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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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【答案】D
【解析】A 项，酸性锌锰干电池，锌筒为负极，石墨电极为正极，故A 错误；B 项，原电池工作时，
阳离子向正极(石墨电极)方向移动，故B 错误；C 项，MnO2发生得电子的还原反应，故C 错误；D 项，锌
筒为负极，负极发生失电子的氧化反应Zn-2e-=Zn2＋，故D 正确；故选D。
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
【答案】C
【解析】Zn 为负极，电极反应式为：Zn-2e-+2OH-= ZnO+H2O，MnO2为正极，电极反应式为：MnO2+
e-+H2O= MnOOH+OH-。A 项，电池工作时，MnO2为正极，得到电子，发生还原反应，故A 错误；B 项，
电池工作时，OH-通过隔膜向负极移动，故B 错误；C 项，环境温度过低，化学反应速率下降，不利于电
池放电，故C 正确；D 项，由电极反应式MnO2+ e-+H2O= MnOOH+OH-可知，反应中每生成1mol
MnOOH，转移电子数为6.02×10-23，故D 错误；故选C。
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
【答案】A
【解析】铝为活泼金属，发生氧化反应为负极，则石墨为正极。A 项，由分析可知，b 电极为电池正
极，A 正确；B 项，电池工作时，阳离子向正极移动，故海水中的Na+向b 电极移动，B 错误；C 项，电池
工作时，a 电极反应为铝失去电子生成铝离子Al-3e-=Al3+，铝离子水解显酸性，C 错误；D 项，由C 分析可
2
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知，每消耗1kgAl(为
)，电池最多向外提供
mol 电子的电量，D 错误；故选
A。
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↑
【答案】B
【解析】根据题意，电池总反应式为：Mg+2AgCl=MgCl2+2Ag，正极反应为：2AgCl+2e-= 2Cl-+
2Ag，负极反应为：Mg-2e-=Mg2+，A 项正确，B 项错误；对原电池来说，阴离子由正极移向负极，C 项正
确；由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑，D 项正确；故选B。
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
【答案】AD
【解析】A 项，根据化合价升降判断，Zn 化合价只能上升，故为负极材料，K2FeO4为正极材料，正确；
B 项，KOH 溶液为电解质溶液，则正极电极方程式为2FeO4
2− +6e−+8H2O =2Fe(OH)3+10OH−，错误；C 项，
该电池放电过程中电解质溶液浓度减小，错误；D 项，电池工作时阴离子OH−向负极迁移，正确；故选
AD。
6．(2015·北京卷，12)在通风橱中进行下列实验：
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
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【答案】C
【解析】步骤Ⅰ是铁与稀硝酸反应生成无色气体NO，NO 被空气中的氧气氧化生成红棕色的NO2气体，
故A 正确；步骤Ⅱ的现象是因为铁发生了钝化，Fe 表面形成致密的氧化层，阻止Fe 进一步反应，故B 正
确；步骤Ⅱ反应停止是因为发生了钝化，不能用来比较稀硝酸和浓硝酸的氧化性强弱，物质氧化性强弱只
能通过比较物质得电子能力强弱来分析，故C 错误；步骤Ⅲ中Fe、Cu 都能与硝酸反应，二者接触，根据
构成原电池条件，要想验证铁是否为负极、发生氧化反应，可以连接电流计，故D 正确。
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
【答案】C
【解析】由锌铜原电池原理可知，锌电极为负极，失电子，发生氧化反应，铜电极为正极，得电子，
发生还原反应，A 项错误；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，两池中c(SO4
2-)不变，B 项错误；电
解过程中Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，乙池中Cu2++2e-=Cu，其溶液中的离子转换为
Cu2+→Zn2+，摩尔质量M(Cu2+)<M(Zn2+)，乙池溶液的总质量增加，C 项正确；阳离子交换膜只允许阳离子
和水分子通过，电解过程中Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池保持溶液的电荷平衡，阴离子并不通过
交换膜，D 项错误。
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)
4
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电池工作时，下列叙述错误的是
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
【答案】C
【解析】由题中信息可知，b 电极为负极，发生反应Cu2O+2OH--2e-=2CuO+H2O，然后再发生
C6H12O6+2CuO= C6H12O7+Cu2O；a 电极为正极，发生反应O2+2H2O+4e-=4OH-，在这个过程中发生的总反应
为2C6H12O6+O2=2C6H12O7。A 项，由题中信息可知，当电池开始工作时，a 电极为电池正极，血液中的O2
