第02讲 原电池、化学电源（讲义）（教师版） 2025年高考化学一轮复习讲练测（新教材新高考）

第02讲原电池、化学电源目录01TOC\o"1-3"\h\u考情透视·目标导航 02知识导图·思维引航 03考点突破·考法探究 考点一原电池的工作原理 知识点1原电池的概念及构成条件 知识点2原电池的应用 考向1原电池的工作原理 考向2原电池电极判断及电极反应的书写 考向3“盐桥”的作用与化学平衡的移动 考点二化学电源 知识点1一次电池、二次电池电极反应式的书写 知识点2燃料电池 考向1一次电池 考向2二次电池 考向3燃料电池 04真题练习·命题洞见 04真题练习·命题洞见 考点要求考题统计考情分析原电池原理综合应用2024·江苏卷8题，3分；2024·北京卷3题，3分；2023广东卷6题，2分；2023山东卷11题，4分；2022全国甲卷12题，6分；2022山东卷13题，4分；2021广东卷9题，2分；2021山东卷10题，2分；电化学知识是中学化学中的重要基本概念，也是近年来高考化学的持续热点，在复杂、陌生、新颖的研究对象和真实问题情境下，体现了对电化学知识基础性、综合性、创新性和应用性的考查。近年高考中对电化学的考查出现了新的变化，以装置图为载体来考查电化学的相关知识，成为近年高考的新亮点，考查的关键能力侧重于两个方面：一是理解与辨析能力，要求学生能够从图示电化学装置中提取有效信息，判断装置种类、辨别电极名称等；二是分析与推理能力，要求学生能够根据图示信息和电解池的工作原理，分析电极反应的类型、电解质的作用、离子的移动方向以及定量分析转移电子的物质的量等。新型二次电池2024·安徽卷11题，3分；2024·全国甲卷6题，3分；2024·河北卷13题，3分；2023辽宁卷11题，3分；2023全国甲卷10题，6分；2022辽宁卷14题，3分；2022福建卷9题，4分；2021河北卷9题，3分；2021辽宁卷10题，3分；2021浙江1月选考22题，2分；2021浙江6月选考22题，2分；2021湖南卷10题，3分；燃料电池2024·全国新课标卷6题，3分复习目标：1．理解原电池的构成、工作原理及应用，正确判断原电池的两极，能书写电极反应式和总反应方程式。2．了解常见化学电源的种类及其工作原理；了解燃料电池的应用。体会研制新型电池的重要性。3．能够认识和书写新型化学电源的电极反应式。考点一原电池的工作原理知识点1原电池的概念及构成条件1．定义：把化学能转化为电能的装置。2．原电池的形成条件（1）能自发进行的氧化还原反应。（2）两个金属活动性不同的电极(燃料电池的两个电极可以相同)。（3）形成闭合回路，需满足三个条件：a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入电解质溶液或熔融电解质中。3．工作原理(以锌铜原电池为例)【名师提醒】1．根据内电路中的离子流向判断正、负极，在内电路中，阳离子由负极区流向正极区，阴离子由正极区流向负极区。2．盐桥主要作用就是构建闭合的内电路，但不影响反应的实质。盐桥内常为饱和氯化钾、硝酸钾等溶液。知识点2原电池的应用1．设计制作化学电源2．比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。3．加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。4．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。考向1原电池的工作原理【例1】某小组利用下列装置进行电化学实验，下列实验操作及预期现象正确的是 ()A．X和Y与电流表连接，电子由Cu极流向Zn极B．X和Y与电流表连接，将Zn换成Fe测得电流更大C．X和Y分别与电源“－”、“＋”极相连，Cu极质量减轻D．X和Y分别与电源“－”、“＋”极相连，Zn极质量减轻【答案】C【解析】A项，Zn作负极，电子由Zn极流向Cu极，错误；B项，Fe、Cu的活动性相差小，测得电流也小，错误；C项，X为Zn、Y为Cu，Cu作阳极，Cu被电解，质量减轻，C正确，D错误。【名师点睛】1．判断电极名称的基本方法是看电极反应物的反应类型，若电极反应物失去电子，发生氧化反应则为负极，反之为正极。2．双液铜、锌原电池(带盐桥)与单液原电池相比，最大的优点是Zn与氧化剂(Cu2＋)不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，放电时间长。3．无论是原电池还是电解池，电子均不能通过电解质溶液，即电子不下水，离子不上线。【变式训练】（2024·四川省大数据精准教学联盟高三第二次统一监测）通过测定下图电池的标准电动势(V)，可计算电池总反应的平衡常数。已知：，该电池z=1；盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子可在其中自由移动。下列说法错误的是()A．正极反应为AgCl+e-=Ag+Cl-B．反应后，右侧烧杯中c(AgNO3)增大C．每转移1mole-，两个电极的质量共减少143.5gD．若，Ag+(aq)+Cl-(aq)AgCl(s)的平衡常数为【答案】B【解析】原电池Ag电极为负极，发生反应：Ag-e-=Ag+，电极做正极，电极反应为：AgCl+e-=Ag+Cl-。原电池反应过程中Cl-向右侧烧杯迁移，K+向左侧迁移。A项，正极反应为AgCl+e-=Ag+Cl-，负极反应为Ag-e-=Ag+，A正确；B项，原电池反应过程中Cl-向右侧烧杯迁移，与2H2O-4e-=O2↑＋4H＋生成AgCl沉淀，右侧烧杯中AgNO3浓度保持不变，B错误；C项，正极反应为AgCl+e-=Ag+Cl-，负极反应为Ag-e-=Ag+，每转移1mole-时，负极质量减少108g，正极质量减少35.5g，两极共减少143.5g，C正确；D项，z=1，代入，，这是电池总反应AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)的平衡常数，则Ag+(aq)+Cl-(aq)AgCl(s)平衡常数，D正确；故选B。