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第02 讲 原电池、化学电源 目录 一、题型精 讲 题型01 考查原电池装置的判断.........................................................................................................................1 题型02 考查原电池的工作原理.........................................................................................................................3 题型03 考查原电池原理的应用.........................................................................................................................6 题型04 考查原电池电极和电极方程式.............................................................................................................9 题型05 考查二次电池及其应用.......................................................................................................................12 题型06 考查燃料电池及其应用.......................................................................................................................15 题型07 考查新型化学电源...............................................................................................................................19 二、靶向突破 题型01 考查原电池装置的判断 1．原电池的概念 原电池是将化学能转化为电能的装置。 2．盐桥及其作用 （1）成分：含KCl 饱和溶液的琼胶。 （2）离子移动方向：Cl－移向负极区，K＋移向正极区。 （3）作用：将两个半电池形成通路，使氧化还原反应持续进行，并保持两溶液的电中性。 【解题通法】原电池的形成条件 1.能自发进行的氧化还原反应； 2.两个活泼性不同的能导电的电极； 3.电解质溶液或熔融电解质； 4.形成闭合回路。 【例1】（24-25·江苏扬州一中·期末）下列选项描述的过程能实现化学能转化为电能的是( ) A.电池充电 B.光合作用 C.手机电池工作 D.太阳能板充电 【答案】C 【解析】电池充电是电能转化为化学能，故A 错误；光合作用是太阳能转化为化学能，故B 错误；手机电 池工作是化学能转化为电能，故C 正确；太阳能板充电是光能转化为电能，并向蓄电池充电，将电能转化 为化学能储存起来，故D 错误。 【变式1-1】（24-25·河北衡水二中·质检）在如图所示的柠檬水果电池中，外电路上的电子从电极Y 流向 电极X。若X 为铅电极，则Y 可能是( ) A．锌 B．银 C．石墨 D．铜 【答案】A 【解析】在柠檬水果电池中，外电路上的电子从电极Y 流向电极X，说明电极Y 是负极，电极X 是正极， Y 的活动性比X 强。根据金属活动性顺序可知，活动性：Zn＞Cu＞Ag，石墨是非金属单质，失去电子能 力比金属弱，因此若X 为铅电极，则Y 应该是活动性比铅强的金属锌，故合理选项是A。 【变式1-2】（2025 山西忻州·一模）原电池的构成是有条件的，下列关于如图所示装置的叙述错误的是( ) A．Cu 是负极，其质量逐渐减轻 B．H＋向铁电极移动 C．Cu 片上有红棕色气体产生 D．Fe 电极上发生还原反应 【答案】C 【解析】由于铁在常温下遇浓硝酸发生钝化，故将铁和铜用导线连接插入浓硝酸中，发生的反应为Cu＋ 4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，故铜为负极，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，铁为正极，电极反 应为2NO＋4H＋＋2e－===2NO2↑＋2H2O。由分析可知，Cu 是负极，其质量逐渐减轻，A 正确；原电池中阳 离子移向正极，故H＋向铁电极移动，B 正确；由分析可知，NO 在Fe 片上得到电子，生成红棕色NO2气 体，C 错误；由分析可知，Fe 电极为正极，发生还原反应，D 正确。 【变式1-3】（24-25·黑龙江鹤岗一中·期末）下列装置不能构成原电池的是( ) 【答案】C 【解析】A、B、D 项都具有①两个活泼性不同的电极；②电解质溶液；③闭合回路；④自发进行的氧化还 原反应，故均能构成原电池；C 项中酒精为非电解质，不能构成原电池。 题型02 考查原电池的工作原理 1．原电池的工作原理(以锌铜原电池为例) 装置 示意图 (盐桥中装有含KCl 饱和溶液的琼胶) 现象 锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，电流表的指针发生偏转 微观 探析 (1)负极区：Zn 失去电子形成Zn2＋进入溶液。 (2)正极区：Cu2＋得到电子生成Cu 沉积在铜片上。 (3)导线上：电子由负极流向正极。 (4)盐桥中：K＋移向CuSO4溶液，Cl－移向ZnSO4溶液 宏观 负极反应：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应) 正极反应：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应) 解释 总反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 【解题通法】原电池工作原理示意图 【例2】（2025·河南濮阳·一模）下列关于如图装置(该盐桥为含KNO3的琼脂)的说法正确的是( ) A．银电极是负极 B．铜电极上发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋ C．外电路中的电子从银电极流向铜电极 D．盐桥中K＋移向CuSO4溶液 【答案】B 【解析】该装置为有盐桥的原电池，在原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应，铜比银 活泼，铜电极是负极，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，故A 错误、B 正确；原电池中外电路中的电子从负 极流向正极，即从铜电极流向银电极，故C 错误；原电池中，阳离子移向正极，则盐桥中K＋移向AgNO3 溶液，故D 错误。 【变式2-1】（2025·湖北武汉·一模）分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( ) A．①②中Mg 为负极，③④中Fe 为负极 B．②中Mg 为正极，电极反应式为6H2O＋12e－===6OH－＋3H2↑ C．③中Fe 为负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ D．④中Cu 为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 【答案】D 【解析】②中Mg 不与NaOH 溶液反应，而Al 能和NaOH 溶液反应失去电子为负极；③中Fe 在浓硝酸中 钝化，Cu 和浓硝酸反应失去电子为负极，A、C 错误；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2 ＋3H2↑，Al 为负极，Mg 为正极，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极反 应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B 错误。 【变式2-2】（2025·吉林四平·二模）硝酸汞和碘化钾溶液混合后会生成红色的碘化汞沉淀，为了探究硝酸 汞和碘化钾溶液之间能否发生氧化还原反应，研究人员设计了如图的实验装置，结果电流计指针发生偏 转，下列分析正确的是( ) A．电流方向是从C1到C2 B．