高考化学专项复习：四步敲定高考新情景电池电极反应式的书写（解析版）（全国版）

四步敲定高考新情景电池电极反应式的书写

01考情分析02真题精研03规律•方法•技巧04经典变式练

05核心知识精炼06基础测评07能力提升

考情分析

以新型化学电源为命题背景考查原电池的工作原理的题型是每年高考的必考点。通常考查电池电极的

判断、电极及电池反应式的书写、电子的移动方向、电解质溶液中离子的移动方向及有关计算，题目的难

度一般较大。正确书写电极反应式是解决新型化学电池类题目的关键点，解题时可从元素化合价的变化入

手，依据电极反应式的书写规则，注意电池介质对反应的影响。

真题精研

1.（2024•全国•高考真题）科学家使用b-MnO?研制了一种MnOjZn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ZnMnQ,。下列叙述正确的是

A.充电时，Zn”向阳极方向迁移

B.充电时，会发生反应Zn+2MnO2=ZnMn2C）4

C.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,MnO?电极生成了0.020molMnOOH

【答案】C

【分析】Zn具有比较强的还原性，MnO,具有比较强的氧化性，自发的氧化还原反应发生在Zn与MnO?之

间，所以MnO?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。

【解析】A.充电时该装置为电解池，电解池中阳离子向阴极迁移，即ZY+向阴极方向迁移，A不正确；

B.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.放电时MnO?电极为正极，正极上检测到MnOOH和少量ZnMn2C\,则正极上主要发生的电极反应是

MnO2+H2O+e-=MnOOH+OT,C正确；

D.放电时，Zn电极质量减少0.65g(物质的量为O.OlOmol),电路中转移0.020mol电子，由正极的主要反

应MnOz+HzO+e-uMnOOH+OlT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ZnMn。生成，因此，MnOOH的物质的量小于0.020moLD不正确；

综上所述，本题选C。

规律•方法-技巧

1.原电池电极反应书写时的注意事项

(1)负失氧、正得还。

(2)注意溶液的酸碱性,视情况在电极反应方程式两边添加H+、OH、H2O等，使其符合电荷守恒和质量守恒。

(3)注意电极反应产物是否与电解质溶液反应。

(4)活泼金属不一定为负极,如镁、铝和氢氧化钠溶液组成的电池中，铝为负极。

经典变式练

1.(2024•河北・高考真题)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池，以MgCrFSI%为电解质，

电解液中加入1,3-丙二胺(PDA)以捕获CO2,使放电时CO,还原产物为MgCzO-该设计克服了MgCOs导

电性差和释放CO?能力差的障碍，同时改善了Mg?*的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。

回答下列问题。

2

下列说法错误的是

A.放电时，电池总反应为2CO2+Mg=MgCQ4

B.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，Mg?+向阴极迁移

D.放电时，每转移Imol电子，理论上可转化ImolCO?

【答案】7.C

【分析】放电时CO2转化为MgC2C)4,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：

定位：二次电池，放电时阳离子向正极移动，充电时阳离子向阴极移动。

电极过程电极反应式

放电Mg-2e-=Mg2+

Mg电极

充电Mg2++2e=Mg

2+

放电Mg+2CO2+2e-=MgC2O4

多孔碳纳米管电极

2+

充电MgC2O4-2e=Mg+2CO2T

A.根据以上分析，放电时正极反应式为Mg2++2CO2+2e-=MgCQ4、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.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.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Mg?+向阴极迁移，C错误；

