第22讲原电池化学电源2024年高考化学卓越讲义

第22讲原电池化学电源

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考点一原电池及其工作原理

重难点辨析

i.概念和反应本质

原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。

2.原电池的构成条件

(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。

(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。

(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电

极插入电解质溶液中。

3.工作原理

以锌铜原电池为例

(1)反应原理

电极名称负极正极

电极材料锌片铜片

电极反应Zn-2e-=Zn2Cu2++2e-==Cu

反应类型氧化反应还原反应

电子流向由Zn中沿导线流向Cu片

盐桥中

盐桥含饱和KC1溶液，K+移向正极，C「移向鱼极

离子移向

(2)盐桥的组成和作用

①盐桥中装有饱和的KC1、KN03等溶液和琼胶制成的胶冻。

②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。

规律•方法•技巧•点拔

1.规避原电池工作原理的3个失分点

(1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。

(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。

(3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。

2.判断原电池正、负极的5种方法

提醒：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

的思维定势。

3.一般电极反应式的书写

列物质按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，

标得失—找出得失电子的数量

看环境电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱性介质中不会生成H+。

配守恒配平后的电极反应式要遵循电荷守恒、质量守恒和得失电子守恒

两式加

在得、失电子相等时，将两电极反应式相加，与总反应式对照验证

验总式

3.盐桥的组成及在原电池中的作用

①组成：盐桥中装有饱和的K。、KN(h等溶液和琼胶制成的胶冻

②盐桥中的离子流向：盐桥中的阳离子(K+)向正极区移动，阴离子(C「或NO；)向负极区移动

③作用：连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使原电池不断产生电流|若没有盐桥，当反应进行到一定