考向2原电池电极判断及电极反应的书写【例2】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作负极，③④中Fe作负极B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－=6OH－＋3H2↑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－=H2↑【答案】B【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，故Al是负极；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错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－=2AlOeq\o\al(－,2)＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－=6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，D错。【思维建模】1．原电池电极判断说明：原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的固定思维。2．电极反应的书写（1）一般电极反应的书写（2）复杂电极反应的书写。复杂电极反应等于总反应减去较简单一极的电极反应。考向3“盐桥”的作用与化学平衡的移动【例3】(2024·浙江省宁波市高三下学期二模)利用下图电池装置可验证不同化合价铁元素的相关性质。已知：电池装置中，盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(如下表)应尽可能地相近；两烧杯中溶液体积相等。离子Li+Na+Ca2+K+HCO3-NO3-Cl-SO42-4.075.196.597.624.617.407.918.27下列说法正确的是()A．根据上表数据，盐桥中应选择KNO3作为电解质B．石墨电极上对应的电极反应式为：Fe2+-e-=Fe3+C．反应一段时间后，当右池中c(Fe2+)：c(Fe3+)=3：2时，左池中c(Fe2+)=0.15mol·L－1D．盐桥中的阴离子进入石墨电极一侧溶液中【答案】C【解析】由题意和图知，铁电极为负极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，石墨电极为正极，电极反应式为Fe3++e-=Fe2+。A项，Fe2＋、Fe3＋能与HCO3-反应，Ca2＋与SO42-不能大量共存，FeSO4、Fe2(SO4)3都属于强酸弱碱盐，水溶液呈酸性，酸性条件下NO3-能与Fe2＋反应，根据题意“盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应”，盐桥中阴离子不可以选择HCO3-、NO3-，阳离子不可以选择Ca2＋，盐桥中阴、阳离子的迁移率(u∞)应尽可能地相近，根据表中数据，盐桥中应选择KCl作为电解质，A错误；B项，石墨电极为正极，电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，B错误；C项，由图知，右池中原c(Fe2+)：c(Fe3+)=0.05：0.20，发生反应为Fe3++e-=Fe2+，现c(Fe2+)：c(Fe3+)=3：2，即c(Fe2+)：c(Fe3+)=0.15：0.10，在此过程中c(Fe2+)增加了0.10mol/L，转移的电子数为0.10mol/L，则由负极反应式Fe-2e-=Fe2+知，左池中c(Fe2+)增加了0.05mol/L，即左池中c(Fe2+)=0.15mol·L－1，C正确；D项，盐桥中的阴离子流向负极，由分析知，进入铁电极一侧溶液中，D错误；故选C。【思维建模】1．把氧化剂、还原剂均为溶液状态的氧化还原反应设计成原电池时，必须使用盐桥才能实现氧化剂与还原剂的分离，否则不会有明显的电流出现。2．电子流向的分析方法：①改变条件，平衡移动；②平衡移动，电子转移；③电子转移，判断区域；④根据区域，判断流向；⑤根据流向，判断电极。【变式训练】控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是()A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极【答案】D【解析】由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流计读数为零时Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态；D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。考点二化学电源知识点1一次电池、二次电池电极反应式的书写1．新型一次电池Mg－H2O2电池总反应：H2O2＋2H＋＋Mg=Mg2＋＋2H2O正极H2O2＋2H＋＋2e－=2H2O负极Mg－2e－=Mg2＋Mg－AgCl电池总反应：Mg＋2AgCl=2Ag＋MgCl2正极2AgCl＋2e－=2Cl－＋2Ag负极Mg－2e－=Mg2＋钠硫电池总反应：2Na＋xS=Na2Sx正极xS＋2e－=Seq\o\al(2－,x)负极2Na－2e－=2Na＋锂－铜电池总反应：2Li＋Cu2O＋H2O=2Cu＋2Li＋＋2OH－正极Cu2O＋H2O＋2e－=2Cu＋2OH－负极2Li－2e－=2Li＋锂钒氧化物电池总反应：xLi＋LiV3O8=Li1＋xV3O8正极xLi＋＋LiV3O8＋xe－=Li1＋xV3O8负极xLi－xe－=xLi＋2．