高中化学训练【化学能与电能的相互转化】

化学能与电能的相互转化

【课程要求】

1.能分析、解释原电池和电解池的工作原理，能设计简单的原电池和电解池。

2.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。

【学科素养】

1.变化观念与平衡思想：能多角度、动态地分析电池中发生的反应，并运用原理

解决实际问题。

2.证据推理与模型认知：能分析电池中发生的反应，运用原理从定性和定量角

度推出合理结论。

教师独具。、知一相理•2构体系,。蓝甯黑；

两极分别发生氧化、还原反应.

工作原理产生电流

电解质溶液

电能转化为化学能的装置定义也4攵”两个活泼性不同的电极

形成条件------------------------

使电流通过电解质溶液或熔融电原形成闭合回路

解质.在阴阳两极发生璃化还原电

池

反问I勺过程原理・自发进行氧化还原反应

正负极判断

阴极：电解质溶液中的阳离子

电解池卜氧化还原反、电极反应

得电子发生还原反应

电极应一能量变化

电极反应式及电池总反应方程式

反应

阳极：还原性微粒或活性阳极

本身失电子发生氧化反应一次电池普通锌锌电池等

化

学二次电池铅蓄电池等

电

源、燃料电池氢氧燃料电池等

命题分析

分析近五年高考试题，高考命题在本讲有以下规律:

1.从考查题型和内容上看，高考命题以选择题和非选择题呈现，考查内容主要

有以下两个方面：

(1)以新型化学电源为背景，考查原电池和电解池的工作原理以及电极反应方程

式的书写、离子移动方向等。

⑵与工农业生产相结合，考查电极产物的分析及检验等。

2.从命题思路上看，侧重以新型电源为载体考查原电池和电解池的工作原理。

⑴选择题

常以新型电源和生产生活、科学实验、物质制备等为背景，考查电极的判断、

离子或电子的移动方向、电子转移数目的判断和电极反应式的书写等。

⑵非选择题

与化学实验、化学平衡、离子平衡、元素及其化合物等知识相结合来综合考查,

常考查电极反应式的书写、探究电解原理的应用。

3.从考查学科素养的角度看，注重考查变化观念与平衡思想、证据推理与模型

认知、科学态度与社会责任的学科素养。

备考策略

根据高考命题的特点和规律，复习时要注意以下几个方面：

⑴构成各个池的基本元件有哪些；

⑵该电池有哪些特点；

（3）电极选择与电解液选择有何要求。

考点一：原电池（基础性考点）

必备知识•夯实

（一）微观层面认识原电池

1.原电池的概念和反应本质

⑴概念：是把化学能转化为曳能的装置。

⑵本质：能自发进行的氧化还原反应。

2.构成原电池的三个条件

一看

看能发生型进行的氧化还原反应

二看

一般是活泼性—丕同—的两电极（金属或石墨）

电极

三看是

否形成形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极与电解质溶液相

闭合回接触；③两电极之间直接或间接接触。

路

辨易错

⑴中和反应放热，可以设计成原电池。（x）

提示：中和反应中没有电子的转移。

⑵原电池装置中，溶液中的阴离子移向正极，阳离子移向负极。（X）

提示：原电池阴离子移向负极，阳离子移向正极。

⑶原电池中的两电极一定是活泼性不同的金属材料。（X）

提示：氢氧燃料电池的正负极都是碳电极。

3.原电池的工作原理

（1）图解原电池工作原理

ZnSoT2>C2TCuSoT^

Zn->Zn2++2e-Cu2++2e-~-Cu

（2）以锌铜原电池为例，分析原电池工作原理

In

电极名称负极正极

电极材料ZnCu

电极反应Zn-2e---Zn+Cu2++2e-——Cu

反应类型氧化反应还原反应

电子流向负极到正极

盐桥中

阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移

国十移向

深思考

（i）n中盐桥的作用是什么？

提示：①形成闭合回路；②平衡电荷。

⑵n装置比I装置有哪些优点？

提示：防止氧化剂和还原剂直接反应，提高能量转化率。

（3）原电池中的三个方向

①电子方向：负极T导线-正极。

②电流方向：正极T导线T负极。

③离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。

助理解以铜锌原电池为例构建原电池的认知模型

原理

宏观

现象一电流表指针偏转有红色

溶斛电子移动方向

微观物质生成

过程阴离子移向

电极阳离子移向

产物一氧化产物还原产物

电极I失电子I得电子

还原剂

反应物氧化剂

装置

失e-场所电子离子得片场所

（负极材料）导体导体（正极材料）

（二）宏观层面应用原电池

1.比较金属的活动性强弱

负极：活动性较强的金属；正极：活动性较弱的金属。（一般规律）

2.加快化学反应速率

一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。

如Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液构成原电池,反应速率加快。

3.四步法设计制作化学电源

［拆分反应H将氧化还原反应分成两个半反应）

’选择电极将还原剂（一般为比较活泼哈屈）作负极.

材料活泼性比负极弱的金属或非金属导体作

如果两个半反应分别在两个容器中进行（中

构成闭合

-间连接盐桥），则两个容器中的电解质溶液

回路应含有与电极材料相同的金属的阳离子

画出装—结合要求及反应特点，画出原电池装置图，'

置图,标出电极材料名称、正负极、电解质溶液等

4.用于金属的防护

使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。

补短板原电池加快反应速率的理解

在理解形成原电池可加快反应速率时，要注意对产物量的理解，Zn与稀硫酸反

应时加入少量CuSO4溶液,锌足量时,不影响产生H2的物质的量，但稀硫酸足

量时，产生H2的物质的量要减少。

关键能力•进阶

，能力点：原电池正、负极的判断及电极反应式的书写

1,原电池电极反应式的书写

（1）书写步骤

列物质_负极发生氧化反应）_参加反应的微粒

标得失「I正极发生还原反应）一和得失电子数

在电解质溶液的环境中要生成稳定的电极

看环境

产物，即H、OH、乩。等是否参加反应

配守恒

遵守电荷守恒、质量守恒、电子守恒

两式加

一两电极反应式相加，与总反应式对照验证

验总式

（2）书写方法

①方法一：拆分法

3+2+2+

a.第一步：写出原电池的总反应，如：2Fe+Cu=2Fe+Cuo

b.第二步：把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，如：

正极：2Fe3++2e-=2Fe2+

负极：Cu-2e-=Cu2+

②方法二：加减法

a.第一步：写出总反应，如：Li+LiMn2O4=Li2Mn2O4o

b.第二步：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）。

c.第三步：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LiMn2O4+Li++e-一LizMmOM正极）。

2.原电池原理与正、负极判断的“五维角度”

典例精研

【典例】一种高性能的碱性①硼化钢(VB2)-空气②电池如图所示，其中在

VB2电极发生反应：VB2+16OH--lie-=VOi-+2B(OH)1+4H2。③。该电

池工作时，下列说法错误的是()

负载

VB：电极极I—1——1―I复合碳电极

空气

KOH溶0液离子选择性膜

A.负载通过0.04mol电子时，有0.224L(标准状况)。2参与反应

B.正极区溶液的pH降低，负极区溶液的pH升高

C.电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8B(OH)4-+4VO；

D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极

教师专用司［解题思维］解答本题的思维流程如下：

提取①碱性；②硼化钢(VB*-空气；

信息③VB2电极反应式

①碱性电池溶液中不可能生成H+；②硼化钢(VB/空气电池，空气中有

信息

氧气，则空气一极通常作正极，则硼化钢一极作正极；③根据电极反应

转化

式可判断出电子转移情况及硼化钢电极的生成物。

联想反应一段时间后，电池中左池溶液的pH是升高还是降低？为什么？

质疑提示：降低，因为消耗了OH，

【解析】选Bo该电池中02在正极发生的反应为02+2H2。+4e-=4OH-,

所以负载通过0.04mol电子时，有0.224L(标准状况)。2参与反应，A正确；根

据正负极电极反应式可知使用过程中负极区溶液的pH降低、正极区溶液的pH

升高，B错误；根据两极电极反应式可知电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+

6H2O=8B(OH)4+4VOi",C正确；VB2电极和复合碳电极分别为电池的负

极、正极,根据物理学知识可知电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶

液回到复合碳电极，D正确。

＞原因分析•理论解释

⑴分析判断装置中的离子交换膜是阳离子交换膜还是阴离子交换膜？

是阴离子交换膜,原因：VB2在负极失电子结合OH-生成B(OH)g。

⑵有同学认为：本电池工作时电子从VB2电极出发沿导线到达复合碳电极，再

经KOH溶液回到VB2电极，从而构成闭合回路的。此同学的认识是否正确？丕

正确,原因是电子不能通过溶液，电解质溶液中转移的是离子。

迁移应用

•命题角度一：原电池装置及电极的判断

1,分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()