时间后，负极的正电荷增多而导致电子(负电荷)难以流出，正极负电荷增多也会导致电子流入困难，从而电

池电流减弱］

4・易混易错点

①只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。

②在原电池中活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。

③电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥。

④负极失去的电子总数一定等于正极得到的电子总数。

⑤同一氧化还原反应，设计成原电池反应的速率一定比直接发生氧化还原反应的速率快。

⑥电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H+应结合OH一生成水。电极反

应式要遵守电荷守恒、质量守恒及电子得失守恒。

⑦当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；

当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。

⑧原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。

⑨电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。

⑩注意盐桥不能用一根导线连接，因为导线是不能传递阴阳离子的。用导线连接后相当于一个是原电池，

一个是电解池。

典型例题剖析

考向1原电池的工作原理

【典例11（2023秋・全国•高三专题练习）如图，在盛有稀HAOJ］勺烧杯中放入用导线连接的电极X、Y,外

电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是

A.外电路的电流方向为Xf外电路7Y

B.若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为Fe

C.X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应

D.若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X>Y

【答案】D

【解析】A.根据图中信息外电路的电子方向为X-外电路fY,电路的电流方向为Yf外电路rX,故

A错误；

B.若两电极分别为Fe和碳棒，X为负极，活泼金属，则X为Fe,Y为碳棒，故B错误；

C.X极为负极，发生的是氧化反应，Y极为正极，发生的是还原反应，故C错误；

D.若两电极都是金属，X为负极，一般负极活泼性强，则它们的活动性顺序为X>Y,故D正确。

综上所述，答案为D。

【变式练1］（2023秋•辽宁•高三校联考开学考试）党的二十大报告中指出：要“加强污染物协同控制，基

本消除重污染天气"。二氧化硫一空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保二位一体的结合，可

以解决酸雨等环境污染问题，原理如图所示。卜.列说法正确的是

A.该电池放电时电流流向：心电极一负载-PL电极

B.电极附近发生的反应：SO22e+2H2O=SO：+4W

C.放电过程中若消耗22.4L。?，理论上可以消除2molSO2

D.H+移向PL电极，PL电极附近pH不变

【答案】B

【分析】图可知，PL电极上SO2发生失电子的氧化反应转化成H2so4,Ptl电极为负极，P12电极为正极，Pt2

电极上02发生得电子的还原反应；据此作答。

【解析】A.根据分析，PL电极为负极，Pt2电极为正极，该电池放电时电流的流向为PL电极T负载一Pl1电

故答案为：Bo

考向2原电池正、负极的判断及电极反应式的书写

【典例2】（2023•福建福州・统考模拟预测）我国科学家经过研究发明了以下装置从海水中提取锂单质，其

工作原理如图所示。该装置运行期间电极II上产生O?和气体X。下列说法错误的是

A.该装置实现了“太阳能T电能一化学能”的转化

B.电极I连接太阳能电池的负极

C.工作时，电极II附近溶液的pH增大

D.实验室检验气体X可用湿润的淀粉KI试纸

【答案】C

【分析】由图可知，锂离子向电极I迁移，则电极I为阴极，电极反应式：Li++e-=Li；电极II为阳极，

该装皆运行期间电极II上产牛0］和气体X,则电极反应式：2c「-2"=CLT、+

2H2O-4C-=O2T+4H：

【解析】A.根据该装置示意图可知，实现了太阳能-电能-化学能的转化，故A正确；

B.根据分析可知，电极I为阴极，连接太阳能电池负极，故B正确；

+

C.根据分析可知，电极H为阳机电极反应式：2Cl--2e-=ats2H2O-4e=O2T+4H,则工作时，

电极II附近溶液的pH减小，故C错误；

D.根据分析可知X气体为C%,可用湿润的淀粉KI试纸检验，故D正确；

答案选C。

【变式练31（2023秋•贵州铜仁•高三贵州省思南中学校考阶段练习）以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结

构如图所示（假设M,N两电极均为惰性电极），下列说法正确的是

A.N电极为正极，发生还原反应

B.电池工作时，外电路中电子的流动方向：M电极一＞导线TN电极

C.M电极上的电极反应式：（）2+4「+4€-=2比0

D.电路中每转移电子，此时生成CO2的体积为

【答案】C

【分析】由图可知，M极为微生物燃料电池的正极，酸性条件下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水,

电极反应式为O2+4H++4e—=2ILO.N电极为负极，水分子作用下简萄糖在负极失去电子发生氧化反应生成

二氧化碳和氢离子，电极反应式为C6H12O6—24e-+6IhO=6CO2+241

【解析】A.由分析可知，N电极为微生物燃料电池的负极，水分子作用下葡萄糖在负极失去电子发生氧化

反应生成二氧化碳和氢离子，故A错误：

B.由分析可知，M极为微生物燃料电池的正极，N电极为负极，则电池工作时，外电路中电子的流动方向：

N电极-导线-M电极，故B错误；

C.由分析可知，M极为微生物燃料电池的正极，酸性条件下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，电

