文档文本内容
1-4 原电池应用——物质制备
形式特征：该题型以单选题为主，题干常配以装置图、反应机理图或流程示意图，考查原电池原理在
化学制备中的具体应用。
内容特征：聚焦于电化学基础知识与实际工业制备的结合，涉及电极反应、电子转移、离子迁移、能
量转换等核心概念。
难度特征：中等偏上，要求学生具备较强的图文转化能力、逻辑推理能力和细节分析能力。
考查知识：
原电池的基本原理（正负极判断、电极反应式书写、电子流向、离子移动方向）；
氧化还原反应与电化学结合的规律；
能量转换形式（如太阳能→化学能）；
特定制备反应（如人工光合作用、盐酸羟胺合成、硫酸制备等）。
考查能力：
读图能力：从装置图中提取关键信息，判断电极性质、反应方向；
分析能力：通过电极反应式推导总反应，分析离子交换膜的作用；
计算能力：电子转移与物质量的关系；
判断能力：识别选项中的细节错误和概念混淆。
考查方式：通过真实工业情境或科研背景，将电化学原理融入制备过程，要求学生判断说法正误，体
现“原理-应用-评价”的综合思维。
第一步 审题定向：
快速浏览题干和选项，明确考查的制备反应及电化学背景；
识别装置图中各部件作用（如电极、交换膜、催化剂）。
第二步 电极判断：
根据电子流向或反应类型确定正负极：电子流出为负极（氧化反应），电子流入为正极（还原反
应）；
写出或推导电极反应式，注意电子守恒、电荷守恒、物料守恒。
第三步 过程分析：
分析离子迁移方向（阳离子移向正极，阴离子移向负极）；
判断能量转换形式（如化学能→电能、太阳能→化学能）；
关注交换膜类型（如质子交换膜仅允许H⁺通过）。
第四步 选项验证：
逐项核对选项与原理是否一致；
特别注意“酸性变化”“电子转移数”“手性碳”等细节；
利用总反应式验证选项逻辑。
第五步 答案确认：
排除明显错误选项，结合计算或图示确认最终答案
原电池基础：
负极：氧化反应，电子流出；
正极：还原反应，电子流入；
电解质中离子定向移动以维持电荷平衡。
电极反应式书写规则：
遵循电子守恒、电荷守恒、物料守恒；
注意反应环境（酸性、碱性）对反应式的影响。
能量转换类型：
化学能→电能（普通原电池）；
太阳能→化学能（人工光合作用）；
电能→化学能（电解池）。
离子交换膜作用：
质子交换膜：仅允许H⁺通过；
阴离子交换膜：仅允许阴离子通过。
常见制备反应：
人工光合作用：CO₂ + H₂O → HCOOH + O₂；
盐酸羟胺合成：NO + H₂ + H⁺ → NH₃OH⁺；
硫酸制备：SO₂ + O₂ + H₂O → H₂SO₄。
电极反应混淆：误将氧化反应写在正极，还原反应写在负极；
电子转移数错误：未配平电极反应式，导致电子数计算错误；
离子迁移方向错误：忽略交换膜类型，错误判断离子移动方向；
能量转换方向错误：混淆“能量输入”与“能量输出”；
条件忽略：未注意“标准状况”“酸性环境”等关键条件；
手性碳判断错误：在有机分子中错误识别手性碳原子；
总反应推导错误：未正确叠加正负极反应式。
【典例】
【审题】
1．（2012·北京·高考真题）人工光合作用能够借助太阳能，用CO2
和H2O 制备化学原料。下图是通过人工光合作用制备HCOOH
的原理示意图，下列说法不正确的是
A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程
B．催化剂a 表面发生氧化反应，有O2产生
C．催化剂a 附近酸性减弱，催化剂b 附近酸性增强
D．催化剂b 表面的反应是CO2+2H++2e 一=HCOOH
【答案】C
【解析】根据装置图中电子的流向，判断催化剂a 为负极电极反
应：2H2O-4 e-═O2+4H+，酸性增强；催化剂b 为正极，电极反
应：CO2+2H++2e-═HCOOH，酸性减弱，总的电池反应为
2H2O+2CO2═2 HCOOH+O2，该过程把太阳能转化为化学能
A．过程中是光合作用，太阳能转化为化学能，故A 正确；
B．催化剂a 表面发生氧化反应，有O2产生，故B 正确；
C．催化剂a 附近酸性增强，催化剂b 附近酸性条件下生成弱酸，酸
性减弱，故C 错误；
步骤1：读图识装置
题干给出人工光合作用制备
HCOOH 的示意图，电子从催化
剂a 流向催化剂b。据此判断：
催化剂a 为负极（电子流出）；
催化剂b 为正极（电子流入）。
步骤2：写电极反应式
负极（a）：2H₂O - 4e⁻ → O₂ +
4H⁺（氧化反应，酸性增强）；
正极（b）：CO₂ + 2H⁺ + 2e⁻ →
HCOOH （还原反应，酸性减
弱）。
步骤3：分析选项
A：太阳能→化学能，正确；
B：a 表面氧化反应生成O₂，正
确；
C ：a 附近酸性应增强（生成
H⁺ ），b 附近酸性减弱（消耗
H⁺），故C 错误；
D：b 表面反应式正确。
结论：选C。
D．催化剂b 表面的反应是通入二氧化碳，酸性条件下生成
