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专题19 原电池 化学电源 常考点归纳与变式演练 学案 高中化学 二轮复习 人教版（2022年）
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这是一份专题19 原电池 化学电源 常考点归纳与变式演练 学案 高中化学 二轮复习 人教版（2022年），共19页。
专题19 原电池 化学电源
1.原电池的应用主要考查原电池的设计、电化学腐蚀及解释某些化学现象等，主要以选择题、填空题形式出现。
2.考查原电池工作原理往往以新型能源电池或燃料电池为载体，考查原电池正负极的判断、电极反应的书写、电子或电流的方向及溶液pH的变化等。
热点题型一：原电池的工作原理
热点题型二：原电池的工作原理的应用
热点题型三：常见化学电源
热点题型四：电极反应式的书写
热点题型一：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)
（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－===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
盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
（2）盐桥的组成：盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。
（3）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。
4.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：电流从正极流向负极。
（3）离子移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。（正向正，负向负）。
注意：(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O2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。（电子不下水）
(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。
【例1】LED(Light Emitting Diode)，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法错误的是
A．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换
B．铜片上发生的反应为：2H＋+2e―＝H2↑
C．如果将硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动
D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变
【答案】C
【解析】A．原电池把化学能转化为电能，电能又转化为光能，即装置中存在“化学能→电能→光能”的转换，故A正确；B．锌的金属性强于铜，锌是负极，铜是正极，溶液中的氢离子在正极放电，即铜片上发生的反应为：2H＋+2e―＝H2↑，故B正确；C．如果将硫酸换成柠檬汁，仍然可以构成原电池，因此导线中会有电子流动，故C错误；D．铁的活泼性大于铜，如果将锌片换成铁片，仍然是铜作正极，铁作负极，所以电路中的电流方向不变，故D正确；选C。
【例2】如图为铜锌原电池示意图。下列说法正确的是
A．铜片释放的电子经导线流向锌片
B．若盐桥中含 KCl 饱和溶液的琼脂，电池工作时，K+移向 ZnSO4溶液
C．若将盐桥用铜丝替换，电流表的指针不会偏转
D．电池工作时，该装置中 Zn 为负极，发生氧化反应
【答案】D
【解析】A．铜片为正极，在此装置中不能释放电子，A不正确；B．电池工作时，Zn电极失电子生成Zn2+进入ZnSO4 溶液中，盐桥中的Cl-应移向此电极，B不正确；C．若将盐桥用铜丝替换，则左侧烧杯内构成原电池，右侧烧杯内构成电解池，电流表的指针仍会发生偏转，C不正确；D．由分析可知，电池工作时，该装置中 Zn 为负极，失电子生成Zn2+，发生氧化反应，D正确；故选D。
【变式1】习近平总书记提出：“绿水青山就是金山银山”。现利用如图所示装置对工业废气、垃圾渗透液进行综合治理并实现发电。下列有关说法正确的是
A．M为正极 B．高温下有利于原电池工作
C．NO在N极上失去电子 D．放电过程中，H＋由M极区向N极区移动
【答案】D
【解析】NH3在M极上失电子生成N2，故M极为负极，硝酸根在N极上的电子生成N2，故N极为原电池的正极，原电池中阳离子向正极移动，故H＋由M极区向N极区移动。A．根据分析两电极的物质转化，可判断电极M为负极，电极N为正极，故A错误；B．该治理过程有硝化细菌的参与，不能在高温下进行，故B错误；C．NO在N极上得电子，故C错误；D．放电过程中，H＋由M极区向N极区移动，故D正确；故答案为D。
【变式2】如图为原电池的装置示意图。
(1)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成原电池，这两个原电池中，作负极的分别是_______(填字母)。
A.铝片、铜片 B.铜片、铝片 C.铝片、铝片 D.铜片、铜片
写出插入烧碱溶液中形成的原电池的负极反应式：____。
(2)若A、B均为铂片，电解质溶液为NaOH溶液，分别从A、B两极通入H2和O2，该电池即为氢氧燃料电池，写出A电极反应式：____。该电池在工作一段时间后，溶液的碱性将____(填“增强”、“减弱”或“不变”)
(3)若A、B均为铂片，电解质溶液为H2SO4溶液，分别从A、B两极通入CH4和O2，该电池即为甲烷燃料电池，写出A电极反应式：___。若该电池反应消耗了6.4gCH4，则转移电子的数目为____。
【答案】（1）B Al-3e-+4OH-＝AlO+2H2O
（2）H2+2OH--2e-＝2H2O 减弱
（3）CH4-8e-+2H2O＝CO2+8H+ 3.2NA
【解析】(1)铝片和铜片用导线相连，插入浓硝酸中，金属铝钝化，Cu作负极、Al作正极；铝片和铜片用导线相连，插入烧碱溶液中，铝和氢氧化钠溶液反应，Al作负极、Cu为正极，Al元素失去电子在碱性溶液中以AlO存在，故电极反应为Al-3e-+4OH-＝AlO+2H2O，故答案为：B；Al-3e-+4OH-＝AlO+2H2O；
(2)若A、B均为铂片，电解质为NaOH溶液，分别从A、B两极通入H2和O2，该电池即为氢氧燃料电池，A为负极，负极电极反应式为H2+2OH--2e-＝2H2O；该电池在工作一段时间后，NaOH溶液的浓度减小，溶液的碱性将减弱，故答案为：H2+2OH--2e-＝2H2O；减弱；(3)若A、B均为铂片，电解质溶液为H2SO4溶液，分别从A、B两极通入CH4和O2，该电池即为甲烷燃料电池，A电极为负极，负极反应式为CH4-8e-+2H2O＝CO2+8H+；若该电池反应消耗了6.4gCH，甲烷的物质的量是6.4g÷16g/mol＝0.4mol，则转移电子的数目为0.4×8×NA=3.2NA，故答案为：CH4-8e-+2H2O＝CO2+8H+；3.2NA。
“异常”原电池原理的深度分析
(1)铝铜浓硝酸电池
初期，活泼金属铝作负极被氧化，由于铝表面很快形成致密氧化物薄膜阻止反应继续进行，使铝钝化，钝化铝作正极，铜被浓硝酸氧化，作负极。
电极反应：铜（-）：Cu－2e－===Cu2＋；钝化铝（+）：2NO＋2e－＋4H＋===2NO2↑＋2H2O。
(2)镁铝烧碱溶液电池
镁不溶于烧碱，铝单质可溶于烧碱，铝作负极，镁作正极。