极反应式为O2+4H++4e-=2H2O,牧C正确；

D.缺标准状况，无法计算电路中每转移电子时反应生成二氧化碳的体积，故D错误；

故选C。

【变式练4】（2023秋・山东日照•高三统考开学考试）浓差电池是利用物质的浓度差产生电动势的•种装置。

某浓差电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是

A.X电极为负极

B.电路中转移O.hnulc-时，左池减少了离子

C.隔膜为阴离子交换膜

D.右池中的电极反应式为Ag-e-+Cr=AgCI

【答案】A

【分析】左右两池中电解质浓度不同，产生电池差，电池开始放电。当左右两池离子浓度相等时，电池结

束放电。C1参加电极反应，左池钾离子浓度大，所以K+要向右池移动，离子交换膜为阳离子交换膜，右池

为正极池，左池为负极池，左池发生电极反应：Agc+Cl=AgCl,右池：AgCl+e=Ag+CI,以此解答。

【解析】A.由分析可知，X电极为负极，故A正确；

B.由分析可知，左池发生电极反应：Age+Cl=AgCl,右池：AgCl+e=Ag+CL左池中减少，+共减少离子，

故B错误；

C.由分析可知，离子交换膜为阳离子交换膜，故C错误；

D.由分析可知，右池中的电极反应式为AgQ+e=Ag+CL故D错误；

故选Ao

考向3聚焦“盐桥”原电池

【典例3】（2022秋・安徽六安•高三六安一中校考阶段练习）各装置.正确且能达到实验目的的是

A.①精确量取了14.80mL稀盐酸B.②将乙二醇转化为乙二酸

C.③形成原电池D.④吸收尾气SO2

【答案】A

【解析】A.滴定管的感量为，且小刻度在上方，图中酸式滴定管可量取稀盐酸，选项A正确：

B.乙二醇、乙二酸均可被酸性高镉酸钾溶液氧化，不能将乙二醇转化为乙二酸，选项B错误；

C.装置中应该将锌电极插入硫酸锌溶液中、铜电极插入硫酸铜溶液中，才能形成原电池，否则只有左侧锌

与硫酸铜的置换反应，选项C错误：

D.氢氧化钙微溶于水，浓的氢氧化钙溶液的浓度也不大，用于吸收尾气二氧化硫效果很差，实验室应该改

用氢氧化钠溶液吸收，选项D错误；

答案选A。

【变式练5］（2023春・上海徐汇•高一上海中学校考期末）铜锌原电池（如图）工作时，下列叙述错误的是

A.负极反应为：Zn-2c-=Znz+

B.电池总反应为：Zn+Cu2+=Znr+Cu

C.在外电路中，电子从负极流向正极

D.盐桥中的K~移向ZnS。,溶液

【答案】D

【解析】A.金属性锌强于铜，锌是负极，负极反应为：Zn-2e~=Zn2+,A正确；

B.铜是正极，铜离子得到电子，电池总反应为：Zn+Cu2+=Znr+Cu»B正确；

C.负极失去电子，在外电路中，电子从负极流向正极，C正确；

D.原电池中阳离子移向正极,所以盐桥中的K，移向CuSO,溶液，D错误；

答案选D。

【变式练6］（2023•全国•高三专题练习）某同学利用下列电池装置探究Fe?+的氧化性和还原性。电流表显

示电子由铁电极流向石墨电极，石墨电极上未见Fe析出，下列分析不正确的是

A.盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中

B.一段时间后两烧杯溶液中c（Fe~）均增大

C.当两烧杯溶液中c（Fc2+）相等时，说明反应已达到平衡状态

D.由A、B中的现象可知，Fe?+还原性小于Fe、氧化性小于Fe"

【答案】C

【分析】该反应为Fc+2Fe3+=3Fe2+,负极为铁单质失电了•生成亚铁离了・，正极为铁离了•得电了•生成亚铁离了,

据此分析下列选项。

【伸析】A.铁电极失电子为负极，石墨电极为正极，阳离子从负极向正极移动，故抵桥中阳离子进入石墨

电极溶液中，A正确：

B.负极反应为Fe2e=Fe?+,石墨且极上发生的反应为Fc3++c=Fc2+,两侧均反应生成亚铁离子，故一段时间

后两烧杯溶液中c（Fe~）均增大，故石墨电极溶液中亚铁离子浓度增大，B正确；

C.负极反应为Fe2e=Fe2+,正极反应为2Fe3++2e=2Fe?+,设两边均为1L溶液，一段时间后转移电子为2xmol

时两极溶液中亚铁离子浓度相等，则，得，则右边消耗铁离子为Vlmol,则反应仍能继续进行，故不能说

明反应达到平衡状态，C错误；

D.负极反应为Fe2e=Fe2。正极反应为2Fe3++2e=2Fe2+,总反应为Fe+2Fe3+=3Fe2+,反应中氧化剂为Fe3+,

还原剂为Fc,Fe2+既是氧化产物也是还原产物，故Fe2+还原性小于Fe,氧化性小于Fe3+,D正确；

故答案选C。

一.三年真题■两年模拟

1.12022秋•海南•高三校联考阶段练习）已知Cr?。：的氧化性大干Fe3+。根据如图所示装置可构成原电池（盐

桥中装有含琼脂的饱和K2s0」溶液），下列叙述错误的是

A.a为原电池的负极，b为原电池的正极

B.电池工作时，盐桥中的SO：移向甲烧杯

C.a极的电极反应式为Fe"-e'Fe"

D.工作一段时间后，乙烧杯中溶液的pH减小（忽略溶液体积变化）

【答案】D

【解析】A.已知的氧化性大于Fe"，故应该是Fe?，失电子，作为负极反应，所以a为负极，B为正

极，故A正确；

B.原电池中阴离子移向负极，电池工作时，盐桥中的SO：移向甲烧杯，故B正确；

C.a为负极，电极反应为浮+-}=源,，故C正确：

D.b为正极，电极反应为Crq；-+6e-+l4H+=2C产+7HQ.工作一段时间后C（H+）下降，乙烧杯中溶液的pH

增大，故D错误；

故答案为D。

2.（2022秋•广东梅州•高三大埔县虎山中学校考阶段练习）某同学利用下列电池装置进行实验，探究Fe”的

氧化性和还原性。

根据实验现象，下列分析不走砸的是

A.电流表显示电子由铁电极流向石墨电极，可知盐桥中的阳离子进入石墨电极溶液中

B.一段时间后石墨电极上未见Fe析出且铁电极溶液中c（Fe?+）增大，可知石墨电极溶液中c（Fe2）也增

大

C.由A、B中的现象可知，Fe"还原性小于Fc、氧化性小于Fe"