空

r®qr®qr@q

MgJi1A1MgdiAAlFej|ijCuFeh|tu

稀H2sO4NaOH溶液浓HNChNaCl溶液

(j)②③④

A.①②中Mg作负极，③④中Fe作负极

B.②中Mg作正极，电极反应式为6H2。+6e-=6OH-+3H2T

C.③中Fe作负极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+

D.④中Cu作正极，电极反应式为2H++2e-==H2T

【解析】选Bo②中Mg不与NaOH溶液反应，而A1能和NaOH溶液反应失去

电子，故A1是负极；②中电池总反应为2A1+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]

+3H23负极反应式为2A1+8OH--6e--2[A1(OH)4]-，二者相减得到正极反

应式为6H2。+6e-=6OH-+3H2T,B项正确；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu

和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C两项错误；④中Cu是正极，电极反应

式为O2+2H2。+4e-=4OH-,D项错误。

2.在如图所示的8个装置中，属于原电池的是

稀H2s稀H2sHC1溶液稀H2s

酒精稀H2sCuCk溶液CuCb溶液稀HSCh稀H2sO]

⑤⑥⑦⑧

【解析】①中缺1个电极，且无闭合回路；③不能形成闭合回路；⑤酒精为非

电解质；⑧电极材料相同，且不能形成闭合回路。

答案：②④⑥⑦

•命题角度二：原电池的工作原理

3.微型银7辛电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag20和Zn,电

解质为KOH溶液，电池总反应为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2,下列说法

正确的是()

A.电池工作过程中,KOH溶液浓度降低

B.电池工作过程中，电解液中OH-向正极迁移

C.负极发生反应Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2

D.正极发生反应Ag2O+2H++2e-=2Ag+H2O

【解析】选CoA.由电池总反应为Ag2O+Zn+H2O==2Ag+Zn(OH)2可知，反

应中〃(KOH)不变，但电池反应消耗了H2O,所以电池工作过程中，KOH溶液

浓度升高，故A错误；B.电池工作过程中，电解质溶液中阴离子向负极移动、

阳离子向正极移动，所以电解液中OH-向负极迁移，故B错误；C.由电池总反

应可知，Zn失电子、发生氧化反应而作负极，电极反应式为Zn+2OH--2e-

=Zn(OH)2,故C正确；D.氧化银得到电子、发生还原反应作正极，电极反应

式为Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-，故D错误。

4.利用人工模拟光合作用合成甲烷的原理为CO2+2H2O=CH4+2O2,装置如

图所示，下列说法错误的是()

T名裁hco2

oCH1

-f-2n-fl4—

太阳光

水7施

A.该装置将太阳能转化为电能和化学能

B.电子从氮化钱电极经负载流向铜电极

C.铜电极上电极反应式：CO2+8H+-8e-=CH4+2H2O

D.向装置中加入少量稀硫酸可提高合成工作效率

【解析】选Co由图可知，碳元素价态降低得电子，Cu电极为正极，电极反应

式为CO2+8H++8e-=CH4+2H2O,GaN为负极，电极反应式为2H2O-4e-

==O2f+4H+,据此作答。A.由图可知，该装置工作时,有电流产生，同时合

成甲烷，故太阳能转化为电能和化学能，故A正确；B.原电池工作时，电子由

负极(GaN)经外电路流向正极(Cu),故B正确；C.Cu电极为正极，电极反应式为

CO2+8H++8e-=CH4+2H2O,故C错误；D.向装置中加入少量稀硫酸，可提

高溶液中离子浓度，增强导电性，提高合成工作效率，故D正确。

教师

专用

1.根据下图，下列判断中正确的是()