电极反应，铝（-）：2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O；镁（+）：6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－。
热点题型二：原电池的工作原理的应用
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H2SO4反应时加入少量CuSO4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：AB。
3.设计制作化学电源
实例：根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：
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。
【例1】现有A、B、C、D四种金属片：①把A、B用导线连接后同时浸入稀硫酸中，B表面逐渐溶解；②把C、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中，C发生氧化反应；③把A、C用导线连接后同时浸入稀硫酸中，电子流动方向为A→导线→C
根据上述情况，下列说法中正确的是
A．在①中，金属片B发生还原反应
B．在②中，金属片C作正极
C．上述四种金属的活动性由强到弱的顺序是：A>B>C>D
D．如果把B、D用导线连接后同时漫入稀硫酸中，则金属片D上有气泡产生
【答案】D
【解析】A．①把A、B用导线连接后同时浸入稀硫酸中，B表面变黑并逐渐溶解；则活动性B>A，B发生氧化反应，A错误；B．在②中，由于金属片C发生氧化反应，所以C作负极，B错误；C．②把C、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中，C发生氧化反应；则活动性C>D；③把A、C用导线连接后同时浸入稀硫酸中，电子流动方向为A→导线→C，则活动性A>C，所以四种金属活动性由强到弱的顺序是：B>A> C>D，C错误；D．如果把B、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中，由于活动性B> D，则金属片D作正极，在D上氢离子得到电子产生氢气，所以有气泡产生，D正确；答案选D。
【例2】钢铁的牺牲阳极的阴极保护法如图所示。将金属M与钢铁设施连接，可减缓钢铁设施的腐蚀。下列说法错误的是
A．该保护法是利用了原电池原理 B．电子从钢铁设施沿导线流到金属M
C．金属M发生的反应：M-ne-→Mn+ D．钢铁设施因电子流入而被保护
【答案】B
【解析】A．牺牲阳极的阴极保护法实际利用的是原电池原理，即连接一个更活泼的金属M从而保护钢铁，形成原电池，更活泼的金属作负极失电子被腐蚀，A正确；B．根据保护原理，金属M的活泼性比钢铁强，作负极被腐蚀，故电子从金属M经导线流向钢铁设施，B错误；C．金属M作负极失电子：M-ne-→Mn+，C正确；D．钢铁设施因电子流入，作正极，其表面会积累大量电子，故其自身不容易失电子，所以被保护，D正确；故答案选B。
【变式1】在日常生活中，我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众多的金属腐蚀现象。可以通过下列装置所示实验进行探究。下列说法正确的是
A．按图Ⅰ装置实验，为了更快更清晰地观察到液柱上升，采用下列方法：用酒精灯加热左边的具支试管
B．图Ⅲ装置的总反应为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑
C．图Ⅱ是图Ⅰ所示装置的原理示意图，图Ⅱ的正极材料是铁
D．铝制品表面出现白斑可以通过图Ⅲ装置进行探究，Cl-由活性炭区向铝箔表面区迁移，并在铝箔上发生电极反应：2Cl--2e-=Cl2↑
【答案】B
【解析】A．具支试管内气体受热压强增大，部分气体溢出，冷却后，气体压强减小，不能更快更清晰地观察到液柱上升，A错误；B．正极与负极反应式相加得到图Ⅲ装置的总反应为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑，B正确；C．负极材料为铁，正极为碳棒，C错误；D．铝箔为负极，反应式为：4Al-12e-=4Al3+，碳棒为正极，反应式为：3O2+12e-+6H2O=12OH-，D错误；答案选B。
【变式2】为验证反应Fe3＋＋Ag⇌Fe2＋＋Ag＋，利用如图电池装置进行实验。
(1)由Fe2(SO4)3固体配制500 mL 0.1 mol·L－1 Fe2(SO4)3溶液，需要的仪器有胶头滴管、量筒、烧杯、玻璃棒、500 mL容量瓶、____(填写名称)；在烧杯中溶解固体时，先加入一定体积的____稀溶液，搅拌后再加入一定体积的水。
(2)电流表显示电流由银电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入____电极溶液中。
(3)根据(2)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为_______，银电极的电极反应式为_______。因此，Fe3＋氧化性小于____。
(4)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。如果盐桥中电解质为KNO3，反应一段时间后，可以观察到电流表指针反转，原因是_______。
【答案】（1）药匙、托盘天平 硫酸
（2）银
（3）Fe2＋－e－=Fe3＋ Ag＋＋e－=Ag Ag＋
（4）原电池反应使c(Fe3＋)增大，同时NO进入石墨电极酸性溶液中，氧化亚铁离子，
c(Fe3＋)又增大，致使平衡正向移动
【解析】(1)由固体配制500 mL一定物质的量浓度的溶液，整个过程需要的仪器有托盘天平、药匙、胶头滴管、量筒、烧杯、玻璃棒、500 mL容量瓶。Fe2(SO4)3为强酸弱碱盐，在溶解固体时，应在烧杯中先加入一定体积的稀硫酸，以防止Fe3＋水解。故答案为：药匙、托盘天平；硫酸；(2)电流表显示电流由银电极流向石墨电极，则银电极为正极。由原电池的工作原理可知，阳离子向正极移动，即盐桥中的阳离子进入银电极溶液中。故答案为：银；(3)石墨电极为负极，电极反应式为Fe2＋－e－=Fe3＋。银电极为正极，电极反应式为Ag＋＋e－=Ag。电池的总反应为Ag＋＋Fe2＋=Fe3＋＋Ag，由此可知Ag＋的氧化性大于Fe3＋。故答案为：Fe2＋－e－=Fe3＋；Ag＋＋e－=Ag；Ag＋；(4)随着原电池反应Ag＋＋Fe2＋=Fe3＋＋Ag的进行，溶液中c(Fe3＋)增大，当盐桥中电解质为KNO3时，NO进入石墨电极酸性溶液中，氧化亚铁离子，c(Fe3＋)又增大，致使Fe3＋＋Ag⇌Ag＋＋Fe2＋平衡正向移动，故一段时间后，可观察到电流表指针反转。故答案为：原电池反应使c(Fe3＋)增大，同时NO进入石墨电极酸性溶液中，氧化亚铁离子，c(Fe3＋)又增大，致使平衡正向移动。
原电池的工作原理简图
(1)若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。
(2)若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。
热点题型三：常见化学电源
1．一次电池——不能充电复原继续使用
(1)碱性锌锰干电池
正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－；负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
(2)锌银电池
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
(3)锂电池
LiSOCl2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LiAlCl4SOCl2，负极反应：4Li－4e－===4Li＋
