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大单元五 化学反应与能量变化
第18 讲 原电池及其应用
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核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、归纳重点
考点1 原电池工作原理 ★★★☆☆
考点2 燃料电池★★★☆☆
考点3 常见的化学电源★★★☆☆
考点4 金属的腐蚀★★★☆☆
（星级越高，重要程度越高）
真题挑战场：感知真题，检验成果，考点追溯
考点1 原电池工作原理★★★☆☆
知识点一 原电池定义和反应实质
原电池是将化学能转变为电能的装置，其反应实质是自发进行的氧化还原反应。
知识点二 原电池工作原理(以锌铜原电池为例)
装置
图
构成
条件
①两种不同活性的电极(燃料电池两极都为石墨电极)；②电解质溶液或熔融电解质；
③形成闭合回路
工作
原理
1. 电极反应式(图2 装置)
负极(氧化反应)：Zn
－
2e
－ ==
=Zn
2 ＋ ；
正极(还原反应)：Cu
2 ＋ ＋
2e
－ ==
=Cu
。
总反应：Zn
＋
Cu
2 ＋ ==
=Cu
＋
Zn
2 ＋ 。
2. 盐桥(装有琼脂凝胶，内含KCl)作用及离子移向
(1) 连接内电路形成闭合回路。
(2) 平衡电荷，盐桥中K＋向正极移动，Cl－向负极移动。
(3) 减少能量损耗。
工作
原理
3. 三个流向
(1) 外电路电子的流向：电子由负极出发经导线流向正极(电子不入水)。
(2) 溶液中离子的流向(正正负负)：阳离子向正极迁移；阴离子向负极迁移。
(3) 电流流向：电流由正极出发经导线流向负极，再由负极出发经溶液流向正极，
形成闭合回路
[及时巩固]
(1) 下列装置能将化学能转化为电能的是⑤(填序号)。
①
②
③
④
⑤
(2) 写出装置⑤对应的电极反应式和三个流向。
负极：Fe
－
2e
－ ==
=Fe
2 ＋ ，
正极：2H
＋ ＋
2e
－ ==
=H
2↑，
总反应：Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋。
电子流向：由
Fe
电极经外电路流向
C 电极
。
电流流向：由
C 电极出发经导线流向
Fe
电极，再由
Fe
电极出发经溶液流向正极，形成闭合回路
。
H＋迁移方向：H ＋ 向
C 电极
( 正极
) 迁移
。
(3) (2024·江苏卷)在AgCl 沉淀中埋入铁圈并压实，加入足量0.5 mol/L 盐酸后静置，充分反应得到Ag。
不与铁圈直接接触的AgCl 也能转化为Ag 的原因是形成了以
Fe
为负极，
AgCl
为正极，盐酸为电解质溶
液的原电池，正极
AgCl
得到电子，电极反应式为
AgCl
＋
e － ==
=Ag
＋
Cl
－ ，生成
Ag
。
【解题技巧】原电池正、负极的判断
1. 依据电子流向：电子由负极出发经导线流向正极(溶液中无电子流动)。
2. 依据电流流向：电流由正极出发经导线流向负极，正极的电势高，负极的电势低。
3. 依据离子迁移方向(正正负负)：阳离子向正极迁移；阴离子向负极迁移。
4. 依据两极材料：一般活泼金属作负极，活动性较弱的金属或惰性电极作正极。
特例：Al-NaOH 溶液-Mg 原电池中，虽然Mg 比Al 活泼，但是Mg 不与NaOH 溶液反应，故Al 作负极，
Mg 作正极。Fe(Al)-浓硝酸-Cu 原电池中，虽然Fe、Al 比Cu 活泼，但是Fe、Al 会在浓硝酸中钝化，故钝
化后，Cu 作负极，Fe 或Al 作正极。
5. 依据电极现象：一般，电极逐渐溶解的为负极，电极增重或有气体放出的为正极。
6. 依据电极反应：失去电子发生氧化反应的一极是负极，得到电子发生还原反应的一极是正极。
7. 依据电解质溶液：能与电解质溶液反应的一极作负极，不能与电解质溶液反应的一极作正极。
【知识拓展】原电池的应用与设计
1. 原电池原理的应用
(1) 比较金属活动性强弱
原电池的两极为两种金属时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼(注意电解质溶液的种类)。(2) 加快
化学反应速率
有原电池的反应比没有原电池的反应速率快。如Zn 与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加几滴CuSO4
溶液，形成铜锌原电池，产生氢气的速率加快(填“加快”或“减慢”)。
(3) 用于金属的防护