C1是负极，发生的反应是2I－－2e－===I2 C．K＋向C1电极移动 D．总反应是Hg2＋＋2I－===HgI2↓ 【答案】B 【解析】电流计指针发生偏转，说明有电流形成，构成原电池，碘离子具有还原性，失电子，C1为负极， 电极反应式为2I－－2e－===I2，B 正确；C2为正极，溶液中汞离子得电子，电极反应式为Hg2＋＋2e－ ===Hg，发生还原反应，电流方向是从正极(C2)流向负极(C1)，A 错误；为保持硝酸汞溶液中电荷守恒，盐 桥中阳离子移向硝酸汞溶液(C2电极)，C 错误；原电池反应为氧化还原反应，该反应是非氧化还原反应，D 错误。 【变式2-3】（2025·山东·二模）铜锌原电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是( ) A．b 电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu B．盐桥中K＋移向a 电极 C．a 电极发生还原反应 D．电子由Zn 电极流出，经盐桥流向b 电极 【答案】A 【解析】b 电极上铜离子得到电子被还原，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，A 正确；a 电极为负极，盐桥 中K＋移向正极即b 电极，B 错误；a 电极为Zn，失去电子转变为Zn2＋，锌元素化合价升高，发生氧化反 应，C 错误；电子由Zn 电极流出，沿导线流向b 电极，D 错误。 题型03 考查原电池原理的应用 1．增大氧化还原反应速率 原理 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干扰减小，反应速 率增大 实例 实验室制H2时，粗锌与稀硫酸反应比纯锌快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，也能增大反 应速率 2.比较金属的活动性强弱 原理 一般原电池中，活泼金属为负极，发生氧化反应，较不活泼金属为正极，发生还原反应 实例 两种金属a 和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a 极溶解，b 极上有气泡产生。根据电 极现象判断出a 是负极，b 是正极，由原电池原理可知，金属活动性：a＞b 3.用于金属的防护 原理 使被保护的金属作为原电池的正极而得到保护 实例 要保护一个铁闸，可用导线将其与一锌块相连，使锌块作为原电池的负极，铁闸作为正极 【解题通法】设计原电池的思路 设计思路 示例 以自发进行的氧化还原反应为基础 2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2 把氧化还原反应分为氧化反应和还原反应两 个半反应，从而确定电极反应 氧化反应(负极)：Cu－2e－===Cu2＋ 还原反应(正极)：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ 以两极反应为原理，确定电极材料及电解质 溶液 负极材料：Cu 正极材料：石墨或铂 电解质溶液：FeCl3溶液 画出示意图 【例3】（2025·湖北随州·一模）3.25 g 锌与100 mL 1 mol·L－1的稀硫酸反应，为了增大反应速率而不改变 H2的产量，可采取的措施是( ) A．滴加几滴浓盐酸 B．滴加几滴浓硝酸 C．滴加几滴硫酸铜溶液 D．加入少量锌粒 【答案】A 【解析】3.25 g Zn 的物质的量n(Zn)＝＝0.05 mol，100 mL 1 mol·L－1的稀硫酸中溶质的物质的量n(H2SO4) ＝1 mol·L－1×0.1 L＝0.1 mol，根据化学方程式Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑可知，二者反应的物质的量之比 是1 1∶，故稀硫酸过量，反应放出H2要以不足量的Zn 为标准计算。滴加几滴浓盐酸，增大了溶液中的c(H ＋)，反应速率增大，且H2的产量不变，A 符合题意；硝酸具有强氧化性，与Zn 反应不能产生氢气，B 不 符合题意；Zn 与CuSO4发生置换反应产生Cu 和ZnSO4，Zn、Cu 及稀硫酸构成原电池，使反应速率增大， 但由于Zn 消耗，导致反应产生H2的量减少，C 不符合题意；加入少量锌粒，由于Zn 是固体，浓度不变， 因此反应速率不变，但产生的H2的量增多，D 不符合题意。 【变式3-1】（2025·安徽淮北·一模）某电池的总反应离子方程式为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，下列不能实现该 反应的原电池是( ) 选项 正极 负极 电解质溶液 A Cu Fe FeCl3溶液 B C Fe Fe(NO3)3溶液 C Fe Zn Fe2(SO4)3溶液 D Ag Fe Fe2(SO4)3溶液 【答案】C 【解析】依据反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Fe 发生氧化反应，失去电子，为负极，用比Fe 活动性弱的金属或 非金属导体为正极，用含Fe3＋的溶液为电解质溶液。A、B、D 均可以实现，C 不可以实现。 【变式3-2】（2025 吉林通化·一模）有a、b、c、d 四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验装置 部分实验 现象 a 质量减小；b 质量增加 b 有气体产生；c 无变化 d 溶解；c 有气 体产生 电流从a 流向d 由此可判断这四种金属的活动性顺序是( ) A．a>b>c>d B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c 【答案】C 【解析】由第一个装置a 溶解可知，a 是负极，金属活动性：a>b；第二个装置依据氧化性、还原性的规律 推出金属活动性：b>c；第三个装置的金属活动性：d>c；由第四个装置电流从a→d，则电子从d→a，故金 属活动性：d>a。综上所述，这四种金属的活动性顺序是d>a>b>c。 【变式3-3】（2025·福建龙岩·二模）以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中 通过2 mol 电子时，下列说法正确的是( ) A．锌片溶解了1 mol，铜片上析出了1 mol H2 B．两极上溶解和析出的物质的质量相等 C．锌片溶解了32.5 g，铜片上析出了2 g H2 D．锌片溶解了1 mol，硫酸消耗了0.5 mol 【答案】A 【解析】锌铜原电池中，负极：Zn－2e－===Zn2＋；正极：2H＋＋2e－===H2↑。当导线中通过2 mol 电子时， 溶解了1 mol(65g)锌，铜片上析出了1 mol 氢气，消耗了1 mol 硫酸。 题型04 考查原电池电极和电极方程式 1.原电池正、负极的判断方法 2.电极反应式的书写的一般方法 书写电极反应式时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质溶液的环境确定电 极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。 (1)拆分法 ①写出原电池的总反应，如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。 ②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、电荷守恒及得失 电子守恒配平两个半反应： 正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋； 负极：Cu－2e－===Cu2＋。 (2)加减法 ①写出总反应，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。 ②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)，如Li－e－===Li＋(负极)。 ③利用总反应式与写出的一极反应式相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4＋Li＋＋e－ ===Li2Mn2O4(正极)。 【解题通法】电极方程式书写的方法技巧 1.列物质，标得失电极反应物——产物及得失电子数。 2.看环境，配守恒 在电解质溶液的环境中要生成稳定的电极产物，即H、(HT、HO 等是否参加反应，遵 守电荷守恒、质量守恒、得失电子守恒。 3.两式加，验总式 两电极反应式相加,与总反应式对照验证。 【例4】（2025·广西南宁·二模）某种可充电固态锂电池放电时工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．