高考化学一轮复习 讲义大单元四 第十章 第34讲 原电池 常见化学电源(广东版)_第1页
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第34讲原电池常见化学电源[复习目标]1.理解原电池的工作原理。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.能够书写常见化学电源的电极反应式和总反应方程式。考点一原电池的构成及工作原理1.原电池的概念原电池是将化学能转化为电能的装置,其反应的实质是自发进行的氧化还原反应。2.原电池构成条件下列装置不能构成原电池的是(填序号)。

答案①③④(1)原电池构成的四大基本要素:电极反应、电极材料、离子导体、电子导体。(2)原电池构成条件:①两极的电势不同(存在电势差),有能自发的氧化还原反应。②形成闭合回路ⅰ.外电路:电极材料用导线连接或相接触。ⅱ.内电路(电解质溶液、熔融电解质、固态离子导体):提供能使阴、阳离子迁移的环境。3.原电池的工作原理(1)原电池模型(2)以铜锌双液原电池为例分析工作原理(图见2⑤),完成表格。电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn-2e-=Zn2+Cu2++2e-=Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由Zn片沿导线流向Cu片盐桥中离子移向盐桥中装有含饱和KCl溶液的琼脂,K+移向正极,Cl-移向负极盐桥作用①连接内电路,形成闭合回路;②平衡电荷,使原电池不断产生电流工作效率装置②中有部分Zn与Cu2+直接反应,使电池效率降低;装置⑤中使Zn与Cu2+隔离,电池效率提高,电流稳定4.原电池原理的应用(1)比较金属的活动性,在原电池中,一般较活泼的金属作负极(注意电解质溶液对电极反应的影响)。(2)加快化学反应速率,创造多个微电池反应环境,可加快反应(腐蚀)速率。(3)应用于金属防护。(4)设计原电池。①首先将氧化还原反应分成两个半反应。②根据原电池反应的特点,结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。[应用举例]根据反应2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2设计原电池,在方框中画出装置图,指出电极材料和电解质溶液,写出电极反应式:①不含盐桥②含盐桥负极:

正极:

答案①不含盐桥②含盐桥负极:Cu-2e-=Cu2+正极:Fe3++e-=Fe2+1.原电池内部电解质中的阴离子一定移向负极,阳离子一定移向正极()2.原电池中负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数()3.图1能验证锌与硫酸铜反应过程中有电子转移()4.图2能实现Cu+H2SO4=CuSO4+H2↑()答案1.√2.√3.√4.×一、原电池的构成及电极判断1.下列属于原电池装置的是。

对于原电池装置,分别指出各电极的名称:。

答案ABCA装置:Zn是负极,Ag2O是正极B装置:Pt(a)是负极,Pt(b)是正极C装置:Li是负极,FeS2是正极二、原电池的工作原理2.(2025·深圳模拟)Mg⁃AgCl电池是一种可被海水激活的贮备电池,电池放电时,下列说法不正确的是()A.Cl-由负极向正极迁移B.海水作电解质溶液C.Mg作负极发生氧化反应D.正极反应为AgCl+e-=Cl-+Ag答案A解析电池放电时,为原电池原理,阴离子由正极向负极迁移,A项错误;原电池负极发生氧化反应,Mg失电子,作原电池的负极,C项正确;原电池正极发生还原反应,AgCl得电子,生成Ag和Cl-,电极反应式为AgCl+e-=Cl-+Ag,D项正确。3.(2025·肇庆模拟)锂电池具有质量轻、能量密度高等优点,一种Li⁃CO2电池在放电时的原理为3CO2+4Li=2Li2CO3+C,电池结构如图所示。该电池放电时,下列说法不正确的是()A.Li+向正极迁移B.电子流向:锂金属片→外电路→碳纳米管C.正极反应:3CO2+4Li++4e-=2Li2CO3+CD.该电池可使用水溶液作电解液答案D解析放电时阳离子移向正极、阴离子移向负极,即Li+向正极迁移,故A正确;锂金属片一极为负极,碳纳米管一极为正极,放电时电子由负极经过导线流向正极,即电子流向:锂金属片→外电路→碳纳米管,故B正确;金属锂是活泼金属,能与水反应,则该电池不能使用水溶液作电解液,故D错误。三、电极反应式书写4.有如图所示的四个装置,回答相关问题:(1)图①中,Mg作极。

