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第16 讲 原电池及化学电源（解析板）
知识主线：
工作原理：
构成条件
两个活泼性不同的电极
(
)
电解质溶液溶液或熔融
形成闭合回路
能自发进行的氧化还原反应
正负极的判断方法
根据总方程式：负氧正还
根据电流流向：阳正阴负
根据电子流向：负出正入
应用：加快反应速率、比较金属活泼性等
化学电源
一次电源
二次电源
燃料电池
(
)
电极反应的书写三步法
得失电子守恒
电荷守恒
原子守恒
原
电
池
一、原电池的工作原理及应用
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．工作原理——锌铜原电池可用简图表示
总反应离子方程式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
(1)电极
①负极：失去电子，发生氧化
反应
②正极：得到电子，发生还原
反应
(2)电子定向移动方向和电流方向
①电子从负极流出经外电路流
入正极
②电流从正极流出经外电路流
入负极
(3)离子移动方向
阴离子向负极移动，阳离子向
正极移动
3．单液原电池(无盐桥)和双液原电池(有盐桥)对比
名称
单液原电池
双液原电池
装置
相
同
电极名称
负极 (锌片)
正极 (铜片)
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋ (氧化反应)
Cu2＋＋2e－===Cu (还原反应)
1
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点
总反应
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
电子流向
电子由负极经导线流向正极：由Zn 沿导线流向Cu
电流流向
电流由正极经导线流向负极：由Cu 沿导线流向Zn
不
同
点
离子迁移
方向
电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移
Cu2＋移向正极，SO4
2－移向负极
盐桥含饱和KCl 溶液，K＋移向正极，Cl－移向负
极
能量转化
效率
还原剂Zn 与氧化剂Cu2 ＋直接接
触，既有化学能转化为电能，又有
化学能转化为热能，造成能量损耗
Zn 与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为
电能，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间
长
【注意】
①盐桥的成分：盐桥通常是装有饱和KCl 或者NH4NO3琼脂溶胶的U 形管，溶液不
致流出来，但离子则可以在其中自由移动
②盐桥的作用有三种：a.隔绝正负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定，提
高电池效率；b.通过离子的定向移动，构成闭合回路；c.平衡电极区的电荷
③无论是单液原电池装置还是双液原电池装置，电子均不能通过电解质溶液
④自发发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应，也可以是电极与溶
解的O2等发生反应，如将铁与石墨相连插入食盐水中
4．原电池的构成条件
(1)有自发进行的氧化还原反应
(2)两个活泼性不同的电极
【注意】①其中一个相对较活泼，另一个相对较不活泼，如：金属与金属、金属与非
金属、非金属与非金属
②燃料电池中两极可同选石墨或铂
(3)电解质溶液或者熔融电解质
(4)电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路
5．原电池中正负极的判断方法
(1)根据电极反应或总反应方程式来判断
作还原剂、失电子、化合价升高、发生氧化反应的电极是负极
作氧化剂、得电子、化合价降低、发生还原反应的电极是正极
(2)根据外电路中电子流向或电流方向来判断
电子流出或电流流入的一极负极；电子流入或电流流出的一极正极
(3)根据内电路(电解质溶液中)中离子的迁移方向来判断
阳离子向正极移动；阴离子向负极移动
(4)根据原电池的两电极材料来判断
两种金属(或金属与非金属)组成的电极，若它们都与(或都不与)电解质溶液单独能反
应，则较活泼的金属作负极；若只有一种电极与电解质溶液能反应，则能反应的电
极作负极
(5)根据电极质量的变化来判断
工作后，X 极质量增加，说明溶液中的阳离子在X 极放电，X 极为正极，X 极活泼
性弱；反之，X 极质量减少，说明X 极金属溶解，X 极为负极，活动性强
(6)根据电池中的现象来判断：若某电极上有气泡冒出，则是因为析出了H2，说明该电
极为正极，活泼性弱
6．原电池原理的应用
(1)加快氧化还原反应的速率：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶
液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。如：在Zn 和稀硫酸反应时，滴
加少量CuSO4溶液，则Zn 置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn 与
稀硫酸反应的速率
2
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(2)比较金属活动性的强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活
动性较弱的金属(或非金属)
①方法：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属
(或非金属)
②常见规律：电极质量较少，作负极较活泼，有气体生成、电极质量不断增加或不
变作正极，较不活泼
如：有两种金属A 和B，用导线将A 和B 连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，
若观察到A 溶解，而B 上有气体放出，则说明A 作负极，B 作正极，即可以
断定金属活动性：A＞B
(3)设计制作化学电源
①依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负
极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原
②选择合适的材料
a．正、负极材料的选择：电极材料必须导电。根据氧化还原反应找出正、负极材
料，一般选择活动性较强的金属作为负极(或者在该氧化还原反应中，本身失去
电子的材料)；活动性较 弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极
b．电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液
中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。但如果氧化反应
和还原反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液
应选择与电极材料相同的阳离子的溶液
如：根据2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋设计电池
①不含盐桥
②含盐桥
(4)用于金属的防护——牺牲阳极法
原理
利用原电池原理，让被保护金属做正极，一种活泼性
较强的金属做负极，用导线相连
要求
被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极
实例
要保护一个钢闸门，可用导线将其与一块锌块相连，
使锌作原电池的负极
二、常见化学电源及工作原理
1．一次电池：一次电池就是放电之后不可再充电的电池。随着使用，一次电池中能发
生氧化还原反应的物质被消耗，当这些物质消耗到一定程度时，电池就不能继续使
用了。一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。常见的一次电池
有锌锰干电池、锌银电池
(1)碱性锌锰干电池
结构
碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，其负极是Zn，正
极是MnO2，电解质溶液是KOH 溶液
电极反
应
负极反
应
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
正极反
应
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
3
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总反应
Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
特点
比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放
电
(2)锌银电池
电极反应
负极反应
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
正极反应
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
总反应
Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
特点
比能量大、电压稳定、储存时间长
(3)锂电池
构成
Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器，该电池的电极材料分别为锂和碳，电解
液是LiAlCl4－SOCl2
电极反
应
总反应
4Li＋2SOCl2===4LiCl＋SO2↑＋S
负极反
应
4Li－4e－===4Li＋
正极反
应
2SOCl2＋4e－===SO2↑＋S＋4Cl－
2．二次电池
二次电池又称可充电电池或蓄电池。充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在
充电时又可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时期内
循环进行。充电电池中能量的转化关系是：
化学能
放电
充电
电能，常见的二次电池有铅蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等蓄电
池等
(1)铅酸蓄电池
结构
铅酸蓄电池是由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有
PbO2，负极板覆盖有Pb，稀硫酸作电解质溶液
电极
反应
总反应
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)
放电
充电
2PbSO4(s)＋2H2O(l)
负极
Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)
正极
PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)
特点
常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全
【注意】
①可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应
②放电时的负极反应和充电时的阴极反应、放电时的正极反应和充电时的阳极反应
在形式上互逆。将负(正)极反应式变方向并将电子移向即得出阴(阳)极反应式
③二次电池充电时原负极必然要发生还原反应(生成原来消耗的物质)，即作阴极，连
接外接电源的负极；同理，原正极连接电源的正极，作阳极。简记为：负连负，
正连正
④放电总反应和充电总反应在形式上互逆，但不是可逆反应
(2)锂离子电池
电极反应
总反应
LixCy＋Li1－xCoO2
LiCoO2＋Cy
负极
嵌锂石墨(LixCy)：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy
正极
钴酸锂(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
4
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反应过程
放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中，充电时，Li＋从钴酸锂晶体
中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的
正极、负极之间完成化学能与电能的相互转化
3．燃料电池
燃料电池的
工作原理
燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本
身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。燃料电池工作时，燃料和氧化剂连续地
由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出，于是电池就连续不断
地提供电能
燃料电池示
意图
燃料
气体
特点
** 错误的表达式 **清洁、安全、高效
②燃料电池的利用率高、能量转化率高，能量转化率达到80%以上
** 错误的表达式 **与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内
部，而是从外部提供，这时电池起着类似试管、烧杯等反应器的作用
(1)氢氧燃料电池用Pt 作电极，不断充入燃料(H2)和氧化剂(O2)，分别在两极发生氧化
反应和还原反应，电池总反应式是2H2＋O2===2H2O。氢氧燃料电池在不同介质中的
电极反应：
介质
负极反应式
正极反应式
酸性
2H2－4e－===4H＋
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
中性
2H2－4e－===4H＋
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
碱性
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)理论上来说，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，所以燃料电池的燃料除氢气外，
还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等气体或液体，且能量转化率超过80%，由燃料电池
组合成的发电站被誉为“绿色发电站”
三、原电池电极反应式的书写方法
1．电极反应遵循的三个守恒
观察铅蓄电池的正、负极电极反应
负极反应
Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)
正极反应
PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)
总反应
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)
放电
充电
2PbSO4(s)＋2H2O(l)
规律
任何一个电极反应等号左、右两边一定遵循：得失电子守恒、电荷守恒、
原子守恒
(1)得失电子守恒
①失电子
电荷数为＋n；得电子
电荷数为—n
②元素的化合价每升高一价，则元素的原子就会失去一个电子
③元素的化合价每降低一价，则元素的原子就会得到一个电子
(2)电荷守恒：电极反应左、右两边的正电荷和负电荷数相等
(3)原子守恒(质量守恒)：电极反应左、右两边同种原子的原子个数一定相等
2．电极反应的书写方法
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(1)拆分法：针对比较简单的原电池可以采取拆分法，先确定原电池的正、负极，列出
正、负极上反应的物质，并标出相同数目电子的得失
a．写出原电池的总反应，如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
b．把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，注明正、负极，并依据质量
守恒、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应：
正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
负极：Cu－2e－===Cu2＋
【注意】注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，
则电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式中
Al——Mg (稀盐酸)
总反应
Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
负极反应
Mg－2e－===Mg2＋
正极反应
2H＋＋2e－===H2↑
Cu——Ag (硝酸银溶液)
总反应
Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag
负极反应
Cu－2e－===Cu2＋
正极反应
2Ag＋＋2e－===2Ag