电极电势：b 极>a 极 B．放电时电子流向：a 极→负载→b 极 C．充电时，阳极电极反应为：LiLaZrTaO-xe-=xLi++Li1-xLaZrTaO D．外电路通过1mol 电子时，理论上两电极质量变化差值为7g 【答案】D 【分析】放电时，该电池为原电池，阳离子向正极移动，由图可知，Li+向b 极移动，则b 为正极，a 为负 极；充电时为电解池，a 极为阴极，阴极上Li+得电子发生还原反应，b 极为阳极，据此分析回答。 【解析】根据Li+移动方向可知：b 极为正极，a 极为负极；充电时，b 极为阳极，a 极为阴极，故电极电势 b 极高于a 极，A 正确；放电时，电子由负极a 流出经外电路负载流入正极b，B 正确；充电时，b 极为阳 极，失去电子，电极反应为：LiLaZrTaO−xe −=xLi ++Li1-xLaZrTaO，C 正确；放电时：外电路通过 1mol 电子时，b 极减少1mol Li+ ，质量为7g，a 极1mol Li+ 得到电子变为锂增重7g，充电时：外电路通过 1mol 电子时，a 极失去电子迁移1mol Li+ 到b 极，a 极质量减少7g，b 极1mol Li+ 得到电子变为锂增重 7g，两电极质量变化差值为14g，D 错误；故选D。 【变式4-1】（2025·河北·二模）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PdHx－1＋H＋＋e－===PdHx 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 【解析】PdHx是负极材料，它在压力梯度的驱动下发生反应：PdHx－e－===PdHx－1＋H＋，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；交换膜需要H＋通过并在正极 发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，所以交换膜为质子交换膜，B 项正确；电池正极反应为2H＋＋2e－===H2↑， C 错误；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。 【变式4-2】（2025·江西景德镇·一模）铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为Fe＋Ni2O3＋ 3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是( ) A．该电池的电解液为碱性溶液，负极为Ni2O3、正极为Fe B．该电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2 C．该电池充电过程中，阴极附近溶液pH 增大 D．该电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O 【答案】A 【解析】因为放电时的反应中有氢氧化物生成，故电解质溶液是碱性溶液，因为铁元素的化合价升高，镍 元素的化合价降低，故铁是负极，氧化镍是正极，故A 错误，B 正确；充电时的阴极反应为Fe(OH)2＋2e－ ===Fe＋2OH－，故此时阴极附近溶液pH 增大，故C 正确；根据所给的放电时的电池反应可推知D 正确。 【变式4-3】（2025·广东江门·一模）气体的自动化检测中常常应用原电池原理的传感器。下图为电池的工 作示意图：气体扩散进入传感器，在敏感电极上发生反应，传感器就会接收到电信号。下表列出了待测气 体及敏感电极上部分反应产物。则下列说法中正确的是( ) 待测气体 部分电极反应产物 NO2 NO Cl2 HCl CO CO2 H2S H2SO4 A.上述气体检测时，敏感电极均作电池正极 B.检测分别含H2S 和CO 体积分数相同的两份空气样本时，传感器上产生的电流大小相同 C.检测H2S 时，对电极充入空气，对电极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D.检测Cl2时，敏感电极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－ 【答案】D 【解析】原电池中的正极发生还原反应，得到电子，元素的化合价降低，而待测气体为CO 时，反应产物 为二氧化碳，C 元素的化合价升高，发生氧化反应，所以此时敏感电极作电池负极，同理，待测气体为 H2S 时，S 元素的化合价也升高，敏感电极作电池负极，A 错误；H2S 和CO 体积分数相同，则二者物质的 量相同，二者失去的电子的物质的量不同，CO 失去2 个电子，而H2S 中S 失去8 个电子，所以在气体的扩 散速度相同的前提下，传感器上产生的电流大小不同，B 错误；检测H2S 时，因为电极产物为H2SO4，所 以电解质溶液为硫酸，对电极为正极，发生还原反应，充入空气，则正极反应式为O2＋4H＋＋4e－ ===2H2O，C 错误；检测Cl2时，Cl 元素的化合价降低，所以敏感电极作正极，则敏感电极的电极反应式 是Cl2＋2e－===2Cl－，D 正确。 题型05 考查二次电池及其应用 1.二次电池定义 二次电池又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。 2.铅酸蓄电池 构造示意图 总反应 Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O 放电 反应 负极 Pb＋SO－2e－===PbSO4 正极 PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O 充电 反应 阴极 PbSO4＋2e－===Pb＋SO 阳极 PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO 3.锂离子电池 总反应 Li1－xCoO2＋LixCy LiCoO2＋Cy 放电 反应 负极 LixCy－xe－===Cy＋xLi＋ 正极 Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 充电 反应 阴极 Cy＋xLi＋＋xe－=== LixCy 阳极 LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋ 4.二次电池充电时的电极连接 (1)充电时的连接方法——正正负负 (2)充电时的电极反应式的关系——负极颠倒得阴极，正极颠倒得阳极 【例5】（2025·山东淄博·一模）下列关于铅酸蓄电池的说法正确的是( ) A．放电时，正极上发生的反应是Pb＋SO－2e－===PbSO4 B．放电时，该电池的负极材料是铅板 C．充电时，电池中硫酸的浓度不断减小 D．充电时，阳极上发生的反应是PbSO4＋2e－===Pb＋SO 【答案】B 【解析】A 项，电池放电时正极上应发生还原反应，电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋ 2H2O；C 项，电池充电时，硫酸的浓度应不断增大；D 项，电池充电时，阳极应发生氧化反应。 【变式5-1】（2025·江西·二模）高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间 保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O 3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋ 4KOH，下列叙述不正确的是( ) A．放电时负极反应为 Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 【解题通法】分析二次电池的方法步骤 1.根据所给电池反应的方程式，分析化合价的变化，确定正、负极及其反应。化合价升高的物质作负极， 发生氧化反应，化合价降低的物质作正极，发生还原反应。 2.结合电解质溶液的环境，先写出负极的电极反应式，再用总反应方程式减去负极反应式即得正极反应 式。书写时要注意质量守恒、电荷守恒的灵活应用。 3.充电时，电池的负极要发生还原反应，负极反应逆向书写，即为阴极反应；电池的正极要发生氧化反 应，正极反应逆向书写，即为阳极反应。 4.根据电极反应式，综合分析离子的移动方向以及电解质溶液的变化。 B．放电时正极发生氧化反应 C．放电时每转移2 mol 电子，反应的锌是65 g D．