------\一）I-T__

a\/T

NaCl溶液

A.烧杯a中的溶液pH降低

B.烧杯b中发生氧化反应

C.烧杯a中发生的反应为2H++2e-=H2T

D.烧杯b中发生的反应为2C1--2e-=ChT

【解析】选Bo由题给原电池装置可知，电子经过导线,由Zn电极流向Fe电

极，则。2在Fe电极发生还原反应：02+2H2。+4e-=4OH-，烧杯a中c(OH

-)增大，溶液的pH升高；烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn-2e-=Zn2+。

2.将镉(Cd)浸在氯化钻(CoCL)溶液中，发生反应的离子方程式为Co2+(aq)+

Cd(s)==Co⑸+Cd2+(aq)，如将该反应设计为如图的原电池，则下列说法一定错

误的是()

——@——

-+

T：

三-三至桥生三三

甲乙

A.Cd作负极/Co作正极

B.原电池工作时，电子从负极沿导线流向正极

C.根据阴阳相吸原理，盐桥中的阳离子向负极(甲池)移动

D.甲池中盛放的是CdCb溶液,乙池中盛放的是CoCb溶液

【解析】选Co将该反应设计为原电池时，Cd作负极，电极反应为Cd-2e-=

Cd2+；Co作正极，电极反应为Co2++2e-=Co,盐桥中的阳离子向正极(乙池)

移动。

•命题角度三：原电池原理的应用

5.一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成H2的

总量，可采取的措施是()

A,加入少量稀NaOH溶液

B.加入少量NaNO3固体

C.加入少量NaHSO4固体

D.加入少量CuSO4溶液

【解析】选DoA.加入少量稀NaOH溶液,NaOH和稀盐酸反应生成氯化钠和水,

稀盐酸浓度降低，所以反应速率降低且生成氢气的总量减少，故A错误；B.加

入硝酸钠，硝酸根离子具有强氧化性，生成NO,不生成氢气，故B错误；C.

加入少量NaHSO4,NaHSCU完全电离生成氢离子，相当于增大氢离子浓度，反

应速率加快，但增大生成氢气总量，故C错误；D.加入少量硫酸铜溶液，锌和

铜离子反应生成Cu,Zn、Cu和稀盐酸构成原电池加快反应速率，且生成氢气

总量不变，故D正确。

6.有A、B、C、D四种金属，做如下实验：①将A与B用导线连接起来，浸

入电解质溶液中，B不易腐蚀；②将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中，

D比A反应剧烈；③将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化，如果把铜浸入C的

盐溶液里，有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的III酹是()

A.A>B>C>DB.C>D>A>B

C.D>A>B>CD.A>B>D>C

【解析】选C。两种活动性不同的金属和电解质溶液构成原电池，较活泼的金属

作负极，负极上金属失电子发生氧化反应被腐蚀，较不活泼的金属作正极。①

将A与B用导线连接起来浸入电解质溶液中，B不易腐蚀，所以A的活动性大

于Bo②金属和相同的酸反应时，活动性强的金属反应剧烈，将A、D分别投入

等浓度盐酸溶液中，D比A反应剧烈，所以D的活动性大于A；③金属的置换

反应中，较活泼金属能置换出较不活泼的金属，将铜浸入B的盐溶液中，无明

显变化，说明B的活动性大于铜。如果把铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出，

说明铜的活动性大于Co所以金属的活动性顺序为D>A>B>CO

7.设计原电池装置证明Fe3+的氧化性比Cu2+强。

(1)负极反应式：O

(2)正极反应式：o

(3)电池总反应方程式：o

(4)从不含盐桥、含盐桥两个角度画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：

答案:(l)Cu-2e-=Cu2+

(2)2Fe3++2e-=2Fe2+

(3)2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+

【点睛笔】

原电池工作原理示意图

辄化还

原反应还原剂+氧化剂;=氧化产物

（失电子）（得电子）+还原产物

物龙]