(2)加减法：正、负极反应相加得到电池反应的离子方程式。反之，若能写出已知电池
的总反应的离子方程式，可以减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电
极反应式
复杂电极反应式===总反应式—简单的电极反应式
a．写出总反应，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4
b．写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)，如
负极：Li－e－===Li＋
c．利用总反应式与上述的一极反应式相减，即得另一个电极的反应式，即
正极：LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4
Al——Cu (稀硝酸)
总反应
Al＋4H＋＋NO===Al3＋＋NO↑＋2H2O
负极反应
Al－3e－===Al3＋
正极反应
4H＋＋NO＋3e－===NO↑＋2H2O
Al——Cu (浓硝酸)
总反应
Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O
负极反应
Cu－2e－===Cu2＋
正极反应
4H＋＋2NO＋2e－===2NO2↑＋2H2O
Al——Mg (NaOH 溶液)
总反应
2Al＋2H2O＋2OH－===2AlO2
－＋3H2↑
负极反应
2Al－6e－＋8OH－===2AlO2
－＋4H2O
正极反应
6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
铅蓄电池
总反应
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)
负极反应
Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)
正极反应
PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)
(3)“三步法”书写电极反应——按顺序书写：以“甲醇——氧气——KOH 溶液”为例
以“甲醇——氧气——KOH 溶液”为例
第一步：得
失电子守恒
失电子⃗— me ¿ 电荷数为＋m；得电子⃗+ne ¿ 电荷数为－n
负极的甲醇在碱性环境中变成CO 3
2－失去6 个电子，写成－6e－；正极
6
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的O2到底是变成了OH－还是H2O，一定是得到4 个电子，写成＋4e－，
此步称之为得、失电子守恒
负极反应：CH3OH－6e－— CO3
2－；
正极反应：O2＋4e－—；
第二步：电
荷守恒
此时负极反应左边的电荷数为＋6，右边的电荷数为－2，电荷显然不守
恒，为了使左、右两边电荷守恒必需在左边配8 个
OH
－ ；正极反应的左
边电荷数为－4，右边的电荷数为0，为了使左、右两边电荷守恒必需在
右边配4 个
OH
－ ，此步称之为电荷守恒
负极反应：CH3OH—6e—＋8OH－—CO3
2－；
正极反应：O2＋4e－—4OH－；
第三步：原
子守恒
观察负极反应左、右两边的原子个数，C 守恒，H、O 不守恒，需在右
边配6 个
H 2O；而正极反应H、O 不守恒，需在左边配2 个
H 2O，此步
称之为原子守恒
负极反应：CH3OH—6e－＋8OH－＋6H2O===CO3
2－；
正极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－；
【注意】
①该法书写电极是各写各的电极，因此正负极电子数可能不相等，所以最后再用最
小公倍数写出总方程式
②若为酸性介质，先补H+，另一边补H2O；若为碱性介质，先补OH—，另一边补
H2O
③有机物中化合价处理方法：“氧－2，氢＋1，最后算碳化合价”，并且要注意溶
液环境与产物之间的反应，碱性环境下，C 元素最终产物应为CO3
2－
④水溶液中不能出现O2－；碱性溶液反应物、生成物中均无H+；酸性溶液反应物、
生成物中均无OH－，中性溶液反应物中无H+ 和OH－
电池类型
导电介质
反应式
氢、氧燃料电池
酸性介质
(H＋)
总反应
2H2＋O2===2H2O
负极反
应
2H2－4e－===4H＋
正极反
应
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
氢、氧燃料电池
碱性介质
(OH－)
总反应
2H2＋O2===2H2O
负极反
应
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
正极反
应
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
甲烷(CH4)燃料电
池
酸性介质
(H＋)
总反应
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
负极反
应
CH4－8e－＋2H2O===8H＋＋CO2
正极反
应
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
乙烷(C2H6)燃料电
池
碱性介质
(OH－)
总反应
2C2H6＋7O2＋8OH－===4CO＋10H2O
负极反
应
2C2H6－28e－＋36OH－===4CO＋24H2O
正极反
应
7O2＋14H2O＋28e－===28OH－
丙烷(C3H8)燃料电
熔融碳酸盐
总反应
C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O
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池
(CO)
负极反
应
C3H8－20e－＋10CO===13CO2＋4H2O
正极反
应
5O2＋10CO2＋20e－===10CO
甲醇(CH3OH)燃
料电池
固态氧化物
(O2－)
总反应
2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
负极反
应
2CH3OH－12e－＋6O2－===2CO2＋4H2O
正极反
应
3O2＋12e－===6O2－
乙醇(C2H5OH)燃
料电池
碱性介质
(OH－)
总反应
C2H5OH＋3O2＋4OH－===2CO＋5H2O
负极反
应
C2H5OH －12e －＋16OH －===2CO ＋
11H2O
正极反
应
3O2＋6H2O＋12e－===12OH－
CO 燃料电池
固态氧化物
(O2－)
总反应
2CO＋O2===2CO2
负极反
应
2CO－4e－＋2O2－===2CO2
正极反
应
O2＋4e－===2O2－
肼(N2H4)燃料电池
(生成氮气和水)
碱性介质
(OH－)
总反应
N2H4＋O2===N2＋2H2O
负极反
应
N2H4－4e－＋4OH－===4H2O＋N2
正极反
应
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
氨气燃料电池
(生成无污染的气
体)
碱性介质
(OH－)
总反应
4NH3＋3O2===2N2＋6H2O
负极反
应
4NH3－12e－＋12OH－===12H2O＋2N2
正极反
应
3O2＋12e－＋6H2O===12OH－
3．锂离子电池电极反应式的书写
书写技巧:锂离子电池通常都是锂做负极，平衡电荷的也是锂离子，因此可以先写出
负极反应(Li－e－===Li＋，至于带x 或者C6可以稍加变形加进去即可：LixC6－xe－
===xLi＋＋C6)，正极用总反应减去总反应即可
钴酸锂电池
总反应
Li1－xCoO2＋LixC6
LiCoO2＋C6(x＜1)
负极反应
LixC6－xe－===xLi＋＋C6
正极反应
Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2
磷酸铁锂电
池
总反应
FePO4＋Li
LiFePO4
负极反应
Li－e－===Li＋
正极反应
FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4
锰酸锂电池
总反应
LixC6＋Li3-xNiCoMnO6
C6＋Li3NiCoMnO6
负极反应
LixC6－xe－===xLi＋＋C6
正极反应
Li3-xNiCoMnO6 ＋xe－＋xLi＋===Li3NiCoMnO6
锂钒氧化物
总反应
xLi＋LiV3O8===Li1＋xV3O8
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电池
负极反应
xLi－xe－=== xLi＋
正极反应
xLi＋＋LiV3O8＋xe－===Li1＋xV3O8
锂－铜
电池
总反应