新型充电(可逆)电池锌银电池总反应：Ag2O＋Zn＋H2Oeq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))2Ag＋Zn(OH)2正极：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－负极：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2阳极：2Ag＋2OH－－2e－=Ag2O＋H2O阴极：Zn(OH)2＋2e－=Zn＋2OH－镍电池镍铁电池总反应：NiO2＋Fe＋2H2Oeq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Fe(OH)2＋Ni(OH)2正极：NiO2＋2e－＋2H2O=Ni(OH)2＋2OH－负极：Fe－2e－＋2OH－=Fe(OH)2阳极：Ni(OH)2＋2OH－－2e－=NiO2＋2H2O阴极：Fe(OH)2＋2e－=Fe＋2OH－镍镉电池总反应：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2说明：参考镍铁电池自行书写。高铁电池总反应：3Zn＋2K2FeO4＋8H2Oeq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH正极：2FeOeq\o\al(2－,4)＋6e－＋8H2O=2Fe(OH)3＋10OH－负极：3Zn－6e－＋6OH－=3Zn(OH)2阳极：2Fe(OH)3＋10OH－－6e－=2FeOeq\o\al(2－,4)＋8H2O阴极：3Zn(OH)2＋6e－=3Zn＋6OH－锂离子电池总反应：Li1－xCoO2＋LixC6eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))LiCoO2＋C6(x<1)正极：Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋=LiCoO2负极：LixC6－xe－=xLi＋＋C6阳极：LiCoO2－xe－=Li1－xCoO2＋xLi＋阴极：xLi＋＋xe－＋C6=LixC6钠电池钠硫蓄电池总反应：2Na2S2＋NaBr3eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Na2S4＋3NaBr正极：NaBr3＋2e－＋2Na＋=3NaBr负极：2Na2S2－2e－=Na2S4＋2Na＋阳极：3NaBr－2e－=NaBr3＋2Na＋阴极：Na2S4＋2Na＋＋2e－=2Na2S2钠离子电池总反应：Na1－mCoO2＋NamCneq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))NaCoO2＋Cn正极：Na1－mCoO2＋me－＋mNa＋=NaCoO2负极：NamCn－me－=mNa＋＋Cn阳极：NaCoO2－me－=Na1－mCoO2＋mNa＋阴极：mNa＋＋Cn＋me－=NamCn全钒液流电池总反应：VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋V2＋eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))V3＋＋VO2＋＋H2O正极：VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋e－=VO2＋＋H2O负极：V2＋－e－=V3＋阳极：VO2＋＋H2O－e－=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋阴极：V3＋＋e－=V2＋【方法技巧】化学电源电极反应的书写、、书写电极反应时，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；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。(2)加减法。①写出总反应；②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)；③利用总反应与写出的一极反应相减，即得另一个电极的反应。知识点2燃料电池燃料电池(以CH3OH燃料电池为例，体会不同介质对电极反应的影响)质子交换膜(酸性)H＋总反应：2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O正极O2＋4e－＋4H＋=2H2O负极CH3OH－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋碱性燃料电池OH－总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－=2COeq\o\al(2－,3)＋6H2O正极O2＋4e－＋2H2O=4OH－负极CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O固态氧化物燃料电池O2－总反应：2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O正极O2＋4e－=2O2－负极CH3OH－6e－＋3O2－=CO2↑＋2H2O【名师点晴】1．燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。2．书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸碱性，溶液的酸碱性对电极反应和总反应都会产生影响。