文档文本内容
1-3 隔膜原电池
图示化呈现：题目通常配有电池结构示意图，展示电极、隔膜、电解质溶液等组件，要求学生从图中
提取关键信息。
聚焦隔膜作用：重点考察隔膜（如离子交换膜、玻璃陶瓷等）的功能，如离子选择性通过、防止副反
应等。
综合性强：涉及电极反应式书写、离子迁移方向、电池总反应、电量计算等多方面知识。
选项陷阱多：选项常包含“仅”“主要”等限制词，或隐含细节错误，需仔细辨析。
基于真实情境：多采用海水电池、锌锰电池等实际电池模型，体现化学应用价值。
考查知识：
原电池基本工作原理（负极氧化、正极还原）。
电极反应式的书写（考虑电解质环境）。
离子迁移规律（阳离子向正极移动，阴离子向负极移动）。
隔膜的类型与功能（离子选择性、防水性等）。
电池分类（一次电池 vs. 二次电池）。
电量与物质质量的计算（法拉第常数应用）。
考查能力：
读图能力：从电池示意图中识别电极、隔膜、电解质区域。
分析推理能力：根据电极反应推断离子迁移方向、电荷平衡。
细节辨析能力：识别选项中的绝对化表述（如“仅发生”）或隐含错误。
计算能力：联系电子转移与物质质量、电量。
考查方式：
通过选择题形式，给出电池结构图和描述，设置4 个选项，其中1 个错误。错误选项常涉及电极反应
不全、离子迁移方向错误、隔膜作用误解等。
第一步 审图识组件：
识别正负极（通常活泼金属为负极）。
确定隔膜类型（阳离子交换膜、阴离子交换膜、选择性隔膜）。
明确电解质溶液成分（酸性、碱性、中性）。
第二步 写电极反应：
负极：发生氧化反应，失去电子。
正极：发生还原反应，得到电子。
注意电解质参与反应（如H⁺、OH⁻、H₂O）。
第三步 析离子迁移：
根据电荷平衡原则，分析离子移动方向。
阳离子向正极区移动，阴离子向负极区移动。
注意隔膜限制（仅允许特定离子通过）。
第四步 验总反应：
将电极反应相加，得电池总反应，验证选项一致性。
第五步 判选项正误：
逐一分析选项，结合原理判断。
警惕绝对化词汇（如“仅”“一定”）。
计算类选项注意单位换算和电子转移数。
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：提供离子导电。
电极反应式书写规则：
酸性环境：H⁺参与反应，一般不出现OH⁻。
碱性环境：OH⁻参与反应，一般不出现H⁺。
中性环境：H₂O 可能参与反应。
离子迁移规律：
阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
隔膜可能选择性通过离子（如阳离子交换膜仅允许阳离子通过）。
隔膜功能：
离子传导：允许特定离子通过。
隔离作用：防止电极与电解质直接反应（如防水）。
维持电荷平衡。
电池类型：
一次电池：不可充电（如锂-海水电池）。
二次电池：可充电（如铅酸蓄电池）。
电量计算：
1 mol e⁻ = 96485 C（法拉第常数）。
联系电子转移数与物质质量
电极反应式错误：
忽略电解质环境（如碱性条件下写H⁺）。
漏写副反应（如正极同时发生O₂ 还原和H₂O 还原）。
离子迁移方向混淆：
误记“阳离子向负极移动”或“阴离子向正极移动”。
忽略隔膜选择性（如认为所有离子都能通过）。
隔膜作用误解：
认为隔膜仅允许一种离子通过（实际可能允许多种）。
忽略隔膜的防水、防反应功能。
电池总反应不匹配：
未正确合并电极反应。
忽略中间产物（如Zn(OH)₄²⁻）。
计算类错误：
电子转移数算错。
单位换算错误（如Ah 与C 的关系）。
摩尔质量使用错误。
审题不细：
忽略“仅”“主要”等关键词。
未注意选项中的“充电”与“放电”区别。
【典例】
【审题】
1．（2022·湖南·高考真题）海水电池在海洋能源领域备受关注，
读图识组件：
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：
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】B
【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↑，同时氧气也可以在N 极得电子，电极反应为O2+4e-
+2H2O=4OH-。
A．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．由上述分析可知，N 为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-
+H2↑，和反应O2+4e-+2H2O=4OH-，故B 错误；
C．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，并能传导离子，故C 正确；
D．该电池不可充电，属于一次电池，故D 正确；
答案选B。
图示显示M 极为锂（活泼金属），
N 极为正极。
海水为电解质，含多种离子。
玻璃陶瓷隔膜位于锂电极与海水之
间。
写电极反应：
负极（M ）：Li → Li⁺ + e⁻ （氧
化）。
正极（N）：可能发生两个反应：
2H₂O + 2e⁻ → 2OH⁻ + H₂↑
O₂ + 4e⁻ + 2H₂O → 4OH⁻
析离子迁移：
海水中离子导电，Li⁺通过玻璃陶瓷
隔膜移动。
验总反应：
总反应：2Li + 2H₂O → 2LiOH +
H₂↑，符合题目描述。
判选项正误：
A：海水起电解质作用，正确。
B：N 极“仅”发生2H₂O + 2e⁻ →
2OH⁻ + H₂↑？错误，还有O₂ 还原反
应。
C：玻璃陶瓷传导离子并防水，正
确。
D：一次电池，不可充电，正确。
重点审题点：选项B 中的“仅”
字，表明反应不全面。
【典例】
【审题】
2．（2022·全国甲卷·高考真题）一种水性电解液Zn-MnO2离子选
择双隔膜电池如图所示(KOH 溶液中，Zn2+以Zn(OH)
存
在)。电池放电时，下列叙述错误的是
读图识组件：
图示为三区结
构：Ⅰ区（MnO₂/H⁺）、Ⅱ区
（K₂SO₄）、Ⅲ区（Zn/OH⁻）。
双隔膜为离子
选择隔膜，但未指定类型。
写电极反应：
负极（Ⅲ区
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO
通过隔膜向Ⅱ区迁移
C． MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)
+Mn2++2H2O
【答案】A
【解析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn 为
电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)
，Ⅰ区
MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2+
+2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指
