原电池、化学电源-2025年高考化学一轮复习

考向20原电池化学电源

途典

【2022•广东卷】科学家基于C12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：

A.充电时电极b是阴极

B.放电时NaCl溶液的pH减小

C.放电时NaCI溶液的浓度增大

D.每生成ImolCl”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

质3骂（尸。J-2-=加色（尸。4）3+22+可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误；

C.放电时负极反应为N%82（尸。J-26-=M/耳（尸Oj+2Mf,正极反应为

C/2+2e-=2CP,反应后Na+和浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确;

D.充电时阳极反应为2c厂-2片=。乙1，阴极反应为

NaTi2（PO,\+2Na+2Q=Na3Ti2（PO4\,由得失电子守恒可知,每生成ImolCL,电极a

质量理论上增加23g/molx2moi=46g,故D错误；

答案选C。

组成原电池的条件

（I）。**丛的小H的金*（<片星,畲K单及或

ft9・电池电微方程式的玄耳金*《化，）件电及

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<2）二!叫1；出彳身一■的反应式.再用总反应

式做始解由另3的反色式.原电池原理

（3）段■网时玄写时注■使西稷电子。失用W.原电池

t.,Q早修传・•ft«At

朦电池的设计：电X收溶液般要能够。负极发生反

应.但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行.则左

右两个烧杯中的电解殖溶液应。电极MNII“相同的

RI*{-.（电池的电极0维导电）

谓值性小H的离#金”•如俾修修电港.仲伟负■・

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原电池舔!的应用

TI.随9反小4«*<•1**Z*3*4<•(AfhFi*

1.利用原电池原理册计新型化学电池；

/■♦<WM)4-/«M)4M«化7，，,《

2.改殳化学反应速率.如笺2室用忸储与修

・及腐制取■，；

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3.必行金H涵沙性发■比较；

（1WA普款溶液中比更&失电五用作负量.

4.电化学保把汝，即将金属伟力乘电泊的是畏

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知识点一原电池的工作原理及应用

i.原电池的工作原理

（1）概念和反应本质

原电池是把化学能转化为电能的装置。其本质是能自发进行的氧化还原反应。

（2）原电池的构成条件

一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生（一般是活动性强的金属与电解质

溶液反应）。

二看两电极：一般是活动性不同的两电极。

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（以铜锌原电池为例）

ZnSOa溶液CuSOa溶液

n

I.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-^=Zn2+Cu。++21=01

反应类型氧化反应还原反应

电子流向由迎片沿导线流向QL片

盐桥中离

盐桥含饱和KCI溶液，K+移向正极，cr移向负极

子移向

II.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.维持两电极电势差(平衡电荷)，使电池能持续提供电流。

m.原电池装置中的3个移动方向

①电子移向：电子从负极流出经外电路流入正极。

②电流方向：电流从正极流向鱼极。

③离子移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。

［名师点拨］(1)自发发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应，也可以是

电极与溶解的02等发生反应，如将铁与石墨相连插入食盐水中。

(2)无论是原电池还是电解池，电子均不能通过电解质溶液。

(3)双液铜锌原电池(带盐桥)比单液原电池的最大优点是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。

2.原电池原理的四大应用

(1)加快氧化还原反应的速率

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。例如，在Zn与稀

H2s04反应时加入少量CuS04溶液置换出的Cu能与Zn形成原电池使产生H2的反应速率加

快。

(2)比较金属活动性强弱

如有两种金属A和B,用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观

察到A溶解，而B上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，即可以断定金属活动性：

A>_B»

（3）设计制作化学电源

［拆分反应）~；而基冠还后反应办成两个小反应

」将还原剂（一般为比较活泼的金属）作负极，I

［活泼性比负极弱的金属或非金属导体作正极;

（如巢两个半反应分别在两个容器中进行（干间

一i连接盐桥），则两个容器中的电解质溶液应含

!有与电版材型相同的金属阳离子

_一塞吝函篆友友隔而正反或施展变酉「I

［标出电极材料名称、正负极、电解质溶液等：

实例：根据Cu+2Ag+=Cu2++2Ag设计电池：

e-

AgNC(3溶液AgN03溶液CuS04溶液

（4）用于金属的防护（牺牲阳极的阴极保护法）

使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢

铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。

知识点二常见的化学电源

1.一次电池一不能充电复原继续使用

（1）碱性锌镐干电池

正极反应：2MnC)2+2H2O+21=2MnO(OH)+20^；

负极反应：Zn+20IT—21』Zn(0H)2；

总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(0H)2。

⑵锌银电池

浸有KOH(aq)的隔板金属外壳

仔、锌内极.