考向1一次电池【例1】(2024·江苏卷，8)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnOOH，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，MnO2发生氧化反应B．电池工作时，OH-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1molMnOOH，转移电子数为2×6.02×10-23【答案】C【解析】Zn为负极，电极反应式为：Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，MnO2为正极，电极反应式为：MnO2+e-+H2O=MnOOH+OH-。A项，电池工作时，MnO2为正极，得到电子，发生还原反应，故A错误；B项，电池工作时，OH-通过隔膜向负极移动，故B错误；C项，环境温度过低，化学反应速率下降，不利于电池放电，故C正确；D项，由电极反应式MnO2+e-+H2O=MnOOH+OH-可知，反应中每生成1molMnOOH，转移电子数为6.02×10-23，故D错误；故选C。【变式训练】(2024·北京市西城区高三一模)我国科学家设计可同时实现H2制备和海水淡化的新型电池，装置示意图如图。下列说法不正确的是()A．电极a是正极B．电极b的反应式：N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2OC．每生成1molN2，有2molNaCl发生迁移D．离子交换膜c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜【答案】C【解析】该装置为原电池，电极a上氢离子得电子生成氢气，则a为正极，电极反应为2H++2e-=H2↑，电极b上，N2H4在碱性条件下失去电子生成N2，b为负极，电极反应为N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，根据电解池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，则钠离子经c移向左侧（a），氯离子经d移向右侧（b），c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜。A项，电极a是正极，A正确；B项，电极b的反应式：N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，B正确；C项，根据N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，每生成1molN2，转移4mol电子，根据电荷守恒，有4molNaCl发生迁移，C错误；D项，离子交换膜c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜，D正确；故选C。考向2二次电池【例2】(2024·安徽卷，11)我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是()A．标注框内所示结构中存在共价键和配位键B．电池总反应为：I3-+ZnZn2++3I-C．充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPPD放电时，消耗0.65gZn，理论上转移0.02mol电子【答案】C【解析】由图中信息可知，该新型水系锌电池的负极是锌、正极是超分子材料；负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2＋，则充电时，该电极为阴极，电极反应式为Zn2++2e-=Zn；正极上发生3I3-+2e-=3I-，则充电时，该电极为阳极，电极反应式为3I--2e-=I3-。A项，标注框内所示结构属于配合物，配位体中存在碳碳单键、碳碳双键、碳氮单键、碳氮双键和碳氢键等多种共价键，还有由N提供孤电子对、Zn2+提供空轨道形成的配位键，A正确；B项，该电池总反应为I3-+ZnZn2++3I-，B正确；C项，充电时，阴极电极反应式为Zn2++2e-=Zn，被还原的Zn2+主要来自电解质溶液，C错误；D项，放电时，负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2＋，因此消耗0.65gZn(物质的量为0.01mol)，理论上转移0.02mol电子，D正确；故选C。【思维建模】思维模型解题模型例：xMg＋Mo3S4MgxMo3S4【变式训练】(2024·安徽省马鞍山市高三第二次教学质量检测)磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的使用寿命，放电时的反应为：LixC6+Li1-xFePO4=6C+LiFePO4。图1为某磷酸铁锂电池的切面，图2为LiFePO4晶胞充放电时Li+脱出和嵌入的示意图。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。下列说法不正确的是()A．放电时，负极反应：LixC6-xe-=xLi++6CB．(a)过程中1mol晶胞转移的电子数为NAC．(b)代表放电过程，Li+脱离石墨，经电解质嵌入正极D．充电时的阳极反应：LiFePO4-xe-=Li1-xFePO4+xLi+【答案】B【解析】从总反应分析，LixC6变为C和Li+为氧化反应，该极为原电池的负极。而Li1-xFePO4变为LiFePO4发生还原反应，它为原电池的正极。A项，放电的负极为LixC6-xe-