将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。如在轮船船体四周镶嵌锌块，保护船体不受腐蚀。
2. 设计化学电源
(1) 首先将氧化还原反应分成两个半反应。
(2) 根据原电池反应的特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。
(3) 如氧化还原反应：2FeCl3＋Fe===3FeCl2可以设计成原电池。
考点2 燃料电池★★★☆☆
知识点一 氢氧燃料电池
物质
介质
电极反应式
工作原理示意图
H2
酸性介质
H2－
2e
－ ==
=2H
＋
氢氧燃料电池工作
原理示意图(人教版)
碱性氢氧燃料电池的
原理示意图(苏教版)
碱性介质
H2＋
2OH
－ －
2e
－ ==
=2H
2O
O2
酸性介质
O2＋
4e
－ ＋
4H
＋ ==
=2H
2O
碱性介质
O2＋
4e
－ ＋
2H
2O ==
=4OH
－
总反应
H2＋O2===H2O(或2H2＋O2===2H2O)
【考法归纳】酸性电池中，用H＋平衡电荷，不允许出现OH－。碱性电池中，用OH－平衡电荷，不
允许出现H＋。
知识点二 常见燃料电池电极反应式的书写
1. 几种燃料电池分别在酸性、碱性溶液中电极反应式的比较。
燃料
电极
酸性溶液(如H2SO4溶液)
碱性溶液(如KOH 溶液)
甲烷
负极反应式
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
正极反应式
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O
乙醇
负极反应式
C2H5OH－12e－＋3H2O===2CO2↑＋12H
＋
C2H5OH －12e －＋16OH －===2CO ＋
11H2O
正极反应式
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应
C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O
C2H5OH ＋3O2 ＋4KOH===2K2CO3 ＋
5H2O
苯
负极反应式
C6H6－30e－＋12H2O===6CO2↑＋30H＋
C6H6－30e－＋42OH－===6CO＋24H2O
正极反应式
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应
2C6H6＋15O2===12CO2＋6H2O
2C6H6 ＋15O2 ＋24KOH===12K2CO3 ＋
18H2O
【考法归纳】
(1) 如何判断有机物中C 元素化合价：有机物中H 元素一般定义为＋1 价，O 元素一般定义为－2 价，C
元素算平均价态。如：CH3OH、CH3CH2OH 中的C 元素一般认定为－2 价，C6H6中的C 元素一般认定为
－1 价，HCOOH 中的C 元素一般认定为＋2 价。
(2) 有机物在酸性电池中的含碳产物为CO2，一个电极消耗H＋，另一个电极产生H＋；在碱性电池中的
含碳产物为CO，一个电极消耗OH－，另一个电极产生OH－。
2. 电解质为熔融碳酸盐或熔融氧化物的电极反应式的书写。
(1) CH4熔融碳酸盐燃料电池
负极反应式：CH4－
8e
－ ＋
4CO
==
=5CO
2＋
2H
2O。
(2) CH4熔融氧化物燃料电池
负极反应式：CH4－
8e
－ ＋
4O
2 － ==
=CO
2＋
2H
2O。
考点3 常见的化学电源★★★☆☆
知识点一 常见的化学电源
名称
装置图
电极材料及电极反应式
(1) 普通锌锰
干电池
负极材料：Zn；正极材料：MnO2
负极反应式：Zn
－
2e
－ ＋
2NH
3==
=[Zn(NH
3)2] 2 ＋
正极反应式：MnO2＋
e － ＋
NH
==
=MnO(OH)
＋
NH
3
总反应：Zn ＋2MnO2 ＋2NH4Cl===Zn(NH3)2Cl2 ＋
2MnO(OH)
(2) 碱性锌锰
干电池
负极材料：Zn；正极材料：MnO2
负极反应式：Zn
＋
2OH
－ －
2e
－ ==
=Zn(OH)
2
正极反应式：MnO2＋
H 2O ＋
e － ==
=MnO(OH)
＋
OH
－
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2
(3) 纽扣式锌
银电池
负极材料：Zn；正极材料：Ag2O
负极反应式：Zn
＋
2OH
－ －
2e
－ ==
=ZnO
＋
H 2O