［Ag20正极

负极反应：Zn+2OH——2/—Zn(OH)2；

-

正极反应：Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH；

总反应：Zn+Ag2。+H2O=Zn(OHH+2Ag。

(3)锂电池

Li-SOCL电池可用于心脏起博器，该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是

LiAlCl4-SOCl2,电池总反应可表示为4Li+2soeb==4LiCl+SO2T+S。其中负极材料是Li，

电极反应为4Li—4-=4Li+,正极反应为2soeb+4e-—SO2T+S4+4C「。

2.二次电池——放电后能充电复原继续使用

铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是圆一，正极材料是PbO2。总反应为Pb(s)+

放申

PbO2(s)+2H2SO4(aq)充电2PbSO4(s)+2H2O(l)o

/HzSOMaq)

PbC)2(正极)

Pb(负极)

［名师点拨］可充电电池充电时原来的负极发生还原反应(生成原来消耗的物质)，即作

阴极，连接电源的负极；同理，原来的正极连接电源的正极作阳极，简记为负连负，正连正。

3.“高效、环境友好”的燃料电池

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，分为酸性和碱性两种。

种类酸性碱性

2H2+4OH——4。

负极反应式2H2—41^=4H，

=4H2(J

O2+4H+4e2H2O+C)2+4e

正极反应式

=2H2。=40lT

电池总反应2H2+O2=2H2O

［名师点拨］（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，介质的酸碱性对半反应及总

反应书写的影响。

知识点三电极反应式的书写

1.原电池电极反应式的书写

书写电极反应式时，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电极反应式。

（1）书写步骤

河西圃_/负极发生氧化反应1_参加反应的微粒

做责一］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

|看环凰电极产物”即H+、OH-、H2。等是否

惊等恒I参加反应

【遵守电荷守恒、质量守恒、电子守恒

襄H一两电极反应式相加，与总反应式对照验证

（2）书写方法

①拆分法

a.写出原电池的总反应，如2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+。

b.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、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应：