D.根据放电时的电极反应式Mg"+2CC)2+2e-=MgC2O4可知，每转移2moi电子，有2moic02参与反应，因

此每转移Imol电子，理论上可转化ImolCO2,D正确；

故选Co

核心知识精炼

L“四步法”书写电极反应式的步骤如下：

第一步：书写负极（阳极），还原性微粒一氧化性产物；正极（阴极）：氧化性微粒+碇一还原性产物。

第二步：标变价算〃值，n=（高价—低价）x变价原子个数。

第三步：根据电池情景用H+、OH-,O'（:缁等阴、阳离子配平电荷。

第四步：用H20等小分子配平原子。

2.用总反应式书写电极反应式

（1）书写三步骤

步骤一：写出电池总反应式，标出电子转移的方向和数目（讹一）。

步骤二：找出正、负极，失电子的电极为负极；确定溶液的酸碱性。

步骤三：写电极反应式。

负极反应：还原剂一讹一^氧化产物

正极反应：氧化剂+讹一=还原产物

（2）书写技巧

若某电极反应式较难写出时，可先写出较易的电极反应式，然后根据得失电子守恒，用总反应式减去较易

的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。

3.燃料电池中电极反应式的书写

第一步：写出电池总反应式

燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。

如甲烷燃料电池（电解质为NaOH溶液）的反应式为

CH4+2O2=CO2+2H2O①

C02+2NaOH=Na2CO3+H20②

①式+②式得燃料电池总反应式为CH4+202+2NaOH=Na2CO3+3H20o

第二步：写出电池的正极反应式

根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是。2,随着电解质溶液的不同，其电极反应式有

所不同，大致有以下四种情况：

（1）酸性电解质溶液环境下电极反应式：

+-

O2+4H+4e=2H2Oo

（2）碱性电解质溶液环境下电极反应式：

-

O2+2H2O+4e-=4OHo

（3）固体电解质（高温下能传导。2一）环境下电极反应式：

O2+4e^^=2O2o

（4）熔融碳酸盐（如熔融K2co3）环境下电极反应式：

02+2CO2+4e-=2COr。

第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出负极反应式

电池反应的总反应式一电池正极反应式=电池负极反应式。因为。2不是负极反应物，因此两个反应式相减

时要彻底消除02。

（5）常见介质

常见介质注意事项

中性溶液反应物若是H+得电子或OH-失电子，则H+或OH-均来自于水的电离

酸性溶液反应物或生成物中均没有OIT

碱性溶液反应物或生成物中均没有H+

水溶液不能出现。2一

基础测评

1.（2024・浙江•高考真题）破损的镀锌铁皮在氨水中发生电化学腐蚀，生成［zn（NHj「和H?,下列说法不

正确的是

A.氨水浓度越大，腐蚀趋势越大

B.随着腐蚀的进行，溶液pH变大

C.铁电极上的电极反应式为：2NH3+2e=2NH；+H2T

D.每生成标准状况下224mLH2，消耗0.010molZn

【答案】C

【解析】A.氨水浓度越大，越容易生成［Zn（NH3）/\腐蚀趋势越大，A正确；

B.腐蚀的总反应为Zn+4NH3・H2O=［Zn（NH3）4『+H2f+2H2O+2OH-,有OH-离子生成，溶液pH变大，B

正确；

C.该电化学腐蚀中Zn作负极，Fe作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，铁电极上的电极反应式为：

2H2O+2e=H2T+2OH,C错误；

07?4Tx?

