15．(2016•浙江卷，11)金属(M)–空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源
汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：4M+nO2+2nH2O=4M(OH) n。已知：电池的“理
论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是( )
A．采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面
B．比较Mg、Al、Zn 三种金属–空气电池，Al–空气电池的理论比能量最高
C．M–空气电池放电过程的正极反应式：4Mn++nO2+2nH2O+4ne–=4M(OH)n
D．在Mg–空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜
16．(2016•海南卷，10)某电池以K2FeO4和Zn 为电极材料，KOH 溶液为电解溶质溶液。下列说法正确
的是( )
A．Zn 为电池的负极
B．正极反应式为2FeO4
2−+ 10H++6e−=Fe2O3+5H2O
C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变
D．电池工作时
向负极迁移
17．(2016•上海卷，8)图1 是铜锌原电池示意图。图2 中，x 轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，
y 轴表示( )
A．铜棒的质量 B．c(Zn2+)
C．c(H+) D．c(SO4
2-)
18．(2016·浙江理综，11)金属(M)–空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能
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源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：4M+nO2+2nH2O=4M(OH) n。已知：电池的
“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是( )
A．采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面
B．比较Mg、Al、Zn 三种金属–空气电池，Al–空气电池的理论比能量最高
C．M–空气电池放电过程的正极反应式：4Mn++nO2+2nH2O+4ne–=4M(OH)n
D．在M–空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜
19．(双选)(2015·海南卷，8)10 mL 浓度为1 mol·L-1的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的下列溶液，
能减慢反应速率但又不影响氢气生成量的是( )
A．K2SO4
B．CH3COONa
C．CuSO4
D．Na2CO3
考点3 原电池原理综合应用
1．(2020•新课标Ⅰ卷，27)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
回答下列问题：
(1)由FeSO4·7H2O 固体配制0.10 mol·L−1 FeSO4溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、_________(从下列
图中选择，写出名称)。
(2)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并
且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择____________作为电解质。
阳离子
u∞×108/(m2·s−1·V−1)
阴离子
u∞×108/(m2·s−1·V−1)
Li+
4.07
HCO3
-
4.61
9
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Na+
5.19
NO3
-
7.40
Ca2+
6.59
Cl−
7.91
K+
7.62
SO4
2-
8.27
(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入________电极溶液中。
(4)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02 mol·L−1。石墨电极上未见Fe 析出。可
知，石墨电极溶液中c(Fe2+)=________。
(5)根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为_______，铁电极的电极反应式为_______。
因此，验证了Fe2+氧化性小于________，还原性小于________。
(6)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，
铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是_______。
2．(2018•天津卷，8 节选)CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题：
(3)O2辅助的Al～CO2电池工作原理如图4 所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物
Al2(C2O4)3是重要的化工原料。
电池的负极反应式：________。
电池的正极反应式：6O2+6e−=6O2
− 6CO2+6O2
−=3C2O4
2−
反应过程中O2的作用是________。该电池的总反应式：________。
3．(2015·安徽卷，25)C、N、O、Al、Si、Cu 是常见的六种元素。
(1)Si 位于元素周期表第 周期第 族。
(2)N 的基态原子核外电子排布式为 ；
Cu 的基态原子最外层有 个电子。
(3)用“>”或“<”填空：
原子半径
电负性
熔点
沸点
Al Si
N O
金刚石 晶体硅
CH4 SiH4
(4)常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu 片插入浓HNO3中组成原电池(图1)，测得原电池的电流强度(I)
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随时间(t)的变化如图2 所示，反应过程中有红棕色气体产生。
0～t1时，原电池的负极是Al 片，此时，正极的电极反应式是
，溶液中
的H+ 向 极移动，t1 时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是
。
4．(2015·全国卷Ⅱ，26)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、MnO2、ZnCl2和NH4Cl 等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可
以得到多种化工原料。有关数据如下表所示：
溶解度/(g/100 g 水)
温度/℃
化合物
0
20
40
60
80
100
NH4Cl
29.3
37.2
45.8
55.3
65.6
77.3
ZnCl2
343
395
452
488
541
614
化合物
Zn(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Ksp近似值
10-17
10-17
10-39
回答下列问题：
(1)该电池的正极反应式为 ，
电池反应的离子方程式为 。
(2)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)
(3)废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通过 分离回收；
滤渣的主要成分是MnO2、 和 ，欲从中得到较纯的MnO2，最简便的方法是
，其原理是
。
(4)用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O 的过程中，需除去锌皮中的少量杂质铁，其方法是：加稀H2SO4和
H2O2 溶解，铁变为 ，加碱调节至pH 为 时，铁刚好沉淀完全(离子浓度小于1×10-
5mol·L-1时，即可认为该离子沉淀完全)；继续加碱至pH 为 时，锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1
mol·L-1) 。若上述过程不加
H2O2
后果是___________________________ ，原因是
________________________________。
5．(2015·海南卷，15)银是一种贵金属，古代常用于制造钱币及装饰器皿，现代在电池和照明器材等领
域亦有广泛应用。回答下列问题：
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(1)久存的银制品表面会变黑，失去银白色光泽，原因是 。
(2)已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10，若向50 mL 0.018 mol·L-1的AgNO3溶液中加入50 mL 0.020 mol·L-1的盐酸，
混合后溶液中Ag+的浓度为 mol·L-1，pH 为 。
(3)AgNO3 光照易分解，生成Ag 和红棕色气体等物质，其光照分解反应的化学方程式为
。
(4)右图所示原电池正极的反应式为 。
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