2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－
负极反应
Li－e－===Li＋
正极反应
Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－
4．二次电池(可充电电池)电极反应的书写方法——以铅蓄电池为例
铅蓄电池的工作
原理
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)
2PbSO4(s)＋2H2O(l)
放电时——原电
池
负极
Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)
(氧化反应)
正极
PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)
(还原反应)
充电时——电解
池
阴极
PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)
(还原反应)
阳极
PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)
(氧化反应)
规律
** 错误的表达式 **可充电电池有充电和放电两个过程，放电时
是原电池反应，充电时是电解池反应
** 错误的表达式 **放电时的负极反应和充电时的阴极反应、放
电时的正极反应和充电时的阳极反应在形式上互逆。将负(正)极
反应式变方向并将电子移向即得出阴(阳)极反应式
** 错误的表达式 **二次电池充电时原负极必然要发生还原反应
(生成原来消耗的物质)，即作阴极，连接外接电源的负极；同
理，原正极连接电源的正极，作阳极。简记为：负连负，正连
正
** 错误的表达式 **放电总反应和充电总反应在形式上互逆 (但
不是可逆反应)
例1．“蓝天、碧水、净土”三大环保保卫战正加快生态环境治理和现代化建设。下
列说法错误的是
A．废旧电池必须回收处理，可以防止重金属污染
B．尽量少用或不用含磷洗涤剂，以防止水体富营养化
C．农田使用铵态氮肥要深施覆土，以防止氮肥被氧化
D．在燃油车上安装三元催化转化器，以降低污染气体的排放
【答案】C
【详解】A．废旧电池中含有重金属离子，随意丢弃会污染环境，所以废旧电池必须
回收处理，防止重金属污染，A 不合题意；
B．国家提倡少用或不用含磷洗衣粉，这是由于磷使水体富营养化，使水质恶化，B 不
合题意；
C．铵态氮肥不稳定易分解，故铵态氮肥使用时要深施覆土，不是以防止氮肥被氧化，
C 符合题意；
9
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D．在汽车上安装三元催化转化器处理尾气时，三元催化转化器的载体部件是一块多
孔陶瓷材料，可以减少NO、CO 等污染气体的排放，D 不合题意；
故答案为：C。
例2．室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫
电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉
末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：
，
，
下列叙述错误的是
A．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
B．放电时负极反应为：
C．充电时
从硫电极向钠电极迁移
D．放电时外电路电子流动的方向是
【答案】B
【分析】钠-硫电池中钠作负极，电极反应式为：Na-e-=Na+，表面喷涂有硫磺粉末的炭
化纤维素纸作正极，电极反应式为：
S8+e-→
S
，
S
+e-→S
，2Na++
S
+2(1-
)e-→Na2Sx，充电时，钠电极作阴极，电极反应式为：Na++e-=Na，据此分析。
【详解】A．炭化纤维素纸具有导电性，其作用是增强硫电极导电性能，故A 正确；
B．钠-硫电池中钠作负极，电极反应式为：Na-e-=Na+，故B 错误；
C．由分析知，充电时Na 电极作为阴极，阳离子移向阴极，因此充电时Na+从硫电极
向钠电极迁移，故C 正确；
D．放电时，电子由负极流向正极，由分析知，a 为负极，b 为正极，因此放电时外电
路电子流动的方向是a→b，故D 正确；
10
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故选B。
例3．下列有关方程式错误的是
A．碱性锌锰电池的正极反应：
B．制备粗硅的反应方程式为：
C．食醋去除水垢中的
：
D．
溶液滴入
溶液中：
【答案】C
【详解】A．碱性锌锰电池,石墨为正极，
在正极上发生还原反应，电极反应式：
，A 正确；
B．工业上用石英砂和焦炭高温下制备粗硅，反应方程式为：
，
B 正确；
C．醋酸为弱酸，离子方程式中不能拆，所以食醋去除水垢中的
：
，C 错误；
D．用
溶液检验溶液中的
，反应的离子方程式为：
，D 正确；
故选C。
例4．我国科学家经过研究发明了以下装置从海水中提取锂单质，其工作原理如图所
示。该装置运行期间电极Ⅱ上产生
和气体X。下列说法错误的是
11
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A．该装置实现了“太阳能→电能→化学能”的转化
B．电极Ⅰ连接太阳能电池的负极
C．工作时，电极Ⅱ附近溶液的pH 增大
D．实验室检验气体X 可用湿润的淀粉-KI 试纸
【答案】C
【分析】由图可知，锂离子向电极I 迁移，则电极I 为阴极，电极反应式：
；电极II 为阳极，该装置运行期间电极Ⅱ上产生
和气体X，则电极反
应式：
、
；
【详解】A．根据该装置示意图可知，实现了太阳能→电能→化学能的转化，故A 正
确；
B．根据分析可知，电极I 为阴极，连接太阳能电池负极，故B 正确；
C．根据分析可知，电极II 为阳极，电极反应式：
、
，则工作时，电极Ⅱ附近溶液的pH 减小，故C 错误；
D．根据分析可知X 气体为
，可用湿润的淀粉-KI 试纸检验，故D 正确；
答案选C。
例5．研究小组将混合均匀的铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头
滴管中滴入一定浓度醋酸溶液，进行铁的电化学腐蚀实验，容器中的压强随时间的变
化曲线如图2。下列说法正确的是
12
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A．0-t1时压强增大的原因可能是铁腐蚀放出热量
B．铁被氧化的电极反应式为：
C．碳粉上发生了氧化反应
D．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
【答案】A
【详解】A. 根据
，0-t1时压强增大的原因可能是铁腐蚀放出热量使压强增大，
故A 正确；
B. 铁被氧化的电极反应式为：
，故B 错误；
C. 铁发生氧化反应，碳粉上发生还原反应，故C 错误；
D. 铁腐蚀过程中化学能部分转化为电能，还有转化成热能的部分，故D 错误；
故答案选A。
例6．高压科学研究中心研究的一种通过压力梯度驱动化学反应产生电能的电池装置
如图所示。金刚石压砧把H2压入储氢电极PdHx，它在压力梯度的驱动下生成质子，电
子先后通过下层铂电极和外接线路转移到Pd 电极参与反应，形成闭合回路。
下列说法错误的是
A．Pd 电极为正极
B．交换膜为质子交换膜
C．电池正极反应为
D．Pd 与PdHx之间含氢差异和压力梯度
都会导致电势差
【答案】C
【分析】PdHx是负极材料，它在压力梯度的驱动下发生反应：
，
生成的质子通过质子交换膜传输到上层钯电极(正极)，而电子先后通过下层铂电极和外
接线路转移到钯电极，并在此与质子重新结合发生还原反应，至此形成闭合回路。
【详解】A．PdHx是负极材料，它在压力梯度的驱动下发生反应：
，
13
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生成的质子通过质子交换膜传输到上层钯电极(正极)，而电子先后通过下层铂电极和外
接线路转移到钯电极，并在此与质子重新结合发生还原反应，至此形成闭合回路。Pd
电极为正极，A 项正确；
B．交换膜需要H+通过并在正极发生反应；
，所以交换膜为质子交换膜，
B 项正确；
C．电池正极反应为
，C 错误；
D．分析原理可知，Pd 与PdHx之间含氢差异和压力梯度都会导致电势差，D 正确；
故选C。
例7．下列有关电极反应式或离子方程式正确的是
A．碱性氢氧燃料电池负极反应：
B．以铜为电极电解CuCl2溶液的阳极反应：
C．在酸性KMnO4溶液中滴加FeSO4溶液：
D．将丙烯通入溴的四氯化碳溶液中：
【答案】C
【详解】A．在碱性条件下氢气被氧化：
，A 项错误；
B．以铜为电极，铜在阳极发生氧化反应，阳极反应式为
，B 项错误；