D.根据得失电子守恒，每生成标准状况下224mLH2,转移电子数为二一-=0.02mol,消耗

22.4L/mol

0.010molZn,D正确；

故选C。

2.（2024高三•全国・专题练习）热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图

所示，其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSCU

+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2SO4+Pbo下列有关说法不正确的是

5

•硫酸铅电极

・无水LiCl-KCl

一钙电极

・电池壳

A.负极反应式：Ca+2Cl-2e-=CaCl2

B.放电过程中，Li+向正极移动

C.每转移0.2mol电子，理论上生成20.7gPb

D.常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针偏转

【答案】D

【解析】A.Ca为原电池的负极，电极反应式为Ca+2Cl-2e-=CaC12,A正确；

B.原电池中阳离子向正极移动，所以放电过程中，Li+向正极移动，B正确；

C.根据电极反应式PbSO4+2Li++2e-=Li2SC)4+Pb,可知每转移0.2mol电子，理论上生成0.1molPb,质

量为20.7g,C正确；

D.常温下，电解质不是熔融态，离子不能移动，不能产生电流，因此连接电流表或检流计，指针不偏转，

D错误；

故选D。

3.(2024高三・全国・专题练习)镁、海水、溶解氧(石墨)可构成原电池，为水下小功率设备长时间供电，其

原理如图所示。但该电池负极存在析氢副反应和负极活性衰减等问题。下列说法不正确的是

亚

A.由于溶解氧浓度低，故需增大电极与海水的接触面积

B.该电池正极的电极反应式为。2+411++4-=2应。

C.负极活性衰减的原因可能是生成的Mg(OH)2覆盖了电极

D.析氢副反应可以表示为Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2T

【答案】B

【分析】镁、海水、溶解氧构成原电池，海水呈弱碱性，则金属镁为负极，电极反应为

6

Mg+2OH-2e=Mg(OH)2,正极为石墨，电极反应为O2+21^0+46一=40*,据此解题。

【解析】A,溶解氧浓度低，反应速率低，故可用增大电极与海水的接触面积的方法来提高反应速率，故A

正确；

B.正极的电极反应式为02+2凡0+4€一=4(汨一，故B错误；

C.负极的电极反应式为Mg+2OH--2e「=Mg(OH)2,生成的氢氧化镁覆盖在电极表面，阻隔电极与海水

的接触，负极活性衰减，故C正确；

D.Mg较活泼，在合适条件下可直接与水发生析氢反应Mg+2H2。=Mg(OH)?+H2T,故D正确；

故选B。

4.(2025高三・全国•专题练习)研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其

工作原理如图所示。

下列说法错误的是

A.加入HNO3降低了正极反应的活化能

B.电池工作时正极区溶液的pH增大

C.1molCH3cH20H被完全氧化时有6mol02被还原

+

D.负极反应为CH3CH2OH+3H2O-12e-2CO2+12H

【答案】C

【解析】A.由分析知，HNCh在正极起催化作用，作催化剂，则加入HNCh降低了正极反应的活化能，因

而可以加快反应速率，A正确；

B.电池工作时正极上。2得到电子发生还原反应，由于电解质溶液显酸性，因此正极的的总反应为：

+

O2+4e+4H=2H2O,反应消耗H+,使溶液中氢离子浓度减小，pH增大，B正确；

点燃、

C.乙醇燃烧的化学方程式为：CH3CH2OH+3O2：2co2+3H?。。根据反应过程中电子转移数目相

7

等，结合得失电子守恒可知，1molCH3cH20H被完全氧化产生CO2、H2O时，转移12mol电子，同时有3

molCh得到电子被还原，C错误；

D.在乙醇燃料电池中，通入燃料乙醇的电极为负极，负极发生失去电子的氧化反应，由于电解质溶液为酸

+

性，因此负极的电极反应式为：CH3CH2OH-12e-+3H2O=2CO2+12H,D正确；

故合理选项是Co

5.（2024・浙江•高考真题）金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为

两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图：

图I图2

下列说法正确的是

A.图1、图2中，阳极材料本身均失去电子

B.图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应：。2+4日+2112。=40田

C.图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果

D.图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应

【答案】B

【解析】A.图1为牺牲阳极的阴极瓮中保护法，牺牲阳极一般为较活泼金属，其作为原电池的负极，其失

去电子被氧化；图2为外加电流的阴极保护法，阳极材料为辅助阳极，其通常是惰性电极，其本身不失去

电子，电解质溶液中的阴离子在其表面失去电子，如海水中的cr,A不正确；

B.图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面积累的电子很多，除了海水中的H+放电外，海水中溶解的。2也

会竞争放电，故可发生O?+4e-+2H2。=4。*，B正确；

C.图2为外加电流的阴极保护法，理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可，当钢闸门表面的腐蚀电