=xLi++6C，A正确；B项，a过程由于Fe2+化合价升高为Fe3+，为了平衡电荷Li+脱嵌减少。从图看晶胞中减少了棱上1个和面心的一个Li+总共减少，所以1mol晶体中转移NA电子，B错误；C项，放电时，该材料在正极发生还原反应，即Fe由+2变为+3为b过程，Li+嵌入正极，C正确；D项，充电时的总反应为6C+LiFePO4=LixC6+Li1-xFePO4，阳极发生氧化反应为LiFePO4-xe-=Li1-xFePO4+xLi+，D正确；故选B。考向3燃料电池【例3】(2024·全国新课标卷，6)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2C6H12O6+O2=2C6H12O7B．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Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a【答案】C【解析】由题中信息可知，b电极为负极，发生反应Cu2O+2OH--2e-=2CuO+H2O，然后再发生C6H12O6+2CuO=C6H12O7+Cu2O；a电极为正极，发生反应O2+2H2O+4e-=4OH-，在这个过程中发生的总反应为2C6H12O6+O2=2C6H12O7。A项，由题中信息可知，当电池开始工作时，a电极为电池正极，血液中的O2在a电极上得电子生成OH-，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-；b电极为电池负极，Cu2O在b电极上失电子转化成CuO，电极反应式为Cu2O+2OH--2e-=2CuO+H2O，然后葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸，CuO被还原为Cu2O，则电池总反应为2C6H12O6+O2=2C6H12O7，A正确；B项，b电极上CuO将葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸后被还原为Cu2O，Cu2O在b电极上失电子转化成CuO，在这个过程中CuO的质量和化学性质保持不变，因此，CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用，B正确；C项，根据反应2C6H12O6+O2=2C6H12O7可知，1molC6H12O6参加反应时转移2mol电子，18mgC6H12O6的物质的量为0.1mmol，则消耗18mg葡萄糖时，理论上a电极有0.2mmol电子流入，C错误；D项，原电池中阳离子从负极移向正极迁移，故Na＋迁移方向为b→a，D正确。故选C。【方法技巧】(1)注意介质是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气(或其他氧化剂)。(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。(4)零价法秒杀负极反应的书写。若负极有机物燃料为CxHyOz，产物中C元素为+4价的CO32-或HCO3-【变式训练】(2024·浙江省Z20名校联盟高三联考)一种三室微生物燃料电池的工作原理如图所示，该电池能同时去除有机物、脱氮形成无害气体和水。下列说法不正确的是()A．X、Y交换膜均为质子交换膜B．电极室C中溶液经灭菌后通入电极室AC．b电极反应式：D．电极室C中仅发生还原反应【答案】D【解析】根据图中电子的流向和电极上的变化可判断电极b电极上发生的反应为：，电极a上的反应为，而电池c上有两个变化过程分别为：，。A项，结合电极反应可判断X、Y交换膜均为质子交换膜，故A正确；B项，结合分析可知电极室C中溶液经灭菌后通入电极室A，故B正确；C项，b电极反应式：，故C正确；D项，结合电极上的变化，可知电极室C中既发生还原反应又发生了氧化反应，故D错误；故选D。1．(2024·北京卷，3，3分)酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是()A．石墨作电池的负极材料 B．电池工作时，NH4+向负极方向移动C．MnO2发生氧化反应 D．锌筒发生的电极反应为Zn-2e-=Zn2＋【答案】D【解析】A项，酸性锌锰干电池，锌筒为负极，石墨电极为正极，故A错误；B项，原电池工作时，阳离子向正极(石墨电极)方向移动，故B错误；C项，MnO2发生得电子的还原反应，故C错误；D项，锌筒为负极，负极发生失电子的氧化反应Zn-2e-=Zn2＋，故D正确；故选D。2．(2024·全国甲卷，6，3分)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是()A．充电时，Zn2+向阳极方向迁移B．充电时，会发生反应Zn+2MnO2=ZnMn2O4C．放电时，正极反应有MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-D．放电时，Zn电极质量减少0.65g，MnO2电极生成了0.020molMnOOH【答案】C【解析】Zn具有比较强的还原性，MnO2具有比较强的氧化性，自发的氧化还原反应发生在Zn与MnO2之间，所以MnO2电极为正极，Zn电极为负极，则充电时MnO2电极为阳极、Zn电极为阴极。A项，充电时该装置为电解池，电解池中阳离子向阴极迁移，即Zn2+向阴极方向迁移，A不正确；B项，放电时，负极的电极反应为Zn-2e-=Zn2＋，则充电时阴极反应为Zn2++2e-=Zn，即充电时Zn元素化合价应降低，而选项中Zn元素化合价升高，B不正确；C项，放电时MnO2电极为正极，正极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4，则正极上主要发生的电极反应是MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-，C正确；D项，放电时，Zn电极质量减少0.65g(物质的量为0.010mol)，电路中转移0.020mol电子，由正极的主要反应MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-可知，若正极上只有MnOOH生成，则生成MnOOH的物质的量为0.020mol，但是正极上还有ZnMn2O4生成，因此，MnOOH的物质的量小于0.020mol，D不正确；故选C。