正极反应：2SOCl2＋4e－===SO2↑＋S↓＋4Cl－
总反应： 4Li＋2SOCl2===4LiCl＋SO2↑＋S。
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，正极材料是PbO2。
总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
注意：
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
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
电池总反应
2H2＋O2===2H2O
注意：
(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。
【例1】锌—空气电池(原理如图)适宜用作城市电动车的动力电源，该电池放电时转化为。该电池工作时下列说法不正确的是
A．多孔板的目的是增大与空气的接触面积
B．该电池的负极反应为
C．该电池放电时向石墨电极移动
D．外电路电子由电极流向石墨电极
【答案】B
【解析】A．石墨电极作为正极，多孔板可以增大与空气的接触面积，故A正确；B．Zn电极为负极，该电池的负极反应为，故B错误；C．原电池阳离子移向正极，该电池放电时向石墨电极移动，故C正确；D．外电路电子由负极流向正极，所以电子由电极流向石墨电极，故D正确；故答案为B。
【例2】下图为氢氧原料电池工作原理装置示意图，有关说法错误的是
A．该装置能把化学能转化为电能
B．a、b电极材料不参与电极反应
C．a电极为正极，电极反应式为H2－2e－＝2H＋
D．电池总反应为：2H2＋O2＝2H2O
【答案】C
【解析】A．氢氧原料电池，是把化学能转化为电能，故A正确；B．氢氧原料电池是氢气和氧气在原电池中参与反应，因此a、b电极材料不参与电极反应，故B正确；C．电极反应式为H2－2e－＝2H＋，因此a电极为负极，故C错误；D．根据氢氧原料电池得到电池总反应为：2H2＋O2＝2H2O，故D正确。
综上所述，答案为C。
【例3】利用原电池原理，各种化学电池应运而生。某单液二次电池(如图所示)，其反应原理为H2+2AgCl2Ag+2HCl。下列说法正确的是
A．放电时，正极的电极反应为AgCl+e−=Ag+Cl−
B．放电时，电子从左边电极经溶液移向右边电极
C．充电时，右边电极与电源的负极相连
D．充电时，每生成1molH2，溶液质量增加216g
【答案】A
【解析】A．AgCl难溶于水，由上述分析可知，放电时正极反应为AgCl+e−=Ag+Cl−，故A正确；B．电子不能进入溶液中，溶液中离子做定向移动，故B错误；C．由上述分析可知，充电时，右边电极与电源的正极相连，故C错误；D．充电时阳极(右侧Pt电极)反应为Ag+Cl−-e−=AgCl，阴极(左侧Pt电极)反应为2H++2e−=H2↑，每生成1molH2，溶液中有2molCl−转化为AgCl沉淀，即电解质溶液中会减少2molHCl，则减少的质量为73g，故D错误；答案选A。
【变式1】微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如下图所示，下列说法正确的是
A．电子从b流出，经外电路流向a
B．HS—在硫氧化菌作用下转化为SO的反应是：HS—+4H2O—8e—=SO+9H+
C．该电池在高温下进行效率更高
D．若该电池有0.4mol电子转移，则有0.45molH+通过质子交换膜
【答案】B
【解析】A．由分析可知，电极b是电池的正极，a是负极，则电子从a流出，经外电路流向b，故A错误；B．由分析可知，电极a为微生物燃料电池的负极，在硫氧化菌作用下，硫氢根离子在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子，电极反应式为HS—+4H2O—8e—===SO+9H+，故B正确；C．微生物的主要成分是蛋白质，若电池在高温下进行，蛋白质会发生变性，微生物的催化能力降低，电池的工作效率降低，故C错误；D．由分析可知，正极的电极反应式为O2+4e—+4H+===2H2O，则当电池有0.4mol电子转移时，负极区有0.4mol氢离子通过质子交换膜加入正极区，故D错误；故选B。
【变式2】电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如下。下列说法不正确的是
A．O2在电极b上发生还原反应
B．溶液中OH-向电极a移动
C．反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4：5
D．负极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O
【答案】C
【解析】A．b电极为正极，氧气在电极b上得电子，发生还原反应，A正确；B．原电池中阴离子在电解质溶液中向负极移动，则溶液中OH-向电极a移动，B正确；C．NH3在负极失电子得N2，O2在正极得电子氧元素变为-2价，根据得失电子守恒有4NH3~12e-~3O2，则消耗NH3与O2的物质的量之比=4：3，C错误；D．氨气在负极失电子得氮气，结合电解质溶液为KOH溶液写出负极的电极反应式为2NH3-6e- +6OH-=N2+6H2O，D正确；故选C。
【变式3】如图所示是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是（ ）
A．氢氧燃料电池的正极反应式为
B．干电池工作时，向石墨电极移动
C．铅蓄电池工作过程中，每通过2mol电子，负极质量减轻207g
D．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
【答案】C
【解析】A．氢氧燃料电池的正极是O2得电子发生还原反应，电极反应式为反应式为，故A正确；B．干电池的石墨是正极，则电池工作时H+向正极移动，即向石墨电极移动，故B正确；C．铅蓄电池工作过程中，负极上铅失电子，生成硫酸铅，且硫酸铅在负极上析出，硫酸铅是难溶物质，则负极质量应该增加而非减小，故C错误；D．干电池是一次性电池，铅蓄电池是可充电电池属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃料电池，故D正确；故答案为C。
热点题型四：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
(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－e－===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LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(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＋2H2O①
CO2＋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O2，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－===2H2O；②碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；③固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：O2＋4e－===2O2－；④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO。
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－电池正极反应式＝电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。