氧化反应、

合

闭

还原反应、

路

回离子导体

分开进行

负彳及（电解质正极1

反应物溶液）反应物

回

原电负极正极T

材料材料

电子导体

考点二：化学电源（应用性考点）学生用书P131

必备知识•夯实

1.一次电池

放电后不可再充电的电池。

⑴普通锌镒干电池

总反应：Zn+2MnO2+2NH4C1=

ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O

负极：Zn-2e--Zn2+0

正极：2MnO2+2NH；+2e-=2NH3+Mn2O3+H2O

（2）碱性锌镒电池

总反应：Zn+2MnO2+H2O=2MnOOH+ZnO

负极：Zn-2e-+20H--ZnO+H2O；

正极：2MnO2+2H2。+2e--2Mn00H+20H一。

2.二次电池

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。例如

放电

铅蓄电池总反应：Pb+PbO2+2H2so4获2Pbs。4+2H2。

⑴放电时——原电池

①负极反应：Pb+SO=-2e=PbSO4；

②正极反应：②正+4H++SO=+2e--PbSO4+2H2。0

（2）充电时——电解池

①阴极反应：①S04+2e--Pb+SQ—一；

②阳极反应：PbSCU+2H2。-2e-===PbO2+4H++SO=。

3.燃料电池

将燃料燃烧的化学能直接转化为电能的装置。

⑴氢氧燃料电池

总反应：2H2+。2=2氏。；

①酸性介质

负极：H2-2e-=2H+；

正极：Ch+4e-+4H+—2H2。。

②碱性介质

负极：H2-2e-+2OH--2H2O；

正极：Ch+4e-+2H2O=4OH-0

③熔融的金属氧化物作介质

负极：H2-2e-+。2--氏0；

正极：Ch+4e-==2。2

④碳酸盐作介质

负极：H2-2e-+CO==H2O+CO2；

正极：Ch+4e-+2co2==2CO"（正极要通入CO2）o

⑵甲烷-氧气燃料电池（正极反应式与氢氧燃料电池正极反应式相同，下面只需写

出负极反应式即可）

①CH4-8e-+10OH-=CO=_+7H20（碱性介质）

②CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+（酸性介质）

③CH-8e-+4CO==5CC）2+2丘0（碳酸盐作介质）

⑷CH-8e-+4。2-=CO2+2H2。（熔融的金属氧化物作介质,高温下能传导

o2-）

，辨易错

⑴二次电池充电时，充电器的正极接二次电池的正极。W）

提示：充电时的连接方法是“正正负负二

（2）铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应。N）

提示：原电池中负极发生氧化反应，电解池中阳极发生氧化反应。

（3）Zn具有还原性和导电性，可用作锌镒干电池的负极材料。H）

提示：易失去电子的还原剂可以作原电池的负极。

(4)碘可用作锂碘电池的材料，该电池反应为2Li(s)+I2(s)=2LiI(s),则碘电极

作该电池的负极。(x)

提示：锂是该电池的负极。

关键能力•进阶

/能力点一：一次电池

1.Li—FeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池，其结构如图所示。已

知电池放电时的反应为4Li+FeS2=Fe+2Li2S。下列说法正确的是()

~~EH~~

LiFeS2

■♦熔融LiCF3sO3;三

A.Li为电池的正极

B.电池工作时，Li+向负极移动

2

C.正极的电极反应式为FeS2+4e-=Fe+2S-

D.将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，电池性能更好

【解析】选Co根据电池反应式知，放电时Li失电子发生氧化反应，则Li是负

极，电极反应式为Li-e-=Li+,FeS2为正极，正极反应式为FeS2+4e-=Fe

+2S2-。通过以上分析知，Li为电池负极，发生氧化反应，故A错误、C正确；

放电时，阳离子Li+向正极移动，故B错误；将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水

溶液，Li和水发生氧化还原反应生成氢气，所以不能将熔融的LiCF3sCh改为

LiCl的水溶液，故D错误。

2.普通锌镒干电池的简图如图所示，该电池工作时的总反应为Zn+2NH；+

2+

2MnO2=[Zn(NH3)2]+Mn2O3+H2Oo下列关于锌镒干电池的说法中正确的是

()

