原电池 -冲刺2023年高考化学二轮复习核心考点逐项突破（原卷版）

专题八原电池

核心考点1、原电池的基本原理

1.构建原电池模型，掌握原电池工作原理

。-沿导线传递，有电流产生

氧化反应

阴

移

离

向蓝布

子I

电解质溶液

2.原电池正、负极判断的“五个角度”

3.两种原电池装置的比较

名称单液原电池双液原电池

CuSO.

装彳溶液

Zn

需1言*

置£££«

亍二二一

iU(溶泳ECus江南液

图rZnSO

单液原电池

双*更原电池

两类还原剂Zn与氧化剂Cu?+直接Zn与氧化剂C#+不直接接触,

装置接触，既有化学能转化为电能，仅有化学能转化为电能，避免

的不又有化学能转化为热能，造成了能量损耗，故电流稳定，持

同点能量损耗续时间长

盐桥中装有饱和的KCkKNO3等溶液和琼胶制成的胶冻，有导

备注

电和平衡电荷作用。

4.原电池的设计和制作方法

(1)定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应。

(2)拆：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应。

还原剂一〃5==氧化产物(负极电极反应)；

氧化剂+〃e=还原产物(正极电极反应)。

(3)找：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定

的金属或能导电的非金属。

(4)画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。

如：根据反应2FeCb+Cu=2FeC12+CuC12

设计的原电池为：

[—*,Cu—2e—^Cu2*

(ST)~»|C(F；A)12Fei'+2e=2Fe2*

1.【2022年I月浙江卷】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)/0.059。下列说法正确的是

Ag・AgCI电极

U.OmorL^KCl)

细孔陶兖

玻璃薄膜球

A.如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCKs)+e=Ag⑸+Cl(0.1molLT)

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

D.pH计工作时，电能转化为化学能

2.（2021・广东真题）火星大气中含有大量C0?,一种有CO?参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器

供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时

A.负极上发生还原反应B.CO?在正极上得电子

C.阳离子由正极移向负极D.将电能转化为化学能

3.（2019•全国卷I,12）利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间

传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是（）

电

极MV2>

极

氢化施

交换膜

A.相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能

B.阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+=2H++2MV

C.正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NFh

D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

1.（2022秋・广东广州•高三统考阶段练习）Li-O?电池比能量高，可用于汽车、航天等领域。电池反应式

为:2Li+O2JJLi2O2,放电时，下列说法不正确的是

A.Li在负极失去电子B.O?在正极发生还原反应

C.阳离子由正极移向负极D.化学能转化成电能

2.（2022秋・辽宁盘锦•高三辽河油田第二高级中学校考期末）习近平总书记提出我国要在2030年实现“碳

达峰”，2060年前实现“碳中和“。某科研小组用电化学方法将CO2转化为CO实现再利用，转化的基本原理

如图所示。下列说法不正确的是

A.该装置能将化学能转化为电能

B.M上的电极反应方程式为2H2O-4e=O2T+4H+

C.工作一段时间后，N电极室中的溶液pH减小

D.当转化2moicCh时，有4moiH+从左室穿过交换膜到达右室

3.（2021秋・福建厦门•高三校考期中）控制适当的条件，将反应2Fe3++2I=2Fe2++L设计成如图所示的

原电池。下列判断正确的是

A.反应开始时，乙中电极反应式为2「+2屋=12

B.反应开始时，甲中石墨电极上发生氧化反应

C.电流表指针为零时，两池溶液颜色相同

D.平衡时甲中溶入FeCL固体后，乙中的石墨电极为负极

4.（2022秋.河南驻马店・高三统考期中）锂一海水电池在海洋能源领域备受关注。下列说法错误的是

A.海水起电解质溶液的作用

B.锂为负极，发生的电极反应：Li-e-=Li+

C.锂电极应与海水直接接触

D.正极反应式：O2+2H2O+4e=4OH

5.（2021•全国•高三专题练习）锂/氟化碳电池稳定性很高。电解质溶液为1忆104的乙二醇二甲醛

（CHQCH2cH20cHJ溶液，总反应为xLi+CF、-xLiF+C,放电产物LiF沉积在正极，工作原理如图所示:

用电器

a离子交换膜b

氟

化

碳■

石

棒

墨

UCIO4的乙二醇二甲醛溶液

下列说法正确的是

A.外电路电子由b流向a

B.离子交换膜为阴离子交换膜

C.电解质溶液可用LiClO,的乙醇溶液代替

D.正极的电极反应式为CFX+xe+xLi'=xLiF+C

核心考点2、化学电源

1.锌铺干电池

(1)酸性锌锦干电池[4]