【例1】如图是甲烷燃料电池的工作原理模拟示意图，下列说法不正确的是
A．电极B为正极
B．在电极A上发生氧化反应
C．电极A区发生反应：
D．当有通过外电路时，有通过阴离子交换膜
【答案】D
【解析】A． 电极B发生还原反应为正极，故A正确；B．A是负极，在电极A上发生氧化反应，故B正确；C． 甲烷()燃料电池的反应原理是与反应生成和，但该甲烷燃料电池的电解质溶液为溶液，生成的还要与反应生成，电极A区发生反应：，故C正确；D． 当有通过外电路时，有通过阴离子交换膜，故D错误；故选D。
【例2】回答下列问题
（1）NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图1，石墨Ⅰ为电池的___________极；该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，其电极反应式为___________。
（2）化学家正在研究尿素动力燃料电池。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电，尿素燃料电池结构如图2所示：
回答下列问题：
电池中的负极为___________(填“甲”或“乙”)，甲的电极反应式为___________，电池工作时，理论上每净化1 mol尿素，消耗O2的体积(标准状况下)约为___________L。
【答案】（1） 负 NO2＋NO-e-=N2O5
（2） 甲 CO(NH2)2＋H2O-6e-=CO2↑＋N2↑＋6H＋ 33.6
【解析】（1）该燃料电池中，正极上通入O2，石墨Ⅱ为正极，电极反应式为O2＋2N2O5＋4e-=4NO，负极上通入NO2，石墨Ⅰ为负极，电极反应式为NO2＋NO-e-=N2O5。
（2）根据图示可知，甲电极上CO(NH2)2反应生成二氧化碳和氮气，N元素化合价升高，失电子，为电源的负极，电解质溶液为酸性，则其电极反应式为CO(NH2)2＋H2O-6e-=CO2↑＋N2↑＋6H＋，该反应的总方程式为2CO(NH2)2＋3O2=2CO2＋2N2＋4H2O，根据关系式2CO(NH2)2～3O2可知，电池工作时，理论上每净化1 mol尿素，消耗O2的体积为1.5 mol×22.4 L·mol-1=33.6 L。
【变式1】微型银—锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液，电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2，下列说法正确的是
A．电池工作过程中，KOH溶液浓度降低
B．正极发生反应Ag2O＋2H＋＋2e-=2Ag＋H2O
C．电池工作过程中，电解液中OH-向正极迁移
D．负极发生反应Zn＋2OH－－2e-=Zn(OH)2
【答案】D
【解析】A．由电池总反应为Ag2O+Zn+H2O═2Ag+Zn(OH)2可知，反应中n(KOH)不变，但电池反应消耗了H2O，所以电池工作过程中，KOH溶液浓度升高，故A错误；B．氧化银得到电子、发生还原反应作正极，电极反应式为Ag2O+H2O+2e-═2Ag+2OH-，故B错误；C．电池工作过程中，电解质溶液中阴离子向负极移动、阳离子向正极移动，所以电解液中OH-向负极迁移，故C错误；D．由电池总反应可知，Zn失电子、发生氧化反应而作负极，电极反应式为Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2，故D正确；故选：D。
【变式2】人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。电池发挥着越来越重要的作用，如在宇宙飞船、人造卫星、电脑、照相机等，都离不开各式各样的电池，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。请根据题中提供的信息，回答下列问题：
（1）研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池反应可表示为：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl
①该电池的负极反应式是___；②在电池中，Na+不断移动到“水”电池的___极(填“正”或“负”)；③外电路每通过4mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是___。
（2）中国科学院应用化学研究所在甲醇(CH3OH是一种可燃物)燃料电池技术方面获得新突破。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。
①该电池工作时，b口通入的物质为___。
②该电池负极的电极反应式___。
③工作一段时间后，当6.4g甲醇完全反应生成CO2时，有__NA个电子转移。
（3）Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，当银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液，电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn(OH)4，写出该电池反应方程式：___。
【答案】（1）Ag—e—+Cl—=AgCl 正 2mol
（2）CH3OH CH3OH—6e—+H2O=CO2↑+6H+ 1.2
（3）Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O=2K2Zn(OH)4+2Ag
【解析】（1）①由电池总反应可知，银为原电池的负极，在氯离子作用下，银失去电子发生氧化反应生成氯化银，电极反应式为Ag—e—+Cl—=AgCl，故答案为：Ag—e—+Cl—=AgCl；②在原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，所以钠离子向正极移动，故答案为：正；③由电池总反应可知，每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子，则外电路每通过4mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量为4mol×=2mol，故答案为：2mol；（2）①由氢离子移动方向知，右侧电极为燃料电池的正极，左侧电极为负极，则b口通入通入甲醇，故答案为：CH3OH；②由氢离子移动方向知，左侧电极为负极，在水的作用下，甲醇在负极上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CH3OH—6e—+H2O=CO2↑+6H+，故答案为：CH3OH—6e—+H2O=CO2↑+6H+；③负极的电极反应式为CH3OH—6e—+H2O=CO2↑+6H+，由电极反应式可知，.4g甲醇完全反应生成二氧化碳时，转移电子的个数为×6×NAmol—1=1.2NA，故答案为：1.2；（3）由题意可知，电池发生的总反应为碱性条件下，Ag2O2与Zn发生氧化还原反应生成Ag和K2Zn(OH)4，电池反应方程式为Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O═2K2Zn(OH)4+2Ag，故答案为：Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O═2K2Zn(OH)4+2Ag。
(1)新型燃料电池的分析模板
(2)解答燃料电池题目的几个关键点
①通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。