3．(2024·河北卷，13，3分)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池，以Mg(TFSI)2为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺()以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2+的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。下列说法错误的是()A．放电时，电池总反应为Mg+2CO2=MgC2O4B．充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接C．充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2+向阴极迁移D．放电时，每转移1mol电子，理论上可转化1molCO2【答案】C【解析】放电时CO2转化为MgC2O4，碳元素化合价由+4价降低为+3价，发生还原反应，所以放电时，多孔碳纳米管电极为正极、Mg电极为负极，则充电时多孔碳纳米管电极为阳极、Mg电极为阴极：电极过程电极反应式Mg电极放电Mg-2e-=Mg2+充电Mg2++2e-=Mg多孔碳纳米管电极放电Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4充电MgC2O4-2e-=Mg2++2CO2↑A项，放电时正极反应式为Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4、负极反应式为Mg-2e-=Mg2+，将放电时正、负电极反应式相加，可得放电时电池总反应：Mg+2CO2=MgC2O4，A正确；B项，充电时，多孔碳纳米管电极上发生失电子的氧化反应，则多孔碳纳米管在充电时是阳极，与电源正极连接，B正确；C项，充电时，Mg电极为阴极，电子从电源负极经外电路流向Mg电极，同时Mg2+向阴极迁移，C错误；D项，根据放电时的电极反应式Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4可知，每转移2mol电子，有2molCO2参与反应，因此每转移1mol电子，理论上可转化1molCO2，D正确；故选C。4．(2023•广东卷，6)负载有和的活性炭，可选择性去除实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是()A．Ag作原电池正极B．电子由Ag经活性炭流向PtC．Pt表面发生的电极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-D．每消耗标准状况下11.2L的O2，最多去除1molCl-【答案】B【解析】O2在Pt得电子发生还原反应，Pt为正极，Cl-在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极。A项，Cl-在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；B项，电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；C项，溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为O2+4H++4e-=2H2O，C错误；D项，每消耗标准状况下11.2L的O2，转移电子2mol，而2molCl-失去2mol电子，故最多去除2molCl-，D错误。故选B。5．(2023•辽宁省选择性考试，11)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是()A．放电时负极质量减小B．储能过程中电能转变为化学能C．放电时右侧通过质子交换膜移向左侧D．充电总反应：Pb+SO42-+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+【答案】B【解析】该储能电池放电时，Pb为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，则多孔碳电极为正极，正极上Fe3+得电子转化为Fe2+，充电时，多孔碳电极为阳极，Fe2+失电子生成Fe3+，PbSO4电极为阴极，PbSO4得电子生成Pb和硫酸。A项，放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误；B项，储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；C项，放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H+通过质子交换膜移向右侧，C错误；D项，充电时，总反应为PbSO4+2Fe2+=Pb+SO42-+2Fe3+，D错误；故选B。6．(2023•全国乙卷，12)室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：S8+e-→S，S+e-→S，2Na++S+2(1-)e-→Na2Sx下列叙述错误的是()A．