正极反应式：Ag2O ＋
H 2O ＋
2e
－ ==
=2Ag
＋
2OH
－
总反应：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag
(4) 铅酸蓄电池
①放电(如图1)是原电池原理
负极材料：Pb；正极材料：PbO2
负极反应式：Pb
－
2e
－ ＋
SO
==
=PbSO
4
正极反应式：PbO2＋
2e
－ ＋
SO
＋
4H
＋ ==
=PbSO
4＋
2H
2O
总反应：Pb ＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
②
充电(如图2)是电解池原理，是原电池的逆反应
阴极反应式：PbSO4＋
2e
－ ==
=Pb
＋
SO
阳极反应式：PbSO4＋
2H
2O －
2e
－ ==
=PbO
2＋
SO
＋
4H
＋
总反应：2PbSO4＋2H2O=====Pb＋PbO2＋2H2SO4
知识点二 海水淡化装置分析
微生物脱盐池是在微生物燃料电池的基础上发展而来的新兴生物电化学系统，示意图如下，判断隔膜1、
2 分别是什么类型的离子交换膜。
考点4 金属的腐蚀★★★☆☆
知识点一 金属腐蚀
【名师点拨】
钢铁的腐蚀主要是吸氧腐蚀。
知识点二 析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以Fe 为例)
1. 析氢腐蚀
图1 钢铁的析氢腐蚀示意图
条件：溶液呈酸性
负极反应式：Fe
－
2e
－ ==
=Fe
2 ＋
正极反应式：2H
＋ ＋
2e
－ ==
=H
2↑
2. 吸氧腐蚀
图2 钢铁的吸氧腐蚀示意图
条件：中性或弱酸性
负极反应式：Fe
－
2e
－ ==
=Fe
2 ＋
正极反应式：O2＋
4e
－ ＋
2H
2O ==
=4OH
－
电池反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
Fe(OH)2进一步被O2氧化：
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
【真题挑战】
一、单选题
1．（2025·河南·高考真题）一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化，并以
形式回收含锂废弃物
中的锂元素，其工作原理如图所示。
下列说法正确的是
A．Ⅱ为阳离子交换膜
B．电极a 附近溶液的
减小
C．电极b 上发生的电极反应式为
D．若海水用
溶液模拟，则每脱除
，理论上可回收
2．（2025·云南·高考真题）
是优良的固态电解质材料，
取代部分
后产生空位，
可提升
传导性能。取代后材料的晶胞结构示意图(
未画出)及其作为电解质的电池装置如下。下列
说法错误的是
A．每个晶胞中
个数为12
B．该晶胞在yz 平面的投影为
C．
取代后，该电解质的化学式为
D．若只有
发生迁移，外电路转移的电子数与通过截面MNPQ 的
数目相等
3．（2025·广东·高考真题）某理论研究认为：燃料电池(图b)的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意
图分别如图a 和图c，其中
获得第一个电子的过程最慢。由此可知，理论上
A．负极反应的催化剂是ⅰ
B．图a 中，ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最低
C．电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变
D．相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数相同
4．（2025·重庆·高考真题）下图为AgCl-Sb 二次电池的放电过程示意图如图所示。
下列叙述正确的是
A．放电时，M 极为正极
B．放电时，N 极上反应为
C．充电时，消耗4 mol Ag 的同时将消耗
D．充电时，M 极上反应为
5．（2025·江苏·高考真题）以稀
为电解质溶液的光解水装置如图所示，总反应为
。下列说法正确的是
A．电极a 上发生氧化反应生成
B．
通过质子交换膜从右室移向左室
C．光解前后，
溶液的
不变
D．外电路每通过
电子，电极b 上产生
6．（2025·甘肃·高考真题）我国科研工作者设计了一种Mg-海水电池驱动海水(
)电解系统(如下
图)。以新型
为催化剂(生长在泡沫镍电极上)。在电池和电解池中同时产生氢气。下列关
于该系统的说法错误的是