正极：2Fe3++2e-^=2Fe2+

负极：Cu—2e-^=Cu2+

②加减法

a.写出总反应，如Li+LiMn2O4^=Li2Mn2O4□

b.写出其中容易写出的一个半反应（正极或负极），如Li—=Li+（负极）。

c.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LiMmCU+

Li++e-=^=Li2Mn2C）4（正极）。

2.燃料电池电极反应式的书写

第一步：写出燃料电池反应的总反应式

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+2H2。①

C02+2NaOH=Na2CO3+H2O②

①式+②式得燃料电池总反应式为

CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O。

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：

。2+4H++4e=2H2O；

②碱性电解质溶液环境下电极反应式：

Ch+2H2。+4e=4OH；

③固体电解质（高温下能传导CP1环境下电极反应式：02+45=2。2-；

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。

［名师点拨］燃料电池中产物的判断：

碱性介质：C―>C0f,其余介质：c—>co2；

+

酸性介质：H—>H,其余介质：H—>H2OO

1.某原电池装置如图所示。下列有关叙述中正确的是（）

&

NaCl溶液稀HzS04

（盐桥中装有含琼脂的KC1饱和溶液）

A.电池工作时，盐桥中的C「向负极移动

B.负极反应式：2H++2［=H2T

C.工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不变

D.Fe作正极，发生氧化反应

2.锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有

关叙述中正确的是（）

A.铜电极上发生氧化反应

B.电池工作一段时间后，甲池中的c（SO7）减小

C.电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加

D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡

3+

3.某学习小组的同学查阅相关资料得到氧化性：Cr20f>Fe,设计了如图所示的盐

桥原电池。盐桥中装有含琼脂的饱和K2s04溶液。下列叙述中正确的是（）

A.甲烧杯的溶液中发生还原反应

B.外电路的电流方向是从b极到a极

C.电池工作时，盐桥中的S07移向乙烧杯

D.乙烧杯中的电极反应式为2Cr3++7H2。-6。=。2。1+14H+

4.某原电池以银、伯为电极，用含Ag+的固体作电解质，Ag+可在固体电解质中自由

移动。电池总反应式为2Ag+C12==2AgCl。利用该电池可以测定空气中CL的含量。下列

说法中错误的是（）

A.空气中c（CL）越大，消耗Ag的速率越快

B.钳极的电极反应式为Cb+2e-+2Ag+=2AgCl

C.电池工作时电解质中Ag+总数保持不变

D.电子移动方向：银—固体电解质—柏

5.最近科学家研制的一种新型“微生物电池”可以将污水中的有机物转化为H20和C02,

同时产生电能，其原理示意如图。下列有关该电池的说法中正确的是（）

co2_r

H2O*^>

微生物一

X

X

C6H12。6―►XP*HO

溶液-LX2

石墨:质子交换膜氧化银

A.氧化银电极上的反应为Ag2（3+2e—^=2Ag+C）2-

+

B.石墨电极上的反应为C6HI2O6+6H2O+24e-=6CO2T+24H

C.每转移4moi电子，氧化银电极产生22.4LCO2气体（标准状况）

D.每30gC6Hl2。6参与反应，有4moiH+经质子交换膜进入正极区

1.（广东省茂名市五校联盟2021-2022学年高三下学期第三次联考）新型化学电池

Zn-K2FeO4,能量密度大、体积小、重量轻、寿命长、无污染。下列关于其放电时的说法错

误的是

A.负极发生失电子的氧化反应B.将化学能转化为电能

C.K?FeC）4在正极得电子D.阳离子向负极移动

2.（河南省大联考2022届高三第三次模拟）我国科学家成功研制出CO?/Mg二次电池，在

潮湿条件下的放电原理为2Mg+3co2+2-。=2Mge（V旦。+。模拟装置如图所示（已知放

电时，Mg?+由负极向正极迁移）。下列说法正确的是

A.放电时，电流由镁极经外电路流向石墨极

B.放电时，正极的电极反应式为3co2+2Mg2++2H2O+4e-=2MgC（VH2O+C

C.充电时，阴极上放出CO2,发生还原反应

D.充电时，当阳极质量净减12g时，转移了4moi电子

3.（甘肃省2022届高三第二次高考诊断考试）钠离子电池有耐低温。价格低廉，对环境

友好等特点，因而具有巨大的市场前景。某水系钠离子二次电池反应为：

放电

2NaFePO4F+Na3Ti2(PO4)32Na2FePO4F+NaTi2(PO4)31其装置如图所示。下列说法不正确的

充电

b极

NaFePO4F

+

B.放电时b极上的电极反应为NaFePO4F+e-+Na=Na2FePO4F

C.理论上，该电池在充电或放电过程中溶液中的c(Na+)不变

D.当电路中有0.2mole-通过时，通过交换膜的离子数目为O.INA

4.(广东省佛山市2021-2022学年高三上学期普通高中第一次教学质量检测)一款新型-空

气电池装置如图所示、该电池利用“多孔”石墨电极形成空气通道，放电时生成的Na(X填充

在“空位”中，当“空位”填满后，放电终止。下列说法正确的是

空位

催化剂软体

催化剂

A.a极为电池正极

+

B.b极发生电极反应：xO2+2e-+2Na=2NaOx

C.选用“多孔”石墨电极是为了增加“空位”，提高电池能量存储

D.理论上a极每减重46g,则b极消耗氧气约22.4L

5.(广东省珠海市2022届高三上学期摸底测试)脱(N2H4)燃料电池是一种理想的电池，产

物无污染，其工作原理如图所示，下列叙述正确的是

N2H4

NaOHNaOH

X

A.当消耗ImolCh时，负极生成Imol气体

B.电池工作时，负极的pH升高

C.正极反应为Oz+4e-+4H+=2氏0

D.X最好用阴离子交换膜

1.（2022・湖南卷）海水电池在海洋能源领域备受关注，・种锂-海水电池构造示意图如下。

下列说法错误的是

隔膜玻璃陶瓷

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+H2?