充电时电能转化为化学能 【答案】B 【解析】根据电池的总反应可知，高铁电池放电时必定是锌在负极失去电子，电极反应式为Zn－2e－＋ 2OH－=== Zn(OH)2，故A 正确；放电时正极发生得电子的还原反应，故B 错误；根据负极反应式Zn－2e－ ＋2OH－=== Zn(OH)2，可判断每转移2 mol 电子，消耗1 mol 锌，故反应的锌是65 g，故C 正确；充电时电 能转化为化学能，故D 正确。 【变式5-2】（2025·安徽宣城·一模）锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH 溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)。下列说法正确的是( ) A．放电时，电解质溶液中K＋向负极移动 B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小 C．放电时，负极反应为 Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH) D．放电时，电路中通过2 mol 电子，消耗氧气22.4 L(标准状况) 【答案】C 【解析】放电时，K＋应该向正极移动，A 项错误。根据该电池放电的总反应可知，放电时消耗OH－，则 充电时，OH－浓度应增大，B 项错误。放电时，Zn 为负极，失去电子生成Zn(OH)，其电极反应式为Zn＋ 4OH－－2e－===Zn(OH)，C 项正确。消耗1 mol O2转移4 mol 电子，故转移2 mol 电子时消耗0.5 mol O2， 在标准状况下的体积为11.2 L，D 项错误。 【变式5-3】（2025·山东泰安·一模）石墨烯锂硫电池是一种高效、低污染的新型二次电池，其装置如图所 示。该电池的总反应为2Li＋xS===Li2Sx。Li＋可在固体电解质中迁移，下列说法不正确的是( ) A．放电时，锂在负极上发生氧化反应 B．放电时，正极的电极反应式为xS＋2e－＋2Li＋===Li2Sx C．充电时，锂电极为阴极，与电源负极相连 D．充电时，理论上阳极失去2 mol 电子生成32 g 硫 【答案】D 【解析】电池的总反应为 2Li＋xS===Li2Sx，则放电时，锂在负极上发生氧化反应，故A 正确；放电时，S 电极为正极，发生还原反应，电极反应式为xS＋2e－＋2Li＋===Li2Sx，故B 正确；充电时，阴极反应与负极 反应刚好相反，所以锂电极为阴极，与电源负极相连，故C 正确；充电时，阳极反应与正极反应刚好相 反，阳极反应式为Li2Sx－2e－===xS＋2Li＋，所以理论上阳极失去2 mol 电子生成32x g 硫，故D 错误。 题型06 考查燃料电池及其应用 1．燃料电池定义 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。 2．氢氧燃料电池 工作原理示意图 电解质溶液 稀硫酸 KOH 溶液 负极反应 2H2－4e－===4H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正极反应 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 2H2＋O2===2H2O 3.甲烷燃料电池 电解质溶液 电极反应 总反应 H2SO4溶液 负极：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋ 正极：2O2＋8H＋＋8e－===4H2O CH4＋2O2===CO2＋2H2O KOH 溶液 负极：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O 正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ CH4＋2O2＋2OH－===CO＋ 3H2O 4.乙醇燃料电池 电解质溶液 电极反应 总反应 H2SO4溶液 负极：C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋ 正极：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O C2H5OH＋ 3O2===2CO2＋3H2O NaOH 溶液 负极：C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O C2H5OH＋3O2＋4OH－ 正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－ ===2CO＋5H2O 5.熔融盐燃料电池 如用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物为电解质的燃料电池，CO 为燃料，空气与CO2的混合气为助燃气， 制得在650 ℃下工作的燃料电池，在工作过程中，电解质熔融盐的组成不变。 正极：O2＋2CO2＋4e－===2CO； 负极：2CO＋2CO－4e－===4CO2； 总反应：2CO＋O2===2CO2。 【解题通法】以甲醇为燃料，不同介质中的电极反应式 1.酸性溶液(或含质子交换膜) 正极：O2＋6e－＋6H＋===3H2O； 负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋。 2.碱性溶液 正极：O2＋6e－＋3H2O===6OH－； 负极：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。 3.固体氧化物(其中O2－可以在固体介质中自由移动) 正极：O2＋6e－===3O2－； 负极：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O。 4.熔融碳酸盐(CO) 正极：O2＋6e－＋3CO2===3CO； 负极：CH3OH－6e－＋3CO===4CO2＋2H2O。 【例6】（2025·广西河池·一模）某种氢氧燃料电池的电解液为KOH 溶液。下列有关该电池的叙述不正确 的是( ) A．正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．工作一段时间后，电解液中KOH 的物质的量不变 C．该燃料电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O D．消耗2.24 L H2(标准状况)时，有0.1 mol 电子转移 【答案】D 【解析】在碱性氢氧燃料电池中，H2在负极上反应：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；O2在正极上反应：O2＋ 2H2O＋4e－===4OH－，其总反应式为2H2＋O2===2H2O，工作一段时间后，电解液中KOH 的物质的量不 变，但其浓度减小。消耗 2.24 L H2(标准状况)时，转移电子的物质的量为0.2 mol。 【变式6-1】（2025·陕西·二模）一种应用比较广泛的甲醇燃料电池，电解液是酸性溶液，其工作原理如图 所示，下列说法正确的是( ) A．若有1 mol CO2生成，则有6 mol H＋从甲池通过质子交换膜进入乙池 B．N 电极的电极反应式为O2＋4H＋－4e－===2H2O C．甲池溶液pH 增大，乙池溶液pH 减小 D．M 电极为正极，发生还原反应 【答案】A 【解析】由装置图可知，乙池为电子流入端，则N 电极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O2 ＋4H＋＋4e－===2H2O，消耗H＋，溶液pH 增大；甲池为电子流出端，则M 电极为原电池的负极，发生氧 化反应，电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O ===CO2↑＋6H＋，所以若有1 mol CO2生成，则有6 mol H＋从甲 池通过质子交换膜进入乙池。 【变式6-2】（2025·四川德阳·一模）科技工作者制造了一种甲烷燃料电池，一个电极通入空气，另一个电 极通入甲烷，电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－。下列说法错误的是( ) A．电池正极发生的反应：O2＋4e－===2O2－ B．电池负极发生的反应：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O C．固体电解质里O2－的移动方向：由正极移向负极 D．