在a 电极上得电子生成OH-，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-；b 电极为电池负极， Cu2O 在b 电极上失
电子转化成CuO，电极反应式为Cu2O+2OH--2e-=2CuO+H2O，然后葡萄糖被CuO 氧化为葡萄糖酸，CuO 被
还原为Cu2O，则电池总反应为2C6H12O6+O2=2C6H12O7，A 正确；B 项，b 电极上CuO 将葡萄糖被CuO 氧化
为葡萄糖酸后被还原为Cu2O，Cu2O 在b 电极上失电子转化成CuO，在这个过程中CuO 的质量和化学性质
保持不变，因此，CuO 通过Cu(Ⅱ) 和Cu(Ⅰ) 相互转变起催化作用，B 正确；C 项，根据反应
2C6H12O6+O2=2C6H12O7 可知，1mol C6H12O6 参加反应时转移2 mol 电子，18 mg C6H12O6 的物质的量为0.1
mmol，则消耗18 mg 葡萄糖时，理论上a 电极有0.2 mmol 电子流入，C 错误；D 项，原电池中阳离子从负
极移向正极迁移，故Na＋迁移方向为b→a，D 正确。故选C。
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+
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D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
【答案】CD
【解析】A 项，向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室Cu 电极溶解，变为铜离子与氨气形成
[Cu(NH3)4]2+，因此甲室Cu 电极为负极，故A 错误；B 项， 再原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜
为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，
明显不利于电池反应正常进行，故B 错误；C 项，左侧负极是Cu+4NH3-2e- =[Cu(NH3)4]2+，正极是Cu 2++2e-
= Cu，则电池总反应为：Cu2++4NH3=[Cu(NH3)4]2+，故C 正确；D 项，NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成
[Cu(NH3)4]2+，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D 正确。故选
CD。
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
【答案】C
【解析】锂海水电池的总反应为2Li+2H2O═2LiOH+H2↑， M 极上Li 失去电子发生氧化反应，则M 电
极为负极，电极反应为Li-e-=Li+，N 极为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑。A 项，海水中含有丰富
的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A 正确；B 项，N 为正极，电极反应为2H2O+2e-
=2OH-+H2↑，故B 正确；C 项，Li 为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li 反应，但不能
传导离子，故C 错误；D 项，该电池不可充电，属于一次电池，故D 正确；故选C。
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( )
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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
【答案】C
【解析】A 项，如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极、负极发生氧化反应而不是还原反
应，A 错误；B 项，已知：pH 与电池的电动势E 存在关系：pH=(E-常数)/0.059，则玻璃膜内外氢离子浓度
的差异会引起电动势的变化，B 错误；C 项，pH 与电池的电动势E 存在关系：pH=(E-常数)/0.059，则分别
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，C 正确；D 项，pH 计工作
时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D 错误；故选C。
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
【答案】D
【解析】由图可知，a 电极为原电池的负极，单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子，电极反应
式为K—e-=K+，b 电极为正极，在钾离子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾。A 项，
金属性强的金属钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许K+通过，不允许O2通过，
故A 正确；B 项，由分析可知，放电时，a 为负极，b 为正极，电流由b 电极沿导线流向a 电极，充电时，
b 电极应与直流电源的正极相连，做电解池的为阳极，故B 正确；C 项，由分析可知，生成1mol 超氧化钾
时，消耗1mol 氧气，两者的质量比值为1mol×71g/mol：1mol×32g/mol≈2.22：1，故C 正确；D 项，铅酸蓄