(2)图②中,Mg作极,写出负极反应式:,正极反应式:,总反应的离子方程式:。

(3)图③中,Fe作极,写出负极反应式:,正极反应式:,总反应的化学方程式:。

(4)图④装置能否构成原电池?(填“能”或“否”),若能构成原电池,正极为,电极反应式为(若不能构成原电池,后两问不用回答)。答案(1)负(2)正Al+4OH--3e-=[Al(OH)4]-2H2O+2e-=2OH-+H2↑2Al+2OH-+6H2O=2[Al(OH)4]-+3H2↑(3)正Cu-2e-=Cu2+NO3-+2H++e-=NO2↑+HCu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O(4)能CuO2+4e-+2H2O=4OH-电极反应式书写的一般方法考点二常见化学电源1.一次电池(干电池)负极反应式:Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2;正极反应式:MnO2+H2O+e-=MnO(OH)+OH-;总反应:Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2负极反应式:Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O;正极反应式:Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-;总反应:Zn+Ag2O=ZnO+2Ag2.二次电池铅酸蓄电池是一种常见的二次电池,总反应:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。(1)放电时:负极反应式:Pb+SO42--2e-=PbSO正极反应式:PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2放电时,当外电路上有2mole-通过时,溶液中消耗H2SO42mol。(2)充电时:阴极反应式:PbSO4+2e-=Pb+SO4阳极反应式:PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO4充电一段时间电解质溶液的pH减小(填“增大”“减小”或“不变”)。提醒充电时电极的连接:负接负作阴极,正接正作阳极。3.燃料电池燃料电池的种类很多。现以氢氧燃料电池(如图)为例来说明其工作原理。完成下表:介质酸性碱性负极反应式H2-2e-=2H+H2+2OH--2e-=2H2O正极反应式O2+4H++4e-=2H2OO2+2H2O+4e-=4OH-电池总反应式2H2+O2=2H2O注意燃料电池的电极不参加电极反应,通入的燃料在负极上发生氧化反应,O2在正极上发生还原反应。1.可根据电池内的电解质不同将干电池分为酸性电池和碱性电池()2.铅酸蓄电池放电时,正极与负极质量均增加()3.二次电池充电时,阴极连接电源的负极,发生还原反应()4.铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应()5.在原电池中,正极本身一定不参与电极反应,负极本身一定发生氧化反应()答案1.√2.√3.√4.×5.×一、二次电池原理分析及电极反应式书写1.(2025·深圳模拟)我国科学家研发了一种具有“氨氧化、析氢”双功能的Zn⁃NH3电池,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是()A.放电时,负极反应为Zn+4OH--2e-=Zn(OHB.充电时,阴极室电解质溶液pH增大C.复合石墨电极表面,放电时析出H2,充电时析出N2D.充电时,每生成3molZn,阳极室溶液质量减少28g答案D解析根据图示可知,放电时,锌在负极失去电子生成锌离子,与氢氧根离子结合生成Zn(OH)42-,电极反应式为Zn+4OH--2e-=Zn(OH)42-,复合石墨是正极,电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-,A正确;充电时,复合石墨电极是阳极,电极反应为2NH3·H2O-6e-+6OH-=N2↑+8H2O,Zn是阴极,电极反应为Zn(OH)42-+2e-=Zn+4OH-,当转移2mol电子时,生成4molOH-,有2molOH-透过阴离子交换膜移向右侧,故阴极室电解质溶液pH增大,B正确;由A、B项分析可知,复合石墨电极表面,放电时析出H2,充电时析出N2,C正确;充电时,每生成3molZn,转移6mol电子,阳极生成1mol氮气,同时会有6molOH-透过阴离子交换膜移向阳极室,故阳极室溶液质量增加6mol×17g·mol-1-1mol×282.已知镍镉二次电池(电解质溶液为KOH溶液)的总反应为Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。则放电时负极反应式为,正极反应式为;充电时阳极反应式为。