向外电路释放电子的电极：正极(即电子由正极流向负极) 【答案】D 【解析】因为放电时，电池正极发生还原反应(元素化合价降低)，负极发生氧化反应(元素化合价升高)，所 以正极反应式是O2＋4e－===2O2－，负极反应式是CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，由该电池的正、负极 反应式可以看出，正极反应“源源不断”地产生O2－，负极反应要持续进行，则需要“持续不断”地消耗 O2－，故电池内O2－的移动方向是由正极移向负极，电池的负极发生氧化反应，失去电子，故向外电路释放 电子的电极是负极，即电子由负极流向正极。 【变式6-3】（2025·广西南宁·一模）固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆氧化钇为电解质，这种固体电解 质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b 均不参与电极 反应。下列判断正确的是( ) A．有O2参加反应的多孔电极a 为电池的负极 B．多孔电极b 的电极反应式为H2＋2e－＋O2－===H2O C．多孔电极a 的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．该电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O 【答案】D 【解析】因为电子从多孔电极b 流向多孔电极a，所以多孔电极b 为负极，H2在该极发生氧化反应；多孔 电极a 为正极，O2在该极发生还原反应，由此推断该原电池的负极反应式为H2－2e－＋O2－===H2O，正极 反应式为O2＋2e－===O2－，则电池总反应式为2H2＋O2===2H2O。 题型07 考查新型化学电源 【解题通法】新型化学电源的突破 1.解答新型化学电源的四步骤 (1)根据题意分析元素化合价的变化，确定正、负极反应物。 (2)注意溶液酸碱性环境，书写正、负极反应式。 (3)依据原电池原理或正、负极反应式分析判断电子、离子的移向，电解质溶液的酸碱性变化。 (4)灵活应用守恒法、关系式法进行计算。 2.注意可充电电池的三事项 (1)放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。 (2)充电时，可充电电池的正极连接外接电源的正极，可充电电池的负极连接外接电源的负极。 (3)充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断,分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池 总反应进行分析。 ①首先应分清电池是放电还是充电。 ②再判断出正、负极或阴、阳极。,放电：阳离子→正极，阴离子→负极；,充电：阳离子→阴极，阴离子 →阳极；总之：阳离子→发生还原反应的电极；阴离子→发生氧化反应的电极。 【例7】（2025·河北保定·三模）用如图所示的新型电池可以处理含CN −的碱性废水，同时还可以淡化海水 (主要成分为NaCl，还含有Na2SO4等杂质)。下列说法错误的是 A．交换膜Ⅰ为阴离子交换膜 B．电池工作一段时间后，右室溶液的pH增大 C．a 极电极反应式：2CN −+12OH −−10e −=2CO3 2−+ N2↑+6 H2O D．若将含有26gCN −的废水完全处理，可除去NaCl的质量为292.5g 【答案】D 【分析】如图所示的新型电池可以处理含CN −的碱性废水，在a 极，CN −失去电子，被氧化为N2和CO3 2−，为 负极，电极反应式为2CN −+12OH −−10e −=2CO3 2−+ N2↑+6 H2O，则b 极为正极，H +得电子被还原为H2， 电极反应式为2H ++2e −= H2↑，海水中的阴离子通过交换膜Ⅰ向左移动，阳离子通过交换膜Ⅱ向右移动， 据此回答。 【解析】a 电极失去电子，附近负电荷减少，为了淡化海水，阴离子通过交换膜Ⅰ向左移动，A 正确；由 分析可知，b 为正极，电极反应式为2H ++2e −= H2↑，则消耗氢离子，pH增大，B 正确；由分析可知，a 极 电极反应式：2CN −+12OH −−10e −=2CO3 2−+ N2↑+6 H2O，C 正确；26gCN −的物质的量为1mol，根据选 项A 分析可知，消耗1molCN −时转移5 mol电子，根据电荷守恒可知，可同时处理5 molNaCl，其质量为 292.5g，但是海水中还含有SO4 2−等杂质离子，故除去NaCl的质量小于292.5g，D 错误；故选D。 【变式7-1】（2025·北京西城·三模）下列为常用电化学装置。已知图甲为铅蓄电池，充、放电的总反应为 Pb+ PbO2+2H2SO4 ⇌ 充电 放电 2H2O+2PbSO4。图乙为碱性锌锰干电池。下列叙述正确的是 A．铅蓄电池放电时的负极反应为Pb−2e −= Pb 2+ B．锌锰干电池工作时，OH −向正极方向移动 C．铅蓄电池充电时PbO2接电源正极 D．碱性锌锰干电池在使用过程中，MnO2不断被氧化，最终电池失效 【答案】C 【解析】铅酸蓄电池电解质溶液为稀硫酸，硫酸铅为难溶物，故负极反应为Pb−2e −+SO4 2−=PbSO4 ❑，A 错误；锌锰干电池工作时，OH −向负极方向移动，B 错误；PbO2为正极，发生还原反应，充电时，发生氧 化反应，为阳极，故与电源正极相连，C 正确；MnO2为正极，被还原，D 错误；故选C。 【变式7-2】（2025·河南·一模）某乙烯燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．电池工作时，电流从电极a经导线流向电极b B．电极b的电极反应式为O2−4e −+ 4 H +=2H2O C．当电极a 消耗标准状况下1.12LCH2=CH2时，有0.1 molH +通过质子交换膜 D．验证生成CH3CHO的操作：取反应后的左室溶液于试管中，向其中加入新制Cu (OH)2，加热，观察现象 【答案】C 【解析】在燃料电池中，通入燃料的电极a 为负极，通入氧气的电极b 为正极，电流由正极b 经导线流向 负极a，A 选项错误；电极b 为正极，氧气在正极得电子发生还原反应，其电极反应式应为 O2+4e -+4H +=2H2O，B 选项错误；标准状况下1.12LCH2=CH2的物质的量为n=1.12L 22.4L/mol =0.05mol，根 据电极a 的反应CH2=CH2-2e -+H2O=CH3CHO+2H +，1mol 乙烯反应转移2mol 电子，同时生成2molH +，那么 0.05mol 乙烯反应转移0.1mol 电子，会有0.1molH +通过质子交换膜，C 选项正确；反应后的左室溶液中可 能含有未反应完的H2SO4，应先加NaOH溶液中和硫酸至碱性，再加入新制Cu (OH)2加热，否则硫酸会与 Cu (OH)2反应影响乙醛检验，D 选项错误；故选C。 【变式7-3】（2025·广东·一模）某LiFePO4电池的切面结构示意图如图所示，放电时的反应为 LixC6+Li1−x FePO4=6C+LiFePO4。下列说法错误的是 A．该电池工作时，Li +向正极移动 B．聚合物隔膜为阳离子交换膜 C．放电时，正极的电极反应为Li1-xFePO4+xe -+xLi +=LiFePO4 D．若初始两电极质量相等，放电转移2 N A个电子，则两电极的质量差为14g 【答案】D 【分析】根据电池反应：LixC6+Li1−x FePO4=6C+LiFePO4可知正极反应为： Li1−x FePO4+xLi ++xe −=LiFePO4，负极反应为：Lix C6-xe −=6C+ x Li +。 【解析】放电时，阳离子向正极移动，则该电池工作时，Li +向正极移动，A 正确；根据分析可知Li +通过 隔膜向正极移动，则隔膜为阳离子交换膜，B 正确；根据分析可知放电时正极反应为： Li1-xFePO4+xe -+xLi +=LiFePO4，C 正确；放电转移2 N A个电子，负极减少了2mol Li，正极增加了 2mol Li，则两电极的质量差为28 g，D 错误；故选D。 1.（2025·重庆卷）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Ag−e −+Cl −= AgCl C．充电时，消耗4 mol Ag 的同时将消耗1mol Sb4O5Cl2 D．充电时，M 极上反应为Sb4O5Cl2+12e −+10 H += 4Sb+2Cl −+5 H2O 【答案】D 【分析】由图可知，放电时，N 电极上AgCl→Ag发生得电子的还原反应，为正极，电极反应为： AgCl+e −=Ag+Cl −，M 电极为负极，电极反应为4Sb-12e −+2Cl −+5 H2O=Sb4O5Cl2+10 H +，充电时， N 为阳极，M 为阴极，电极反应与原电池相反，据此解答。 