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电池充电时的总反应方程式为2PbSO4+2H2O＝PbO2+Pb+2H2SO4，反应消耗2mol 水，转移2mol 电子，由得
失电子数目守恒可知，耗3.9g 钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为
×18g/mol=1.8g，故D 错误；故
选D。
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
【答案】B
【解析】根据题干信息可知，放电时总反应为4Na+3CO2=2Na2CO3+C。A 项，放电时负极上Na 发生
氧化反应失去电子生成Na+，故A 错误；B 项，放电时正极为CO2得到电子生成C，故B 正确；C 项，放
电时阳离子移向还原电极，即阳离子由负极移向正极，故C 错误；D 项，放电时装置为原电池，能量转化
关系为化学能转化为电能和化学能等，故D 正确；故选B。
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
【答案】C
【解析】从题干可知，当通电时，Ag+注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3器件呈现蓝色，说明通
电时，Ag 电极有Ag+生成然后经固体电解质进入电致变色层，说明Ag 电极为阳极，透明导电层时阴极，
故Ag 电极上发生氧化反应，电致变色层发生还原反应。A 项，通电时，Ag 电极有Ag+生成，故Ag 电极为
阳极，故A 项正确；B 项，通电时电致变色层变蓝色，说明有Ag+从Ag 电极经固体电解质进入电致变色层，
故B 项正确；C 项，过程中，W 由WO3的+6 价降低到AgxWO3中的+(6-x)价，故C 项错误；D 项，该电解
池中阳极即Ag 电极上发生的电极反应为：xAg-xe-= xAg+，而另一极阴极上发生的电极反应为：WO3+xAg+
+xe- = AgxWO3，故发生的总反应式为：xAg + WO3=AgxWO3，故D 项正确；故选C。
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( )
8
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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
【答案】C
【解析】根据电池反应：2Na+xS
Na2Sx可知，放电时，钠作负极，发生氧化反应，电极反应为：
Na-e-= Na+，硫作正极，发生还原反应，电极反应为2Na++xS+2e-= Na2Sx。A 项，Na2S4属于离子化合物，4
个硫原子间形成三对共用电子对，电子式为
，故A 正确；B 项，放电时发生的是
原电池反应，正极发生还原反应，电极反应为：2Na++xS+2e-= Na2Sx，故B 正确；C 项，放电时，Na 为电
池的负极，正极为硫单质，故C 错误；D 项，放电时，该电池是以钠作负极，硫作正极的原电池，充电时，
是电解池，Na —β—Al2O3为隔膜，起到电解质溶液的作用，该电池为二次电池，故D 正确；故选C。
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↑
【答案】A
【解析】金属的吸氧腐蚀，溶液并不是较强酸性，石墨电极反应式：O2+2H2O+4e → 4OH- ，因此A
选项错误。
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( )
9
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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
【答案】A
【解析】A．甲装置属于原电池，Zn 较Cu 活泼，做负极，Zn 失电子变Zn2+，电子经导线转移到铜电
极，铜电极负电荷变多，吸引了溶液中的阳离子，因而Zn2+和H+向Cu 电极方向移动，H+氧化性较强，得
电子变H2，2H++2e=H2↑，因而c(H+)减小，A 项错误；B． Ag2O 作正极，得到来自Zn 失去的电子，被还
原成Ag，结合KOH 作电解液，故电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O
2Ag＋2OH−，B 项正确；C．Zn 为较
活泼电极，做负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，锌溶解，因而锌筒会变薄，C 项正确；
D．铅蓄电池总反应式为PbO2 + Pb + 2H2SO4
2PbSO4 + 2H2O，可知放电一段时间后，H2SO4不断
被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，D 项正确。故选A。
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
( )
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
【答案】C
【解析】A 项，锂失电子，化合价升高发生氧化反应，说法正确，不符合题意；B 项，阳离子向正极
移动，正极在水溶液中，因此锂离子向水溶液处移动，说法正确，不符合题意；C 项，氧离子在水溶液中
不能存在，而是与水分子结合生成氢氧根离子，因此正极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-，说法错误，符合题意；
D 项，该电池反应为锂与氧气、水反应生成氢氧化锂，说法正确，不符合题意。
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：