答案Cd+2OH--2e-=Cd(OH)22NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-2Ni(OH)2+2OH--2e-=2NiO(OH)+2H2O二次电池电极反应式的书写方法(1)将放电时正极电极反应式的反应物与生成物对调,“+ne-”改为“-ne-”,即可写出充电时阳极的电极反应式。(2)将放电时负极电极反应式的反应物与生成物对调,“-ne-”改为“+ne-”,即可写出充电时阴极的电极反应式。(3)若已知充电时阳极(或阴极)的电极反应式,也可以同理推出放电时正极(或负极)的电极反应式。二、燃料电池原理分析3.(2024·广东名校高三4月联考)某种氢燃料电池的内部结构如图,下列说法正确的是()A.左侧电极是负极,发生还原反应B.右侧电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-C.当有0.1mol电子通过导线时,左侧消耗标准状况下1.12L气体D.电子由左侧电极流出经用电器到达右侧电极,再由右侧电极经电解质溶液流回左侧电极形成闭合回路答案C解析左侧电极是负极,失电子发生氧化反应,A不正确;右侧电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O,B不正确;当有0.1mol电子通过导线时,左侧消耗H20.05mol,标准状况下为0.05mol×22.4L·mol-1=1.12L,C正确;电子不能经过电解质溶液,D不正确。4.(2024·广州模拟)微生物燃料电池能在较低的有机负荷下将化学能转化为电能,可用于有机污染的生物修复,其反应原理如图所示。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是()A.a极是电池负极B.电子从a极经电解质溶液流向b极C.H+向b极移动D.若“有机物”是甲烷,则a极每产生4.4gCO2,转移电子数为0.8NA答案B解析a电极上有机物转化为CO2,C元素化合价升高,失电子发生氧化反应,a极为负极,b极为正极;若“有机物”是甲烷,则a极电极反应式为CH4-8e-+2H2O=CO2↑+8H+,每产生4.4g即0.1molCO2,转移电子数为0.8NA,D正确。5.以甲醇为燃料,写出下列介质中的电极反应式。(1)酸性溶液(或含质子交换膜)正极:O2+4e-+4H+=2H2O,负极:CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+。(2)碱性溶液正极:O2+4e-+2H2O=4OH-,负极:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2(3)固体氧化物(其中O2-可以在固体介质中自由移动)正极:O2+4e-=2O2-,负极:CH3OH-6e-+3O2-=CO2+2H2O。(4)熔融碳酸盐(CO3正极(通入CO2):O2+4e-+2CO2=2CO3负极:CH3OH-6e-+3CO32-=4CO2+2H2已知总反应式的电极反应式的书写方法若已知总反应式时,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,即得到较难写出的另一极的电极反应式。1.(2023·广东,6)负载有Pt和Ag的活性炭,可选择性去除Cl-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解析由题图分析可知,Ag失去电子发生氧化反应,Ag为负极,A错误;电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt,B正确;溶液为酸性,故Pt表面发生的电极反应为O2+4H++4e-=2H2O,C错误;每消耗标准状况下11.2L的O2,转移2mol电子,最多去除2molCl-,D错误。2.(2025·广东,14)一种高容量水系电池示意图如图。已知:放电时,电极Ⅱ上MnO2减少;电极材料每转移1mol电子,对应的理论容量为26.8A·h。下列说法错误的是()A.充电时Ⅱ为阳极B.放电时Ⅱ极室中溶液的pH降低C.放电时负极反应为MnS-2e-=S+Mn2+D.充电时16gS能提供的理论容量为26.8A·h答案B解析根据题给已知信息可知,放电时,电极Ⅱ上MnO2减少,说明电极Ⅱ上MnO2得电子发生还原反应转化为Mn2+进入溶液中,故电极Ⅱ作正极,由于MnSO4溶液呈酸性,故电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O,放电时电极Ⅰ为负极,电极反应式为MnS-2e-=S+Mn2+。结合上述分析可知,充电时电极Ⅱ为阳极,A正确;结合放电时电极Ⅱ上的反应可知,Ⅱ极室溶液中c(H+)减小,溶液pH升高,B错误;充电时,电极Ⅰ上发生的电极反应式为S+Mn2++2e-=MnS,16gS的物质的量为0.5mol,完全反应可转移1mol电子,结合题干信息可知,16gS能提供的理论容量为26.8A·h,D正确。