【解析】由分析可知，放电时，M 电极为负极，A 错误；由分析可知，放电时，N 电极反应为： AgCl+e −=Ag+Cl −，B 错误；由分析可知，建立电子转移关系式：Sb4O5Cl2 12e ∼ − 12Ag ∼ ，由此可知， 消耗4molAg，同时消耗1 3 molSb4O5Cl2，C 错误；充电时，M 极为阴极，电极反应与原电池相反： Sb4O5Cl2+12e −+10 H += 4 Sb+2Cl −+5 H2O，D 正确；故选D。 2.（2025·湖北卷）某电化学制冷系统的装置如图所示。[Fe(H2O)6) 3+和[Fe(H2O)6) 2+在电极上发生相互转 化，伴随着热量的吸收或释放，经由泵推动电解质溶液的循环流动(①→②→③→④→①)实现制冷。 装置只通过热交换区域Ⅰ和Ⅱ与环境进行传热，其他区域绝热。下列描述错误的是 A．阴极反应为[Fe(H2O)6) 3++e −=[Fe(H2O)6) 2+ B．已知②处的电解液温度比①处的低，可推断[Fe(H2O)6) 2+比[Fe(H2O)6) 3+稳定 C．多孔隔膜可以阻止阴极区和阳极区间的热交换 D．已知电子转移过程非常快，物质结构来不及改变。热效应主要来自于电子转移后[Fe(H2O)6) 2+和 [Fe(H2O)6) 3+离子结构的改变 【答案】B 【分析】由图可知，左侧电极发生反应[Fe(H 2O)6) 2+−e −=[Fe(H 2O)6) 3+，则左侧为阳极，右侧电极反 应为[Fe(H 2O)6) 3++e −=[Fe(H 2O)6) 2+，则右侧电极为阴极，据此解答。 【解析】由分析可知，阴极反应为[Fe(H2O)6) 3++e −=[Fe(H2O)6) 2+，A 正确；已知②处的电解液温度比① 处的低，则可推断[Fe(H2O)6) 3++e −=[Fe(H2O)6) 2+是吸热反应，无法推断[Fe(H2O)6) 3+和[Fe(H2O)6) 2+的稳 定性，B 错误；多孔隔膜可以阻止两电极区的溶液对流，可阻止热交换，C 正确；题干明确指出电子转移 过程非常快，物质结构来不及改变。这意味着电子转移（即氧化还原反应）本身不会直接导致结构变化， 热效应实际上来源于电子转移完成后，新生成的离子：[Fe(H2O)6) 2+和[Fe(H2O)6) 3+因配位环境或电荷分布 变化引起的结构重组导致热量变化，D 正确；故选B。 3.（2025·广东卷）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O2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 【答案】C 【分析】该燃料电池为氢氧燃料电池，由图可知该原电池的电解质溶液为酸性，氢气发生氧化反应，做负 极，电极方程式为：H 2−2e −=2 H +；氧气发生还原反应，做正极，电极方程式为： O2+ 4 e −+ 4 H +=2 H 2O。 【解析】由分析可知，氧气发生还原反应，做正极，正极反应的催化剂是ⅰ，A 错误；图a 中，ⅰ到ⅱ过 程为O2获得第一个电子的过程，根据题中信息，O2获得第一个电子的过程最慢，则ⅰ到ⅱ过程的活化能一 定最高，B 错误；氢气发生氧化反应，做负极，电极方程式为：H 2−2e −=2 H +，同时，反应负极每失去 1 个电子，就会有一个H+通过质子交换膜进入正极室，故电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变， C 正确；由图a、c 可知，氧气催化循环一次需要转移4 个电子，氢气催化循环一次需要转移2 个电子，相 同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数不相同，D 错误；故选C。 4.（2025·云南卷）(Li0.45La0.85)ScO3是优良的固态电解质材料，Ce 4+取代部分La 3+后产生空位，可提升 Li +传导性能。取代后材料的晶胞结构示意图(O 2−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O 2−个数为12 B．该晶胞在yz 平面的投影为 C．Ce 4 +取代后，该电解质的化学式为(Li0.45La0.85−yCey)ScO3 D．若只有Li +发生迁移，外电路转移的电子数与通过截面MNPQ 的Li +数目相等 【答案】C 【解析】由晶胞结构可知，Sc 原子分布在晶胞的8 个棱心和4 个面心，由均摊法算出其原子个数为 8× 1 4 + 4× 1 2 = 4，由晶体的化学式(Li0.45La0.85)ScO3可知，O 原子的个数是Sc 的4 倍，因此，每个晶胞 中O2-个数为12，A 正确；由晶胞结构可知，该晶胞在yz 平面的投影就是其前视图 ，B 正确；Ce4+ 取代La3+后，Li+数目减小并产生空位，因此，根据化合价的代数和为0 可知，取代后该电解质的化学式为 (Li0.45−yLa0.85−yCey)ScO3，C 错误；Li+与电子所带的电荷数目相同，只是电性不同，原电池中内电路和 外电路通过的电量相等，因此，若只有Li+发生迁移，外电路转移的电子数与通过截面MNPQ 的Li+数目相 等，D 正确；故选C。 5.（2025·江苏卷）以稀H2SO4为电解质溶液的光解水装置如图所示，总反应为2H2O 光 催化剂2H2↑+O2↑。 下列说法正确的是 A．电极a 上发生氧化反应生成O2 B．H +通过质子交换膜从右室移向左室 C．光解前后，H2SO4溶液的pH不变 D．外电路每通过0.01mol电子，电极b 上产生0.01molH2 【答案】A 【分析】光解过程中，电极a 上电子流出，发生氧化反应，a 为负极，电极反应式为： 2H2O−4e −=O2↑+ 4 H +；电极b 上电子流入，发生还原反应，b 为正极，电极反应式为：2H ++2e −= H2↑ 。 【解析】根据分析，电极a 为负极，发生氧化反应，电极反应式为：2H2O−4e −=O2↑+ 4 H +，生成物有 O2，A 正确；原电池中阳离子向正极移动，电极a 上生成H +，电极b 上消耗H +，H +通过质子交换膜从左室 移向右室，B 错误；在探究溶液浓度变化时，不仅要关注溶质的变化，也要关注溶剂的变化，在光解总反 应是电解水，H2SO4溶液中H2O减少，H2SO4溶液浓度增大，pH 减小，C 错误；生成1molH2，转移2mol 电 子，外电路通过0.01mol 电子时，电极b 上生成0.005 molH2，D 错误；故选A。 6.（2025·黑吉辽蒙卷）一种基于Cu2O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Na +向b 极迁移 B．该电池可用于海水脱盐 C．a 极反应：Cu2O+2H2O+Cl −−2e −=Cu2(OH)3Cl+ H + D．若以Ag/AgCl 电极代替a 极，电池将失去储氯能力 【答案】D 【分析】放电过程中a、b 极均增重，这说明a 电极是负极，电极反应式为 Cu2O+2H2O+Cl −−2e −=Cu2(OH)3Cl+ H +，b 电极是正极，电极反应式为NaTi2(PO4)3+2e－ +2Na+=Na3Ti2(PO4)3，据此解答。 【解析】放电时b 电极是正极，阳离子向正极移动，所以Na +向b 极迁移，A 正确； B．负极消耗氯离子，正极消耗钠离子，所以该电池可用于海水脱盐，B 正确；a 电极是负极，电极反应式 为Cu2O+2H2O+Cl −−2e −=Cu2(OH)3Cl+ H +，C 正确；若以Ag/AgCl 电极代替a 极，此时Ag 失去电子， 结合氯离子生成氯化银，所以电池不会失去储氯能力，D 错误；故选D。 7.（2025·浙江卷）一种可充放电Li−O2电池的结构示意图如图所示。该电池放电时，产物为Li2O和Li2O2 ，随温度升高Q(消耗1molO2转移的电子数)增大。下列说法不正确的是 A．熔融盐中LiNO3的物质的量分数影响充放电速率 B．充放电时，Li +优先于K +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O 2−转化为O2 2− D．充电时，锂电极接电源负极 【答案】C 【分析】Li−O2电池放电时，锂电极为负极，发生反应：Li−e -=Li +，多孔功能电极为正极，低温时发 生反应：O2+2e -=O2 2−，随温度升高Q 增大，正极区O2 2−转化为O 2−；充电时，锂电极为阴极，得到电子， 多孔功能电极为阳极，O2 2−或O 2−失去电子。 【解析】由分析可知，电池总反应方程式为：O2+2Li ⇌ 充电 放电 Li2O2 ❑或O2+4Li ⇌ 充电 放电 2Li2O，充放电时有Li +参 与或生成，因此熔融盐中LiNO3的物质的量分数影响充放电速率，A 正确；Li +比K +的半径小，因此Li +优 先于K +通过固态电解质膜，B 正确；放电时，正极得到电子，O2 2−中氧原子为-1 价，O 2−中氧原子为-2 价， 因此随温度升高Q 增大，正极区O2 2−转化为O 2−，C 错误；充电时，锂电极为阴极，连接电源负极，D 正 确；故选C。 