C．亚铁离子还原酸性高锰酸根离子，根据氧化还原反应的规律和配平原则可知，上述
离子方程式正确，C 项正确；
D．丙烯分子中碳碳双键与溴加成，形成碳溴单键：
，D 项错误；
答案选C。
例8．一种可用于吸收CO2的电池，其工作原理如图所示。下列说法正确的是
14
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A．电极a 上发生的反应为H2-2e⁻=2H+
B．I 室出口处溶液的pH 大于入口处
C．该装置可以制取CaCl2和NaHCO3
D．如果将阴离子交换膜改为阳离子交换膜，则电池工作时I 室可能有CaCO3沉淀
生成
【答案】C
【分析】在电极a 上H2放电，为负极，由于电极a 附近为碱性条件，所以电极a 上发
生的反应为H2－2e－+2OH－=2H2O；电极b 为正极，H+放电生成H2，电极b 上发生的反
应为2H++2e－=H2，以此作答。
【详解】A．由分析可知，电极a 上发生的反应为H2－2e－+2OH－=2H2O，故A 错误；
B．I 室中的OH－在电极a 上被消耗，导致氢氧根离子减小，出口处溶液的pH 小于入
口处，故B 错误；
C．II 室的Cl－通过阴离子交换膜进入I 室，可在I 室获得CaCl2，II 室中水电离产生的
氢离子放电，使溶液呈碱性，过量的CO2与OH－反应生成碳酸氢根，则可在II 室获得
碳酸氢钠，故C 正确；
D．II 室中有碳酸根离子生成，若将阴离子交换膜改为阳离子交换膜，则I 室中的钙离
子通过交换膜进入II 室，从而在II 室中生成碳酸钙沉淀，故D 错误；
故选C。
例9．一种电化学催化制甲酸盐的装置如图。下列说法错误的是
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A．充电时，
电极作阴极
B．充电时，阳极放出氧气
C．放电时，
向
电极移动
D．放电时，正极的电极反应式为
【答案】D
【分析】由图中电子流向可知，充电时Zn 电极为阴极，阴极电极方程式为：
[Zn(OH)4]2-+2e-=Zn+4OH-，阳极反应为4OH--4e-=O2↑+H2O，放电时，锌失电子生成
[Zn(OH)4]2-，负极反应为Zn-2e-+4OH-═[Zn(OH)4]2-，催化电极为正极，正极上CO2得电
子生成HCOO-，正极反应为CO2+2e-+H2O=HCOO-+OH-，据此分析解答。
【详解】A．由分析可知，充电时，
电极作阴极，故A 正确；
B．由分析可知，充电时，阳极反应为4OH--4e-=O2↑+H2O，故B 正确；
C．放电时，Zn 电极为负极，原电池中阴离子向负极移动，则
向
电极移动，故
C 正确；
D．由分析可知，放电时，正极的电极反应式为CO2+2e-+H2O=HCOO-+OH-，故D 错误；
故选D。
例10．某过渡金属(M)—锂离子电池的结构如图所示，总反应式为
，下列说法不正确的是
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A．放电时电子从
流入Al，还原电极B 中的金属元素M
B．当
移向电极A 时，化学能转化为电能
C．电解质不能用水溶液，但可用离子液体
D．充电时B 电极的反应式为：
【答案】B
【分析】放电时
转化为
，即发生电极反应
，电子从集流器
流入集流器Al，充电时
转化为
，所以电极反应式为
；
【详解】A．由题给总反应式可知，放电时
转化为
，即发生电极反应
，电子从集流器
流入集流器Al，发生反应：
，金属元素M 被还原，选项A 正确；
B．当
移向电极A 时，是
转化为
，由总反应可知是充电过程，是电能
转化为化学能，选项B 不正确；
C．因Li 能与水发生反应，所以电解质不能用水溶液，可以用常温下呈液态又可以导
电的离子液体，选项C 正确；
D．由总反应及电池结构可知，充电时
转化为
，所以电极反应式为
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，选项D 正确；
答案选B。
1．回答下列问题
(1)某同学利用原电池装置证明了反应Ag＋＋Fe2＋=Ag＋Fe3＋能够发生，设计的装置如下
图所示。为达到目的，其中石墨为 极，甲溶液是 ，证明反应
Ag＋＋Fe2＋=Ag＋Fe3＋能够发生的实验操作及现象是
(2)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO )已成为环境修复研究的热点之一，Fe 还原水
体中NO3
-的反应原理如图所示。
上图中作负极的物质是 。正极的电极反应式是 。
(3)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了
一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：阴极区的电极反
应式为 。 电路中转移1 mol 电子，需消耗氧气 L(标准状况)。
【答案】(1) 负 FeSO4 或FeCl2溶液 分别取电池工作前与工作一段时间
后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN 溶液，后者红色加深
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(2) 铁 NO ＋8e-＋10H＋=NH ＋3H2O
(3) Fe3+＋e-= Fe2+ 5.6L
【详解】（1）已知电池总反应为反应Ag＋＋Fe2＋=Ag＋Fe3＋，银离子化合价降低，得
到电子，作正极，故石墨一侧仅为导电材料，作负极，甲溶液是含Fe2+的溶液，可以
为FeSO4 或FeCl2溶液；证明反应能够发生，实际上即证明有Fe3+生成，实验操作及现
象是：分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN 溶液，
后者红色加深；
（2）由图可知，电子从铁电极移到外侧，故铁电极失去电子，发生氧化反应，做负极，
正极
得到电子变为
，电极反应式为
＋8e-＋10H＋=
＋3H2O；
（3）由题可知，HCl 失去电子变为Cl2，发生氧化反应，做阳极，阴极区的电极反应
式为Fe3+＋e-= Fe2+， 外侧Fe2+与氧气反应4Fe2++O2+4H+= 4Fe3++2H2O，电路中转移1
mol 电子，需消耗氧气0.25mol，即5.6L(标准状况)。
2．利用氮的化合物的同时，有效治理和减少污染是我们面临的重要课题。
(1)NH3和N2H4是氮元素的两种重要的氢化物。下图为实验室模拟尿素法制备水合肼
(N2H4·H2O)的流程图：
已知：①N2H4·H2O 易溶于水，具有强还原性，易被氧化成N2。
②一定条件下，碱性NaClO 溶液与尿素溶液反应生成N2H4·H2O。
回答下列问题：
①结合NH3分子的结构和性质，解释NH3常用作制冷剂的原因为 。
②吸收塔内发生反应的离子方程式为 。
③写出反应器1 中生成水合肼反应的化学方程式为 。
④反应器1 要控制NaClO 溶液的用量，其主要目的是 。
(2)科学家发现可以利用细胞中三种酶处理废水中含氮粒子，反应过程如图所示。
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①反应过程中所涉及N2H4和
两种粒子，其中H-N-H 与O-N-O 相比键角较大的粒
子为 。
②用电离方程式表述NH2OH 的水溶液显碱性的原因 。
(3)盐酸羟胺(NH2OHC1)是一种常见的还原剂和显像剂，其化学性质与NH4Cl 类似。工
业上主要采用图1 所示的方法制备。其电池装置中含Fe 的催化电极反应机理如图2 所
示(不考虑溶液体积的变化)。
①图2 中N 离子的电子式为 。
②电池工作时，每消耗2.24L NO (标准状况)，左室溶液质量增加 g。
【答案】(1) NH3分子间易形成氢键，故氨气易液化；液化的氨气在气化时需要破
坏氢键，吸收大量的热，因此NH3可被用作制冷剂 Cl2+2OH－=Cl－+ClO－+H2O
CO(NH2)2 +NaClO+2NaOH
N2H4·H2O+Na2CO3+NaCl 防止过量的NaClO
将生成的N2H4·H2O 氧化
(2)
NH2OH+H2O
NH3OH++OH－
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(3)
3.3
【分析】由题给流程可知，氯气与氢氧化钠溶液在吸收塔中反应得到次氯酸钠溶液，
次氯酸钠溶液与尿素在反应器I 中，硫酸锰做催化剂作用下，碱性条件下反应得到含
有碳酸钠，氯化钠和水合肼溶液；
【详解】（1）①
常用作制冷剂的原因：
分子间易形成氢键，故氨气易液化；
液化的氨气在气化时需要破坏氢键，吸收大量的热，因此
可被用作制冷剂；
②由分析可知，吸收塔内发生反应为氯气和氢氧化钠溶液反应生成氯化钠，次氯酸钠
和水，反应的离子方程式为：
；