HCOOH，电极反应为：CO2+2H++2e 一═HCOOH，故D 正确；
故选C。
1．（2025·浙江嘉兴·三模）盐酸羟胺
可用于合成抗癌药，工业上可采用电化学方法制备，
装置、正极反应机理如图所示。
下列有关说法不正确的是
A．该电池的总反应为：
B．上述反应中的X、Y 分别为
C．Pt 电极上的反应：
D．制取
，有
通过交换膜
【答案】D
【解析】由图可知，含铁的催化电极为原电池的正极，盐酸作用下一氧化氮在正极得到电子发生还原反应
生成盐酸羟胺，电极反应式为NO+3e-+4H+=NH3OH+，铂电极为负极，氢气在负极失去电子发生氧化
反应生成氢离子，电极反应式为H2-2e-=2H+，原电池工作时氢离子通过氢离子交换膜由负极区进入正
极区。A．将正极反应式×2+负极反应式×3 得：2NO+3H2+2H+=2NH3OH+，化学方程式为
2NO+3H2+2HCl=2NH2OH·HCl，故A 正确；B．Y 为反应机理最终产物，故Y 为盐酸羟胺的阳离子
NH3OH+，分析正极反应机理，结合元素守恒可以判断X 为氢离子H+，故B 正确；C．由分析，铂电
极为负极，氢分子失去电子生成氢离子，正确的电极反应式为H2-2e-=2H+，故C 正确；D．根据分析
中正极电极反应式，消耗1mol NO，制取
，得到3mol 电子，消耗4molH+，根据分
析中的负极电极反应式，失去3mol 电子，生成3molH+，则有3mol H+通过交换膜，故D 错误；故答
案为D。
2．（2024·山东济南·模拟预测）
可用于“接触法”制
，因
在催化剂表面与
接触得名，部
分反应过程如图1。
也可以利用电化学原理来制备硫酸，如下图2(质子交换膜仅允许
通过)。
下列说法正确的是
A．
和
都属于酸性氧化物，通入
溶液中都会产生白色沉淀
B．“接触法”中增大
的浓度可明显提高
的生成速率和
的平衡转化率
C．图2 中正极区溶液pH 可能不变
D．若
的通入速率
(标准状况)，为维持
浓度不变，理论上左侧水流入速率为
【答案】CD
【解析】A．
和
都属于酸性氧化物，
通入
溶液中不会产生白色沉淀，A 错误；B．由图1
可知，O2参与的反应②为快反应，不是决速步骤，增大
的浓度不能明显提高
的生成速率，增大
O2的浓度、2SO2+O2
2SO3正向移动，
的平衡转化率增大，B 错误；C．通入O2一极是原电池的
正极，电极反应式为:O2-4e-+4H+＝2H2O，负极的电极反应式为：
。负极
室中的H+通过质子交换膜移动到正极，提供H+，同时左侧有水流流入，pH 可能不变，C 正确；D．
电池的总反应式为:2SO2+2H2O+O2＝2H2SO4，1min 内2.24L，n(SO2)＝0.1mol，消耗水0.1mol，生成硫
酸的质量为:0.1molx98g/mol＝9.8g，消耗水的质量为:0.1mol×18g/mol＝1.8g，根据原H2SO4的浓度
（50%）知需要稀释用水9.8g 因此共需水9.8g+3.6g =13.4g，D 正确； 故选CD。
3．（2024·河北张家口·模拟预测）电化学合成在有机合成领域发挥着重要作用。某实验小组利用电化学方
法氧化烯烃制备环氧化物（其中－R 基团代表烷烃基），装置如图所示。下列说法正确的是
A．当Pt 电极上产生11.2L 氢气时，理论上转移1mol 电子
B．该装置中负极区的化学反应方程式为：
C．Pt 电极上发生氧化反应
D．
和
分子中（除－R 外）都含有手性碳
【答案】B
【解析】A．没有标明是否为标准状况下，无法计算，A 错误；B．根据图可知，负极区的化学反应方程式
为
，B 正确；C．根据图可知，Pt 电极上H+得电子发
生还原反应，C 错误；D．
分子中(除-R 外)不含有手性碳，D 错误；故选B。
5．（23-24 高三上·湖南常德·阶段练习）利用电化学方法制备氨可以大大降低目前的热 Haber-Bosch 工艺
产生的温室气体排放。下图所示为一种合成氨的方法，下列说法错误的是
A．电子的移动方向由电极a 经导线到电极 b
B．
起到传输质子的作用
C．反应过程中 Li3N 的质量增加
D．电极 b 发生的总反应为
【答案】C
【解析】A．根据装置可知，电极a：H2→H+，氢元素化合价升高，根据原电池工作原理，电极a 为负极，
电极b 为正极，电子从a 极经导线流向b 极，故A 说法正确；B．根据装置图可知，
在电极a 上结合H+，生成
，然后
在电极b 上失去质子转化成
，因此
起到传输质子的作用，故B 说法正确；C．根据装置图可
知，电极b 右侧
与Li3N 反应生成
、氨气、Li+，电极b 左侧，
Li+与氮气生成Li3N，因此Li3N 在整个反应过程中，质量不变，故C 说法错误；D．根据C 选项分
析，电极b 总反应为N2+6e-+6
=6
+2NH3，故D 说法正确；答案为
C。