②注意介质的成分，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
③通过介质中离子的移动方向，可以判断电池的正、负极，同时考虑该离子是否参与靠近一极的电极反应。
专题19 原电池 化学电源
1.原电池的应用主要考查原电池的设计、电化学腐蚀及解释某些化学现象等，主要以选择题、填空题形式出现。
2.考查原电池工作原理往往以新型能源电池或燃料电池为载体，考查原电池正负极的判断、电极反应的书写、电子或电流的方向及溶液pH的变化等。
热点题型一：原电池的工作原理
热点题型二：原电池的工作原理的应用
热点题型三：常见化学电源
热点题型四：电极反应式的书写
热点题型一：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)
（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－===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
盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
（2）盐桥的组成：盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。
（3）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。
4.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：电流从正极流向负极。
（3）离子移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。（正向正，负向负）。
注意：(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O2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。（电子不下水）
(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。
【例1】LED(Light Emitting Diode)，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法错误的是
A．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换
B．铜片上发生的反应为：2H＋+2e―＝H2↑
C．如果将硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动
D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变
【答案】C
【解析】A．原电池把化学能转化为电能，电能又转化为光能，即装置中存在“化学能→电能→光能”的转换，故A正确；B．锌的金属性强于铜，锌是负极，铜是正极，溶液中的氢离子在正极放电，即铜片上发生的反应为：2H＋+2e―＝H2↑，故B正确；C．如果将硫酸换成柠檬汁，仍然可以构成原电池，因此导线中会有电子流动，故C错误；D．铁的活泼性大于铜，如果将锌片换成铁片，仍然是铜作正极，铁作负极，所以电路中的电流方向不变，故D正确；选C。
【例2】如图为铜锌原电池示意图。下列说法正确的是
A．铜片释放的电子经导线流向锌片
B．若盐桥中含 KCl 饱和溶液的琼脂，电池工作时，K+移向 ZnSO4溶液
C．若将盐桥用铜丝替换，电流表的指针不会偏转
D．电池工作时，该装置中 Zn 为负极，发生氧化反应
【答案】D
【解析】A．铜片为正极，在此装置中不能释放电子，A不正确；B．电池工作时，Zn电极失电子生成Zn2+进入ZnSO4 溶液中，盐桥中的Cl-应移向此电极，B不正确；C．若将盐桥用铜丝替换，则左侧烧杯内构成原电池，右侧烧杯内构成电解池，电流表的指针仍会发生偏转，C不正确；D．由分析可知，电池工作时，该装置中 Zn 为负极，失电子生成Zn2+，发生氧化反应，D正确；故选D。
【变式1】习近平总书记提出：“绿水青山就是金山银山”。现利用如图所示装置对工业废气、垃圾渗透液进行综合治理并实现发电。下列有关说法正确的是
A．M为正极 B．高温下有利于原电池工作
C．NO在N极上失去电子 D．放电过程中，H＋由M极区向N极区移动
【答案】D
【解析】NH3在M极上失电子生成N2，故M极为负极，硝酸根在N极上的电子生成N2，故N极为原电池的正极，原电池中阳离子向正极移动，故H＋由M极区向N极区移动。A．根据分析两电极的物质转化，可判断电极M为负极，电极N为正极，故A错误；B．该治理过程有硝化细菌的参与，不能在高温下进行，故B错误；C．NO在N极上得电子，故C错误；D．放电过程中，H＋由M极区向N极区移动，故D正确；故答案为D。
【变式2】如图为原电池的装置示意图。
(1)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成原电池，这两个原电池中，作负极的分别是_______(填字母)。
A.铝片、铜片 B.铜片、铝片 C.铝片、铝片 D.铜片、铜片
写出插入烧碱溶液中形成的原电池的负极反应式：____。
(2)若A、B均为铂片，电解质溶液为NaOH溶液，分别从A、B两极通入H2和O2，该电池即为氢氧燃料电池，写出A电极反应式：____。该电池在工作一段时间后，溶液的碱性将____(填“增强”、“减弱”或“不变”)
(3)若A、B均为铂片，电解质溶液为H2SO4溶液，分别从A、B两极通入CH4和O2，该电池即为甲烷燃料电池，写出A电极反应式：___。若该电池反应消耗了6.4gCH4，则转移电子的数目为____。
【答案】（1）B Al-3e-+4OH-＝AlO+2H2O
（2）H2+2OH--2e-＝2H2O 减弱
（3）CH4-8e-+2H2O＝CO2+8H+ 3.2NA
【解析】(1)铝片和铜片用导线相连，插入浓硝酸中，金属铝钝化，Cu作负极、Al作正极；铝片和铜片用导线相连，插入烧碱溶液中，铝和氢氧化钠溶液反应，Al作负极、Cu为正极，Al元素失去电子在碱性溶液中以AlO存在，故电极反应为Al-3e-+4OH-＝AlO+2H2O，故答案为：B；Al-3e-+4OH-＝AlO+2H2O；
(2)若A、B均为铂片，电解质为NaOH溶液，分别从A、B两极通入H2和O2，该电池即为氢氧燃料电池，A为负极，负极电极反应式为H2+2OH--2e-＝2H2O；该电池在工作一段时间后，NaOH溶液的浓度减小，溶液的碱性将减弱，故答案为：H2+2OH--2e-＝2H2O；减弱；(3)若A、B均为铂片，电解质溶液为H2SO4溶液，分别从A、B两极通入CH4和O2，该电池即为甲烷燃料电池，A电极为负极，负极反应式为CH4-8e-+2H2O＝CO2+8H+；若该电池反应消耗了6.4gCH，甲烷的物质的量是6.4g÷16g/mol＝0.4mol，则转移电子的数目为0.4×8×NA=3.2NA，故答案为：CH4-8e-+2H2O＝CO2+8H+；3.2NA。
“异常”原电池原理的深度分析
(1)铝铜浓硝酸电池
初期，活泼金属铝作负极被氧化，由于铝表面很快形成致密氧化物薄膜阻止反应继续进行，使铝钝化，钝化铝作正极，铜被浓硝酸氧化，作负极。
电极反应：铜（-）：Cu－2e－===Cu2＋；钝化铝（+）：2NO＋2e－＋4H＋===2NO2↑＋2H2O。
(2)镁铝烧碱溶液电池
镁不溶于烧碱，铝单质可溶于烧碱，铝作负极，镁作正极。
电极反应，铝（-）：2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O；镁（+）：6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－。
热点题型二：原电池的工作原理的应用