A.当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原

B.电池负极反应式为2MnO2+2NHj+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O

C.原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极

D.外电路中每通过0.1mol电子，锌的质量理论上减小6.5g

【解析】选C。普通锌镒干电池是一次电池，不能充电复原，A项错误；根据原

电池工作原理，负极失电子3项错误；由负极的电极反应式可知,每通过0.1mol

电子，消耗锌的质量是65g-mol-k*坦=3.25g,D项错误。

【技法积累】

请总结一下解答一次电池的一般思维过程。

提示：解答一次电池的一般思维过程为：

“能力点二：二次电池

1.二次电池电极反应式的书写方法

⑴标：先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，找出参与负极和正极反

应的物质。

⑵写：写出一个比较容易书写的电极反应式（书写时一定要注意电极产物是否与

电解质溶液共存）

⑶减：在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反

应式。

注意：充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，即：

充电时的阳极反应与放电时的正极反应相反；充电时的阴极反应与放电时的负

极反应相反。

2.二次电池充电时的电极连接

连接

I

z。

(

\

放/负极：氧化反应一还原反应：阴极、充t电

'正极：还原反应一氧化反应：阳极/电原

z

l+

\

「

连接

典例精研

【典例】科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如图，

电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲

酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是()

双极隔膜

A.放电时，负极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)i-

B.放电时，1mol82转化为HCOOH,转移的电子数为2mol

C.充电时，电池总反应为2Zn(OH)i-=2Zn+02T+40H-+2H2O

D.充电时，正极溶液中OH-浓度升高

教师专用©［解题思维］解答本题的思维流程如下：

提取①电解质溶液1；②电解质溶液2；

信息③H2O—O2；

①Zn失电子生成Zn(OH)：-，为电池负极反应，故电解质溶液1显碱性；

信息

②电解质溶液2与电解质溶液1不同，应显酸性；③放电和充电时的电

转化

极反应式不同，充电时，失去电子生成

H2OO2

联想充电时，外接电源的负极接右侧电极还是左侧电极？为什么？

质疑提示：左侧电极。因为左侧要发生还原反应，作阴极。

【解析】选Do放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-+

4OH-=Zn(OH)i-，故A正确；放电时，CO2转化为HCOOH,C元素化合价

降低2,则1molCO2转化为HCOOH时，转移电子数为2mol,故B正确；充

电时，阳极上H2O转化为O2,负极上Zn(OH+转化为Zn,电池总反应为

2Zn(0H)l-=2Zn+02T+4OH-+2H2。,故C正确;充电时，正极即为阳极,

电极反应式为2H2。-4e--4H++O2T,溶液中H+浓度增大，溶液中

c(H+).c(OH-)=Kw,温度不变时，Kw不变，因此溶液中OH-浓度降低，故D

错误。

【技法积累】

请以思维导图的形式画出解答二次电池的基本思路。

提示：二次电池的解题思路

原电池原理)

正极得电子发生还原反应

〔e

解放电

题负极e阴离子向负极移动

思

路正极(阳极)e失电子发生气化反应

〕

负极(阴极)e得电子发生还原反应

迁移应用

1.银镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某银镉电池的电解质

_放__电、

溶液为KOH溶液，其充放电按下式进行：Cd+2NiO(OH)+2H2O无冠Cd(OH)2

+2Ni(OH)2o下列有关该电池的说法正确的是()

A.充电时阳极反应：Ni(OH)2+OH--e=H2O+NiO(OH)

B.充电过程是化学能转化为电能的过程

C.放电时负极附近溶液中的OH-浓度不变

D.放电时电解质溶液中的OH-向正极移动

【解析】选Ao该充放电电池放电时为原电池，Cd失电子、化合价升高,Cd

为负极，反应式为Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2,正极上NiOOH发生的电极反

应式为NiOOH+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-,工作时阳离子移向正极、阴离子

移向负极；充电时为电解池，与电源正极相接的为阳极，与电源负极相接的为

阴极，阴阳极反应与原电池负正极反应相反，据此分析解答。A.充电时为电解

池，阳极反应与原电池正极反应相反，即阳极电极反应式为Ni(OH)2+OH--e

-=NiOOH+H2O,故A正确；B.充电时为电解池，电能转化为化学能，故B

错误；C.放电时为原电池，负极反应式为Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2,碱性减

弱，故C错误；D.放电时为原电池，电解质溶液中的K+向正极移动，故D错

误。

2.为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)