③由分析可知，反应器I 中生成水合肼的反应为次氯酸钠溶液与尿素在硫酸锰催化剂
作用下，碱性条件下反应得到含有碳酸钠，氯化钠和水合肼，反应的化学方程式为：
；
④由题中信息可知，水合肼具有还原性，易被氧化成氮气，若次氯酸钠溶液过量，会
将水合肼氧化，导致产率降低；
（2）①
中O 原子不提供孤电子对为
杂化，键角大约为120°，
中氮氮之
间为单键，每个氮原子再连两个氢原子，为
杂化，则键角大的为
；
②
水溶液显碱性，是因为可以电离出氢氧根，电离方程式为：
；
（3）①由题意可知，
具体和氨气类似的弱碱性，可以和盐酸反应生成盐酸羟
胺，所以缺少的第一步反应为
,图2 中N 为
，电子式为：
21
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；
②含Fe 的催化电极为正极，电极反应式为：
，2.24L 的
NO 标况下是0.1mol，左室增加的质量为0.1molNO 和0.3mol 氢离子的质量，即
。
3．回答下列问题
(1)已知完全燃烧ag 乙炔(C2H2)气体时生成1molCO2和H2O(l)，同时放出热量bkJ，则表
示乙炔燃烧热的热化学方程式： 。
(2)某课外科学兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。图中是两个串
联的甲烷燃料电池做电源对乙池丙池进行电解实验(各溶液溶质均足量)，当闭合该装置
的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。
A
①
电极上发生的电极反应式为： 。
②电解过程中丙池中发生的总反应方程式为： 。
③当两个燃料电池共消耗甲烷2240mL(标况)，乙池中某极上析出Ag 的质量为
g。
(3)如图所示是一种可实现氢气循环利用的新型电池的放电工作原理。
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若以此新型电池为电源，用惰性电极电解制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]，其工作原理如
图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。
①新型电池放电时，负极电极反应式为： 。
②两池工作时，电池的电极M 应与电解池的 (填a 或b)极相连接；1、2、3 膜为阳
膜的是： 。
③产品室中发生的离子反应为： 。
【答案】(1)C2H2(g)+
O2(g)=2CO2(g)+H2O(l) △H=-2bkJ•mol-1
(2) CH4+10OH--8e-=CO
+7H2O Fe+2H2O
Fe(OH)2+H2↑ 43.2
(3) H2+2OH--2e-=2H2O b 1、3 B(OH) +H+=H3BO3+H2O
【分析】由图可知，通入甲烷的电极发生还原反应为原电池的负极，通入氧气的电极
为正极，则乙池和丙池为电解池，注意其中丙池中的铁电极为活泼电极，以此解题。
【详解】（1）ag 乙炔燃烧放出热量bkJ，则1mol 乙炔燃烧放出热量-2bkJ，故表示乙
炔燃烧热的热化学方程式为：C2H2(g)+
O2(g)=2CO2(g)+H2O(l) △H=-2bkJ•mol-1；
（2）①通入甲烷的电极，甲烷失去电子发生氧化反应，故此电极为负极，电极反应式
23
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为：CH4+10OH--8e-=CO
+7H2O；
②丙池中是铁做阳极的电解氯化钠溶液的反应，铁在阳极失去电子，水电离的氢离子
离子在铂电极得到电子生成氢气，同时注意阳极生成的二价铁会和氢氧根离子反应生
成氢氧化亚铁，总反应方程式为：Fe+2H2O
Fe(OH)2+H2↑；
③体积为2240mL(标况)的甲烷其物质的量为0.1mol，每个燃料电池消耗0.05mol 甲烷，
共失去电子0.4mol，则乙池中某电极上析出Ag 也为0.4mol，其质量为43.2g；
（3）①由图可知，氢气在N 电极失去电子，发生还原反应，则N 电极为负极，电极
反应为：H2+2OH--2e-=2H2O；
②通过①问分析可知，M 为正极，通过图示可知，原料室中的钠离子向左移动，b 极
附近的氢离子向左移动，则a 电极为阴极，b 电极为阳极，则M 应该与b 电极连接；
同时1、3 为阳膜；
③在产品室中应该是原料室中的B(OH) 向右进入产品室，和b 极区进入产品室中的氢
离子反应生成产品H3BO3，相应的离子反应为：B(OH) +H+=H3BO3+H2O。
4．回答下列问题：
(1)我国某科研团队设计了一种电解装置，将CO2和NaCl 高效转化为CO 和NaClO，原
理如图1 所示：
通入CO2气体的一极为 (填“阴极”、“阳极”、“正极”或“负极”)，写出
该极的电极反应式： 。
(2)全钒液流电池是利用不同价态的含钒离子在酸性条件下发生反应，其电池结构如图
2 所示。已知酸性溶液中钒以VO (黄色)、V2+(紫色)、VO2+(蓝色)、V3+(绿色)的形式存
在。放电过程中，电池的正极反应式为 ，右侧储液罐中溶液颜色变化为
。
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(3)如果用全钒液流电池作为图1 电解装置的电源，则催化电极b 应与该电池的
极(填“X’或“Y’)相连；若电解时电路中转移0.4mol 电子，则理论上生成NaClO 的质
量为 g；电池左储液罐溶液中n(H+)的变化量为 。
【答案】(1) 阴极 2H++CO2+2e-=CO+H2O
(2) 2H++VO +e-=VO2++H2O 溶液由紫色变为绿色
(3) X 14.9 0.4mol
【详解】（1）该装置为电解池，CO2→CO，碳元素化合价降低，发生还原反应，则通
入CO2气体的一极为阴极，电极反应式：2H++CO2+2e-=CO+H2O；
（2）由电子流入的一极为正极，则X 为正极，放电时正极上反应式：2H++VO +e-
=VO2++H2O；放电过程中，右罐为负极，反应式：V2+-e-═V3+，则溶液颜色逐渐由紫色
变为绿色；
（3）图2 是原电池，Y 极电子流出，则Y 为负极，X 为正极，图1 是电解池，催化电
极b 是阳极，由电解池的阳极接原电池的正极，则催化电极b 应与该电池的X 极，催
化电极b 的电极反应式为：H2O+Cl--2e-=HClO+H+，电路中转移0.4mol 电子，则理论上
生成0.2mol NaClO，质量为m=nM=0.2mol×74.5g/mol=14.9g，充电时，左槽正极上反
应式：2H++VO +e-=VO2++H2O，若转移电子0.4mol，消耗氢离子为0.8mol，通过交换
膜定向移动通过0.4mol 电子，则左槽溶液中n(H+)的变化量为0.8mol-0.4mol=0.4mol。
5．硒和铬元素都是人体必需的微量元素，请回答下列问题：
(1)硒与氧为同主族元素，硒的原子结构示意图为 。
(2)由硒在周期表中的位置分析判断下列说法不正确的是_______(填标号)。
A．沸点：H2Se＞H2S＞H2O
B．热稳性：PH3＞H2S＞H2Se
C．还原性：H2Se＞HBr＞HF
D．原子半径：Ge＞Se＞Cl
(3)人体内产生的活性氧能加速人体衰老，被称为“生命杀手”，化学家尝试用
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及其他富硒物质清除人体内的活性氧，此时Na2SeO3表现出 性。
(4)+6 价铬的化合物毒性较大，用甲醇酸性燃料电池电解处理酸性含铬废水(主要含有
)的原理示意图如下图所示。
M
①
极的电极反应式为 ，N 极附近的pH (填“变大”或“变小”或“不
变”)
②写出电解池中
转化为Cr3+的离子方程式 。
【答案】(1)
(2)AB
(3)还原
(4) CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2↑ 变大
+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3+
+7H2O
【详解】（1）硒是34 号元素，原子核外电子排布是2、8、18、6，所以硒的原子结构
示意图为
；
（2）A．水分子间含氢键，使物质分子之间吸引力增强，其沸点最高，且H2S、H2Se
中相对分子质量大的沸点高，则沸点高低顺序为：H2O＞H2Se＞H2S，A 错误；
B．元素的非金属性越强，则气态氢化物的热稳定性越强，元素的非金属性：S＞P＞
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Se，故热稳定性顺序为：H2S＞PH3＞H2Se，B 错误；
C．元素的非金属性越强，则对应阴离子的还原性越弱，由于非金属性：F＞Br＞Se，
故氢化物的还原性：H2Se＞HBr＞HF，C 正确；