明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通
过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ
区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO
向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗
OH-，生成Zn(OH)
，Ⅱ区的SO
向Ⅲ区移动或Ⅲ区的
K+向Ⅱ区移动。据此分析答题。
A．根据分析，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A 错误；
B．根据分析，Ⅰ区的SO
向Ⅱ区移动，B 正确；
C．MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C 正
确；
D．电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)
+Mn2+
+2H2O，D 正确；
故答案选A。
Zn ）：Zn - 2e⁻ + 4OH⁻ →
Zn(OH)₄²⁻
正极（Ⅰ区
MnO₂）：MnO₂ + 2e⁻ + 4H⁺ →
Mn²⁺ + 2H₂O
析离子迁移：
Ⅰ区消耗H⁺，
正电荷减少，需阴离子进入或阳
离子流出。
Ⅲ
区
消
耗
OH⁻，负电荷减少，需阳离子进
入或阴离子流出。
Ⅱ区作为中间
区，离子可能向两侧移动以平衡
电荷。
验总反应：
总反应：Zn +
4OH⁻ + MnO₂ + 4H⁺ → Zn(OH)₄²⁻
+ Mn²⁺ + 2H₂O，符合选项D。
判选项正误：
A：Ⅱ区K⁺向
Ⅲ区迁移？错误，Ⅲ区需阳离
子，但Ⅰ区更需阳离子（或阴离
子移出），K⁺更可能向Ⅰ区移
动。
B：Ⅰ区SO₄²⁻
向Ⅱ区迁移，可能正确，因Ⅰ区
正电荷减少。
C：MnO₂ 电极
反应正确。
D ：总反应正
确。
重点审题点：离子迁移方向需结合各区电
荷变化分析，隔膜类型未明确，需灵活推
理。
1．（2021·河北·高考真题）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；据以
上分析解答。A．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
通过，不允许
通过，故A 正确；B．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．产生
1Ah 电量时电路中转移0.0373mol 电子，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．铅酸蓄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
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。
2．（2014·福建·高考真题）某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2＝2AgCl。下列说法正确的是
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
【答案】D
【解析】A．电池总反应为2Ag＋Cl2＝2AgCl，正极发生还原反应，正极反应式为Cl2＋2e－＝2Cl－，故A
错误；B．由于电解质溶液为盐酸，所以负极产生的银离子迅速和氯离子在交换膜左侧溶液中生成
AgCl 沉淀，不可能有大量银离子移动到交换膜右侧，但H+从左侧移动到右侧，故B 错误；C．若用
NaCl 溶液代替盐酸，负极发生反应
，正极发生反应Cl2＋2e－＝2Cl－，电池总反应不
变，故C 错误；D．当电路中转移0.01 mol e－时，交换膜左侧产生0.01 mol Ag＋与0.01molCl－反应产
生AgCl 沉淀，同时约有0.01 mol H＋通过阳离子交换膜转移到右侧溶液中，故左侧溶液减减少0.02
mol 离子，故D 正确；选D。
3．（2013·江苏·高考真题）Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示
意图如下。该电池工作时，下列说法正确的是
A．Mg 电极是该电池的正极
B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C．石墨电极附近溶液的pH 增大
D．溶液中Cl－向正极移动
【答案】C
【解析】A．组成原电池的负极被氧化，在Mg－H2O2电池中，镁为负极，而非正极，A 项错误；B．
H2O2在石墨电极上得电子发生还原反应，B 项错误；C．工作时，正极反应式为H2O2+2H++2e-
═2H2O，不断消耗H+离子，正极周围海水的pH 增大，C 项正确；D．原电池中，阳离子向正极移
动，阴离子向负极移动，形成闭合回路，所以溶液中的Cl－向负极移动，D 项错误。答案选C。
4．（2015·天津·高考真题）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(
)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】A．由图象可知该原电池反应原理为Zn+Cu2＋= Zn2＋+ Cu，故Zn 电极为负极失电子发生氧化反
应，Cu 电极为正极得电子发生还原反应，故A 项错误；B．该装置中为阳离子交换膜只允许阳离子和
水分子通过，故两池中c(
)不变，故B 项错误；C．电解过程中溶液中Zn2＋由甲池通过阳离子交
换膜进入乙池，乙池中Cu2＋+2e—= Cu，故乙池中为Cu2＋～Zn2＋，摩尔质量M(Zn2＋)>M(Cu2＋)故乙池溶
液的总质量增加，C 项正确；D．该装置中为阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中
溶液中Zn2＋由甲池通过阳离子交换膜进入乙池保持溶液中电荷平衡，阴离子并不通过交换膜，故D 项
错误；本题选C。
5．（2018·浙江·高考真题）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．在锂空气电池中，金属锂失去电子，发生氧化反应，为负极，故A 项正确；B．Li 在负极失
去电子变成了Li+，会通过有机电解质向水溶液处（正极）移动，故B 项正确；C．正极氧气得到了电
子后与氢结合形成氢氧根，电极方程式为O2+4e-+2H2O=4OH-，故C 项错误；D．负极的反应式为Li-e-
= Li+，正极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，电池的总反应则为4Li+O2+2H2O==4LiOH，故D 项正确。
综上所述，本题的正确答案为C。