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H2SO4反应时加入少量CuSO4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：AB。
3.设计制作化学电源
实例：根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：
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。
【例1】现有A、B、C、D四种金属片：①把A、B用导线连接后同时浸入稀硫酸中，B表面逐渐溶解；②把C、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中，C发生氧化反应；③把A、C用导线连接后同时浸入稀硫酸中，电子流动方向为A→导线→C
根据上述情况，下列说法中正确的是
A．在①中，金属片B发生还原反应
B．在②中，金属片C作正极
C．上述四种金属的活动性由强到弱的顺序是：A>B>C>D
D．如果把B、D用导线连接后同时漫入稀硫酸中，则金属片D上有气泡产生
【答案】D
【解析】A．①把A、B用导线连接后同时浸入稀硫酸中，B表面变黑并逐渐溶解；则活动性B>A，B发生氧化反应，A错误；B．在②中，由于金属片C发生氧化反应，所以C作负极，B错误；C．②把C、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中，C发生氧化反应；则活动性C>D；③把A、C用导线连接后同时浸入稀硫酸中，电子流动方向为A→导线→C，则活动性A>C，所以四种金属活动性由强到弱的顺序是：B>A> C>D，C错误；D．如果把B、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中，由于活动性B> D，则金属片D作正极，在D上氢离子得到电子产生氢气，所以有气泡产生，D正确；答案选D。
【例2】钢铁的牺牲阳极的阴极保护法如图所示。将金属M与钢铁设施连接，可减缓钢铁设施的腐蚀。下列说法错误的是
A．该保护法是利用了原电池原理 B．电子从钢铁设施沿导线流到金属M
C．金属M发生的反应：M-ne-→Mn+ D．钢铁设施因电子流入而被保护
【答案】B
【解析】A．牺牲阳极的阴极保护法实际利用的是原电池原理，即连接一个更活泼的金属M从而保护钢铁，形成原电池，更活泼的金属作负极失电子被腐蚀，A正确；B．根据保护原理，金属M的活泼性比钢铁强，作负极被腐蚀，故电子从金属M经导线流向钢铁设施，B错误；C．金属M作负极失电子：M-ne-→Mn+，C正确；D．钢铁设施因电子流入，作正极，其表面会积累大量电子，故其自身不容易失电子，所以被保护，D正确；故答案选B。
【变式1】在日常生活中，我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众多的金属腐蚀现象。可以通过下列装置所示实验进行探究。下列说法正确的是
A．按图Ⅰ装置实验，为了更快更清晰地观察到液柱上升，采用下列方法：用酒精灯加热左边的具支试管
B．图Ⅲ装置的总反应为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑
C．图Ⅱ是图Ⅰ所示装置的原理示意图，图Ⅱ的正极材料是铁
D．铝制品表面出现白斑可以通过图Ⅲ装置进行探究，Cl-由活性炭区向铝箔表面区迁移，并在铝箔上发生电极反应：2Cl--2e-=Cl2↑
【答案】B
【解析】A．具支试管内气体受热压强增大，部分气体溢出，冷却后，气体压强减小，不能更快更清晰地观察到液柱上升，A错误；B．正极与负极反应式相加得到图Ⅲ装置的总反应为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑，B正确；C．负极材料为铁，正极为碳棒，C错误；D．铝箔为负极，反应式为：4Al-12e-=4Al3+，碳棒为正极，反应式为：3O2+12e-+6H2O=12OH-，D错误；答案选B。
【变式2】为验证反应Fe3＋＋Ag⇌Fe2＋＋Ag＋，利用如图电池装置进行实验。
(1)由Fe2(SO4)3固体配制500 mL 0.1 mol·L－1 Fe2(SO4)3溶液，需要的仪器有胶头滴管、量筒、烧杯、玻璃棒、500 mL容量瓶、____(填写名称)；在烧杯中溶解固体时，先加入一定体积的____稀溶液，搅拌后再加入一定体积的水。
(2)电流表显示电流由银电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入____电极溶液中。
(3)根据(2)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为_______，银电极的电极反应式为_______。因此，Fe3＋氧化性小于____。
(4)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。如果盐桥中电解质为KNO3，反应一段时间后，可以观察到电流表指针反转，原因是_______。
【答案】（1）药匙、托盘天平 硫酸
（2）银
（3）Fe2＋－e－=Fe3＋ Ag＋＋e－=Ag Ag＋
（4）原电池反应使c(Fe3＋)增大，同时NO进入石墨电极酸性溶液中，氧化亚铁离子，
c(Fe3＋)又增大，致使平衡正向移动
【解析】(1)由固体配制500 mL一定物质的量浓度的溶液，整个过程需要的仪器有托盘天平、药匙、胶头滴管、量筒、烧杯、玻璃棒、500 mL容量瓶。Fe2(SO4)3为强酸弱碱盐，在溶解固体时，应在烧杯中先加入一定体积的稀硫酸，以防止Fe3＋水解。故答案为：药匙、托盘天平；硫酸；(2)电流表显示电流由银电极流向石墨电极，则银电极为正极。由原电池的工作原理可知，阳离子向正极移动，即盐桥中的阳离子进入银电极溶液中。故答案为：银；(3)石墨电极为负极，电极反应式为Fe2＋－e－=Fe3＋。银电极为正极，电极反应式为Ag＋＋e－=Ag。电池的总反应为Ag＋＋Fe2＋=Fe3＋＋Ag，由此可知Ag＋的氧化性大于Fe3＋。故答案为：Fe2＋－e－=Fe3＋；Ag＋＋e－=Ag；Ag＋；(4)随着原电池反应Ag＋＋Fe2＋=Fe3＋＋Ag的进行，溶液中c(Fe3＋)增大，当盐桥中电解质为KNO3时，NO进入石墨电极酸性溶液中，氧化亚铁离子，c(Fe3＋)又增大，致使Fe3＋＋Ag⇌Ag＋＋Fe2＋平衡正向移动，故一段时间后，可观察到电流表指针反转。故答案为：原电池反应使c(Fe3＋)增大，同时NO进入石墨电极酸性溶液中，氧化亚铁离子，c(Fe3＋)又增大，致使平衡正向移动。
原电池的工作原理简图
(1)若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。
(2)若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。
热点题型三：常见化学电源
1．一次电池——不能充电复原继续使用
(1)碱性锌锰干电池
正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－；负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
(2)锌银电池
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
(3)锂电池
LiSOCl2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LiAlCl4SOCl2，负极反应：4Li－4e－===4Li＋
正极反应：2SOCl2＋4e－===SO2↑＋S↓＋4Cl－
总反应： 4Li＋2SOCl2===4LiCl＋SO2↑＋S。
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，正极材料是PbO2。