D.一段时间后两极溶液中的Fe"浓度若相等，说明反应已达到平衡状态

【答案】D

【解析】A.铁电极失电子为负极，石墨电极为正极，阳离子从负极向正极移动，故盐桥中阳离子进入石墨

电极溶液中，A正确；

B.石墨电极上发生的反应为Fc3++c=Fc?+,反应生成亚铁离子，负极的亚铁离子也会向正极移动，故石墨电

极溶液中亚铁离子浓度增大，B正确；

C.负极反应为Fe2e=Fe2j正极反应为2Fe3++2e=2Fe?+,总反应为Fe+2Fe3+=3Fe?+,反应中氧化剂为Fe3+,

还原剂为Fe,Fe2+既是氧化产物也是还原产物，故Fe?+还原性小于Fe,氧化性小于Fe?+,C正确；

D.一段时间后两极溶液中亚铁离子浓度相等，无法说明反应达到平衡状态，D错误；

故答案选D。

3.（2023•海南・统考高考真题）利用金属A1、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的

是

A.b电极为电池正极

B.电池工作时，海水中的Na+向a电极移动

C.电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性

D.每消耗IkgAl,电池最多向外提供37moi电子的电量

【答案】A

【解析】A.由分析可知，b电极为电池正极，A正确；

B.电池工作时，阳离子向正极移动，故海水中的Na，向b电极移动，B错误；

C.电池工作时，a电极反应为铝失去电子生成铝离子AI-3c-=Al",铝离子水解显酸性，C错误；

D.由C分析可知，每消耗IkgAI（为甯mol）,电池最多向外提供甯molx3=*mol电子的电量，D

错误；

故选A。

4.（2023•浙江•统考高考真题）卜.列说法正确的是

A.图①装置可用于制取并收集氨气

B.图②操作可排出盛有KMnO,溶液滴定管尖嘴内的气泡

C.图③操作俯视刻度线定容会导致所配溶液浓度偏大

D.图④装置盐桥中阳离子向ZnSOJ容液中迁移

【答案】C

【解析】A.氯化铉受热分解生成氨气和氯化氢，遇冷又化合生成氯化钺，则直接加热氯化铉无法制得氨气,

实验室用加热氯化饭和氢氧化钙固体的方法制备氨气，故A错误；

B.高镒酸钾溶液具有强氧化性，会腐蚀橡胶管，所以高锦酸钾溶液应盛放在酸式滴定管在，不能盛放在碱

式滴定管中，故B错误；

C.配制一定物质的量浓度的溶液时，俯视刻度线定容会使溶液的体积偏小，导致所配溶液浓度偏大，故C

正确；

D.由图可知，锌铜原电池中，锌电极为原电池的负极，铜为正极，盐桥中阳离子向硫酸铜溶液中迁移，故

D错误；

故选C。

5.（2023•辽宁・统考高考真题）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H+通过质子交换膜移向左侧

3+2+

D.充电总反应：Pb+SO；-+2Fe=PbSO4+2Fe

【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PbS04,则多孔碳电极为正极，正极

上Fe?+得电子转化为Fe2+,充电时,多孔碳电极为阳极,Fe?+失电子生成Fe?，，PbSOa电极为阴极，PbSO4

得电子生成Pb和硫酸。

A.放电时负极上Pb失电子结合琉酸根离子生成PbSCh附着在负极上，负极质量增大，A错误；

B.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.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.充电时，总反应为PbSO4+2Fe2+=Pb+SO：+2Fe3+,D错误；

故答案选Bo

6.12022•广东•高考真题)科学家基于。2易溶于CC1,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NaCI溶液的pH减小

C.放电时NaQ溶液的浓度增大

D.每生成ImolC%,电极a质量理论上增加23g

【答案】C

【解析】A.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.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Naji2(PO,\-2e-=NaTi2(尸0)+2M/可