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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
【答案】C
【解析】A 项，CO2在ZnO@石墨烯电极上转化为CO，发生得到电子的还原反应，为阴极，电极反应式
为CO2+H＋+2e－＝CO+H2O，A 正确；B 项，根据石墨烯电极上发生的电极反应可知①+②即得到H2S－2e－
＝2H＋+S，因此总反应式为CO2+H2S＝CO+H2O+S，B 正确；C 项，石墨烯电极为阳极，与电源的正极相连，
因此石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯电极上的高，C 错误；D 项，由于铁离子、亚铁离子均易水解，所以
如果采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需要酸性，D 正确。
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
D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多
【答案】D
【解析】A 项，原电池工作时，Li+向正极移动，则a 为正极，正极上发生还原反应，随放电的多少可
能发生多种反应，其中可能为2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4，故A 正确；B 项，原电池工作时，转移0.02mol 电
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子时，氧化Li 的物质的量为0.02mol，质量为0.14g，故B 正确；C 项，石墨能导电，利用石墨烯作电极，
可提高电极a 的导电性，故C 正确；D 项，电池充电时间越长，转移电子数越多，生成的Li 和S8越多，即
电池中Li2S2的量越少，故D 错误；答案为A。
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↑
【答案】B
【解析】根据题意，电池总反应式为：Mg+2AgCl=MgCl2+2Ag，正极反应为：2AgCl+2e-= 2Cl-+ 2Ag，
负极反应为：Mg-2e-=Mg2+，A 项正确，B 项错误；对原电池来说，阴离子由正极移向负极，C 项正确；由
于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑，D 项正确；故选B。
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
【答案】C
【解析】A 项，反应物接触面积越大，反应速率越快，所以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，从而提高反应速率，故A 正确；B 项，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，则单位质量的电极材料失去电子的物质的量越
多则得到的电能越多，假设质量都是1g 时，这三种金属转移电子物质的量分别为
×2=
mol、
×3=
mol、
×2=
mol，所以Al-空气电池的理论比能量最高，故B 正确；C 项，
正极上氧气得电子和水反应生成OH-，因为是阴离子交换膜，所以阳离子不能进入正极区域，则正极反应
式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故C 错误；D 项，负极上Mg 失电子生成Mg2+，为防止负极区沉积Mg(OH)2，则
阴极区溶液不能含有大量OH-，所以宜采用中性电解质及阳离子交换膜，故D 正确；故选C。
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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
【答案】AD
【解析】A 项，根据化合价升降判断，Zn 化合价只能上升，故为负极材料，K2FeO4为正极材料，正确；
B 项，KOH 溶液为电解质溶液，则正极反应式为2FeO4
2− +6e−+8H2O =2Fe(OH)3+10OH−，错误；C 项，该
电池放电过程中电解质溶液浓度减小，错误；D 项，电池工作时阴离子OH−向负极迁移，正确；故选
AD。
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-)
【答案】C
【解析】该装置构成原电池，Zn 是负极，Cu 是正极。A．在正极Cu 上溶液中的H+获得电子变为氢气，
Cu 棒的质量不变，错误；B．由于Zn 是负极，不断发生反应Zn-2e-=Zn2+，所以溶液中c(Zn2+)增大，错误；
C．由于反应不断消耗H+，所以溶液的c(H+)逐渐降低，正确；D．SO4
2-不参加反应，其浓度不变，错误。
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
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
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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
【答案】C
【解析】根据题给放电的总反应4M+nO2+2nH2O=4M(OH) n，氧气在正极得电子，由于有阴离子交换
膜，正极反应式为O2+2H2O+4e–=4OH-，故选C。
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
【答案】AB
【解析】Zn 与稀盐酸发生反应：Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑，若加入物质使反应速率降低，则c(H+)减小，但