负极材料：Zn正极材料：碳棒

电解质溶液：ZnCl2>NH4cl和淀粉糊作电解质

电极反应为：负极Zn-2e-=Zn2+

正极2NHZ+2e「=2NH3+H2

2+2+

正极产生的NH3又和ZnCb作用：Zn+4NH3=[Zn(NH3)4]

(2)碱性锌镐干电池

碱性锌锦干电池是电解液由原来的中性变为离子导电性能更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应

面积成倍增加，使放电电流大加幅度提高。碱性干电池的容量和放电时间比普通干电池增加几倍。

锌粉和

KOH的

混合物

MnO2

负极材料：Zn正极材料：碳棒

电极反应：Zn+20H-2e-=ZnO+H2O

电极反应：MnO2+2H2O+2e=Mn(OH)2+2OH

总反应：Zn+MnO2+2H2O=ZnO+Mn(OH)2

2.铅蓄电池

铅蓄电池可放电亦可充电，具有双重功能。它是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳，用含睇5%〜8%

的铅锚合金铸成格板，在正极格板上附着一层PbO2,负极格板上附着海绵状金属铅，两极均浸在一定浓度

的硫酸溶液中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。

放电时电极反应为：

负极：Pb+SO彳-2e=PbS04

+

正极：PbO2+4H+SO^'+2e=PbSO41+2H2O

充电时电极反应为：

+

阳极：PbSO4+2H2O-2e=PbO2+4H+SO^-

阴极：PbSO4+2e=Pb+SO^'

蓄电池放电和充电的总反应式：

放u

Pb(s)+PbO2(s)+2H2so4(aq)盍电2Pbs。4⑸+2H2O(1)

目前汽车上使用的电池，有很多是铅蓄电池。由于它的电压稳定，使用方便、安全、可靠，性能良好,

价格低廉，又可以循环使用，因此广泛应用于国防、科研、交通、生产和生活中，缺点是比较笨重。

3.氢氧燃料电池

电极、电解质、燃料和氧化剂

具有能量利用效率高、可连续使用和污染轻

等优点

(电极材料本身不参与氧化还原反应

/工作时，燃料和氧化剂(储存在电池之外的

、容器中)由外部连续供给，分别在电极上不

\断地进行反应，生成物不断地排出

通入燃料气体的一极为在负极发生氧化反

I应，通入氧气的一极为正极发生还原反应

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种:

种类酸性碱性

+-

负极反应式2H2-4e=4H2H2+4OH--4e

=4H2。

O2+2H2O+4e=40H

正极反应式。2+4H1+4e=2比。

电池反应式2H2+O2=2H2O

【拓展1】化学电源中电极反应式书写的思维模板

1.书写电极反应式的原则

电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，遵循离子方程式的书写规则，两电极反应式相加得

电池总化学（或离子）方程式。

2.书写电极反应式的基本类型

（1）类型一题目给定原电池的装置图，未给总反应式

①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。

②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。

③遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式。（注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如

铅蓄电池的负极铅失电子变为Pb”，但Pb?+与硫酸溶液中的SO厂不共存，因而负极电极反应式为Pb—2e

+SOF=PbSO4）

④将两电极反应式相加（注意两极得失电子数相等）可得电池总反应式。

⑵类型二题目中给出原电池的总反应式

①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应

即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。

②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。

③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式

即得到另一电极反应式。

注意①H+在碱性环境中不存在；②-在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H」,生成H2O,在中性或

碱性环境中结合HzO,生成OH；③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在

电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得较难写出的另一极的电极反应式。

【拓展2】燃料电池中氧气得电子的思维模型

根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是02,。2得到电子后化合价降低，首先变

成CP-能否稳定存在要看电解质环境。由于电解质溶液（酸、碱、盐）的不同，其电极反应也有所不同，

下表为四种不同电解质环境中，氧气得电子后。2-的存在形式：

电解质环境从电极反应式判断氧元素的存在形式

+

酸性电解质溶液O2+4H+4e-=2H2O

碱性电解质溶液O2+2H2O+4e==4OH

固体电解质（高温下能传导CP）O2+4e^^=2O2

熔融碳酸盐(如熔融K2co3)02+2co2+4e-=2CO歹

【练习】按要求书写不同“介质”下甲醇燃料电池的电极反应式

(1)酸性介质，如H2s04溶液：

+

负极：CH30H-6e+H2O=CO2+6H»

3

_+

正极：2°2+6e+6H=3H2Oo

(2)碱性介质，如KOH溶液：

负极：CHQH-6e+80H=COM+6H2O。

3

极

正-

2

(3)熔融盐介质，如K2co3：

负极：CH3OH-6e+3COF=4CO2+2H20o

正极：+6e+3CO2=3CO5。

2-

(4)掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导0：

-2

负极：CH3OH-6e+3O=C02+2H2O»