3.(2025·广东,16)某理论研究认为:燃料电池(图b)的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意图分别如图a和图c,其中O2获得第一个电子的过程最慢。由此可知,理论上()A.负极反应的催化剂是ⅰB.图a中,ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最低C.电池工作过程中,负极室的溶液质量保持不变D.相同时间内,电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数相同答案C解析由图a知,电极Ⅰ发生的反应为O2+4H++4e-=2H2O,故电极Ⅰ作正极,由图c知,电极Ⅱ发生的反应为H2-2e-=2H+,故电极Ⅱ作负极。结合上述分析知,正极反应的催化剂是ⅰ,A错误;由O2获得第一个电子的过程最慢知,ⅰ到ⅱ过程的活化能最大,B错误;H2进入负极失电子生成H+,为保持溶液呈电中性,H+通过质子交换膜向正极迁移,故负极室的溶液质量保持不变,C正确;根据正、负极的电极反应式及得失电子守恒知,相同时间内电极Ⅱ上催化循环完成次数为电极Ⅰ上的2倍,D错误。4.(2022·广东,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pH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;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,pH不变,故B错误、C正确;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课时精练[分值:50分](1~10题,每小题3分)1.(2025·深圳模拟预测)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,下列说法错误的是()A.石墨作电池的正极材料B.电池工作时,NH4C.MnO2发生氧化反应D.锌筒发生的电极反应为Zn-2e-=Zn2+答案C解析在酸性锌锰干电池中,石墨棒作正极,A正确;电池工作时,阳离子向正极移动,即NH4+向正极方向移动,B正确;MnO2在正极得电子,发生还原反应,2.某原电池装置如图所示,下列有关叙述正确的是()A.Fe作正极,发生氧化反应B.工作一段时间后,NaCl溶液中c(Cl-)增大C.负极反应:2H++2e-=H2↑D.工作一段时间后,两烧杯中溶液pH均不变答案B解析由题图可知,铁电极为原电池的负极,电极反应式为Fe-2e-=Fe2+,石墨电极是正极,电极反应式为2H++2e-=H2↑,A、C错误;原电池工作时,盐桥中的钾离子向正极移动,氯离子向负极移动,则氯化钠溶液中氯离子浓度增大,B正确;铁电极为原电池的负极,铁失去电子生成的亚铁离子水解使溶液呈酸性,溶液pH减小,石墨电极是正极,放电消耗氢离子,溶液pH增大,D错误。3.铅酸蓄电池是汽车常用的蓄电池,其构造如图所示。下列说法不正确的是()A.电池放电时,负极质量减轻B.电池放电时,c(H+)减小C.电池充电时总反应为2PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4D.铅酸蓄电池的缺点是笨重、比能量低答案A解析放电时,负极Pb失去电子转化为PbSO4,负极质量增加,A项错误;放电过程中消耗H2SO4,溶液中c(H+)减小,B项正确。4.燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4、C2H6等)与氧气(或空气)反应将化学能转变为电能的装置,若电解质溶液是强碱溶液,下列关于乙烷(C2H6)燃料电池的说法正确的是()A.通入5.6LO2完全反应后,有1mol电子发生转移B.负极反应式:C2H6+18OH-+14e-=2CO32-+12HC.该电池工作时,正极附近溶液的碱性增强D.燃料电池的优点之一是燃料反应时化学能全部转化为电能答案C解析气体所处的状态未知,不能计算5.6LO2的物质的量,故A错误;乙烷燃料电池中,负极上乙烷失去电子发生氧化反应,电解质溶液呈碱性,则其电极反应式为C2H6+18OH--14e-=2CO32-+12H2O,故B错误;该电池工作时,正极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-,生成OH-,正极附近溶液的碱性增强,故C正确;燃料的化学能不能全部转化为电能,还转化为热能等其他形式的能量,故5.