充电时Na+从钠电极向硫电极迁移B．放电时外电路电子流动的方向是a→bC．放电时正极反应为：2Na++S8+2e-→Na2SxD．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能【答案】A【解析】由题意可知放电时硫电极得电子，硫电极为原电池正极，钠电极为原电池负极。A项，充电时为电解池装置，阳离子移向阴极，即钠电极，故充电时，Na+由硫电极迁移至钠电极，A错误；B项，放电时Na在a电极失去电子，失去的电子经外电路流向b电极，硫黄粉在b电极上得电子与a电极释放出的Na+结合得到Na2Sx，电子在外电路的流向为a→b，B正确；C项，由题给的的一系列方程式相加可以得到放电时正极的反应式为2Na++S8+2e-→Na2Sx，C正确；D项，炭化纤维素纸中含有大量的炭，炭具有良好的导电性，可以增强硫电极的导电性能，D正确；故选A。7．(2022•全国甲卷，10)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)42-存在)。电池放电时，下列叙述错误的是()A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移B．Ⅰ区的SO42-通过隔膜向Ⅱ区迁移C．MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2OD．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)42-+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)42-，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SO42-向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH)42-，Ⅱ区的SO42-向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。A项，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；B项，Ⅰ区的SO42-向Ⅱ区移动，B正确；C项，MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；D项，电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)42-+Mn2++2H2O，D正确；故选A。8．(2022•福建卷，9)一种化学“自充电”的锌-有机物电池，电解质为KOH和Zn(CH3COO)2水溶液。将电池暴露于空气中，某电极无需外接电源即能实现化学自充电，该电极充放电原理如下图所示。下列说法正确的是()A．化学自充电时，c(OH―)增大B．化学自充电时，电能转化为化学能C．化学自充电时，锌电极反应式：Zn2++2e-=ZnD．放电时，外电路通过电子，正极材料损耗【答案】A【解析】A项，由图可知，化学自充电时，消耗O2，该反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，c(OH―)增大，故A正确；B项，化学自充电时，无需外接电源即能实现化学自充电，该过程不是电能转化为化学能，故B错误；C项，由图可知，化学自充电时，锌电极作阴极，该电极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故C错误；D项，放电时，1mol转化为，消耗2molK+，外电路通过0.02mol电子时，正极物质增加0.02molK+，增加的质量为0.02mol×39g/mol=0.78g，故D错误；故选A。9．(2022•广东选择性考试，16)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为：NaTi2(PO4)3+2Na++2e-=Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是()A．充电时电极b是阴极B．放电时NaCl溶液的减小C．放电时NaCl溶液的浓度增大D．每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g【答案】C【解析】A项，由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；B项，放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-=NaTi2(PO4)3+2Na+可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误；C项，放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-=NaTi2(PO4)3+2Na+，正极反应为Cl2+2e-=2Cl-，反应后Na+和Cl-浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确；D项，充电时阳极反应为2Cl--2e-=Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-=Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g/mol2mol=46g，故D错误；故选C。10．(2021•辽宁选择性考试，10)如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是()A．放电时，M电极反应为B．放电时，Li+由M电极向N电极移动C．充电时，M电极的质量减