3__

正极：202+6e-=3O2-o

【归纳提升】

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溶液为K0H溶液，其充、

放电

放电按下式进行：Cd+2Ni00H+2H2O'W'Cd(OH)2+2Ni(OH)2。

--

负极：Cd-2e+20H=Cd(OH)2o

阳极：2Ni(OH)2+2OH-2e=2NiOOH+2H2O»

2.如将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如下图是通过人工光合作用，以CO?和

H0为原料制备HC00H和0的原理示意图。

22L-CO

电2

极不

abL

质『交换膜

负极：2H2。-4e=C)2+4H0

正极：2co2+4H'+4e—=2HCOOH。

3.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态啡(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。

KOH溶液

负极：N2H4-4e+4OH=N2+4H2O«

正极：O2+4e+2H2O=4OH=

4.某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li।->CoO2+Li.vC6=LiCoO2+C6(A<

1)«则:

负极：口£6—'广=XL1+C6

正极：LiifCoO2+xe-+xLi'=LiCoO2

1.【2022年全国乙卷】Li-O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研

究了一种光照充电Li-Oz电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反

应(Li++e-Li)和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是

光

催

金

化

属

电

锂

极

B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关

C.放电时，，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移

D.放电时，正极发生反应O,+2Li++2e-=Li,C)2

2.【2022年山东卷】设计如图装置回收金属钻。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO?,

将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO式s）转化为Co",工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。

已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是

乙酸盐阳膜CoCl2乙酸盐阳膜盐酸

溶液溶液溶液

A.装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大

B.装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸

C.乙室电极反应式为LiCoO?+2凡0+白=Li++Co2++4OH

D.若甲室Co"减少200mg,乙室Co”增加300mg,则此时已进行过溶液转移

3.（2020•全国卷HI,12）一种高性能的碱性硼化帆（VB2）—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应:

VB2+16OH-Ue-=VOr+2B（OH）；+4H2O

该电池工作时，下列说法错误的是（）

A.负载通过0.04mol电子时，有0.224L（标准状况）02参与反应

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+UO2+2OOH-+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

4.[2020•全国卷I,12]科学家近年发明了一种新型Zn—CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和

选择性催化材料。放电时，温室气体CO?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。

双极隔膜

下列说法错误的是（）

A.放电时，负极反应为Zn—2e+40H=Zn（0H）i-

B.放电时，ImolCCh转化为HC00H,转移的电子数为2moi

C.充电时，电池总反应为2Zn（0H）/=2Zn+O2f+40FT+2H2。

D.充电时，正极溶液中OK浓度升高

5.【2022年湖南卷】海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错

误的是

A.海水起电解质溶液作用

B.N极仅发生的电极反应：2H2O+2e=2OH+H,T

C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能

D.该锂-海水电池属于一次电池

1.（2022•河北邯郸・邯郸一中校考模拟预测）熔融钠-硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图

中的电池反应为2Na+S、yNa2sx（k5~3,难溶于熔融硫），下列说法错误的是

r4=h密封

不锈钢容器

Na-夕-AUCh固体

熔融钠

VS7熔融硫（含碳粉）

A.Na2s4的电子式为Na'[:S:S:S:S:rNa*

B.放电时正极反应为xS+2Na++2e-=Na&

C.Na和Na2sx分别为电池的负极和正极

D.该电池是以Na-B-AU。?为隔膜的二次电池

2.（2023秋•山东潍坊•高三统考期末）我国科研人员设计将脱除S02的反应与制备H2O2相结合的协同转化

装置如图。在电场作用下，双极膜中间层的HzO解离为0H-和H+,并向两极迁移。已知:

②单独脱除S02：4OH+2SO2+O2=2SO;-+2H2O,能自发进行。

下列说法正确的是

A.正极的电极反应式：O2+2e+2H^H2O2

B.单独脱除SO2的反应为吸热反应

C.反应过程中需补加稀H2SO4

D.协同转化总反应：SO2+O2+2H2O=H2O2+H2SO,

3.（2023秋,山东德州•高三统考期末）我国科学家最近发明了一种Zn-Pbo,电池，电解质为K2so4、H2SO4

和KOH,由a和b两种离子交换膜隔开，形成A、B、C三种电解质溶液区域，结构示意图如下，下列说

法正确的是

+

A.负极的电极反应式为：PbO2+SO;-+2e+4H=PbSO4+2H,O

B.b膜是阳离子交换膜

C.放电结束后B区的电解质溶液浓度减小

D.每转移Imol电子C区溶液质量减少80克

4.（2022秋•广东汕尾.高三统考期末）中国新能源汽车处于世界领先地位，某品牌电动汽车使用三元锂电

放电

池，总反应式为：LijNixCOyMiV^+Li©.LiNixCo，Mn,O+6C。下图是工作原理，隔膜只允许X离

充电2

子通过，汽车加速时，电动机提供推动力，减速时，发电机将多余能量转化为电能储存。下列说法错误的

是

A.减速时,电池充电；加速时，电池放电

B.加速时,电子的方向为：甲电极-电动机-乙电极

C.减速时,乙电极的反应为：LiNixCoyMnzO2+ae-=Li.^Ni.Q^Mnp.+aLi'