知，NaCI溶液的pH不变，故B错误；

C.放电时负极反应为心3772(尸°4)3-2。-=岫乃2俨04)3+2入口、正极反应为。/2+2€-=2",反应后Na+

和Cl浓度都增大，则放电时NaQ溶液的浓度增大，故C正确；

D.充电时阳极反应为2a--2e-=C/2T,阴极反应为N"72(POj+2N/+2e-=N4772(POj，由得失电

子守恒可知,每生成1mod电极a质量理论上增加23g/molx2moi=46g.故D错误：

答案选C。

7.(2023•山西晋城・晋城市第一中学校校考模拟预测)下列有关方程式错误的是

A.碱性锌镭电池的正极反应：MnO2+H2O+e=MnO(OH)+OH

高温小

B.制备粗硅的反应方程式为：SiO2+2C-Si+2C0t

+2+

C.食醋去除水垢中的CaCC)3：CaCO3+2H=Ca+H20+C021

2+3

D.降缶储町]溶液滴入FeC%溶液中：+Fe+[FC(CN)6]-=KFc[Fc(CN)6]I

【答案】C

【解析】A.碱性锌锦电池，石墨为正极，MnO?在正极上发生还原反应，电极反应式：

Mr.O2+H2O+=MnO(OH)+OH,A正确；

高温

B.工业上用石英砂和焦炭高温下制备粗硅，反应方程式为：SiO2+2C=Si+2COT,B正曲；

C.醋酸为弱酸，离子方程式中不能拆，所以食醋去除水垢中的CaCO：

2+

CaCO3+2CH3COOH=Ca+2CH3COO+H2O+CO2T,C错误；

D.用K31FC(CN)6]溶液检验溶液中的Fe”,反应的离子方程式为：

2>3-

+FC+[FC(CN)J=KFC[FC(CN)6]4,D正确；

故选C。

8.(2024・福建泉州•统考一模)一种水系的锌可充电超级电池放电时原理如图所示，下列说法错误的是

A.放电时，电解质中的c(OH-)保持不变

B.放电时，电极a为正极

C.充电时，消耗ImolZn(OH)：电路中转移电子数为2N,\

D.充电时，阳极反应式：MX+OH--e-=MX(OH)

【答案】A

【解析】由图可知，放电时，Zn化合价升高失电子，故电极b作负极，电极反应式为Zn2e+4OH=Zn(OH)j,

电极a为正极，电极反应式为MX(OH)+e=MX+OH,充电时，电极b作阴极，电极反应式为Zn(OH)：

+2e=Zn+4OH,电极a作阳极，电极反应式为MX+OHe=MX(OH),据此作答。

A.放电时，由两极反应可知，电池总反应为Zn+2Mx(OH)+2OH=Zn(OH)：+2MX,故电解质中的c(OH)

减小，故A错误；

B.放电时，Zn化合价升高失电子，故电极b作负极，电极a为正极，故B正确；

C.充电时，电极b作阴极，电极反应式为Zn(OH)；+2c=Zn+4OH,消耗ImolZn(OH)：电路中转移电子数

为2NA，故C正确；

D.充电时，电极a作阳极，电极反应式为MX+OHc=MX(OH),故D正确；

故选：Ao

考点二原电池原理的四大应用

重难点辨析

1.加快氧化还原反应速率

一个进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率例如Zn与稀硫酸反应时加入少量

的CuSCU溶液能使产生氢气的速率加快。

2.比较金属活动性强弱

两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属活动性比正极的

3.用作金属的防护

使被保护的金属制品作原电池的极而得到保护。例如，保护铁制输水管或钢铁桥梁，可用导线将其

和一块锌块相连，使Zn作原电池的_兔_极。

4.设计制作化学电源

反应一首先将氧化还原反应分成两个」L!独—

选择电根据原电池的反应特点，结合两个半反应

极材料一将还原剂（一般为比较活泼金属）作一

活泼性比负极弱的金属或非金属导体作工

构成闭如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间

合回路一连接盐桥），则两个容器中的电解质溶液应含有

与__里极材料一相同的金属的阳离子

“出_结合要求及反应特点，画出原电池装置图，标出

装置图一电极材料名称、正负极、电解质溶液等

规律•方法•技巧•点拔

原电池的设计方法

设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：

⑴苜先判断出氧化还原反应中的还原剂和氧化剂，将还原剂（一般为比较活泼金属）作负极，活动性比负极

弱的金属或非金属作正极，含氧化剂的溶液作电解质溶液。

（2）如果两个半反应分别在要求的两个容器中进行（中间连接盐桥），则两个容器中的电解质溶液应含有与电

极材料相同的金属的阳离子。

（3）设计实例：

根据反应ZFeCb+Cu-ZFeCb+CuCb

（4）设计的原电池为：

（5）装置如下图所示：

⑹设计原电池的步骤

拆分反应用蒋氧化还原反应分成两个半反应|

一典型例题剖析

考向1原电池原理的应用（一）

【典例1】（2023・上海•高三专题练习）将表面发黑（黑色物质为AgzS）的银器浸入盛有食盐水的铝制容器中（如

图），一段时间后黑色褪去。有关说法正确的是

A.该处理过程中电能转化为化学能

B.铝质容器为阳极，其质量变轻

C.Ag2s溶解于食盐水生成了AgQ

D.银器为正极，Ag2s被还原为单质银

【答案】D

【解析】A.该处理过程利用了原电池的原理，化学能转化为电能，A错误；

B.铝质容器为负极，铝失电子转化为铝离子，质量变轻，B错误；

C.Ag2s做正极得电子转化为Ag从而使银器表面黑色褪去，不是因为其溶解于食盐水中生成了AgCLC

错误；

D.银器为正极，Ag2s得电子被还原为Ag单质，D正确；

故答案选Do

【变式练1］（2023•广东茂名•统考二模）将裹有锌片的铁钉放入含有酚配饱和NaCl琼脂溶液中，滴加少量

酚政溶液，下列说法不正确的是

A.a处溶液会变红B.b处c（Zn2）增大

C.c处产生较多无色气泡D.该实验说明Fe受到保护

【答案】C

【解析】裹有锌片的铁钉放入含有酚酰饱和NaCl琼脂溶液中，发生原电池腐蚀，锌片为负极，发生反应:

Zn-2e-=Zn2%铁钉为正极：。44£+2H2。=4(汨-，在铁钉附近酚煎溶液变红。

A.a为铁钉，为原电池正极，发生反应。2+4}+2H2(>4OH\产生0H,酚酰溶液变红，A正确：

B.b处为锌片，锌片为负极，发生反应：Zn-2e-=Zn2+»所以b处c(Zn")增大，B正确；

C.c处为铁钉，发生反应0产4曰+2Hq=40H"不会产生气泡，C错误：

D.铁为正极，不发生反应，被保护起来，D正确；

故选C。

【变式练2](2023・吉林・统考模拟预测)下列实验操作和现象与实验结论•定正确的是

选

操作现象结论

项

CM+是该反应的

A.向锌与稀硫酸的反应体系中加入少量硫酸铜反应速率加快

催化剂

苯与B「2发生了取

B.将苯加入到橙色的滨水中，充分振荡后静置下层液体几乎无色

代反应

向酸性KMnCh溶液中先通入少量SO2，充分反应后，SO2被氧化为

C.产生白色沉淀

再滴入几滴BaCb溶液so；

产生大量气泡，测得溶液镁与盐酸反应放

D.室温下，向0.1mol-L-1HCI溶液中加入少量镁粉

温度上升热

A.AB.BC.CD.D

【答案】D

【解析】A.向锌与稀硫酸的反应体系中加入少量硫酸铜，锌置换出硫酸铜中的铜，构成铜锌原电池，所以

反应速率加快，故A错误；

B.将苯加入到橙色的溪水中，充分振荡后静置，苯萃取汲水中的澳，下层液体几乎无色，故B错误；

C.酸性高钵酸钾溶液中含有硫酸，向酸性KMnCh溶液中先通入少量SO2,充分反应后，再滴入几滴BaCb

溶液，产生白色沉淀，不能证明SO2被氧化为SO；，故c错误;

D.室温下，向（）.1mo卜L「HC1溶液中加入少量镁粉，产生大量气泡，测得溶液温度上升，说明镁与盐酸反

应放热，故D正确；

选Do

考向2原电池原理的应用（二）

【典例2】（2023•上海黄浦・统考二模）把铁条放入盛有过量稀硫酸的试管中，下列改变不能加快氢气产生

速率的是

A.改铁条为镁条B.滴加少量CuSO4溶液

C.改稀硫酸为98%的硫酸D.升高溶液的温度

【答案】C

【解析】A.镁比铁更活泼，与稀硫酸反应速率更快，能加快氢气产生速率，A正确；

B.滴加少量CuSO4，Fe与CuSCh反应生成Cu,Fe、Cu和稀硫酸构成原电池，加快反应速率，B正确；

C.常温下，铁在浓硫酸中发生钝化，无法产生氢气，C错误；

D.升高溶液温度，反应速率加快，D正确；

故答案选C。

【答案】D

【解析】A.由于镁和氢氧化钠溶液不反应，铝与氢氧化钠溶液反应，不能用氢氧化钠溶液验证镁、铝活泼

性，要验证镁比铝活泼，电解质溶液应该用稀硫酸或稀盐酸，故A不符合题意；

B.乙醇和水会混溶，不能用分液法分离，故B不符合题意；

C.纯碱溶液会吸收二氧化碳，要用饱和碳酸氢钠溶液除掉二氧化碳中氯化氢气体，故C不符合题意。

D.浓氨水加到生石灰中，生石灰和水反应放出大量热，促使浓氨水受热分解生成氨气，氨气用碱石灰干燥,

从而制备出干燥的氨气，故D符合题意。

综上所述，答案为D。

【变式练4］（2023•全国•高三专题练习）X、Y、Z、M代表四种金属元素，金属X和Z用导线连接放入稀

硫酸中时，Z极上有HZ放出；单质Z可以从Y的盐溶液中置换出单质Y；又知M”的氧化性强于丫21则

这四种金属的活动性由强到弱的顺序为

A.X>Z>Y>MB.X>Y>Z>M

C.M>Z>X>YD.X>Z>M>Y

【答案】A

【解析】金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气放出，所以X是负极，Z是正极,

故金属的活动性：X>Z；单质Z可以从Y的盐溶液中置换MY,说明金属的活动性：Z>Y：M?+离子的

氧化性强于Y"离子，所以金属佐活动性Y>M；综上可知四种金属的活动性由强到弱的顺序为

X>Z>Y>M,A项正确。

■k三年真题•两年模拟

1.（2023秋•全国•高三专题练习）M、N、P、E四种金属，已知：①M+N2+=N+M2+；②M、P用导线连接

放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出：③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为