总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
注意：
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
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
电池总反应
2H2＋O2===2H2O
注意：
(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。
【例1】锌—空气电池(原理如图)适宜用作城市电动车的动力电源，该电池放电时转化为。该电池工作时下列说法不正确的是
A．多孔板的目的是增大与空气的接触面积
B．该电池的负极反应为
C．该电池放电时向石墨电极移动
D．外电路电子由电极流向石墨电极
【答案】B
【解析】A．石墨电极作为正极，多孔板可以增大与空气的接触面积，故A正确；B．Zn电极为负极，该电池的负极反应为，故B错误；C．原电池阳离子移向正极，该电池放电时向石墨电极移动，故C正确；D．外电路电子由负极流向正极，所以电子由电极流向石墨电极，故D正确；故答案为B。
【例2】下图为氢氧原料电池工作原理装置示意图，有关说法错误的是
A．该装置能把化学能转化为电能
B．a、b电极材料不参与电极反应
C．a电极为正极，电极反应式为H2－2e－＝2H＋
D．电池总反应为：2H2＋O2＝2H2O
【答案】C
【解析】A．氢氧原料电池，是把化学能转化为电能，故A正确；B．氢氧原料电池是氢气和氧气在原电池中参与反应，因此a、b电极材料不参与电极反应，故B正确；C．电极反应式为H2－2e－＝2H＋，因此a电极为负极，故C错误；D．根据氢氧原料电池得到电池总反应为：2H2＋O2＝2H2O，故D正确。
综上所述，答案为C。
【例3】利用原电池原理，各种化学电池应运而生。某单液二次电池(如图所示)，其反应原理为H2+2AgCl2Ag+2HCl。下列说法正确的是
A．放电时，正极的电极反应为AgCl+e−=Ag+Cl−
B．放电时，电子从左边电极经溶液移向右边电极
C．充电时，右边电极与电源的负极相连
D．充电时，每生成1molH2，溶液质量增加216g
【答案】A
【解析】A．AgCl难溶于水，由上述分析可知，放电时正极反应为AgCl+e−=Ag+Cl−，故A正确；B．电子不能进入溶液中，溶液中离子做定向移动，故B错误；C．由上述分析可知，充电时，右边电极与电源的正极相连，故C错误；D．充电时阳极(右侧Pt电极)反应为Ag+Cl−-e−=AgCl，阴极(左侧Pt电极)反应为2H++2e−=H2↑，每生成1molH2，溶液中有2molCl−转化为AgCl沉淀，即电解质溶液中会减少2molHCl，则减少的质量为73g，故D错误；答案选A。
【变式1】微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如下图所示，下列说法正确的是
A．电子从b流出，经外电路流向a
B．HS—在硫氧化菌作用下转化为SO的反应是：HS—+4H2O—8e—=SO+9H+
C．该电池在高温下进行效率更高
D．若该电池有0.4mol电子转移，则有0.45molH+通过质子交换膜
【答案】B
【解析】A．由分析可知，电极b是电池的正极，a是负极，则电子从a流出，经外电路流向b，故A错误；B．由分析可知，电极a为微生物燃料电池的负极，在硫氧化菌作用下，硫氢根离子在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子，电极反应式为HS—+4H2O—8e—===SO+9H+，故B正确；C．微生物的主要成分是蛋白质，若电池在高温下进行，蛋白质会发生变性，微生物的催化能力降低，电池的工作效率降低，故C错误；D．由分析可知，正极的电极反应式为O2+4e—+4H+===2H2O，则当电池有0.4mol电子转移时，负极区有0.4mol氢离子通过质子交换膜加入正极区，故D错误；故选B。
【变式2】电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如下。下列说法不正确的是
A．O2在电极b上发生还原反应
B．溶液中OH-向电极a移动
C．反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4：5
D．负极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O
【答案】C
【解析】A．b电极为正极，氧气在电极b上得电子，发生还原反应，A正确；B．原电池中阴离子在电解质溶液中向负极移动，则溶液中OH-向电极a移动，B正确；C．NH3在负极失电子得N2，O2在正极得电子氧元素变为-2价，根据得失电子守恒有4NH3~12e-~3O2，则消耗NH3与O2的物质的量之比=4：3，C错误；D．氨气在负极失电子得氮气，结合电解质溶液为KOH溶液写出负极的电极反应式为2NH3-6e- +6OH-=N2+6H2O，D正确；故选C。
【变式3】如图所示是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是（ ）
A．氢氧燃料电池的正极反应式为
B．干电池工作时，向石墨电极移动
C．铅蓄电池工作过程中，每通过2mol电子，负极质量减轻207g
D．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
【答案】C
【解析】A．氢氧燃料电池的正极是O2得电子发生还原反应，电极反应式为反应式为，故A正确；B．干电池的石墨是正极，则电池工作时H+向正极移动，即向石墨电极移动，故B正确；C．铅蓄电池工作过程中，负极上铅失电子，生成硫酸铅，且硫酸铅在负极上析出，硫酸铅是难溶物质，则负极质量应该增加而非减小，故C错误；D．干电池是一次性电池，铅蓄电池是可充电电池属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃料电池，故D正确；故答案为C。
热点题型四：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
(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－e－===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LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(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＋2H2O①
CO2＋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O2，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－===2H2O；②碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；③固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：O2＋4e－===2O2－；④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO。
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－电池正极反应式＝电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。
【例1】如图是甲烷燃料电池的工作原理模拟示意图，下列说法不正确的是
A．电极B为正极
B．在电极A上发生氧化反应
C．电极A区发生反应：
D．当有通过外电路时，有通过阴离子交换膜