D.加速时，X离子由甲经过隔膜向乙移动

5.（2022秋・江西赣州•高三统考期末）2020年9月中国明确提出2030年“碳达峰，与2060年“碳中和”目标,

如图是某科研团队设计的光电催化反应器，可由CO2制得异丙醵。其中A、B均是惰性电极，下列说法正确

的是

A.A为负极

B.若A极产生4gH一则B极产生16go2

C.电子从B极通过合成蛋白质纤维膜到A极

+

D.A极上CO?参与的反应为：3CO2+18H+18e*=CH3CH（OH）CH,+5H2O.

6.（2023•湖南岳阳•统考一模）科学家最近发明了一种Al-PbO2电池，通过x和y两种离子交换膜隔成M、

R、N三个区域（。＞与，三个区域的电解质分别为K2so八H2so八K0H中的一种，结构如图所示。下列

b%硫酸溶液

+2

B.放电时，PbOz电极反应为：PbO2+2e+4H=Pb++2H2O

C.M区电解质为KOH,且放电时K*通过x膜移向R区

D.消耗L8gAl时，N区域电解质溶液减少9.6g

核心考点3、金属的腐蚀与防护

1.金属电化学的腐蚀原理

(1)金属腐蚀：是金属与周围接触到的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。

(2)化学腐蚀的类型

两种腐蚀往往同时发生，但也

金属跟接触到的干燥气体或非电解质液体等

.化学腐蚀更普喙危害更严重，

直接发生化学反应引起的腐蚀叫做化学腐蚀

\J化学腐蚀

一实质：金属失电子被氧化而损耗

无电流产生

,金属腐蚀的类型不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原

电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化

1的腐蚀叫做电化学商应___________________

(电化学腐蚀d实质：被腐饨金属成为原电池的负极而被破

______________________

\有微弱电流产生(形成微小原电池)

(3)电化学腐蚀的比较⑺

腐蚀类型吸氧腐蚀析氢腐蚀

条件水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性强

负极反应Fe_2e_==Fe2+

正极反应O2+4e-+2H2O==4OH2H++2e=H2T

总反应+2+

2Fe+2H2。+O2=2Fe(OH)2Fe+2H==Fe+H2t

4Fe(OH):+2H2O+O2=4Fe(OH)3

1

Fe,O3•〃H,O-~

—

联系金属的腐蚀以电化腐蚀为主.

电化腐蚀又以吸氧腐蚀为主(PH25.6时)

若pH<5.6时则为析氢腐蚀。

腐蚀作用主要腐蚀类型，有广泛性在某些局部区域

2.金属的防护

(1)本质

阻止金属发生化学反应，基本思路是防止金属与化学物质直接接触，防止金属做原电池的负极。

(2)金属防护的几种重要方法

①改变金属的内部组织结构合金钢中含有合金元素，使组织结构发生变化，耐腐蚀。如:不锈钢。在钢铁中

加入一定比例的铭和银(14%~8%Cr,7%〜9%Ni),改变钢铁内部的组成和结构，可极大程度地提高钢铁

抗腐蚀性能，这就是常见的"不锈钢''(合金)。

②在金属表面覆盖保护层。常见方式有:涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等;用化学方法使金属表面钝化，形

成致密氧化膜;在表面镀一层有自我保护作用的另一种金属。

③电化学保护法:

a.外加电流的阴极保护法（阴极电保护法）：接上外加直流电源构成电解池，被保护的金属作阴极，利用电

解池的原理，如钢闸门接低压直流电源负极，石墨接电源正极做阳极，浸入水中。

b.牺牲阳极的阴极保护法:外加负极材料，构成原电池，被保护的金属作正极，利用原电池原理，如船壳上

镶嵌锌块。

1.【2022年广东卷】为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化

的3%NaCI溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是

A.加入AgNC>3溶液产生沉淀B.加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现

C.加入KSCN溶液无红色出现D.加入Ks[Fe（CN）6]溶液无蓝色沉淀生成

2.（2021•全国乙卷真题）沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放

下列叙述错误的是

A.阳极发生将海水中的C「氧化生成CL的反应

B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO

C.阴极生成的H,应及时通风稀释安全地排入大气

D.阳极表面形成的Mg（OH）2等积垢需要定期清理

3.（2020•江苏高考真题）将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的

情境中，下列有关说法正确的是

A.阴极的电极反应式为Fe-2e-=Fe?+

B.金属M的活