是不影响生成氢气的物质的量，说明最终电离产生的n(H+)不变。A 项，K2SO4是强酸强碱盐，不发生水解，
溶液显中性，溶液中的水对盐酸起稀释作用，使c(H+)减小，但没有消耗H+，因此n(H+)不变，符合题意；
B 项，CH3COONa 与HCl 发生反应：CH3COONa+HCl=CH3COOH+NaCl，使溶液中c(H+)减小，反应速率降
低，当反应进行到一定程度，会发生反应：2CH3COOH+Zn=(CH3COO)2Zn+H2↑，因此最终不会影响生成氢
气的物质的量，符合题意；C 项，加入CuSO4溶液与Zn 发生置换反应：CuSO4+Zn=Cu+ZnSO4，生成的Cu
与Zn 和盐酸构成原电池，会加快反应速率，与题意不符合；D 项，若加入Na2CO3溶液，会与盐酸发生反
应：Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑，使溶液中的c(H+)减小，但由于部分H+生成了H2O，因此使n(H+)也
减小，生成氢气的物质的量减小，不符合题意。
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。
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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
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_______。
【答案】(1)烧杯、量筒、托盘天平 (2)KCl (3)石墨
(4)0.09mol/L (5)Fe3++e-=Fe2+ Fe-2e-=Fe2+ Fe3+ Fe
(6)取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN 溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成
【解析】(1)由FeSO4·7H2O 固体配制0.10mol·L-1FeSO4溶液的步骤为计算、称量、溶解并冷却至室温、
移液、洗涤、定容、摇匀、装瓶、贴标签，由FeSO4·7H2O 固体配制0.10mol·L-1FeSO4溶液需要的仪器有药
匙、托盘天平、合适的量筒、烧杯、玻璃棒、合适的容量瓶、胶头滴管，故答案为：烧杯、量筒、托盘天
平；(2)Fe2+、Fe3+能与HCO3
-反应，Ca2+能与SO4
2-反应，FeSO4、Fe2(SO4)3都属于强酸弱碱盐，水溶液呈酸
性，酸性条件下HCO3
-能与Fe2+反应，根据题意“盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应”，
盐桥中阴离子不可以选择HCO3
-、NO3
-，阳离子不可以选择Ca2+，另盐桥中阴、阳离子的迁移率(u∞)应尽可
能地相近，根据表中数据，盐桥中应选择KCl 作为电解质；(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极，则
铁电极为负极，石墨电极为正极，盐桥中阳离子向正极移动，则盐桥中的阳离子进入石墨电极溶液中。(4)
根据(3)的分析，铁电极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，石墨电极上未见Fe 析出，石墨电极的电极反应式为
Fe3++e-=Fe2+，电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02mol/L，根据得失电子守恒，石墨
电极溶液中c(Fe2+)增加0.04mol/L，石墨电极溶液中c(Fe2+)=0.05mol/L+0.04mol/L=0.09mol/L；(5)根据(3)、
(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，铁电极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+；电池总反应
为Fe+2Fe3+=3Fe2+，根据同一反应中，氧化剂的氧化性强于氧化产物、还原剂的还原性强于还原产物，则
验证了Fe2+氧化性小于Fe3+，还原性小于Fe；(6)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，发生的反应为Fe+ Fe2(SO4)3=3FeSO4，要检验活化反应完成，只要检验溶
液中不含Fe3+即可，检验活化反应完成的方法是：取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN 溶液，若溶液
不出现血红色，说明活化反应完成。
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：
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(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：________。
【答案】(3)CO3
2- 10 +120 kJ·mol-1 B 900 ℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不
大，但能耗升高，经济效益降低。 Al–3e–=Al3+(或2Al–6e–=2Al3+) 催化剂 2Al+6CO2=Al2(C2O4)3
【解析】(3)明显电池的负极为Al，所以反应一定是Al 失电子，该电解质为氯化铝离子液体，所以Al
失电子应转化为Al3+，方程式为：Al–3e–=Al3+(或2Al–6e–=2Al3+)。根据电池的正极反应，氧气再第一步被
消耗，又在第二步生成，所以氧气为正极反应的催化剂。将方程式加和得到，总反应为：
2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。