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

2.（2022•全国甲卷）一种水性电解液Zn-MnOo离子选择双隔膜电池如图所示（KOH溶液中,

Z/+以Zn（OH）j存在）。电池放电时，下列叙述错误的是

MnCh电极离子选择隔膜Zn电极

-H2s04溶液

IIIIII

A.n区的K+通过隔膜向iii区迁移

B.i区的so：通过隔膜向n区迁移

+2+

C.MnC)2电极反应：MnO2+2e-+4H=Mn+2H2O

+2+

D.电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H=Zn(OH)t+Mn+2H2O

3.（2019上海高考真题）关于下列装置，叙述错误的是（）

A.石墨电极反应O2+4H++4e—2H2。

B.鼓入少量空气，会加快Fe的腐蚀

C.加入少量NaCl,会加快Fe的腐蚀

D.加入HC1,石墨电极反应式：2H++2e—H2T

4.（2018浙江高考真题）锂（Li）—空气电池的工作原理如图所示下列说法不歪理的是

A.金属锂作负极，发生氧化反应

B.Li+通过有机电解质向水溶液处移动

C.正极的电极反应：O2+4e-==2O2-

D.电池总反应：4Li+O2+2H2O==4LiOH

5.（2017浙江高考真题）金属（M）-空气电池的工作原理如图所示。下列说法不乖确的是

A.金属M作电池负极

B.电解质是熔融的MO

C.正极的电极反应。2+41+2H2。=40H

D.电池反应2M+C>2+2H2C)=2M(C)H)2

基础练

1.【答案】A

【解析】根据原电池工作原理，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，盐桥的作用是

构成闭合回路和平衡两烧杯中的电荷，所以C「向负极移动，故A正确；铁作负极，负极反

应式为Fe—21^=Fe?+,正极反应式为2H++21^=1123故B错误；左烧杯中pH基本不

变，右烧杯中消耗H+,c(H+)减小，pH增大，故C错误；电池总反应式为Fe+2H+-Fe2

++H2T，铁作负极，发生氧化反应，故D错误。

2.【答案】C

【解析】活泼金属锌作负极，铜作正极，铜电极上发生还原反应，故A错误；电池工

作一段时间后，甲池中的c(SO1)不变，故B错误;铜电极上发生电极反应:Cu2++2e-=Cu,

同时Zn2+通过阳离子交换膜从甲池移向乙池，由电荷守恒可知，乙池中每析出ImolCu,

则有1molZn2+从甲池移向乙池，因为M(Zn)>M(Cu),所以乙池溶液的总质量增加，故C正

确；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，阴离子不能通过阳离子交换膜，故D错误。

3.【答案】B

【解析】由于氧化性：CnOf>Fe3+,即CnO1可以将Fe?+氧化为Fe3+,故在原电池

中，Fe2+失电子被氧化，则a极为负极；Cr2Of得电子被还原，则b极为正极。Fe?+失电

子被氧化，即甲烧杯的溶液中发生氧化反应，A错误；外电路中电流由正极流向负极，即由

b极流向a极，B正确；原电池中，阴离子移向负极，则SO7移向甲烧杯，C错误；乙烧

+3+

杯中CnO>得电子被还原，则电极反应式为Cr2。1+6e-+14H=2Cr+7H2O,D错

误。

4.【答案】D

【解析】c(C12)越大，反应速率越快，则消耗银的速率也越快，A正确；银比钳活泼，

钳作正极，C12在粕上得到电子发生还原反应生成c「，再与电解质中的Ag+结合，电极反

应式为Cb+2e-+2Ag+^=2AgCLB正确；根据电池总反应式可知，电解质中Ag+总数保

持不变，C正确；原电池中，电子从负极经过外电路的导线流向正极，电子不能通过电解质，

故电子移动方向应是银一外电路导线一的，D错误。

5.【答案】D

【解析】C6Hl2。6在微生物作用下转化为CO2和H2O,C6Hl2。6被氧化，即石墨电极为

负极，氧化银电极为正极，Ag20发生得电子的还原反应，电极反应式为Ag2O+2H++2b

^=2Ag+H2。，故A错误；石墨电极为负极,C6Hl2。6在负极发生失电子的氧化反应:C6Hl2。6