8.（2025·四川卷）最近，我国科学工作者制备了一种Ni−CuO电催化剂，并将其与金属铝组装成可充电电 池，用于还原污水中的NO3 −为NH3，其工作原理如图所示。研究证明，电池放电时，水中的氢离子在电催化 剂表面获得电子成为氢原子，氢原子再将吸附在电催化表面的NO3 −逐步还原为NH3。 下列说法错误的是 A．放电时，负极区游离的OH −数目保持不变 B．放电时、还原1.0mol NO3 −为NH3，理论上需要8.0mol氢原子 C．充电时，OH −从阴极区穿过离子交换膜进入阳极区 D．充电时，电池总反应为4[Al(OH)4] −=4Al+6H2O+4OH −+3O2↑ 【答案】A 【分析】放电时，负极铝失去电子和氢氧根离子结合生成四羟基合铝酸根，Al−3e −+4OH −=[Al(OH)4] − ，正极水中的氢离子在电催化剂表面获得电子成为氢原子，氢原子再将吸附在电催化剂表面的NO3 −逐步还 原为NH3，正极区发生反应为NO3 −+8e −+6H2O=NH3+9OH −(注意此反应不是电极反应)，充电时，金属铝为 阴极，Ni−CuO电极为阳极，据此解答。 【解析】放电时，负极铝失去电子和氢氧根离子结合生成四羟基合铝酸根：Al−3e −+4OH −=[Al(OH)4] − ，当转移3mol 电子时，消耗4 molOH −，同时正极区会有3molOH −通过OH −离子交换膜进行补充，OH − 净消耗1mol，故负极区游离的OH −数目会减少，故A 错误；氢原子将吸附在电催化剂表面的NO3 −逐步还原 为NH3，还原1.0mol NO3 −为NH3，由化合价变化可知，得到8mol 电子，所以理论上需要8.0mol氢原子， 故B 正确；充电时，阴离子向阳极移动，所以充电时，OH −从阴极区穿过OH −离子交换膜进入阳极区，故C 正确；充电时，电池阴极反应式为4[Al(OH)4] −+12e −=4Al+16OH −，阳极反应式为 12OH −−12e −=3O2↑+6H2O，总反应为4[Al(OH)4] −=4Al+6H2O+4OH −+3O2↑，故D 正确；故选A。 9.（2025·安徽卷）研究人员开发出一种锂-氢可充电电池(如图所示)，使用前需先充电，其固体电解质仅允 许Li +通过。下列说法正确的是 A．放电时电解质溶液质量减小 B．放电时电池总反应为H2+2Li=2LiH C．充电时Li +移向惰性电极 D．充电时每转移1mol电子，c(H +)降低1mol⋅L -1 【答案】C 【分析】金属锂易失去电子，则放电时，惰性电极为负极，气体扩散电极为正极，电池在使用前需先充 电，目的是将LiH 2 PO4解离为Li +和H 2 PO4 −，则充电时，惰性电极为阴极，电极的反应为：Li ++e −= Li ，阳极为气体扩散电极，电极反应：H 2−2e −+2 H 2 PO4 −=2 H 3 PO4，放电时，惰性电极为负极，电极反 应为：Li−e −= Li +，气体扩散电极为正极，电极反应为2 H 3 PO4+2e −=2 H 2 PO4 −+ H 2↑，据此解答。 【解析】放电时，Li +会通过固体电解质进入电解质溶液，同时正极会生成H2进入储氢容器，当转移2mol 电子时，电解质溶液质量增加7 g/mol×2mol−1mol×2 g/mol =12g，即电解质溶液质量会增大，A 错误；放电时，由分析中的正、负电极反应可知，总反应为2Li+2 H 3PO4=H2↑+2LiH2PO4，B 错误；充 电时，Li +向阴极移动，则Li +向惰性电极移动，C 正确；充电时每转移1mol电子，会有1mol H +与 H 2 PO4 −结合生成H 3PO4，但不知道电解液体积，无法计算c(H +)降低了多少，D 错误；故选C。 10.（2025·湖南·三模）胶体电池是铅酸蓄电池的一种发展分类，它是在硫酸中添加胶凝剂，使硫酸电液变 为胶态，具有使用寿命长、安全稳定等优点。如图是一种胶体液流电池工作原理，下列说法不正确的是 A．该电池中较大离子直径约为1×10 −9~1×10 −7 m B．充电时，储罐乙所在电极接直流电源正极 C．放电时，负极反应为[PW12O40) 4−−e −=[PW12O40) 3− D．放电时，若外电路转移1mol 电子，理论上储罐甲质量增加1g 【答案】B 【分析】由题干图示信息可知，放电时储罐甲的电极反应为：[H12(VO2)12(RC6H4PO3)8](4-x)-+xe-= [H12(VO2)12(RC6H4PO3)8]4-，发生还原反应，作正极，而储罐乙的电极反应为：[PW12O40) 4−−e −=[PW12O40) 3− ，发生氧化反应，作负极，据此解答。 【解析】胶体的粒子直径为1∼100nm，故该胶体液流电池中较大离子直径约为1×10 −9 m ∼1×10 −7 m， A 正确；根据电池工作原理图储罐乙充电时，发生电极反应：[PW12O40) 3−+e −=[PW12O40) 4−，作阴极，接 在直流电源的负极，B 错误；根据电池工作原理图放电时，负极反应为：[PW12O40) 4−−e −=[PW12O40) 3−，C 正确；转移1mol 电子时，理论上有1molH +从右向左迁移，则储罐甲质量增加1g，D 正确；故选B。 11.（2025·湖南·一模）某沉积物-微生物电池可以回收处理含硫废渣(硫元素的主要存在形式为FeS2)，其工 作原理如图所示，酸性增强不利于菌落存活。下列说法错误的是 A．碳棒b 的电势比碳棒a 的电势低 B．碳棒b 存在电极反应：S−6e −+ 4 H2O =SO4 2−+8 H + C．工作一段时间后，电池效率降低 D．每生成1molSO4 2−，理论上消耗标准状况下44.8LO2 【答案】D 【分析】根据光合菌产生的 O2得电子结合 H+得到 H2O，碳棒a 为正极，FeS2在硫氧化菌的作用下被氧化 为S，S 在硫氧化菌的作用下被氧化为硫酸根。 【解析】根据分析可知b 极为负极，a 极为正极，正极的电势高于负极，A 正确；根据图示，碳棒b 为负 极，失电子，存在电极反应：S−6e −+ 4 H2O =SO4 2−+8 H +，B 正确；酸性增强不利于菌落存活，负极失电 子发生的氧化反应会减慢，故工作一段时间后，电池效率降低，C 正确；a 为正极，光合菌产生的 O2得电 子结合H+得到 H2O，电极反应为 O2+4e-+4H+=2H2O，每生成1molSO4 2−，转移6mol 电子，理论上消耗标 准状况下33.6LO2，D 错误；故选D。 12.（2025·湖南·三模）某化学兴趣小组探究AgI(s)+Cl −(aq)⇌AgCl(s)+I −(aq)的反应是否会正向进行， 连接图1 实验装置进行探究。打开磁力搅拌器，打开软件，采集数据，按压内筒，使两粒子导体相接触。 向外筒加入1.2gNaCl 固体，采集数据见图2。下列说法不正确的是（ ） 已知：(1)Ag +有氧化性，I −有还原性，形成闭合回路后两极产生电压。 (2)根据能斯特方程，c(I −)越大，电压示数大。 (3)Ag +半径大，不能通过阳离子交换膜。 (4)Ksp(AgCl)=1.8×10 −10、Ksp(AgI)=8.5×10 −17。 A．该反应的K = 4.72×10 −7，故该反应正向进行程度很小 B．微电压曲线先是上升趋势，说明该反应正向进行 C．微电压曲线后是下降趋势，说明该反应逆向进行 D．为了保证实验准确，实验过程中外筒需封闭 【答案】C 【解析】该反应的K =c(I −) c(Cl −) =c(I −)⋅c(Ag +) c(Cl −)⋅c(Ag +) =Ksp(AgI) Ksp(AgCl) = 8.5×10 −17 1.8×10 −10 = 4.72×10 −7，故正向进行的程 度很小，A 正确；微电压曲线先是上升趋势，说明c(I −)增大，即加入NaCl 固体后，反应 AgI(s)+Cl −(aq)⇌AgCl(s)+I −(aq)正向进行，B 正确；微电压曲线后是下降趋势，是因为内筒中Ag +和 外筒的I −形成原电池，发生电极反应：2I −−2e −=I2，导致c(I −)减小，微电压曲线下降，不能说明该反 应逆向进行，C 错误；I −有还原性，直接和空气接触会被氧气氧化，影响微电压曲线的数据，对实验结果 有影响，所以为了保证实验准确，实验过程中外筒需封闭，D 正确；故选C。 13.（2025·江苏南京·一模）一种二次储能电池的构造示意图如图所示。下列说法正确的是 A．放电时，电能转化为化学能 B．放电时，PbSO4发生还原反应 C．充电时，右侧H +通过质子交换膜向左侧电极移动 D．