D．原子核外电子层数越多，微粒半径越大，而Se 有四个电子层，Cl 有三个电子层，
故半径：Se＞Cl；而Ge 和Se 均有四个电子层，当原子核外电子层数相同时，核电荷
数越多，原子半径越小，故Ge＞Se，因此原子半径大小关系为：Ge＞Se＞Cl，D 正确；
故合理选项是AB；
（3）“活性氧”的氧化性极强，服用含硒元素(Se)的化合物亚硒酸钠(Na2SeO3)，能消
除人体内的活性氧，表明Na2SeO3能将“活性氧”还原，“活性氧”为氧化剂，
Na2SeO3为还原剂，表现还原性；
（4）①M 电极通入燃料CH3OH，N 电极通入O2，则M 为负极，N 为正极。负极上甲
醇失去电子发生氧化反应，生成二氧化碳与氢离子，负极电极反应式为：CH3OH-6e-
+H2O=6H++CO2↑；正极上氧气获得电子发生还原反应，与通过质子交换膜的H+结合为
水，正极电极反应式为：O2+4e-+4H+=2H2O，N 电极附近c(H+)降低，导致N 极附近的
pH 变大；
②电解池溶液里
转化为Cr3+，化合价降低共6 价，左侧Fe 电极与原电池的正极
连接，所以左侧Fe 电极为阳极，阳极上Fe 失去电子生成Fe2+，酸性条件下Fe2+将
还原为Cr3+，Fe2+被氧化为Fe3+，根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒，可得该
反应的离子方程式为：
+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O。
6．电化学普遍应用于生活和生产中，前途广泛，是科研的重点方向。
(1)为处理银器表面的黑斑(
)，将银器置于铝制容器里的食盐水中并与铝接触，
可转化为Ag。食盐水的作用为 。
(2)用原电池原理可以除去酸性废水中的三氯乙烯和
，其原理如图所示(导电壳内
部为纳米铁)。
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①正极电极反应式为： 。
②在标准状况下，当电路中有0.4mol 电子转移时，就会有 L 乙烷生成。
(3)一种钾离子电池的工作原理如图所示。
①放电时
通过阳离子交换膜向 电极移动(填“石墨”或“
”)。
②充电时，阳极的电极反应式为： 。
(4)已知双极膜是一种复合膜，在电场作用下双极膜中间界面内水解离为
和
并
实现其定向通过。用下图所示的电化学装置合成重要的化工中间体乙醛酸。
①阴极电极反应式为 。
②其中
的作用是 。
③制得2mol 乙醛酸，理论上外电路中迁移了 mol 电子。
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【答案】 作电解质溶液
1.12
K0.5MnO2
Br2为乙二醛制备乙醛酸的中间产
物 2
【详解】(1)为处理银器表面的黑斑(Ag2S)，将银器置于铝制容器里的食盐水中并与铝
接触，该装置构成原电池，食盐水作电解质溶液，形成原电池，故答案为：作电解质
溶液；
(2)①原电池正极得电子发生还原反应，据题图可知在酸性条件下，正极上C2HCI3，被
还原为乙烷，则电极反应式为
；
②根据电极反应式
，当电路中有0.4mol 电子转移时,就会
有0.05mol 乙烷生成，其体积是
；
(3)①放电时为原电池，K+通过阳离子交换膜由负极石墨电极向正极K0.5MnO2移动；
②充电时为电解池，阴阳极反应与原电池负正极反应相反，即阳极反应式为
；
(4)①阴极发生还原反应，其电极反应式为
；
②该装置通电时，乙二酸被还原为乙醛酸，因此铅电极为电解池阴极，石墨电极为电
解池阳极，阳极上Br-被氧化为Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，故Br2为乙二醛制备
乙醛酸的中间产物；
③阳极区和阴极区均有乙醛酸生成，且1mol 乙二酸转化为1mol 乙醛酸、与1mol 乙二
醛转化为1mol 乙醛酸均转移2mol 电子，根据电子守恒，理论上外电路中迁移2mol 电
子，则制得2mol 乙醛酸。
7．氯碱工业是以电解饱和食盐水为基础的基本化学工业，回答下列问题：
(1)工业电解饱和
溶液的化学方程式为 。
(2)氯碱工业中采取膜技术，若阳离子交换膜损伤会造成阳极能检测到
，产生
的
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电极反应式为 。下列生产措施有利于提高
产量、降低阳极
含量的是
。
a．定期检查并更换阳离子交换膜
b．向阳极区加入适量盐酸
c．使用Cl-浓度高的精制饱和食盐水为原料
d．停产一段时间后，继续生产
(3)氯碱工业是高耗能产业，按下图将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能
30%以上，且相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。
①图中装置I 和装置II 中属于原电池的是 (选填装置编号)。
X
②
的化学式为 ；Y 在装置II 中发生的电极反应为 。
③图中氢氧化钠质量分数大小关系为a% b%。(选填“>”、“=”或“＜”)
【答案】
abc 装置II
＜
【分析】装置I 是电解池，电解饱和食盐水，装置I 右端产生NaOH 溶液，说明右端电
极是阴极，发生反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，因此Y 是氢气，装置I 的左端是阳极，
发生反应：2Cl--2e-=Cl2↑，X 为Cl2，氯气和NaOH 溶液的反应的离子方程式为：2OH-
+Cl2=ClO-+Cl-+H2O，装置II 中通氧气的一极为正极，环境是NaOH 溶液，因此正极反
应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，产生的NaOH 浓溶液。
【详解】(1)工业电解饱和
溶液生成氢氧化钠、氯气、氢气，化学方程式为
。故答案为：
；
(2)氯碱工业中采取膜技术，若阳离子交换膜损伤会造成阳极能检测到
，阳极，氢氧
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根离子失电子得到氧气，产生
的电极反应式为
。下列生产
措施有利于提高
产量、降低阳极
含量的是：
a．定期检查并更换阳离子交换膜，减少阳极产生氧气的机会，故a 选；
b．向阳极区加入适量盐酸，降低氢氧根离子的浓度，故b 选；
c．使用Cl-浓度高的精制饱和食盐水为原料，提高氯离子浓度，故c 选；
d．停产一段时间后，继续生产，对产物没有影响，故d 不选；
故选abc；
故答案为：
；abc；
(3)①图中装置I 是电解池，电解饱和食盐水，装置II 是燃料电池，Y 是氢气，属于原
电池的是装置II(选填装置编号)。故答案为：装置II；
②装置I 的左端是阳极，发生反应：2Cl--2e-=Cl2↑，X 的化学式为
；装置II 是燃料
电池，Y 是氢气，氢气在装置II 中发生氧化反应生成水，电极反应为
。故答案为：
；
；
③装置II 中通氧气的一极为正极，环境是NaOH 溶液，因此正极反应式为：
O2+2H2O+4e-=4OH-，产生的NaOH 浓溶液，图中氢氧化钠质量分数大小关系为a%＜
b%。(选填“>”、“=”或“＜”)，故答案为：＜。
8．用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO3
-)已成为环境修复研究的热点之一。
(1)Fe 还原水体中NO3
-的反应原理如图所示。
①作负极的物质是 。
②正极的电极反应式是 。
(2)将足量铁粉投入水体中，经24 小时测定NO3
-的去除率和pH，结果如下：
初始pH
pH=2.5
pH=4.5
NO3
-的去除率
接近100%
＜50%
24 小时pH
接近中性
接近中性
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铁的最终物质形态
pH=4.5 时，NO3
-的去除率低。其原因是 。
(3)其他条件与(2)相同，经1 小时测定NO3
-的去除率和pH，结果如下：
初始pH
pH=2.5
pH=4.5
NO3
-的去除率
约10%
约3%
1 小时pH
接近中性
接近中性
与(2)中数据对比，解释(2)中初始pH 不同时，NO3
-去除率和铁的最终物质形态不同的
原因： 。
【答案】 铁 NO3
-+8e-+10H+= NH4
++3H2O 因为铁表面生成不导电的
FeO(OH)，阻止反应进一步发生 Fe＋2H+=Fe2+＋H2↑，初始pH 较小，氢离子浓度
高，产生的Fe2+浓度大，促使FeO(OH)转化为可导电的Fe3O4，使反应进行的更完全，
初始pH 高时，产生的Fe2+浓度小，从而造成NO3
-去除率和铁的最终物质形态不同
【分析】(1)
Fe
①
还原水体中NO3