A．将催化剂生长在泡沫镍电极上可提高催化效率
B．在外电路中，电子从电极1 流向电极4
C．电极3 的反应为：
D．理论上，每通过2mol 电子，可产生
7．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）下列实验方案不能得出相应结论的是
A
B
结论：金属活动性顺序为
结论：氧化性顺序为
C
D
结论：甲基使苯环活化
结论：增大反应物浓度，该反应速率加快
A．A
B．B
C．C
D．D
8．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）一种基于
的储氯电池装置如图，放电过程中a、b 极均增重。若
将b 极换成Ag/AgCl 电极，b 极仍增重。关于图中装置所示电池，下列说法错误的是
A．放电时
向b 极迁移
B．该电池可用于海水脱盐
C．a 极反应：
D．若以Ag/AgCl 电极代替a 极，电池将失去储氯能力
9．（2025·浙江·高考真题）一种可充放电
电池的结构示意图如图所示。该电池放电时，产物为
和
，随温度升高Q(消耗
转移的电子数)增大。下列说法不正确的是
A．熔融盐中
的物质的量分数影响充放电速率
B．充放电时，
优先于
通过固态电解质膜
C．放电时，随温度升高Q 增大，是因为正极区
转化为
D．充电时，锂电极接电源负极
10．（2024·江西·高考真题）我国学者发明了一种新型多功能甲醛﹣硝酸盐电池，可同时处理废水中的甲
醛和硝酸根离子(如图)。下列说法正确的是
A．CuAg 电极反应为2HCHO+2H2O
4e
﹣
﹣═2HCOO﹣+H2↑+2OH﹣
B．CuRu 电极反应为
6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣
C．放电过程中，OH﹣通过质子交换膜从左室传递到右室
D．处理废水过程中溶液pH 不变，无需补加KOH
11．（2024·广东·高考真题）我国自主设计建造的浮式生产储御油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域
使用，其钢铁外壳镶嵌了锌块，以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是
A．钢铁外壳为负极
B．镶嵌的锌块可永久使用
C．该法为外加电流法
D．锌发生反应：
12．（2024·江苏·高考真题）碱性锌锰电池的总反应为
，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，
发生氧化反应
B．电池工作时，
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
，转移电子数为
13．（2024·新课标卷·高考真题）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
A．电池总反应为
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
在电场驱动下的迁移方向为b→a
二、多选题
14．（2025·山东·高考真题）全铁液流电池工作原理如图所示，两电极分别为石墨电极和负载铁的石墨电
极。下列说法正确的是
A．隔膜为阳离子交换膜
B．放电时，a 极为负极
C．充电时，隔膜两侧溶液
浓度均减小
D．理论上，
每减少
总量相应增加
三、解答题
15．（2025·重庆·高考真题）水是化学反应的良好介质，探索水溶液中的酸碱平衡具有重要意义。
(1)天然水中可以分离出重水(D2O)。D2O 溶液中存在电离平衡：
，c(D+)和c(OD-)的关系
如图所示。
①图中3 个状态点对应的溶液呈中性的是 。
②
(填“>”“=”或者“<”)。
(2)用如图所示电化学装置进行如下实验。
①用
实验：在左侧通入
，产物为
，盐桥中
移向装置的 (填“左侧”或者“右侧”)，
电池的总反应为 。
②用
实验：在一侧通入
，电池的总反应仍保持不变，该侧的电极反应为 。
(3)利用驰豫法可研究快速反应的速率常数(k，在一定温度下为常数)。其原理是通过微扰(如瞬时升温)使
化学平衡发生偏离，观测体系微扰后从不平衡态趋向新平衡态所需的驰豫时间( )，从而获得k 的信息。
对于
，若将纯水瞬时升温到25℃，测得
。已知：25℃时，
，
，
，
(
为
的平衡浓度)。
25℃
①
时，
的平衡常数
(保留2 位有效数字)。
②下列能正确表示瞬时升温后反应建立新平衡的过程示意图为 。
25℃
③
时，计算得
为
。