可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电

_放__电、

池，结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(1)嬴ZnO(s)+

2Ni(OH)2(s)o

下列说法错误的是()

尼龙保护层

导电线圈

NiOOH

隔膜

3D-Zn

A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高

B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(叫)-e-==NiOOH(s)+H2O(1)

C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(叫)-2e-=ZnO(s)+H2O(1)

D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区

【解析】选DoZn作负极被氧化生成ZnO,三维多孔海绵状Zn具有较高的表

面积，沉积的ZnO分散度高，A正确。充电时阳极发生氧化反应，根据电池反

应的充电过程可知，阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-=NiOOH(s)+

H2O(1),B正确。放电时负极发生氧化反应，根据电池反应的放电过程可知，负

极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-=ZnO(s)+H2O(1),C正确。放电时,电池内

部阳离子由负极移向正极，阴离子由正极移向负极，D错误。

教师专用司【加固训练】

某研究院实验室宣布其在锂离子电池领域实现重大研究突破：推出业界首个高

放电

温长寿命石墨烯基锂离子电池。石墨烯电池反应式为Li.vC6+Li1-.vCoO2短C6

+LiCoO2，其工作原理如图所示。下列关于该电池的说法不正确的是（）

•

••

o

e

o

o0

e

o

•

••

00O

8s

0o0

•

o

«•

A.该电池若用隔膜可选用质子交换膜

B.石墨烯电池的优点是提高电池的储锂容量进而提高能量密度

+

C.充电时，LiCoCh极发生的电极反应为：LiCoO2-^e-=Li!-ACoO2+^Li

D.废旧的该电池进行放电处理，让Li+从石墨烯中脱出而有利于回收

【解析】选A。A项，由电池反应，则需要锂离子由负极移向正极，所以该电

池不可选用质子交换膜，选项A不正确；B项，石墨烯超强电池，该材料具有

极佳的电化学储能特性，从而提高能量密度，选项B正确；C项，充电时,LiCoO2

极是阳极，发生的电极反应为：口（）02-心-一口一£002+如+,选项©正确；

D项，根据电池反应式知，放电时锂离子加入正极，从石墨烯中脱出，选项D

正确。

能力点三：燃料电池

书写燃料电池电极反应式的三大步骤：

⑴第1步：先写出燃料电池总反应式

一般是可燃物在氧气中的燃烧反应方程式。

注意：燃烧产物可能与电解质溶液反应，此时需要写总反应方程式。

⑵第2步：写出燃料电池正极的电极反应式

基础反应：。2+4e-=2O2-o

2

①电解质为固体时：O2+4e-=2O-o

②电解质为熔融的碳酸盐时：O2+2cCh+4e-=2COj一。

③电解质为中性或碱性环境时：。2+4e-+2H2O=4OH-。

④电解质为酸性环境时：Ch+4e-+4H+=2比0。

⑶第3步：写出燃料电池负极的电极反应式

燃料电池负极的电极反应式=燃料电池总反应式-燃料电池正极的电极反应

式。

迁移应用

1,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02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

【解析】选D。由图可知，a电极为原电池的负极，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；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K+通过，不允许02通过，A正确；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，作电解

池的阳极，B正确；生成1mol超氧化钾时，消耗1mol氧气，两者的质量比值

为1molx71gmol_1:1molx32g-mol'!~2.22:1,C正确；铅酸蓄电池充电时的

总反应方程式为2Pbs04+2H2O=PbO2+Pb+2H2SO4,反应消耗2moi水，转

移2mol电子，由得失电子数目守恒可知，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗水

39。

的质量为“。-xl8g.mol-'=1.8g,D错误。

39g-mol-1

2.我国科学家已研制出一种可替代锂电池的“可充室温Na-CO2电池”，该电池

结构如图所示。电极材料为钠金属片和碳纳米管，电解液为高氯酸钠-四甘醇

二甲醛。下列说法错误的是()