E2++2C=E,N2C=N2\则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是

A.P>M>N>EB.E>N>M>PC.P>N>M>ED.E>P>M>N

【答案】A

【解析】①M+N2+=N+M?+,M是还原剂、N是还原产物，所以M的还原性大于N；②M、P用导线连

接放入稀硫酸中，M表面有大量气泡逸出，说明M是正极，则本原性P大于M；③N、E用导线连接放入

E的硫酸盐溶液中，电极反应为E?++2e-=E,N-2e-=N2+,说明N是负极，N的还原性大于E,则这四

种金属的还原性由强到弱的顺序是P>M>N>E；

答案选Ao

2.（2023・北京・统考高考真题）下列事实能用平衡移动原理解释的是

A.也。?溶液中加入少量MnOz固体，促进HQ?分解

B.密闭烧瓶内的NO?和NQ,的混合气体，受热后颜色加深

C.铁仃放入浓HNO,中，待不再变化后，加热能产生大量红棕色气体

D.锌片与稀H2s0,反应过程中，加入少量CuSO4固体，促进H?的产生

【答案】B

【解析】A.MnCh会催化H2O2分解，与平衡移动无关，A项错误；

B.NO?转化为N2O4的反应是放热反应，升温平衡逆向移动，NOz浓度增大，混合气体颜色加深，B项正

确；

C.铁布浓硝酸中钝化，加热会使表面的氧化膜溶解，铁与浓硝酸反应生成大量红棕色气体，与平衡移动无

关，C项错误；

D.加入硫酸铜以后，锌置换出铜，构成原电池，从而使反应速率加快，与平衡移动无关，D项错误；

故选Bo

3.(2022・浙江•统考高考真题)pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在

特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HC1溶液，并插入Ag-AgCl电极)和另一Ag-AgCl电极插入待测溶液

中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E常数。下列说法正确的是

A.如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)+e=Ag(s)+Cl(0.1molLl)

B.玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化

C.分别测定含己知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH

D.pH计工作时，电能转化为化学能

【答案】C

【解析】A.如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极、负极发生氧化反应而不是还原反应，A

错误；

B.已知：pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E常数，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的

变化，B错误；

C.pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E常数，则分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的

电动势，可得出未知溶液的pH,C正确；

D.pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误；

答案选C。

4.12021・浙江・高考真题)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li,得

电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCoO?薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正题的是

A.充电时，集流体A与外接电源的负极相连

B.放电时，外电路通过amol电子时，UPON薄膜电解质损失amolLi

C.放电时，电极B为正极，反应可表示为LijCoO:+xLi++xe-=LiCoO2

D.电池总反应可表示为Li,Si+Li『xCoO,,一累=、Si+LiCo02

【答案】B

【解析】A.由图可知，集流体A与电极A相连，充电时电极A作阴极，故充电时集流体A与外接电源的

负极相连，A说法正确；

B.放电时，外电路通过amol电子时，内电路中有amolLi卡通过LiPON薄膜电解质从负极迁移到正极，

但是LiPON薄膜电解质没有损失Li.，B说法不正确；

C.放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为LiiCoO2+xLi++xe-=LiCoO］，C说法正确；

D.电池放电时，嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子变成Li,，正极上LijCoO,得到电子和L「变为LiC。。?，

充电

故电池总反应可表示为£3+〃一4'。。2就Si+LCod，D说法止确。

综上所述，相关说法不正确的是B,本题选B。

5.（2021・河北•统考高考真题）K—02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lAh电量时，生成KO?的质量与消耗。2的质量比值约为

D.用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗钾时，铅酸蓄电池消耗水

【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.成钾高子，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K+通过，不允许。2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.由分析可知，生成Imol超僦化钾时，消耗Imol氧气，两者的质量比值为lmolx71g/mol：：1,故C正

确；

D.铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4+2H?O=PbO2+Pb+2H2so4,反应消耗2moi水，转移2moi