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)
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
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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
。
【答案】(1)3 ⅣA
(2)1s22s22p3 1
(3)> < > <
(4)2H++NO3
-+e-=NO2↑+H2O 正 铝在浓硝酸中发生钝化，表面生成了氧化膜阻止了Al 的进一步反应
【解析】(1)Si 是14 号元素，有3 层电子，位于元素周期表的第3 周期ⅣA 族。
(2)N 的核电荷数为7，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p3，Cu 的4s 轨道有1 个电子。(3)同周期
由左向右元素原子半径逐渐减小，即原子半径Al>Si；同周期元素的电负性由左向右逐渐增大，则电负性：
N<O；C—C 键的键长比Si—Si 键短，则C—C 键比Si—Si 键牢固，金刚石的熔点大于硅；组成与结构相似
的物质，相对分子质量大的分子间作用力大，沸点高，即CH4<SiH4。(4)原电池的正极是硝酸发生还原反应：
2H++NO3
-+e-=NO2↑+H2O，原电池中的阳离子移向正极。t1时电子流动方向发生改变，则原电池的正、负极
发生改变，原因是铝表面生成了氧化膜而不再参加反应，此时铜作负极。
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
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________________________________。
【答案】(1)MnO2+e-+H+=MnOOH
Zn+2MnO2+2H+=Zn2++2MnOOH
[注：式中Zn2+可写为Zn(NH3)4
2=，Zn(NH3)2Cl2等，H+可写为NH4
+]
(2)0.05
(3)加热浓缩、冷却结晶 碳粉 MnOOH 在空气中加热 碳粉转变为CO2，MnOOH 被氧化为MnO2
(4)Fe3+ 2.7 6 Zn2+和Fe2+分离不开
Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近
【解析】(1)酸性锌锰干电池外壳为金属锌，锌是负极，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+。中间是碳棒，碳棒
是正极，二氧化锰得到电子，则正极电极反应式为MnO2+e-+H+=MnOOH ，总反应式为
Zn+2MnO2+2H+=Zn2++2MnOOH。(2)维持电流强度为0.5 A，电池工作5 分钟，则通过的电量是150 C，因
此通过电子的物质的量是
150 C
96 500 C·mol
−1=1.554×10-3mol，锌在反应中失去2 个电子，则理论消耗Zn
的质量是
2
mol
001554
.0
×65 g·mol-1=0.05 g。(3)废电池糊状填充物加水处理后过滤，滤液中主要有氯化铵和
氯化锌，根据溶解度表可知氯化锌的溶解度受温度影响变化较大，所以二者可以通过结晶分离获得，即通
过蒸发结晶、冷却结晶实现分离。滤渣的主要成分是二氧化锰、碳粉、MnOOH，在空气中加热，碳燃烧
生成二氧化碳，MnOOH 被氧化为二氧化锰。所以欲从中得到较纯的二氧化锰，最简便的方法是灼烧。(4)
双氧水具有强氧化性，能把铁氧化为铁离子，因此加入稀硫酸和双氧水，溶解后铁变为硫酸铁。根据氢氧
化铁的溶度积常数可知，当铁离子完全沉淀时溶液中氢氧根的浓度为
3√
10
−39
10
−5 mol·L-1≈5×10-12mol·L-1，所以
氢离子浓度是2×10-3mol·L-1，因此加碱调节pH 为2.7，Fe3+刚好完全沉淀。Zn2+浓度为0.1 mol·L-1，根据氢
氧化锌的溶度积常数可知开始沉淀时的氢氧根浓度为10-8mol·L-1，则pH=6，即继续加碱调节pH 为6，锌
开始沉淀。如果不加双氧水，则在沉淀锌离子的同时亚铁离子也沉淀，导致生成的氢氧化锌不纯，无法分
离开Zn2+和Fe2+。
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：
(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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【答案】(1)Ag 在空气中易与氧气和含硫化合物反应，发生化学腐蚀
(2)1.8×10-7 2
(3)2AgNO3
2Ag↓+2NO2↑+O2↑
(4)Ag++e-=Ag
【解析】(1)根据金属的腐蚀原理可知Ag 变黑是发生了化学腐蚀的缘故；(2)根据反应中HCl 和硝酸银
的物质的量可知HCl 过量，则计算剩余的氯离子的物质的量浓度为(0.02-0.018)mol·L-1/2=0.001 mol·L-1，根
据AgCl 的溶度积的表达式计算即可，即c(Ag+)= K sp( AgCl)
c(C l
−)
=1.8×10
−10
0.001
mol·L-1=1.8×10-7mol·L-1；因为该
反应中氢离子未参加反应，所以溶液的体积变为100 mL 时，氢离子的浓度为0.01 mol·L-1，则pH=2；(3)根
据氧化还原反应理论，硝酸银分解生成Ag 和二氧化氮气体，元素化合价均降低，因此该反应中有氧气生
成(氧化还原反应中化合价有降必有升，氧元素化合价升高)。(4)该原电池的实质是Cu 与银离子发生置换反
应生成Ag 单质，所以正极是生成Ag 单质的还原反应。
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