A.放电时钠金属片发生氧化反应

B.电池工作时,负极材料减重0.23g,则流经电解液的电子为0.01mol

C.碳纳米管的作用主要是导电及吸附CO2

D,充电时阳极反应为：C+2Na2CO3-4e-=3CO2T+4Na+电化学知识的应用

【解析】选B。根据原电池装置图可知，原电池中电子由负极流向正极，则钠为

负极，负极发生失去电子的氧化反应，电极反应为：Na-e-=Na+,碳纳米管

为正极，正极发生得电子的还原反应，电极反应为3co2+4e-+4Na+==C+

2Na2cO3,电池总反应为4Na+3CO2=2Na2CO3+C,据此分析解答。A.根据原

电池装置图可知，原电池中电子由负极流向正极，则钠为负极，钠金属片在负

极发生氧化反应，故A正确；B.电子只能在导体中传导，不能在电解液中传递,

故B错误；C该原电池中，钠为负极，碳纳米管为正极，碳纳米管能导电并且

具有吸附作用，即碳纳米管的作用主要是导电及吸附CO2,电池充电为放电的

逆过程，电池充电时，正极变为阳极，应该与直流电源的正极相连，故C正确；

D.充电为电解池，阳极与正极相连，阳极失去电子发生氧化反应，则阳极反应

为C+2Na2co3-4e--382T+4Na+,故D正确。

【点睛笔】

电极协同反应

(1)电极反应的产物，再与电解质溶液反应的情况，形成电极反应与协同反应的

多步反应，通常发生在电极的一个区域。

(2)要分清三种反应：①电极反应，②电极区反应，③总反应。

教师

专用【加固训练】

1.手持技术的氧电化学传感器可用于测定O2含量，下图为某种氧电化学传感

器的原理示意图。已知在测定。2含量过程中，电解质溶液的质量保持不变。一

定时间内，若通过传感器的待测气体为aL（标准状况）,某电极增重了bgo下列

说法正确的是（）

A.Pt上发生氧化反应

B.Pb上的电极反应式为4OH--4e-=02?+2H2。

C.反应过程中转移OH-的物质的量为0.25mol

D.待测气体中氧气的体积分数为O.lb/a

【解析】选D。根据装置图分析可知，该池为原电池，通入氧气的一极为正极,

乙电极即Pb电极为负极，A项，Pt电极通氧气，为正极，发生还原反应，A错

误；B项，Pb电极为负极，失去电子发生氧化反应，电极方程式为2Pb+4OH-

-4e-=2PbO+2H2O,B错误；C项，Pb电极为负极，失去电子发生氧化反

应，电极方程式为2Pb+4OH--4e-=2PbO+2H2。,结合4mol氢氧根离子,

电极质量增重32g,该电极增重的质量为bg，则转移OH-的物质的量为0.125〃

mol,C错误；D项，根据C的分析可知，转移电子物质的量为0.125/7mol,由

电极方程式为O2+2H2。+4e-=4OH-,消耗氧气的体积为22.4x0.125^/4L=

07bL,故氧气的体积分数为0.7初a,D正确。

2.煤是一种重要的化工原料，有“工业的粮食”之美称，生活中把煤当作燃料直

接烧掉，能量转化值并不高，且能造成环境污染。基于这一原因，科技工作者

研发出直接煤-空气燃料电池，其工作原理如图所示，下列说法错误的是（）

A.随着反应的进行，氧化物电解质的量不断减少

B.负极的电极反应式为C+2CO?--4e-==3CO2T

C.电极X为负极，。2-向X极迁移

D.直接煤-空气燃料电池的能量效率比煤燃烧发电的能量效率高

【解析】选A。A项，氧化物电解质的量不会减少，在电极Y上Ch得到电子生

成-不断在补充，故A错误；B项，由原理图分析可知，其负极反应式为C

+2coy-4e-=3CO2t,即B正确；C项，原电池内部的阴离子向负极移动,

所以C正确；D项，直接煤-空气燃料电池是把化学能直接转化为电能，而煤燃

烧发电是把化学能转化为热能，再转化为电能，其中能量损耗较大，所以D正

确。

3.我国科学家研发了一种水系可逆Zn-CO2电池，将两组阴离子、阳离子复合

膜反向放置分隔两室电解液，充电、放电时，复合膜层间的H2O解离成H+和

OH-,工作原理如图所示。下列说法错误的是()

A.a膜是阳离子膜，b膜是阴离子膜

B.放电时负极的电极反应式为Zn+4OH--