电子，由得失电子数目守恒可知，耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为高等y,故D错误；

39g/mol

故选D。

6.(2023•四川南充•统考模拟预测)研究小组将混合均匀的铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。

从胶头滴管中滴入一定浓度醋酸溶液，进行铁的电化学腐蚀实验，容器中的压强随时间的变化曲线如图2。

下列说法正确的是

A.Oh时压强增大的原因可能是铁腐蚀放出热量

B.铁被氧化的电极反应式为：Fe-3e=Fe”

C.碳粉上发生了氧化反应

D.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能

【答案】A

【解析】A.根据=ObE寸压强增大的原因可能是铁腐蚀放出热量使压强增大，故A正确；

B.铁被氧化的电极反应式为：Fe-2e=Fe2+,故B错误；

C.铁发生氧化反应，碳粉上发生还原反应，故C错误；

D.铁腐蚀过程中化学能部分转化为电能，还有转化成热能的部分，故D错误；

故答案选A。

考点三化学电源的种类及其工作原理

重难点辨析

1.一次电池

只能使用一次，不能充电复原继续使用。

(1)普通锌镒干电池

总反应：Zn+2MnO2+2NH4cl=ZnCh+Mn2O3+2NH3+H20

负极：Zn—2e-==Zn2*o

正极：2NH；+2e-=2NH3+H2t、2MnO2+H2=2MnOOH

(2)减性锌镒干电池

负极(Zn),电极反应式：

--

Zn+20H-2e=Zn(OH)2

4-WSftKOII正极(MnCh)，电极反应式：

的双合物

|-M-0,

“」-金属外充-

2MnO2+2H2O+2e~-2MnOOH+2OH

总反应：

Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH

2.二次电池(以铅蓄电池为例)：放电后能充电复原继续使用

⑴放电时的反应：(原电池)

①负极反应：Pb(s)+SOF(aq)—2e-=PbSO4(s)

②正极反应：PbOMs)+4H'(aq)+SO「(aq)+2e=PbSO«s)+2H2O⑴

③总反应：Pb(s)+PbCh⑸+2H2so4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O。)

(2)充电时的反应：(电解池)

①阴极反应:PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SOF(aq)

②阳极反应：PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H"(aq)+SOi(aq)

③总反应：2PbSO4(s)+2比0⑴鲤&Pb(s)+PbO2(s)+2H2so4(aq)

放电时原电池的负极作充电时电解池的阴极。

【易错瞥示】(1)可充电电池的充、放电不能理解为可逆反应。

(2)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。

(3)可充电电池在充电时，其负极连接外接电源的负极，正极连接外接电源的正极。

3.燃料电池

(1)氢氧燃料电池是将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的装置，目前最成熟的燃料电池，可分为酸性

和碱性两种。

酸性碱性

+

负极反应式2H2-4e=4H2H2-4。+40H=4H2O

+

正极反应式O2+4C+4H=2H2OO24-4e+2H2O=4OH

总反应式

2H2+O2=2H2O

(2)燃料电池的电极本身不参与反应，燃料和氧化剂连续地由外部供给。对于燃料电池要注意燃料在负极反

应，02在正极反应，要注意电解质溶液或传导介质的影响，如碱性条件下，C02以COM形式存在。

规律•方法•技巧•点拔

1.燃料电池的解题模板

2.书写燃料电池电极反应式的三大步骤

①先写出燃料电池总反应式

一般都是可燃物在氧气中的燃烧反应方程式。但由于燃烧产物还可能与电解质溶液反应，燃烧产物与电解

质溶液反应的方程式与其相加得总反应方程式。

②再写出燃料电池正极的电极反应式

2

由于燃料电池正极一般都是02得到电子发生还原反应，基础反应式为O2+4e-=2Oo

A.电解质为固体时，。2-可自由通过，正极的电极反应式为O2+4e-==2O2,

B.电解质为熔融的碳酸盐时，正极的电极反应式为O2+2CO2+4e—==2CO「。

C.当电解质为中性或碱性环境时，正极的电极反应式为：O2+4e+2H2O=4OH0

D.当电解质为酸性环境时，正极的电极反应式为：O2+4e—+4H+=2H2O。

③最后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=燃料电池总反应式一燃料电池正极的电极反应式。在利用此法时一要注意消

去反应中的02,二要注意两极反应式和总反应式电子转移相同。

④熔融的金属氧化物作介质传导

负极：Hz-2e--|-O2-=^H2（）;

正极：O2+4C-=2O2-Q

⑤碳酸盐作介质

负极：H2-2e+COF=H2＜）+CO2;

正极：O24-4e-+2CO2^=2CO5-c

⑥复杂电极反应式的书写