充电时，每生成1mol Fe 3+，转移电子数为2×6.02×10 23 【答案】C 【解析】放电时该装置是原电池，是化学能转化成电能，故A 错误；放电时Pb作负极，电极反应式为 Pb+SO4 2−−2e -= PbSO4，发生氧化反应，PbSO4是氧化产物，故B 错误；充电时该装置是电解池， Pb/PbSO4作阴极，溶液中的阳离子移向阴极，故H +通过质子交换膜向左侧电极移动，故C 正确；充电 时，右侧阳极的电极反应式为Fe 2+−e -= Fe 3+，每生成1mol Fe 3+，转移电子数为6.02×10 23，故D 错 误；故选C。 14.（2025·江苏扬州·一模）新型锂硫电池能实现快速充电，其充电的工作原理如图所示。下列说法正确的 是 A．充电时，In 电极接外电源负极 B．充电时石墨电极发生的反应为：3I −+2e −=I3 − C．放电时Li +从石墨电极向In 电极迁移 D．放电时每转移1mol 电子，In 电极生成32g 硫 【答案】A 【分析】由图可知，充电时石墨电极上I -被氧化为I3 −，石墨电极为阳极；In 电极上S被还原为Li2S，In 电 极为阴极，据此解答。 【解析】由分析可知，充电时，In 电极为阴极，在电解池中，阴极接外电源负极，A 正确；由分析可知， 充电时石墨电极上I -被氧化为I3 −，电极反应式为：3I -−2e -=I3 −，B 错误；放电时该装置作原电池，石墨 电极作正极，In 电极作负极，原电池中阳离子移向正极，则放电时Li +从In 电极向石墨电极迁移，C 错 误；放电时，In 电极作负极，电极反应式为：Li2S-2e -=S+2Li +，由电极反应式可知，每转移1mole -，In 电极生成0.5molS，其质量为16g，D 错误；故选A。 15.（2025·河北·一模）用于HMF( )转化为FDCA( )的液流燃料电池(LFFC)的结构 和原理示意图如下图所示。该系统采用了酸性-碱性电解液的不对称设计，使用1mol⋅L −1KOH作为M 极电 解液，使用2mol⋅L −1H2SO4作为N 极电解液。下列说法正确的是 A．电子由N 极通过外电路转移到M 极 B．M 极的电极反应为HMF+6OH −+6e −= 4 H2O+ FDCA C．理论上，随反应进行需要及时添加HNO3 D．理论上，当消耗1.5 molO2时生成1molFDCA 【答案】D 【分析】N 极V 化合价+5→+4，得电子，则N 极为正极，电极反应式为VO2 ++e −+2 H +=VO 2++ H 2O，故 M 极为负极，电极反应式为：HMF+6OH −−6e −= 4 H2O+ FDCA。生成的VO2+在NO、HNO3的催化下与氧 气反应生成VO2 +和H2O。 【解析】据分析，N 极为正极，M 极为负极，电子由M 极通过外电路转移到N 极，故A 错误；据分析， M 极的电极反应为HMF+6OH −−6e −= 4 H2O+ FDCA，故B 错误；由图示可知，HNO3通过通入氧气再生， 循环利用，无需添加，故C 错误；根据电子守恒，列出关系式：1.5 molO2∼6 mole −∼1molFDCA，故D 正确；故选D。 16.（2025·辽宁·二模）利用板状碳封装镍纳米晶体(Ni@C)电催化将5—羟甲基糠醛(HMF)转化为2，5—呋喃 二甲酸(FDCA)，工作原理如图所示。 下列说法正确的是 A．电极电势：a>b B．该装置工作时，H +向b 极移动 C．一段时间后阴极区pH不变 D．产生1mol气体X，双极膜中质量减少18g 【答案】C 【分析】HMF 在b 极发生氧化反应生成FDCA，则板状碳封装镍纳米晶体是阳极、石墨烯是阴极。 【解析】板状碳封装镍纳米晶体是阳极，b 是电源正极、a 是负极，电极电势：a<b，故A 错误；板状碳 封装镍纳米晶体是阳极，电解池中阳离子向阴极移动，H +向a 极移动，故B 错误；a 是阴极，阴极水得电 子生成氢气和氢氧根离子，电路中转移2mol 电子，阴极生成1mol 氢气和2molOH-，同时双极膜有 2molH+移入a 极区，所以阴极区pH不变，故C 正确；a 为阴极，X 为氢气，则每产生1molH2转移2mol 电 子，双极膜中2molOH-有移向阳极，同时有2molH+移向阴极，双极膜中质量减少36g，故 D 错误；故选 C。 17.（2025·江西·二模）固态有机聚合物电极凭借柔性，高容量，高安全性为下一代电池技术提供了新方 向。一种新型二次电池的工作原理如图所示。电极N 是一种固态有机聚合物，该电池电极M 在充电过程 中产生黄色的I3 −离子。下列说法错误的是 A．放电时，M 电极的电势要高于N 电极 B．放电时外电路中每转移0.5mol 电子时，N 极区质量增加3.5g C．充电时，M 连接电源的正极 D．充电时，N 极电极反应式是 +nLi ++ne -= 【答案】B 【分析】根据该电池电极M 在充电过程中产生黄色的I3 −离子，则反应的电极反应式为：3 I −−2e −= I 3 −， 得到M 电极在充电时为阳极，放电时为正极，电极反应式为：I 3 −+2e −=3 I −；则N 电极在放电时为负 极，电极反应式为： ，充电时为阴极，电极反应式为： ；据此分析解答。 【解析】根据分析，在放电时M 电极为正极，N 电极为负极，正极电势高于负极，即M 电极的电势要高 于N 电极，A 正确；根据分析和电子转移守恒可知，当放电时外电路中每转移0.5mol 电子时，则有 0.5molLi +会通过Li +透过层从N 极区向M 极区移动，则N 极区的质量会减少3.5g，B 错误；根据分析，M 在充电时为阳极，则连接在电源的正极，C 正确；根据分析，充电时，N 极电极反应式为： ，D 正确；故选B。 18.（2025·江西南昌·一模）氨燃料电池是当前推动绿氨能源化应用的重要研究方向和热点。一种通过光 ν ℎ−Ni：TiO2催化合成绿氨联合氨燃料电池的装置如图，在光照作用下光催化剂被激发产生电子(e −)和 空穴(h +)。下列说法错误的是 A．X极电势低于Y极电势 B．光催化剂表面发生反应：2H2O+ 4 h += 4 H ++O2 C．X极的电极反应式是2NH3+6OH −−6e −= N2+6 H2O D．燃料电池中，OH-向Y 电极移动 【答案】D 【分析】N2在光催化剂表面转化为NH3，碱性介质条件下，NH3转化为N2，化合价，发生氧化反应，则电 极X 为负极，电极反应式为：2NH3+6OH −−6e −= N2+6 H2O；H2O 转化为O2，化合价降低，发生还原反 应，则电极Y 为正极，电极反应式为：2H2O+4e-=H2+4OH-，据此分析回答。 【解析】由分析可知，电极X 为负极，电极Y 为正极，则X 极电势低于Y 极电势，A 正确；光催化剂表 面H2O 转化为O2，发生反应为：2H2O+ 4 h += 4 H ++O2，B 正确；电极X 为负极，电极反应式为： 2NH3+6OH −−6e −= N2+6 H2O，C 正确；由分析可知，电极X 为负极，电极Y 为正极，原电池中阴离子 向负极移动，则OH-向X 电极移动，D 错误；故选D。 19.（2025·浙江嘉兴·三模）盐酸羟胺(NH2OH⋅HCl)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：2NO+3 H2+2HCl=2NH2OH⋅HCl B．上述反应中的X、Y 分别为H +、NH3OH + C．Pt 电极上的反应：H2−2e −=2H + D．制取1mol NH2OH⋅HCl，有4mol H +通过交换膜 【答案】D 【分析】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。 【解析】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；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；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；根据分析中正极电极反应式，消耗 1mol NO，制取1mol NH2OH⋅HCl，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；故选D。 20.（2025·广东广州·一模）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．石墨电极是负极 B．Mg电极发生还原反应 C．溶液中Na +向负极移动 D．石墨电极的电极反应式为：H2O2+2e −=2OH − 【答案】D 【分析】由图可知，Mg 为负极，电极反应式为Mg-2e-=Mg2+，石墨为正极，H2O2具有氧化性，被还原，则 正极上H2O2得电子，且电流从正极流向负极，溶液中阴离子向负极移动。 【解析】由分析可知，Mg 电极为电池的负极，A 错误；Mg电极失去电子发生氧化反应，B 错误；溶液中 阴离子向负极移动、阳离子向正极移动，C 错误；石墨为正极，H2O2具有氧化性，得到电子被还原： H2O2+2e −=2OH −，D 正确；故选D。