-，根据题意Fe3O4为电解质，Fe 作还原剂，失去电子，
发生氧化反应，作原电池的负极；
NO
②
3
-在正极得电子发生还原反应产生NH4
+，根据电荷守恒及原子守恒书写电极反应
式；
(2)由于Fe3O4为电解质，而电解质主要作用是为电子转移提供媒介，然后根据
FeO(OH)不导电进行分析；
(3)根据Fe2+的作用进行分析。
【详解】(1)
Fe
①
是活泼的金属，根据还原水体中的NO3
-的反应原理图可知，Fe 失去电
子被氧化，作原电池的负极；
②正极上NO3
-得到电子发生还原反应变为NH4
+，结合元素和电荷守恒可知电极反应式
为：NO3
-+8e-+10H+=NH4
++3H2O；
(2)从pH 对硝酸根去除率的影响来看，初始pH=4.5 时去除率低，主要是因为铁表面产
生了不导电的FeO(OH)，阻止反应进一步发生；
(3)Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑，初始时溶液的pH 较小，溶液中氢离子浓度高，产生的Fe2+浓
度较大，促使FeO(OH)转化为可导电的Fe3O4，因而使NO3
-去除反应进行的更完全；当
初始pH 高时，由于产生的Fe2+浓度小，从而造成NO3
-去除率和铁的最终物质形态不同，
因而NO3
-去除率降低。
【点睛】考查化学反应原理，涉及电化学、氧化还原反应等知识，Fe 单质与NO3
-的反
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应跟溶液酸碱性有关，抓住这一点是解题的关键，要注意疏松的Fe3O4可导电，而
FeO(OH)不能导电，电解质溶液中自由移动的微粒浓度降低，原电池反应发生缓慢。
要充分利用题干信息分析解答，注意从实验条件的不同进行对比，力求阐述上的准确
性。
9．对工业废水和生活污水进行处理是防止水体污染、改善水质的主要措施。
(1)含氰废水中的CN-有剧毒。
CN
①
-中N 元素显-3 价，用原子结构解释N 元素显负价的原因是 。
NaClO
②
溶液可将CN-氧化成N2、HCO3
-，从而消除CN-污染，反应的离子方程式为
。
(2)含乙酸钠和对氯酚(
)的废水可以利用微生物电池除去，其原
理如图所示。
A
①
是电池的 极(填“正”或“负”)；
B
②
极的电极反应式为 。
(3)含重金属铬(Ⅵ)的废水具有较强的毒性，离子交换树脂(ROH)法可将有毒废水中的
CrO4
2-和Cr2O7
2-吸附至树脂上除去，原理如下：2ROH+CrO4
2-→R2CrO4+2OH-、
2ROH+Cr2O7
2-→R2Cr2O7+2OH- (已知：废水中存在如下平衡：2CrO4
2-+2H+
Cr2O7
2-
+H2O）。
控制溶液酸性可以提高树脂对铬(Ⅵ)的去除率，其理由是 。
【答案】 C 原子与N 原子间存在共用电子对，C 和N 的原子电子层数相同(同周
期)，核电荷数C＜N，原子半径C＞N，原子核对核外电子吸引能力C＜N，共用电子
对偏向N，N 元素显负价 2CN-＋5ClO-＋H2O=HCO3
-＋N2↑＋5Cl- 正
CH3COO-－8e-＋4H2O=2HCO3
-＋9H+ 由原理可知：2ROH～CrO4
2-～Cr，2ROH～
Cr2O7
2-～2Cr，等量树脂去除Cr2O7
2-的效率高，因此控制酸性使上述平衡(2CrO4
2-＋2H+
Cr2O7
2-＋H2O)正向移动，使CrO4
2-转化为Cr2O7
2-
【分析】(1)①根据元素非金属性强弱及对电子对吸引能力大小分析；
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②根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒分析、书写；
(2)①根据原电池中阳离子的移动方向确定正、负极；
②原电池中正极上得电子，发生还原反应；负极失去电子，发生氧化反应，结合B 极
反应物及生成物来分析解答；
(3)由原理可知：2ROH～CrO4
2-～Cr，2ROH～Cr2O7
2-～2Cr，等量树脂去除Cr2O7
2-的效
率高。
【详解】(1)
C
①、N 都是同一周期的非金属性元素，原子间以共用电子对，由于元素的
核电荷数C＜N，所以原子半径C＞N，原子半径越小，吸引电子能力就越强，原子核
对核外电子吸引能力C＜N，因此共用电子对偏向N，而偏离C 原子，从而使N 元素
显负价；
NaClO
②
具有强氧化性，可将CN-氧化成N2、HCO3
-，ClO-被还原产生Cl-，从而消除
CN-污染。根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒，可得该反应的离子方程式为：2CN-＋
5ClO-＋H2O=HCO3
-＋N2↑＋5Cl-；
(2)①在原电池中H+的移动方向是从负极流向正极，根据示意图可知：H+向A 电极移动，
所以A 电极为正极，B 电极为负极；
A
②
是正极，B 是负极，负极上CH3COO-失去电子，与溶液中的H2O 结合产生
HCO3
-，同时得到H+，则负极B 上发生的电极反应式为：CH3COO-－8e-＋
4H2O=2HCO3
-＋9H+；
(3)由原理可知：2ROH～CrO4
2-～Cr，2ROH～Cr2O7
2-～2Cr，等量树脂去除Cr2O7
2-的效
率高。由于在废水中存在平衡：2CrO4
2-+2H+
Cr2O7
2-+H2O，在其它条件不变时，增大
c(H+)，使溶液的酸性增强，化学平衡正向移动，使更多的CrO4
2-转化为Cr2O7
2-，从而
提高了污水中Cr 的去除率。
【点睛】本题考查了氧化还原反应的配平、原电池反应原理及化学平衡移动原理的应
用识，根据元素化合价的变化，结合氧化还原反应规律配平方程式，会根据离子移动
方向判断原电池的正负极，结合题目已知信息，正确书写两个电极的电极反应，会从
溶液的pH 值对平衡移动的影响分析污水处理原理，注意知识的迁移和应用是解题的关
键。
10．锂二次电池新正极材料的探索和研究对锂电池的发展非常关键。
(1) 锂硒电池具有优异的循环稳定性。
①正极材料Se 可由SO2通入亚硒酸(H2SeO3)溶液反应制得，则该反应的化学方程式为
。
②一种锂硒电池放电时的工作原理如图1 所示，写出正极的电极反应式：
。充电时Li＋向 (填“Se”或“Li”)极迁移。
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Li
③
2Sex与正极碳基体结合时的能量变化如图2 所示，图中3 种Li2Sex与碳基体的结合
能力由大到小的顺序是 。
(2) Li2S 电池的理论能量密度高，其正极材料为碳包裹的硫化锂(Li2S)。
Li
①
2S 可由硫酸锂与壳聚糖高温下制得，其中壳聚糖的作用是 。
②取一定量Li2S 样品在空气中加热，测得样品固体残留率随温度的变化如图3 所示。
(固体残留率＝
×100%)分析300 ℃后，固体残留率变化的原因是
。
【答案】 H2SeO3＋2SO2＋H2O===Se＋2H2SO4 2Li＋＋xSe＋2e－===Li2Sex
Li Li2Se6>Li2Se4>Li2Se 提供碳源，将硫酸锂还原(作还原剂) 300 ℃后，
样品主要发生两个反应过程：反应1 为Li2S 被O2氧化生成Li2SO4，反应2 为C 被O2氧
化生成CO2；前期固体残留率增加的原因是反应1 为主，后期固体残留率减少的原因
反应2 为主
【详解】(1)
SO
①
2通入亚硒酸中生成Se，发生氧化还原反应，化学方程式为：
；
②由电池工作的原理图可知，Li 电极为电池的负极，Se 电极为电池的正极，电池放电
时Li+能迁移到正极附近与Se 结合生成
，因此正极的电极反应式为：
；电池在充电时，Li 电极接外电源的负极，做阴极，Li+是阳离
子在电解池中朝阴极迁移，因此Li+在充电时朝Li 电极迁移；
③由图可知，
与正极碳基体结合时会向外释放能量，如果释放的能量越大，那
么结合之后越稳定，因此3 中
与碳基体结合能力的强弱为
；
(2)
Li
①
2S 电池的正极材料是碳包裹得Li2S，因此为了获得这种正极材料，就需要壳聚
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糖在与硫酸锂高温反应时，一方面将硫酸锂还原，另一方面提供包裹Li2S 的碳源；
②该Li2S 是具有碳包裹结构的Li2S，因此在考虑其固体质量变化时，一方面要考虑
Li2S 自身被氧化的影响，另一方面也要考虑包裹Li2S 的碳在高温下被氧化的影响；所
以300 ℃后，样品主要发生两个反应过程：反应1 为Li2S 被O2氧化生成Li2SO4，反应
2 为C 被O2氧化生成CO2；前期固体残留率增加的原因是反应1 为主，后期固体残留
率减少的原因是反应2 为主。
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