流为零时保护效果最好；腐蚀电流会随着环境的变化而变化，若外加电压保持恒定不变，则不能保证抵消

腐蚀电流，不利于提高对钢闸门的防护效果，C不正确；

D.图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说明从牺牲阳极或外加电源传递过来的电子阻止了

8

Fe-2e=Fe?+的发生，钢闸门不发生化学反应，但是牺牲阳极和发生了氧化反应，辅助阳极上也发生了氧化反

应，D不正确；

综上所述，本题选B。

6.(23-24高三下・四川内江•阶段练习净化含尿素和酸性Cr2O^废水的微生物燃料电池工作原理如图。下

列说法错误的是

A.放电时，电子由M电极沿导线流向N电极

B.放电时，负极的电极反应为CO(NH2)2+H2O-6e=CO2T+N2T+6H+

C.放电时，H+从N室迁移到M室

D.当废水中er2。歹的浓度或酸性过大时，微生物、还原菌活性降低，电池的效率都会降低

【答案】C

【分析】从图中可知，在M电极上尿素中的N失电子生成氮气，则M为负极，N电极上Crg；得电子生

成CF+,因此N为正极。

【解析】A.放电时，M为负极，N为正极，电子从M电极沿导线流向N电极，A正确；

B.放电时，负极上尿素失电子生成C02和N2,电解质溶液为酸性溶液，同时还有氢离子生成，电极反应

+

式为CO(NH2)2+H2O-6e-CO2t+N2?+6H,B正确；

C.放电时，电解质溶液中的氢离子向正极移动，即氢离子从M室向N室移动，C错误；

D.CrQ/含重金属元素，酸性过强等都会影响微生物和还原菌的活性，当废水中er2。子的浓度或酸性过大

时，微生物、还原菌活性降低，影响正负极电极反应，降低了电池的效率，D正确；

故答案选C。

7.(23-24高三下•广东惠州・期末)我国科学家设计的“海泥电池”工作原理如图所示，其中微生物代谢产物

显酸性。下列说法不正确的是

9

A.电极A上电极反应式为。2+411++4F=2氏0

B.工作时，B电极附近pH变小

C.H+从海水层通过交接面向海底沉积层移动

D.微生物代谢反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：2

【答案】C

【分析】由图可知，A电极上氧气得电子生成水，则A为正极，电极反应为。2+411++4b=2凡0,B电

极上HS失电子生成S,则B电极为负极，负极反应式为HS—2e=SJ+H+,微生物作用下发生的反应为

+

2CH2O+SO^+H=2CO2+HS+2H2O,据此分析解答。

【解析】A.由分析可知，则A为正极，电极反应为。2+411++4d=2凡0,故A正确；

B.B电极为负极，负极反应式为HS-—2e-=SJ+H+,则B电极附近pH变小，故B正确；

C.原电池工作时，阳离子向正极移动，则H+向海水层移动，故C错误；

D.微生物代谢反应为2cH2O+SO：+H+=2CC)2+HS-+2HQ中，SOj是氧化剂，CH?。是还原剂，氧化剂与

还原剂的物质的量之比为1：2,故D正确；

故选C。

8.(2024・湖北・三模):盐酸羟胺(NH20H.HC1)是一种常见的还原剂和显像剂，工业可采用如下电化学方法

制备。装置和正极反应机理如下图所示。下列有关说法不正确的是

10

照

离

子

交

]

盐酸

盐酸换

膜

的电极

含Fe

极

Pt电

H*

3OH+

为NH

+,Y

为H

A.X

作用

催化的

导电和

极起到

Fe电

B.含

=2H+

?+2e-

应：H

上的反

t电极

C.P

换膜

通过交

oiH+

有3m

NO,

Imol

消耗

D.

】C

【答案

原反应

发生还

到电子

正极得

化氮在

下一氧

酸作用

，盐

正极

池的

原电

极为

化电

的催

，含铁

图可知

】由

【分析

生

化反应

发生氧

去电子

负极失

氢气在

极，

为负

电极

+,钳

H3OH

+=N

+4H

+3e

为NO

应式

极反

，电

羟胺

盐酸

生成

极区。

进入正

负极区

换膜由

离子交

过氢

子通

氢离

作时

池工

,原电

2H+

2e=

为H"

应式

极反

，电

离子

成氢

判

恒可以

元素守