如图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO43-+2I-+2H+⥬AsO33-+I2+H2O”设计成的原电池装置,其中C1、C2均为碳棒。甲组向图Ⅰ的烧杯中逐滴加入适量浓盐酸;乙组向图Ⅱ的下列叙述正确的是()A.甲组操作时,电流表指针发生偏转B.甲组操作时,溶液颜色变浅C.乙组操作时,C2作正极D.乙组操作时,C1上发生的电极反应式为I2+2e-=2I-答案D解析AsO43-+2I-+2H+⥬AsO33-+I2+H2O是可逆反应,正向、逆向的氧化剂、还原剂均为溶液。溶液一混合,离子直接发生氧化还原反应,不会在电极上得失电子,无法形成原电池。由于甲组未形成原电池,电流表指针不会发生偏转,A项错误;甲组加入盐酸,使反应AsO43-+2I-+2H+⥬AsO33-+I2+H2O平衡正向移动,I2增多,颜色加深,B项错误;向图Ⅱ的B烧杯中加入NaOH后,AsO43-+2I-+2H+⥬AsO33-+I2+H2O平衡逆向移动,此时的氧化剂I2在C1上发生得电子还原反应:I2+2e6.(2025·惠州模拟)某低成本储能电池原理如图,下列说法不正确的是()A.放电时,总反应为Pb+SO42-+2Fe3+=PbSO4B.充电时,阴极区电解质溶液pH减小C.充电时,阳极的电极反应为Fe2+-e-=Fe3+D.理论上每转移1mole-,负极室溶液质量减少48g答案D解析放电时,Pb/PbSO4电极为负极,电极反应为Pb-2e-+SO42-=PbSO4,多孔碳电极为正极,电极反应为Fe3++e-=Fe2+,根据得失电子守恒可知,总反应为Pb+SO42-+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+,A正确;充电时,H+通过质子交换膜由阳极室进入阴极室,故阴极区电解质溶液pH减小,B正确;分析可知,充电时,多孔碳电极为阳极,Fe2+失电子转化为Fe3+,电极反应为Fe2+-e-=Fe3+,C正确;放电时,Pb/PbSO4为负极,发生反应:Pb-2e-+SO42-=PbSO4,电路中每转移1mol电子,负极室溶液中有0.5molSO42-生成PbSO4,同时1molH+通过质子交换膜移向正极室,导致负极室溶液质量减少0.5mol×96g·mol-1+1mol×17.(2025·广东阶段练习)一种新型短路膜电池分离CO2,装置如图所示。下列说法不正确的是()A.正极电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-B.短路膜和常见的离子交换膜不相同,它不仅能传递离子,还可以传递电子C.负极反应消耗22.4L气体,理论上分离出1molCO2气体D.该装置用于空气中CO2的捕获,CO2最终由出口B流出答案C解析正极上O2得电子发生还原反应:O2+2H2O+4e-=4OH-,A正确;由图可知,短路膜中存在电子移动,和常见的离子交换膜不同,它既能传递离子,还可以传递电子,B正确;负极反应消耗22.4L气体(标准状况),物质的量是1mol,生成2molH+,发生反应:CO32-+H+=HCO3-、HCO3-+H+=CO2↑+H2O,生成1molCO2气体,但题干未说明气体所处的状态,C错误;由图可知,该装置用于空气中CO2的捕获,CO2→CO32-→HCO3-,H+与HC8.(2024·全国甲卷,12)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错误;放电时,Zn电极为负极,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,B错误;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为MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-,C正确;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,但正极上还有少量ZnMn2O4生成,因此,MnOOH的物质的量小于0.0209.(2025·清远模拟)如图是某科研小组研制电池的简单示意图。该电池工作原理可表示为2Na+FeCl2=Fe+2NaCl。下列有关该电池说法错误的是()A.实现了化学能向电能的转化B.电极b为正极C.熔融Na发生了还原反应D.电子由电极a经外电路流向电极b答案C解析该装置为原电池,实现了化学能向电能的转化,A正确;反应中Na失电子发生氧化反应,为负极,FeCl2中Fe2+得电子发生还原反应,为正极,B正确、C错误;电子由负极经外电路流向正极,D正确。10.(2024·新课标卷,12)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

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