-+

+6H2O-24e=6CO2T+24H,故B错误；根据负极的电极反应式可知，每转移4moi电

子，石墨电极产生22.4LCC)2(标准状况)，故C错误；30gC6Hl2。6的物质的量为一30g

180gmol1

mol,根据B项负极的电极反应式可知，每30gC6Hl2。6参与反应，有4moiH卡经质

6

子交换膜进入正极区，故D正确。

提升练

1.【答案】D

【详解】

A.原电池放电时，负极发生失电子的氧化反应，A正确；

B.原电池放电过程是将化学能转化为电能，B正确；

C.新型化学电池Zn-KFeO”中，Zn作负极，KFeO,在正极得电子，C正确；

D.原电池放电时，电解质中的阳离子向正极移动，D错误；

故答案为：D。

2.【答案】B

【分析】

该装置为电池装置，根据放电原理，Mg的化合价升高，Mg电极为负极，石墨为正极，据

此分析；

【详解】

A.放电属于原电池，电流的方向是由正极经外电路流向负极，即电流由石墨经外电路流向

镁极，故A错误；

B.放电时，Mg2+由负极向正极迁移，根据在潮湿条件下的放电原理，正极反应式为3c02

2+

+2Mg+2H2O+4e-=2MgCO3-H2O+C,故B正确；

C.充电时，电池的正极接电源的正极，电池的负极接电源的负极，充电时，石墨为阳极，

阳极电极反应式为2MgeO3-H2O+C—4e-=3CO2+2Mg2++2H2O,故C错误；

D.根据C选项分析，充电时，阳极上质量减少的是2[MgCO3-H2O]和C,即当阳极质量净

减(2xl02+12)g=216g时，转移电子物质的量为4mol,故D错误；

答案为B。

3.【答案】D

【分析】

放电

由2NaFePO4F+Na3Ti2（PO4）3U2Na2FePO4F+NaTi2（PO4）3可知Ti元素化合价由+3价变为+4

充电

价、Fe元素化合价由+3价变为+2价，所以放电过程中NaFePCUF得电子发生还原反应，电

+

极反应为：NaFePO4F+e-+Na=Na2FePO4F,Na3Ti2（PC）4）3失电子发生氧化反应，电极反应为：

+

Na3Ti2（PO4）3-2e-=Na3Ti2（PO4）3+2Na,所以左侧电极a为负极、右侧电极b为正极，充电时

原来的负极为阴极、原来的正极作阳极，据此分析解题。

【详解】

A.由分析可知，充电时a与电源负极相连为阴极，A正确；

B.由分析可知，放电时b极为正极极，发生还原反应，其电极反应为

+

NaFePO4F+e-+Na=Na2FePO4F,B正确；

C.由分析可知，正、负极上有Na+的结合和释放，则交换膜为阳离子交换膜，Na+可以自由

通过，电路上通过1mol电子，则有1mol的Na+经过交换膜，则理论上，该电池在充电或放

电过程中溶液中的c（Na+）不变，C正确；

D.由C项分析可知，交换膜为阳离子交换膜，Na+可以自由通过，则当电路中有0.2mole-

通过时，通过交换膜的离子数目为0.2NA,D错误；

故答案为：D。

4.【答案】B

【详解】

A.在a电极上Na失去电子变为Na+,发生氧化反应，所以a电极为负极，A错误；

B.在b电极上。2得到电子，与Na+结合形成NaOx,所以b电极为正极，电极反应式为：

xO2+2e-+2Na_=2NaOx,B正确；

C.选用“多孔”石墨电极是为了增加“空位”，增大电势差，而与电池能量存储大小无关，C

错误；

D.理论上a极每减重46g,反应消耗2moiNa,反应过程中转移2moi电子，但b电极上

未指明通入的02所处的外界条件，因此不能确定消耗的02的体积大小，D错误；

故合理选项是B。

5.【答案】A

【详解】

A.负极N2H4失电子生成N2,当消耗ImolCh时转移4moi电子，根据电子守恒，负极生成

lmolN2,故A正确；

B.电池工作时，负极反应式是NzE-4"+4011-=2+4凡0,负极的pH降低，故B错

误；

C.根据图示，正极生成氢氧化钠，正极反应为O2+4e-+2H2O=4OH\故C错误；

D.负极通入氢氧化钠，正极流出氢氧化钠，X最好用阳离子交换膜，故D错误；

选Ao

真题练

1.【答案】B

【解析】锂海水电池的总反应为2Li+2H2O=2LiOH+H2t