【答案】D
【解析】A． 电极B发生还原反应为正极，故A正确；B．A是负极，在电极A上发生氧化反应，故B正确；C． 甲烷()燃料电池的反应原理是与反应生成和，但该甲烷燃料电池的电解质溶液为溶液，生成的还要与反应生成，电极A区发生反应：，故C正确；D． 当有通过外电路时，有通过阴离子交换膜，故D错误；故选D。
【例2】回答下列问题
（1）NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图1，石墨Ⅰ为电池的___________极；该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，其电极反应式为___________。
（2）化学家正在研究尿素动力燃料电池。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电，尿素燃料电池结构如图2所示：
回答下列问题：
电池中的负极为___________(填“甲”或“乙”)，甲的电极反应式为___________，电池工作时，理论上每净化1 mol尿素，消耗O2的体积(标准状况下)约为___________L。
【答案】（1） 负 NO2＋NO-e-=N2O5
（2） 甲 CO(NH2)2＋H2O-6e-=CO2↑＋N2↑＋6H＋ 33.6
【解析】（1）该燃料电池中，正极上通入O2，石墨Ⅱ为正极，电极反应式为O2＋2N2O5＋4e-=4NO，负极上通入NO2，石墨Ⅰ为负极，电极反应式为NO2＋NO-e-=N2O5。
（2）根据图示可知，甲电极上CO(NH2)2反应生成二氧化碳和氮气，N元素化合价升高，失电子，为电源的负极，电解质溶液为酸性，则其电极反应式为CO(NH2)2＋H2O-6e-=CO2↑＋N2↑＋6H＋，该反应的总方程式为2CO(NH2)2＋3O2=2CO2＋2N2＋4H2O，根据关系式2CO(NH2)2～3O2可知，电池工作时，理论上每净化1 mol尿素，消耗O2的体积为1.5 mol×22.4 L·mol-1=33.6 L。
【变式1】微型银—锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液，电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2，下列说法正确的是
A．电池工作过程中，KOH溶液浓度降低
B．正极发生反应Ag2O＋2H＋＋2e-=2Ag＋H2O
C．电池工作过程中，电解液中OH-向正极迁移
D．负极发生反应Zn＋2OH－－2e-=Zn(OH)2
【答案】D
【解析】A．由电池总反应为Ag2O+Zn+H2O═2Ag+Zn(OH)2可知，反应中n(KOH)不变，但电池反应消耗了H2O，所以电池工作过程中，KOH溶液浓度升高，故A错误；B．氧化银得到电子、发生还原反应作正极，电极反应式为Ag2O+H2O+2e-═2Ag+2OH-，故B错误；C．电池工作过程中，电解质溶液中阴离子向负极移动、阳离子向正极移动，所以电解液中OH-向负极迁移，故C错误；D．由电池总反应可知，Zn失电子、发生氧化反应而作负极，电极反应式为Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2，故D正确；故选：D。
【变式2】人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。电池发挥着越来越重要的作用，如在宇宙飞船、人造卫星、电脑、照相机等，都离不开各式各样的电池，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。请根据题中提供的信息，回答下列问题：
（1）研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池反应可表示为：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl
①该电池的负极反应式是___；②在电池中，Na+不断移动到“水”电池的___极(填“正”或“负”)；③外电路每通过4mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是___。
（2）中国科学院应用化学研究所在甲醇(CH3OH是一种可燃物)燃料电池技术方面获得新突破。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。
①该电池工作时，b口通入的物质为___。
②该电池负极的电极反应式___。
③工作一段时间后，当6.4g甲醇完全反应生成CO2时，有__NA个电子转移。
（3）Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，当银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液，电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn(OH)4，写出该电池反应方程式：___。
【答案】（1）Ag—e—+Cl—=AgCl 正 2mol
（2）CH3OH CH3OH—6e—+H2O=CO2↑+6H+ 1.2
（3）Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O=2K2Zn(OH)4+2Ag
【解析】（1）①由电池总反应可知，银为原电池的负极，在氯离子作用下，银失去电子发生氧化反应生成氯化银，电极反应式为Ag—e—+Cl—=AgCl，故答案为：Ag—e—+Cl—=AgCl；②在原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，所以钠离子向正极移动，故答案为：正；③由电池总反应可知，每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子，则外电路每通过4mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量为4mol×=2mol，故答案为：2mol；（2）①由氢离子移动方向知，右侧电极为燃料电池的正极，左侧电极为负极，则b口通入通入甲醇，故答案为：CH3OH；②由氢离子移动方向知，左侧电极为负极，在水的作用下，甲醇在负极上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CH3OH—6e—+H2O=CO2↑+6H+，故答案为：CH3OH—6e—+H2O=CO2↑+6H+；③负极的电极反应式为CH3OH—6e—+H2O=CO2↑+6H+，由电极反应式可知，.4g甲醇完全反应生成二氧化碳时，转移电子的个数为×6×NAmol—1=1.2NA，故答案为：1.2；（3）由题意可知，电池发生的总反应为碱性条件下，Ag2O2与Zn发生氧化还原反应生成Ag和K2Zn(OH)4，电池反应方程式为Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O═2K2Zn(OH)4+2Ag，故答案为：Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O═2K2Zn(OH)4+2Ag。
(1)新型燃料电池的分析模板
(2)解答燃料电池题目的几个关键点
①通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。
②注意介质的成分，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
③通过介质中离子的移动方向，可以判断电池的正、负极，同时考虑该离子是否参与靠近一极的电极反应。
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